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3S技术在土地资源管理中的应用


  24 卷 第 2008 年 12 月

武      夷 科 学 WUYI SC IENCE JOURNAL

Vol 24   . Dec. 2008

文章编号 : 1001 2 4276 2( 2008 ) 01 2 0150 2 07

3S技术在土地资源管理中的应用
王玉印 ,邢世和 ,刘留辉

(福建农林大学资源与环境学院 , 福建 福州 350002 )

摘要 :   3S” “ 技术作为当前信息管理的高新技术 ,在土地资源管理中具有广阔的应用前景 。本文在介绍 RS,
GIS, GPS及“3S” 集成的基础上 ,从土地利用调查 、 土地利用总体规划 、 土地利用动态监测 、 土地资源评价和土

地整理五个方面简要阐述了“3S” 技术在土地管理中的应用 ,并展望了“3S” 技术在土地管理中的应用前景 。 关键词 :   3S” “ 技术 ; RS; GIS; GPS; 土地资源管理 中图分类号 :  P628    文献标识码 :  A

1  引言

土地是十分宝贵的资源和资产 ,是人类生存和发展的基础 ,是社会经济可持续发展的先决
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条件 ,是一切社会物质财富的源泉 。目前全球大约有 35%的面积即 4500 万 km 的土地正受 到沙漠化的威胁 ,每年约有 5000 - 7000 万 hm 耕地被沙化 ,其中 2100 万 hm 完全丧失生产能 力 。此外 ,由于盐碱化 、 自然地质灾害 、 各种建筑工程占用土地等因素 , 土地资源危机已是 2 不争的事实 。我国土地面积居世界第三位 ,但人均耕地面积只有 1. 7 亩 (约等于 0. 113hm ) ,
2 [2] 不足世界人均占有耕地 5. 5 亩 (约等于 0. 367hm )的三分之一 ,居世界第 66 位 ,因此保护土 [1]

地资源已成为当务之急 。 费
[3]

随着经济的发展与人口的增长 , 土地不合理利用问题将日益突出 , 造成大量土地资源浪 。经济高速发展地区 ,人口稠密地区 ,土地不合理利用已成为环境质量退化的主要因素 ,

进而会抑制经济的发展 。长期以来 ,落后的土地资源管理技术一直是制约我国土地资源管理 事业发展的瓶颈因素 ,特别是缺少现势性的实时动态信息 ,不能适时的进行土地利用数据库的 更新 。由于遥感具有探测的覆盖范围大 、 获取信息迅速 、 受地面的限制条件少 、 信息量大 、 时效 性强 、 经济性等特点
[4]

,数据具有良好的现实性和动态性 , 故在土地利用数据库更新 、 土地资

源动态监测中具有不可替代的优势 。运用“3S” 等现代信息采集 、 定位和数据分析技术 , 彻底 改变了传统的土地资源信息采集 ,存储 、 更新和管理模式 ,以更快捷 、 有效 、 经济的方式进行土 地资源的管理 。

2   3S” “ 技术简介

“3S” 技术即 : 遥感 ( RS) 、 全球定位系统 ( GPS) 、 地理信息系统 ( GIS) 。 RS发现土地资源的

收稿日期 : 2008 - 12 - 13 作者简介 : 王玉印 ( 1982 - ) ,男 ,在读硕士 ,研究方向 : 土地资源利用评价研究 .

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王玉印等 : 3S技术在土地资源管理中的应用

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变化信息 , GPS确定变化的区域和位置 、 对地理信息汇总并进行空间分析 , 是目前对地观 GIS 测系统中空间信息获取 、 、 定位 存贮管理 、 更新 、 分析和应用的三大支撑技术 。 3S” “ 之间通过 现代通讯技术实现实时数据的传输与通讯 ,把“3S” 有机的集成起来 。 2. 1  RS技术 遥感 ( Remote Sensing, RS) ,是应用探测仪器 ,不与探测目标相接触 ,从远处把目标的电磁 波特性记录下来 ,通过分析 , 揭示出物体的特征性质及其变化的综合性探测技术 。从当前 到本世纪未来的 l5 年来看 ,遥感技术将会有一个质的飞跃 ,上一个新的台阶 ,这主要表现在它 [6] 的多传感器 、 高分辨率和多时相特性 。 多传感器技术 。已经全面覆盖大气窗口所有部分 。光学遥感包括可见光 、 近红外和短波 红外区域 ,主要探测目标地物的反射和散射 ; 热红外遥感主要探测目标地物的热量特性 ; 微波 遥感主要探测目标地物的微波辐射和散射的特性 ,分为主动微波遥感和被动微波遥感 ,能全天 候工作 、 全天时的工作 ,并且对冰 、 、 雪 森林具有一定穿透能力 , 对土地资源调查具有特殊的意 [5] 义 。 高分辨率 。主要是指空间分辨率 、 光谱分辨率 、 辐射分辨率 、 时间分辨率和温度分辨率 。 随着长线阵 CCD 成像扫描仪技术的愈来愈成熟 , 空间分辨率已经可达亚米级 , 如美国的快鸟 (Quick B ird )商用卫星全色波段的空间分辨率最高可达 0. 61 米 。成像光谱仪在可见光至红外 波段范围内 ,被分割成几百个窄波段 ,可以分辨出不同地物光谱特征的微小差异 ,有利于识别 更多目标 ,甚至有些矿物成分也可被分辨 。辐射分辨率越高 ,传感器接收波普信号时 ,能分辨 的最小辐射差就越来越小 ,从而使遥感图像的总信息量越来越大 ,产生海量数据 。热红外辐射 计的温度分辨率可从 0. 5K提高到 0. 3K乃至 0. 1K,从而可以实现遥感几何和物理的全面反 [7] 演 。 多时相性 。多时相性对动态监测尤为重要 ,不同多时相性的卫星可以提供不同周期的土 地利用 /覆被变化信息 。静止气象卫星 (地球同步气象卫星 ) 的时间分辨率最高几乎能实现对 地实时观测 (一般 1 次 /0. 5 小时 ) ,太阳同步气象卫星的时间分辨率为 2 次 /天 ,其他卫星随轨 道高度的不通而不同 。随着小卫星群计划的推行 ,可以用 6 颗小卫星 ,实现每 3 - 5 天对地表 [8] 重复一次采样 ,获得 2 - 3m 的高分辨率成像光谱仪数据 。利用微波遥感全天时工作的特 点 ,结合卫星 、 机载以及车载传感器是实现多时相遥感探测的有力保证 。 2. 2  GPS技术 全球定位系统起源于上世纪 60 年代美海军北极星潜艇使用的“ 子午仪 ” 导航定位系统 ,
1970 年代发展成为为美三军提供全球性精确 、 连续 、 实时的三维位置和速度的导航和定位服 务的全新的导航服务系统 —— 导航星 ” —“ 全球定位系统 ( Global Positinoning System , GPS ) 。 1994 年 3 月 , 24 颗 GPS卫星星座及相关设施己布设完成 ,全球覆盖率高达 98% 。系统由地面
[5]

控制部分 (主控站 、 监测站 、 注入站和通讯辅助系统 ) 、 空间星座部分 ( 21 颗实用卫星和 3 颗备 用卫星组成 ,均匀分布在 6 个中高轨道面内 ) 、 用户装置部分 (主要由 GPS接收机和卫星天线 组成 )等三部分构成 。其主要特点有 : 全天候 、 全覆盖 、 高精度三维定速定时 、 快速省时高效 、 应用广泛 、 操作简便 。 GPS的应用前景十分光明 ,除用于各种交通工具和武器的导航定位 、 制导外 ,还可用于航天器定位 、 全球授时 、 地形测绘 、 地质勘探 、 资源调查 、 城市规划 、 国界测定 、 海岛与礁石联测 、 山体测高 、 测量板块和地壳运动 、 交通管制 、 工程建设等等 。特别是 RTK技 ( Real— tim e kinematic方法 ,能够在野外实时得到厘米级定位精度 ) 的出现使 GPS的用途更 术
[9]

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加广泛 。 GPS在土地资源管理中主要为土地调查 ,提供精确定位服务 。 2. 3  GIS技术 地理信息系统 ( geographical information system , GIS) 。 GIS是由计算机硬件 、 软件和不同的 方法组成的系统 ,给系统设计支持空间数据的采集 、 、 、 、 管理 处理 分析 建模和显示 ,以便解决复 杂的规划和管理问题 。其基本构成一般包括一下主要部分 : 系统硬件 、 系统软件 、 空间数 据、 应用人员和应用模型 。利用 GIS技术可以在短时间内更新土地资源的图件和数据等基础 资料 ,以便及时了解土地的动态情况 。 GIS的操作对象是空间数据 。他具体描述地理实体的 空间特征 、 属性特征和时间特征 。空间特征指地理实体的空间位置及其相互关系 ; 属性数据表 征地理实体的名称 、 类型和数量等 ; 时间特征指实体随时间而发生的相关变化 。 GIS有两个显著特征 : 一是它不仅可以象传统的数据库管理系统 (DNM S)那样管理数字和 文字 (属性 )信息 ,而且可以管理空间 (图形 )信息 ; 二是它可以利用各种空间分析的方法 ,对多 种不同的信息进行综合分析 ,寻求空间实体间的相互关系 ,分析和处理在一定区域内分布的现 象和过程 。空间分析是 GIS区别于其他类型系统的一个最主要的功能特征 ,也是各类综合性 [ 11 ] 地学分析模型的基础或构件 。
GIS的基本功能是数据的采集 、 管理 、 、 处理 分析和输出 。 GIS依托这些基本的功能通过利
[ 10 ]

用空间分析技术 、 模型分析技术 、 网络技术 、 数据库和数据集成技术 、 二次开发环境等 ,演绎出 丰富多彩的系统功能 ,满足社会和应户的广泛需求 。 2. 4   3S” “ 集成技术 实践表明 , RS, GIS, GPS技术在其应用领域各具特色 ,但每一种技术单独使用时也显现出 了各自的局限性 ,“3S” 集成就是对 RS、 、 取长补短 , 共同解决复杂的地学问题 。 RS、 GIS GPS GIS可以快速准确的获取空间信息 , GIS则提供强大的空间信息处理能力 , 即“ 两只眼睛 ,一个 [ 12 ] 大脑 ” 有机结合 ,最终实现对地学信息实时 , 准确 , 整体 、 快速 、 动态的管理 。 3S” “ 的整体结 合方式见图 1。

3   3S” “ 技术在土地资源管理中的应用
3. 1   在土地利用调查中的应用

土地资源的不可再生性决定了合理利用土地资源的重要性 。土地利用现状调查是了解土 地资源的各种特征和规律 ,掌握土地资源的数量 、 质量和分布规律的主要手段 , 是开展土地资 源研究的基础性工作 。土地利用管理涉及的信息丰富 、 、 繁杂 量大 ,而且几乎全为地理信息 ,具 有很强的地域性 、 空间性 、 时序性和动态性 。离开这些信息 ,就很难实现立体 、 动态的管理 , 直接影响到土地利用规划和管理的质量和效果 。 在土地资源利用调查中 , GPS 为空间数据的采集提供实时 、 快速的定位服务 , RS 利用航 空、 航天提供的遥感影像 ,经过校正 、 解疑得到精度较高 、 现势性好的的空间信息 ,加上 GPS的 辅助可以定位 、 定量到具体的地块 。把利用 GPS和 RS获取的地物信息 ,以及其他手段得到的 各种信息 ,提供给 GIS, GIS利用本身强大的数据管理功能和空间分析功能 ,实现对空间数据和 属性数据的一体化管理以及对空间数据的分析 、 查询 、 决策 、 输出 。 GIS技术能够有效的管理 各类空间数据 、 属性数据以及统计分析数据 ,并能对海量数据进行分析处理 ,促进了土地资源 数据管理 、 分析和处理的规范化 ,为土地资源管理打下良好的基础 。土地利用调查的技术流程 如图 2 所示 。
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3. 2   在土地利用总体规划中的应用

土地利用规划是指在一定区域范围内 ,根据自然和社会经济条件以及国民经济发展的需 要 ,在较长的规划期内从数量及空间上对区域土地资源在国民经济个部门间的分配进行协调 , 确定或调整区域土地利用结构和用地布局 ,并对土地开发 、 整理 、 复垦和保护进行统筹安排的

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一项宏观战略性措施 。其核心是确定或调整土地利用结构和用地布局 ,其作用是宏观调控和 [ 14 ] 均衡各业用地 。目前在土地利用规划中 ,以 GIS为核心 ,建立土地利用规划信息系统 ,在建 立土地利用总体规划数据可的基础上 ,紧密结合土地利用总体规划的业务流程 ,实现土地利用 总体规划编制 、 、 修改 实施的自动化管理 ,结束长期以来土地利用总体规划成果基本上靠人工 管理的落后方法 ,为土地规划的动态实施和成果的管理提供了科学的方法和现代化手段 。
3. 3   在土地利用动态监测中的应用

土地利用变更和动态监测是土地管理工作的重要内容之一 。依靠常规手段监测土地利用 变化更新速度慢 、 成图周期长 、 误差大 、 难以及时 、 准确 、 主动发现土地利用变化的区域 。利用 RS提供的不同时期遥感影像可以准确 、 快速的获取不同时期的土地利用信息 , GPS提供精确 的定位 , GIS则用来管理土地利用变化的空间数据 、 属性数据和空间分析 , 将不同时期的遥感 图像数据进行叠加 ,分析土地利用类型的变化 ,可以准确 、 客观 、 及时 、 大面积地得到土地利用 变化信息 ,为土地利用的科学管理服务 。土地利用动态监测的技术流程如图 3 所示 。

图 3   3S” “ 技术进行土地利用动态监测技术流程

3. 4   在土地资源评价中的应用

土地资源的评价是指在特定目的下 ,对土地生产力高低的鉴定 、 评定或估价 ,它是查清土 地质量状况的必要手段 ,也是土地管理的一项基础性工作 。土地评价包括潜力评价 、 适宜 (土地分等定级 )等 。目前主要是借助于 GIS对空间数据管理和空间分析工 性评价 、 经济评价 具 ,根据土地评价的理论和方法 ,对土地资源的潜力 、 适宜性 、 地价进行评价并分等定级 ,揭示
[ 15 ]

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其空间变化规律及其数量特征 ,为土地利用总体规划 ,特别是为有效地利用 、 保护土地资源提 供依据 。另一方面是建立土地资源评价信息系统 , ,不仅有效地利用了现有的各种土地评价资 料 ,而且极大地减少了土地评价的工作量 ,同时也起到积累资料 ,提高评价质量的作用 。 现在土地资源评价中的一个问题是数据源数据库滞后 ,制约了土地资源评价的发展 ,利用 高分辨率遥感影像 ,直接解译土地资源现状信息 ,并实现土地利用现状数据快速更新 。从而促 进土地资源评价的进一步发展 。 3. 5   在土地整理中的应用 土地整理是指在一定区域内 ,依据土地利用总体规划 ,采用行政 、 经济 、 法律和技术手段 , 对农田 、 、 水利 道路和林地等综合整治 ,调整土地关系 ,改善土地利用结构和生产 、 生活条件 ,增 加可利用土地面积 ,提高土地的利用率和产出率的综合措施 ,是增加耕地的有效途径 。 RS 在土地整理的主要作用是利用高分辨率遥感影像 ,辅以其他背景资料 ,通过解译 ,快速准确的 把土地利用信息提取出来 ,绘制精度较高的土地利用现状图 ,为土地整理提供基础图件 。 GIS在土地整理中的作用主要有三个方面 : 土地利用数据库的建立和管理 , 进行土地平整 填挖方工程量的计算以及三维仿真 ,土地整理规划等图件的制作 。在 GIS的支持下 ,利用计算 机强大的图形处理功能 ,方便的进行土地整理规划 ,设计和显示 。利用 GIS的专题制图功能制 作更加美观的专题地图 。
[ 16 ]

4   3S” “ 技术在土地管理中的应用前景
4. 1   3S” “ 数据信息精度的提高

由于传感器技术水平不断提高 ,遥感影像分辨率由几百米 , 几十米发展到低于 1m。加之 全球定位系统的精确定位 ,使遥感数据精度更高 。随着遥感分类技术的提高 ,对地物的自动识 别能力的提高 ,将促进分类的自动化 、 智能化 ,最总实现遥感图像的计算机自动解译 ,大大减少 外业和目视解译的工作量 。 4. 2   地球空间信息科学发展为土地管理科学奠定技术基础 数字地球是地球空间信息科学发展的前沿 。数字地球的概念自被美国前副总统戈尔提出 之后 ,引起世界各国的广泛重视 。数字地球由下列体系构成 : 数据获取与更新体系 、 数据处理 与储存体系 、 信息提取与分析体系 、 专用软件体系 、 咨询服务体系 、 专业人员体系 、 用户体系 、 教 [ 17 ] 育体系 、 标准与互操作体系 、 法规和财经体系 。未来的土地资源管理系统将是数字地球的 一个部分 。近来 ,有人提出“ 数字国土 ” 概念 , 因此 , 可以认为 :“ 数字国土 ” 是土地资源信息系 统发展的方向 。 3S” “ 技术是未来数字地球的关键技术 ,也必将是“ 数字国土 ” 的关键技术 。土 地资源管理必将越来越依赖于“3S” 。 技术 4. 3   3S” “ 集成技术的完善 “3S” 集成技术的完善推动土地资源管理的实时性 。 3S 技术的使用目前只是单一或综 “ “ 合利用阶段 ,有时会由两两的集成使用 ,但集成的层次比较低 ,仅限于数据或软件集成层次上 。 一旦真正实现“3S” 技术整体的集成 ,即有机的结合 、 在线连接 、 实时处理和系统的整体性 , 那 么土地利用现状调查 、 变化和动态监测数据将会实时得到更新 。 4. 4   土地信息系统的完善 土地信息系统 (Land Information System )的完善进一步促进土地资源管理的现代化 。土地 信息系统能系统地获取一个区域内所有与土地有关的重要特征数据 ,并作为法律 、 管理和经济

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的基础 。也就是说 ,土地信息系统就是把土地资源各要素的特性 、 权属及其空间分布等数据信 息 ,存储在计算机中 ,在计算机软 、 硬件支持下 ,实现土地信息的采集 、 修改 、 更新 、 删除 、 统计 、 评价 、 分析研究 、 预测和其他应用的技术系统 。时态 GIS的应用可动态管理土地管理工作的全 部业务以及现状 、 、 过程 历史图形 、 属性拓扑信息 , 实现对土地管理工作登记 、 调查 、 审批 、 发证 等全过程的动态管理 。W ebGIS应用 ,可通过互联网发布土地信息 、 发送土地数据 ; 用户可在网 上查询所需的土地信息 ; 土地管理部门可通过网上受理土地交易业务 ,实施分布式网络管理 。 参      考 文 献
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APPL ICAT I N O F RS - G IS - GPS TECHNOLO GY O IN LAND - USE M ANAGEM ENT
( R esou rse and Environm en t College of Fu jian A g ricu ltu re and Forest U n iversity, Fuzhou, Fu jian

Abstract:  A s an high - tech in information m anagement, " 3S" technologies w ill be w idely app lied in land resource m anagement B ased on the introduction of RS, GIS, GPS and the integration of . them , this article briefly expatiated the app lication of " 3S" technologies in land management on toring of land - use, the evaluation of land resources and land consolidation, and then forecasted the app lying p rospect of " 3S" technologies in land m anagement . Key words:   " 3S" technologies; RS; GIS; GPS; land resource managem ent these follow ing five aspects: the investigation of land - use, land - use p lanning, the dynam ic moni2

WANG Yu 2yin, X I G Shi2he, L I L iu 2hui N U 350002, Ch ina )


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