遙感技術(shù)在土地工程中的應(yīng)用淺析

黨光普

摘 要：土地工程是為人類提供清潔土地的根本手段，土地工程的實施需要大量的土地信息數(shù)據(jù)，而遙感技術(shù)由于其大范圍、全方位、獲取信息全面的觀測特性，能夠快速、高效、準確地獲取土地信息數(shù)據(jù)。本文從不同空間維度（地表覆蓋、地形地貌、土壤）的角度出發(fā)，對遙感技術(shù)在在土地工程中的應(yīng)用進行分析探討，結(jié)果表明：遙感技術(shù)能夠為土地工程的實施提供有力的技術(shù)支撐，其在土地工程中的具有非常廣闊的應(yīng)用前景。

關(guān)鍵詞：遙感技術(shù);土地工程;工程應(yīng)用

中圖分類號：P273 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2019）22-0127-02

0 引言

土地資源是人類賴以生存和發(fā)展的重要物質(zhì)保障。隨著現(xiàn)代社會不斷發(fā)展，城市化進程加快和城市規(guī)模的持續(xù)擴張，高速發(fā)展的經(jīng)濟社會開始出現(xiàn)一系列土地資源的問題，如人地矛盾不斷加劇，生態(tài)環(huán)境惡化，土地生態(tài)系統(tǒng)功能退化，生物多樣性減少等，地球生命體的生存受到威脅，因此保護和建設(shè)健康、潔凈的土地，已經(jīng)成為建設(shè)生態(tài)文明和實現(xiàn)人類永續(xù)發(fā)展的重大課題，由此土地工程學科應(yīng)運而生。土地工程即運用工程手段解決土地問題，把未利用土地變?yōu)榭衫猛恋鼗虬岩牙猛恋剡M行高效利用，能動協(xié)調(diào)人地關(guān)系和諧發(fā)展的過程。土地工程的實施，能夠為人類提供安全居住的建設(shè)用地和健康生產(chǎn)的農(nóng)用地，是提供潔凈土地的根本手段[1]。

在土地工程實施過程中，包括土地工程規(guī)劃設(shè)計、可行性研究、工程進度監(jiān)督、工程量核算、土壤質(zhì)量評價等各個環(huán)節(jié)，均需要對大量的土地信息數(shù)據(jù)進行采集和分析，如土地地形地貌、地表覆蓋、土壤、地質(zhì)信息等，傳統(tǒng)的人工測量方法不僅需要耗費大量的人力物力資源，速度緩慢，并且人工采集的方式大多通過點采樣方式，使得測量結(jié)果具有一定的局限性，而遙感技術(shù)具有大范圍、高分辨率、多維度觀測的特點，將其應(yīng)用于土地工程信息獲取、處理和分析，具有傳統(tǒng)方法無可比擬的優(yōu)勢，可以為土地工程的發(fā)展提供一種快速有效的途徑。

本文從土地工程實踐的角度出發(fā)，介紹遙感技術(shù)的基本原理，并從不同空間維度的角度出發(fā)，對遙感技術(shù)在在土地工程中的應(yīng)用進行分析探討，旨在為遙感技術(shù)應(yīng)用于土地工程提供一定的借鑒意義。

1 基本原理

遙感是20世紀60年代發(fā)展起來的對地觀測綜合性技術(shù)，是指應(yīng)用探測儀器，不與探測目標相接觸，從遠處把目標的電磁波特性記錄下來，通過分析，揭示物體的特征性質(zhì)及其變化的綜合性探測技術(shù)[2]。

任何物體都具有光譜特性，具體而言，物體均具有不同的吸收、反射、輻射電磁波的特性。在同一電磁波頻率范圍內(nèi)，不同物體由于其性質(zhì)和結(jié)構(gòu)的不同，對電磁波的反映不相同，同一種物體，在不同電磁波頻率下，對電磁波的反映也不相同，除此之外，物體的電磁波特性還受到入射角度、太陽高度角、極化方向、環(huán)境因素等的影響。遙感技術(shù)就是根據(jù)這些原理，探測和接收物體的電磁波輻射，再將電磁波輻射轉(zhuǎn)換為信號或者圖像，提供給用戶使用。遙感技術(shù)按傳感器的探測波段分，可分為可見光遙感、紅外遙感、微波遙感等;將遙感平臺置于不同高度的平臺上，可分為地面遙感、航空遙感、航天遙感、航宇遙感;按遙感的工作方式分，又可分為主動遙感、被動遙感。由此可見，遙感技術(shù)具有用途廣、探測手段多、探測范圍大、獲取信息豐富的特點，能夠全面反映觀測對象的特征，大大拓寬了數(shù)據(jù)采集的深度和廣度。

2 遙感技術(shù)在土地工程中的應(yīng)用

遙感技術(shù)應(yīng)用于土地工程信息獲取、處理和分析，按不同空間維度的角度可分為三部分：地表覆蓋、地形地貌、土壤，三部分分別對應(yīng)“地上、地表、地下”的土地空間，如圖1所示。如圖1所示，利用遙感技術(shù)可以對土地進行大范圍、全方位、多維度的觀測，采集土地工程實施中的各類土地信息，具有明顯的優(yōu)越性。

2.1 地表覆蓋信息獲取與分析

地表覆蓋信息是指地表上自然營造物和人工建筑物所覆蓋的諸多要素的綜合體，包括地表植被、土壤、湖泊、濕地及各種建筑物等，具有特定的時間和空間屬性[3]。對地表各類地物進行識別是遙感技術(shù)的一個主要工作目的，同時遙感技術(shù)也具備動態(tài)監(jiān)測土地覆蓋變化的功能，通過設(shè)定不同時點，分期對土地覆蓋情況進行觀測，可直接反映土地覆蓋的變化情況，了解土地變化的位置、分布、面積等相關(guān)信息。

目前，遙感影像分類技術(shù)已成為地物信息提取，土地覆蓋信息動態(tài)變化監(jiān)測以及專題圖制作不可或缺的關(guān)鍵技術(shù)。常用的分類技術(shù)有目視解譯和基于像元的分類方法，目視解譯是指專業(yè)人員通過人為判別地物在遙感影像上的光譜特征、空間特征、紋理特征等來識別地物，這種方法依賴于專業(yè)人員的知識和經(jīng)驗，存在一定的誤差。基于像元的分類方法主要包括監(jiān)督分類和非監(jiān)督分類，這類方法采用數(shù)理統(tǒng)計的方法以像元為統(tǒng)計對象進行分類，主要依賴于地物的光譜特性，適用于中、低影像分辨率影像（分辨率低于10米）。隨著遙感影像分辨率的提高，影像所包含的空間幾何和紋理信息也越來越豐富，為了更充分地利用高分辨率影像上反映出的豐富特征，提高地物提取的精度和速度，國內(nèi)外有學者將影像分割形成影像對象的思想引入遙感影像分類中，提出了面向?qū)ο蟮姆诸惣夹g(shù)。面向?qū)ο蟮倪b感影像信息提取方法充分利用高分辨率影像中豐富的紋理、幾何形狀、光譜、拓撲、上下文等重要空間信息，克服了傳統(tǒng)的基于像元光譜信息的分類方法中的局限性，有效避免了圖像分類后大量椒鹽噪聲的出現(xiàn)。

2.2 地形地貌信息獲取與分析

在土地工程實施的各個階段，均需要測制不同比例尺的地形圖以滿足工程建設(shè)的需要，如進行工程規(guī)劃設(shè)計、土方填挖方計算等。隨著遙感技術(shù)的發(fā)展，目前獲取地表地形地貌信息的主要方法有攝影測量方法、激光雷達技術(shù)、合成孔徑雷達技術(shù)等。

對于大型土地工程項目，使用傳統(tǒng)的數(shù)字化測圖方式需要耗費大量的人力物力，工作周期長，工作效率低下;而使用攝影測量技術(shù)，利用光學攝影機對地面拍攝具有一定影像重疊度的像片，通過恢復地面模型，對三維地面模型進行立體量測，快速、準確和高效地采集各種地形要素數(shù)據(jù)，最終能夠獲取測區(qū)各種比例尺地形圖、數(shù)字高程模型和數(shù)字正射影像等成果，有效提升土地工程建設(shè)的質(zhì)量與效率。

近年來，激光雷達技術(shù)（LiDAR）因其高精度和高效率，在地形測繪方面開始迅猛發(fā)展。激光雷達技術(shù)是以激光為光源，通過發(fā)射受控制的激光，利用激光光束的反射和散射回波，對地面上的測量目標進行掃描和定位，獲取物體表面空間分布不規(guī)則的離散三維點云數(shù)據(jù)，為數(shù)字制圖和地理信息應(yīng)用提供精確的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)[4]，同時，激光雷達技術(shù)不需要大量的地面控制點，能夠滿足各種工程需要。

2.3 土壤信息獲取與分析

土地工程的研究對象是土地，其研究核心是土體有機重構(gòu)，土體有機重構(gòu)的目的是為了構(gòu)造健康、生態(tài)的土壤[1]。土壤的性狀，包括土壤質(zhì)地、土壤有機質(zhì)、土壤水分、土壤化學性質(zhì)等決定了土壤的質(zhì)量。遙感技術(shù)獲取到的不僅是地表景觀的縮影，同時也能夠反映地下一定深度土壤信息的特征。近年來，遙感技術(shù)在土壤方面的研究得到深入發(fā)展，主要集中在以下幾個方面[5]：

（1）土壤有機質(zhì)含量等相關(guān)元素的遙感監(jiān)測。土壤有機質(zhì)是土壤重要的組成部分，是土壤肥力的重要體現(xiàn)。對土壤有機質(zhì)含量等相關(guān)土壤養(yǎng)分進行遙感提取的方法主要有：遙感影像直接估算法、植被指數(shù)估算法、地面光譜儀估算方法等;（2）土壤水分遙感定量反演。遙感監(jiān)測土壤水分包括地面、航空和衛(wèi)星遙感等多種方式，遙感波段采用可見光、近紅外、熱紅外、微波等多種遙感波段，采用的方法有熱慣量法、光譜法、微波散射系數(shù)法等;（3）土壤質(zhì)地和黏粒含量遙感評價。不同粒徑組合、表面狀況及不同粒徑的化學組成都是土壤質(zhì)地影響土壤反射光譜的因素，通常采用特定光譜波段的高光譜數(shù)據(jù)來對土壤質(zhì)地和黏粒含量進行評價;（4）土壤溫度遙感定量反演。對土壤溫度進行反演的方法主要有星載傳感器的紅外通道法、紅外輻射溫度測量法、微波遙感反演土壤溫度法等。

利用遙感技術(shù)對土地工程中的土壤信息進行獲取和分析，對于土地工程中的土壤質(zhì)量評價工作提供了新的工作思路和技術(shù)保障。

3 結(jié)語

土地工程是人類在土地利用中不斷建設(shè)土地和重新配置土地的過程，對于提高土地利用效率，保障經(jīng)濟發(fā)展、社會穩(wěn)定和促進生態(tài)文明建設(shè)具有重要的意義。土地工程的實施是一項復雜的系統(tǒng)工程，需要采集大量的土地信息數(shù)據(jù)，其順利實施須得到其他技術(shù)手段的支撐保障。本文介紹了遙感技術(shù)應(yīng)用的基本原理，并從不同空間維度的角度出發(fā)，對遙感技術(shù)在在土地工程中的應(yīng)用進行分析探討，結(jié)果表明：遙感技術(shù)能夠大范圍、全方位、多維度的對土地進行觀測，快速、高效及準確地獲取各種土地信息，其為土地工程研究提供了一種新的技術(shù)手段。未來隨著遙感技術(shù)設(shè)備的不斷發(fā)展，遙感信息處理技術(shù)的提高，遙感土壤監(jiān)測研究的不斷深入，遙感技術(shù)應(yīng)用于土地工程研究領(lǐng)域?qū)杏蟹浅V闊的應(yīng)用前景。

參考文獻

[1] 韓霽昌.土地工程概論[M].北京：科學出版社，2013.

[2] 梅安新，彭望琭，秦其明，等.遙感導論[M].北京：高等教育出版社，2001.

[3] 史培軍，宮鵬，李曉兵，等.土地利用/覆蓋變化研究的方法與實踐[M].北京：科學出版社，2000.

[4] 戴永江.激光雷達技術(shù)[M].電子工業(yè)出版社，2010.

[5] 丁美青.土地開發(fā)整理區(qū)土壤質(zhì)量遙感定量評價研究[D].中南大學，2014.