3S技術(shù)任土地更新調(diào)查中的應(yīng)用

劉憲忠

土地資源是一個(gè)國(guó)家或地區(qū)經(jīng)濟(jì)賴(lài)以發(fā)展的重要物質(zhì)基礎(chǔ)，也是制定城市發(fā)展規(guī)劃的必要依據(jù)。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)對(duì)的快速發(fā)展，我國(guó)的土地資源利用現(xiàn)狀發(fā)生了前所未有的變化，有必要對(duì)土地資源的利用情況進(jìn)行更新，對(duì)土地資源利用的更新調(diào)查便成為土地資源調(diào)查的一項(xiàng)核心內(nèi)容。但采用過(guò)去基于地形圖紙或繪制平面圖調(diào)查了解土地利用變化的方法，因其周期長(zhǎng)、進(jìn)度慢等諸多缺點(diǎn)已逐漸被淘汰。而將RS、GPS、GIS的“3S”技術(shù)融入土地更新調(diào)查工作，不僅有效提高了土地更新調(diào)查的質(zhì)量與效率，還有助于建立土地利用現(xiàn)狀的調(diào)查動(dòng)態(tài)機(jī)制，保證數(shù)、圖及實(shí)地的一致，為土地規(guī)劃、國(guó)土資源管理及經(jīng)濟(jì)建設(shè)提供準(zhǔn)確科學(xué)的依據(jù)。

土地資源現(xiàn)狀利用的更新調(diào)查，指的是以實(shí)際航空或航天遙感獲取的正射影像圖料為調(diào)查底圖，在土地資源詳查、土地變更圖件及數(shù)據(jù)的參考基礎(chǔ)上，依據(jù)國(guó)家統(tǒng)一劃分的土地分類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)某區(qū)域范圍內(nèi)的土地利用類(lèi)型、分布及權(quán)屬狀況進(jìn)行調(diào)查摸底，進(jìn)而獲取土地更新調(diào)查成果的一系列量測(cè)、分析和評(píng)價(jià)工作。本文以準(zhǔn)確反映土地分布、利用現(xiàn)狀為研究目的，結(jié)合“3S”技術(shù)在土地更新調(diào)查中的應(yīng)用探討，進(jìn)一步解決土地更新調(diào)查中的方法難題，依托“3S”技術(shù)平臺(tái)，確保土地利用現(xiàn)狀更新調(diào)查成果的合理性和科學(xué)性，保障土地更新調(diào)查數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和實(shí)勢(shì)性，為現(xiàn)階段城市及農(nóng)村土地資源管理提供最佳途徑。

土地更新調(diào)查的任務(wù)構(gòu)成

土地更新調(diào)查需要以最新的圖形和數(shù)據(jù)作為支撐，由于土地資源分布及利用狀況連年發(fā)生顯著的改變，造成了土地圖件較差的現(xiàn)勢(shì)性，若繼續(xù)使用過(guò)去較為單一的土地調(diào)查方法，不僅不能及時(shí)反應(yīng)現(xiàn)實(shí)的土地利用情況，也不能有效滿(mǎn)足國(guó)土資源管理及新時(shí)期城市土地規(guī)劃與修編的需求，因此，做好當(dāng)前的土地更新調(diào)查工作，在準(zhǔn)確掌握土地利用現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)、圖件與實(shí)地之間的有效統(tǒng)一，是當(dāng)前土地資源調(diào)查工作者的一項(xiàng)緊迫任務(wù)。

利用土地現(xiàn)狀進(jìn)行土地更新調(diào)查，主要包括以下幾個(gè)任務(wù)：

建立行政區(qū)劃內(nèi)土地調(diào)查的基礎(chǔ)控制網(wǎng)。為了高效率地完成土地利用基礎(chǔ)圖件與數(shù)據(jù)的更新工作，土地更新調(diào)查中需要采用國(guó)家統(tǒng)一規(guī)定測(cè)繪系統(tǒng)和標(biāo)準(zhǔn)。建立土地更新調(diào)查的圖形坐標(biāo)系，在正射投影的作用下，按照國(guó)家高程基準(zhǔn)，建立相應(yīng)面積的GPSC級(jí)基礎(chǔ)控制網(wǎng)，建立各區(qū)、縣加密D、E級(jí)網(wǎng)和水準(zhǔn)網(wǎng)，為進(jìn)一步統(tǒng)一地理信息和土地更新調(diào)查打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

土地權(quán)屬調(diào)查。首先是完成土地更新調(diào)查中控制范圍界線(xiàn)的界定。主要是調(diào)查各個(gè)市、區(qū)縣、鄉(xiāng)的行政區(qū)域界；對(duì)土地的權(quán)屬進(jìn)行調(diào)查。主要調(diào)查國(guó)有土地使用權(quán)界線(xiàn)和集體土地所有權(quán)界線(xiàn)；完成土地權(quán)屬邊界的接邊。在參照行政區(qū)劃勘界成果的基礎(chǔ)上，完成轄區(qū)內(nèi)相鄰縣市土地權(quán)屬的邊界接邊。

土地利用現(xiàn)狀調(diào)查。在詳細(xì)調(diào)查歷史圖料的前提下，利用衛(wèi)星遙感影像數(shù)據(jù)和土地開(kāi)發(fā)與用地審批成果，進(jìn)行土地?cái)?shù)據(jù)的更新，其中包含內(nèi)業(yè)預(yù)處理、土地面積的計(jì)算和外業(yè)調(diào)查及土地更新數(shù)據(jù)的匯總統(tǒng)計(jì)等，得出較為全面的土地?cái)?shù)量、類(lèi)型及使用狀況信息。

建立土地利用現(xiàn)狀數(shù)據(jù)庫(kù)。利用土地的基礎(chǔ)圖件，在滿(mǎn)足現(xiàn)代土地管理的查詢(xún)、變更及統(tǒng)計(jì)分析要求的前提下，建立土地圖件、數(shù)據(jù)和實(shí)地信息相一致的土地利用現(xiàn)狀數(shù)據(jù)庫(kù)。

“3S”技術(shù)的概述

“3S”，即遙感技術(shù)（RS）、全球定位系統(tǒng)（GPS）及地理信息系統(tǒng)（GIS）在內(nèi)的三種主要技術(shù)構(gòu)成的現(xiàn)代信息技術(shù)。它是在計(jì)算機(jī)技術(shù)、空間技術(shù)、感器技術(shù)、衛(wèi)星定位與導(dǎo)航技術(shù)多種科學(xué)技術(shù)高密度配合下，完成對(duì)地理空間信息的獲取、分析及評(píng)價(jià)工作，實(shí)現(xiàn)對(duì)地理資源的科學(xué)管理。

其中，遙感技術(shù)（RS）是基于電磁波反射的原理，利用地面物體對(duì)外界的電磁波反射或自身輻射發(fā)出的電磁波，在飛行器上附帶的感應(yīng)器的記錄之下，形成航空影像，為人們提供相應(yīng)的地面空間信息。基于RS技術(shù)的應(yīng)用，讓土地更新調(diào)查中的影像制作得以實(shí)現(xiàn)，成為土地調(diào)查工作的底圖。

全球定位系統(tǒng)（GPS）是基于衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)進(jìn)行的一系列測(cè)量工作，包括測(cè)量時(shí)間和距離、全球地理信息的地位等，與傳統(tǒng)的定位技術(shù)相比，其穩(wěn)定性和技術(shù)性都較高，不需通視，定位的精確性較高，現(xiàn)代的GPS定位都以便攜式的儀器為主，攜帶方便，適合在復(fù)雜的野外地形環(huán)境中進(jìn)行測(cè)量作業(yè)、土地更新調(diào)查中，采用靜態(tài)GPS系統(tǒng)對(duì)土地更新信息進(jìn)行地籍測(cè)量控制，找出轄區(qū)內(nèi)土地準(zhǔn)確的空間位置坐標(biāo)。

地理信息系統(tǒng)（GIS）是建立在地理空間數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上的一種運(yùn)用模型分析的方法，為人們提供時(shí)態(tài)性的地理空間信息。它可以實(shí)現(xiàn)對(duì)土地資源資料的統(tǒng)一管理，通過(guò)各種查詢(xún)與分析，準(zhǔn)確得對(duì)土地利用現(xiàn)狀信息進(jìn)行統(tǒng)計(jì)處理，最后以圖形或圖表的形式直觀(guān)展現(xiàn)，是當(dāng)前被政府及企事業(yè)單位土地規(guī)劃廣為應(yīng)用的一種土地地籍及土地利用管理信息系統(tǒng)。

3S技術(shù)應(yīng)用于土地更新調(diào)查，實(shí)現(xiàn)了傳統(tǒng)技術(shù)向數(shù)字化技術(shù)的轉(zhuǎn)變，為新時(shí)期政府及國(guó)土資源部門(mén)科學(xué)決策提供了科學(xué)化、現(xiàn)代化和信息化的土地利用管理手段，為“數(shù)字國(guó)土”目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

“3S”技術(shù)的技術(shù)路線(xiàn)及工作流程

“3S”技術(shù)的總體技術(shù)路線(xiàn)。土地更新調(diào)查工作往往建立在土地利用現(xiàn)狀調(diào)查、城市地籍信息調(diào)查和和城市行政區(qū)劃勘察的資料調(diào)查基礎(chǔ)之上。它的總體技術(shù)操作路線(xiàn)如下：首先，使用RS獲取最新的衛(wèi)星遙感影像數(shù)據(jù)；其次，在野外作業(yè)中，借助GPS技術(shù)進(jìn)行地理位置的坐標(biāo)控制點(diǎn)鋪設(shè)，結(jié)合衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)的信息進(jìn)行二次多項(xiàng)式的高精度糾正，并在DEM數(shù)據(jù)對(duì)地形信息的改正之下完成衛(wèi)星正射影像圖的制作，摸清土地權(quán)屬的變更及土地利用狀況變更的情況，繼續(xù)得出土地權(quán)屬、類(lèi)型、數(shù)量及分布結(jié)果；最后在GIS技術(shù)的幫助下，將土地更新調(diào)查的結(jié)果錄入計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)土地利用圖件的更新，建立最新的土地資源利用數(shù)據(jù)庫(kù)。

“3S”技術(shù)的工作流程。在GPS的基礎(chǔ)支持下，土地更新調(diào)查中獲取了土地地物準(zhǔn)確的數(shù)量、類(lèi)型及權(quán)屬信息，利用RS遙感技術(shù)更新現(xiàn)有土地資源利用數(shù)據(jù)庫(kù)和圖件，最后在GIS人機(jī)交互的功能作用下實(shí)現(xiàn)土地變更信息的提取和同步，更新現(xiàn)有土地利用現(xiàn)狀圖，實(shí)現(xiàn)對(duì)土地利用基礎(chǔ)圖件的數(shù)字化更新。“3S”技術(shù)支持下的土地更新調(diào)查流程，詳見(jiàn)下圖（圖1）。

“3S”技術(shù)在土地更新調(diào)查中的應(yīng)用

RS技術(shù)在土地變更信息獲取的應(yīng)用。土地更新調(diào)查對(duì)遙感影像的質(zhì)量要求較高，不僅要獲取準(zhǔn)確的目標(biāo)地物信息，在圖斑邊緣區(qū)域還應(yīng)做到圖像的規(guī)則、整齊，尤其是土地權(quán)屬邊界地區(qū)的坐標(biāo)要保證精確無(wú)誤。因此，在土地更新調(diào)查的遙感影像獲取中，往往采用目視解譯的方式，在現(xiàn)有土地圖件的基礎(chǔ)上實(shí)施必要的外業(yè)調(diào)查，從而最后確定土地利用現(xiàn)狀的準(zhǔn)確性。

遙感技術(shù)（RS）是伴隨航空攝影而興起的一門(mén)新物質(zhì)探測(cè)技術(shù)，它實(shí)現(xiàn)了不直接接觸探測(cè)目標(biāo)物的前提下對(duì)目標(biāo)物的遠(yuǎn)距離感應(yīng)。RS技術(shù)在土地更新的工作流程主要如下：①衛(wèi)星遙感獲取的圖像的糾正，按照土地更新調(diào)查要求得出正射影像圖；②將基年的土地利用現(xiàn)狀數(shù)據(jù)庫(kù)導(dǎo)入；③在遙感影像的疊加之下建立建立土地利用的識(shí)別樣本；④將土地利用現(xiàn)狀的基年數(shù)據(jù)與現(xiàn)有的影像套合，作土地影像的光譜分析；⑤對(duì)土地信息的變化源進(jìn)行確認(rèn)；⑥生成土地利用數(shù)據(jù)庫(kù)中的圖表。對(duì)土地利用信息進(jìn)行及時(shí)的更新。RS技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)主要有動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)、宏觀(guān)綜合、快速發(fā)現(xiàn)區(qū)域變換，獲取到的地理信息范圍更大、資料更實(shí)時(shí)，地理影像的處理更容易。

GPS技術(shù)在土地變更信息空間坐標(biāo)獲取的應(yīng)用。GPS是一種可測(cè)距、測(cè)時(shí)的空間交匯的導(dǎo)航系統(tǒng)，GPS通過(guò)接受來(lái)自衛(wèi)星的導(dǎo)航信息反映和記錄測(cè)量目標(biāo)物的坐標(biāo)信息和載體的運(yùn)動(dòng)速度，給出最新時(shí)段內(nèi)地理目標(biāo)物的變更信息，具備記錄地物屬性的作用。

在具體的土地更新調(diào)查中，通常將GPS技術(shù)對(duì)土地?cái)?shù)據(jù)的獲取分為兩情況：一種是直接通過(guò)GPS技術(shù)采集更新土地空間的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)；另外一種是GPS接收機(jī)內(nèi)的實(shí)時(shí)差分定位技術(shù)（RTK）與地理信息系統(tǒng)（GIS）相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)野外地形的測(cè)量。這樣以來(lái)，可以有效提高測(cè)量結(jié)果的精確度和實(shí)用性。一般而言，實(shí)時(shí)差分定位技術(shù)，即RTK測(cè)量系統(tǒng)由GPS接收機(jī)、影像數(shù)據(jù)的傳輸設(shè)備、系統(tǒng)軟件三個(gè)部分構(gòu)成。其中實(shí)現(xiàn)地理信息動(dòng)態(tài)測(cè)量的關(guān)鍵部分為影像數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備，它通常由基準(zhǔn)站的發(fā)射電臺(tái)和流動(dòng)站的接收電臺(tái)構(gòu)成。

GPS技術(shù)支持下的土地更新調(diào)查數(shù)據(jù)在獲取后，需要地理信息系統(tǒng)，即GIS對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一的編錄和管理，為數(shù)據(jù)使用者和地理信息的決策者提供土地利用變化區(qū)域的記錄。通過(guò)GPS技術(shù)進(jìn)行外業(yè)測(cè)量時(shí)，采集地理數(shù)據(jù)的方法如下：采集土地區(qū)域邊界變化區(qū)域的信息，最終以多邊形呈現(xiàn)；采集土地變化區(qū)域較規(guī)則的拐點(diǎn)，在內(nèi)業(yè)作業(yè)時(shí)形成多邊形；再者，采集弧形的土地邊界，與土地利用底圖上的弧段連成多邊形；將采集到的土地區(qū)域在業(yè)內(nèi)形成多邊形。

上述數(shù)據(jù)采集方法的合理使用能夠極大程度提高工作效率，同時(shí)提高數(shù)據(jù)精度，減輕內(nèi)業(yè)工作量。以矩形測(cè)量為例，測(cè)量過(guò)程中若遇到障礙，通常會(huì)繞過(guò)障礙，但是障礙太大，就無(wú)法保障測(cè)量精度，只能目測(cè)距離，采用文字進(jìn)行描述，從而在測(cè)量結(jié)束后進(jìn)行修正。這種測(cè)量方法遠(yuǎn)不如直接測(cè)量矩形四個(gè)拐點(diǎn)快速精確。且內(nèi)業(yè)工作中采用的“以點(diǎn)連線(xiàn)”方式也比其他測(cè)量方法更為簡(jiǎn)單，“以點(diǎn)連線(xiàn)”堅(jiān)持尊重地圖原則，充分利用地圖弧段，從而最大限度減少拓?fù)浏B加操作時(shí)產(chǎn)生的小多邊形。

GIS技術(shù)在土地更新數(shù)據(jù)庫(kù)建立中的應(yīng)用

GIS即地理信息系統(tǒng)，主要是指以信息科學(xué)理論和系統(tǒng)分析理論為基礎(chǔ)，借助計(jì)算機(jī)軟硬件對(duì)地理數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合分析與管理，進(jìn)而為規(guī)劃、決策等提供所需信息的系統(tǒng)。地理信息系統(tǒng)具有數(shù)據(jù)輸入、編輯、分析、查詢(xún)及制圖繪圖輸出等功能。采用GIS進(jìn)行土地利用現(xiàn)狀數(shù)據(jù)庫(kù)的建立，能夠快速匯總土地面積、查詢(xún)數(shù)據(jù)、編制圖件，優(yōu)化傳統(tǒng)方法，同時(shí)減少工作和數(shù)據(jù)誤差。通過(guò)全球定位系統(tǒng)、遙感技術(shù)進(jìn)行信息的獲取，然后將信息以文檔形式傳給地理信息系統(tǒng)，GIS再利用空間數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)圖像及其數(shù)據(jù)屬性的一體化管理，同時(shí)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和存儲(chǔ)。現(xiàn)有GIS技術(shù)可實(shí)現(xiàn)對(duì)文檔、數(shù)據(jù)的綜合管理，還能對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行疊加、拼接與處理，并按照指定要求輸出結(jié)果。

“3S”技術(shù)在土地更新調(diào)查中的應(yīng)用實(shí)例

調(diào)查區(qū)域概況。**縣位于東北地區(qū)，面積為***，全縣轄7鎮(zhèn)16鄉(xiāng)31個(gè)居委會(huì)，擁有310個(gè)行政村，全縣人口為87.2萬(wàn)，其中農(nóng)業(yè)人口為69.4萬(wàn)，人口密度為373人/。**縣人民政府駐地***，占地面積。此次研究數(shù)據(jù)主要來(lái)源于2015年**縣第一次土地調(diào)查數(shù)據(jù)庫(kù)以及1：100000土地利用現(xiàn)狀圖；2015年衛(wèi)星地面站接收到的2.5m全色多端，以及多光譜波段的融合數(shù)據(jù)。

應(yīng)用RS準(zhǔn)確獲取土地變更信息。采用遙感技術(shù)獲取原始遙感影像，由經(jīng)驗(yàn)豐富的遙感技術(shù)人員借助計(jì)算機(jī)對(duì)影像進(jìn)行解譯、融合、校正等處理，然后按照正射影像圖的制作流程，利用計(jì)算機(jī)自動(dòng)生成DOM。為確保調(diào)查精度，應(yīng)當(dāng)對(duì)完成的數(shù)字正射影像圖進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)達(dá)標(biāo)方可使用。

應(yīng)用GPS對(duì)土地更新進(jìn)行精確的空間定位。在外業(yè)工作中，如果能夠通過(guò)圖像準(zhǔn)確清楚的看出實(shí)地界線(xiàn)，那么作業(yè)人員可以直接在圖上進(jìn)行轉(zhuǎn)繪，然后再通過(guò)電腦二次轉(zhuǎn)繪，若外業(yè)工作中碰到新增障礙物，或者實(shí)地變化較大，無(wú)法通過(guò)圖像準(zhǔn)確判斷位置的，就應(yīng)當(dāng)采用全球定位技術(shù)或者實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)分差法進(jìn)行進(jìn)界址點(diǎn)坐標(biāo)的測(cè)量：將RTK基準(zhǔn)框架網(wǎng)點(diǎn)作為基礎(chǔ)，進(jìn)行GPS基準(zhǔn)站的假設(shè)，采用“1+2”的模式，同時(shí)使用RTK接收機(jī)與GPS接收機(jī)進(jìn)行測(cè)量。

應(yīng)用GIS進(jìn)行土地更新的數(shù)據(jù)庫(kù)建設(shè)。將通過(guò)GPS獲取到的數(shù)據(jù)錄入計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理存儲(chǔ)，同時(shí)在原有調(diào)查數(shù)據(jù)上進(jìn)行新增變化圖層的疊加分析，然后再利用相關(guān)圖像處理技術(shù)，得到全新的土地利用現(xiàn)狀圖。在新繪的土地利用現(xiàn)狀圖中，每項(xiàng)數(shù)據(jù)都必須具備時(shí)間屬性，要反映出現(xiàn)狀與原來(lái)數(shù)據(jù)的差異，要求工作人員查詢(xún)?nèi)我獾貕K都能看到該地塊在不同時(shí)間的屬性變化情況，如地塊過(guò)往和當(dāng)前的利用類(lèi)型，地塊編號(hào)變化等等，通過(guò)對(duì)地塊不同時(shí)間段屬性的組合即可得到土地利用現(xiàn)狀圖。

綜上，土地更新調(diào)查中，3S技術(shù)已經(jīng)成為當(dāng)前國(guó)土資源刮玻璃手段的一大熱點(diǎn)，為我國(guó)土地利用與土地規(guī)劃管理方法的創(chuàng)新帶來(lái)了機(jī)遇，使得我國(guó)土地資源調(diào)查事業(yè)發(fā)生了質(zhì)的飛躍。在本研究中，筆者充分闡述了土地更新調(diào)查概念及其任務(wù)構(gòu)成，在介紹3S技術(shù)概念的基礎(chǔ)上，結(jié)合3S技術(shù)在土地更新調(diào)查中應(yīng)用的技術(shù)路線(xiàn)和流程分析，分別就RS技術(shù)、GPS技術(shù)和GIS技術(shù)在土地更新調(diào)查中的應(yīng)用進(jìn)行深入研究與探討，以期為我國(guó)國(guó)土管理部門(mén)開(kāi)展土地利用更新調(diào)查提高技術(shù)方法，為國(guó)土資源開(kāi)發(fā)與管理決策提供科學(xué)依據(jù)。