浅谈“3S”技术在土地利用管理中的应用

　　【摘要】土地是人类赖以生存的物质基础，利用以“3S”为代表的信息技术对土地利用进行动态管理和区域规划是未来的发展趋势。“3S”技术是全球定位系统、遥感、地理信息系统和专家系统的简称；对“3S”技术作了简要介绍，并从其技术方面分析了“3s”技术在土地利用和管理领域的应用。
　　关键词：“3S”技术；土地利用现状调查；土地利用规划；土地利用动态监测
　　我国目前正处于经济加速发展的特殊时期，这一时期是资源环境约束加大、人地矛盾加剧时期，全国既要严格保护耕地等重要资源，又要保证建设用地的有效和可持续供给，因此，土地高效集约利用和动态监测管理成为当前国土规划工作的重点和难点。以“3S”为代表的高新技术形成了利用遥感技术(RS)发现土地利用变化信息，利用全球定位系统技术(GPS)快速、准确地获取变化信息的空间坐标，利用地理信息系统技术(GlS)进行土地利用现状数据库更新与土地规划数据库管理的新的运行机制。本文基于这样的时代背景和技术条件下，从土地利用现状调查、土地利用规划、土地动态监测等方面，深入探讨当前“3S”技术在土地利用动态监测和规划管理中的应用情况，预测未来“3S”技术在国土资源规划与管理中的发展趋势。
　　1“3S”技术简介
　　“3S”技术即全球定位系统(GPS)、遥感(RS)、地理信息系统(GIS)等的合称，在土地利用和管理研究中，三者联合，可做到大范围、高效、准确、定期的动态监测，为科学研究、政府管理、社会生产提供了新一代的观测手段、描述语言和思维工具。“3S”技术结合应用，取长补短，形成了“一个大脑，两只眼睛”的框架，即RS和GPS提供或更新区域信息以及空间定位，GIS进行相应的空间分析，以从RS和GPS提供的浩如烟海的数据中提取有用信息，并进行综合集成，使之成为决策的科学依据。
　　1.1遥感RS
　　遥感主要是指从远距离高空以及外层空间的各种平台上利用可见光、红外、微波等电磁波探测仪器，通过摄影或扫描、信息感应、传输和处理，从而研究地面物体的形状、大小、位置及其环境的相互关系与变化的现代技术科学。近几年来，随着信息和传感技术的飞速发展卫星遥感影像的空间分辨率已从30m、10m提高到今天的2m、1m，一些军用遥感卫星的空间分辨率甚至达到0.1m；重访周期(时间分辨率)也在不断缩短。
　　目前遥感技术已经形成多星种、多平台、多传感器、多分辨率、多时相的对地观测系统，具有“宏观探道，微观求真”的双重特征和优势，为国民经济建设和科研提供了“海量”数据，广泛应用于地质、地理、农业、林业、气象、灾害、资源环境等领域。
　　1.2全球卫星定位系统GPS
　　GPS全球定位系统可用于导航、瞬时校频即地面和卫星的精确定位测量。它包括三大部分：空间部分——GPS卫星星座；地面控制部——地面监控系统；用户设备部分——信号接收机。GPS由21颗工作卫星和3颗备用卫星组成，每4颗工作卫星在同一轨道平面内运行，彼此相距90度，24颗卫星均匀分布在六个相对于赤道夹角为6O度的轨道平面内。卫星高度离地面约2O200公里，运行周期是一天绕地球两周，相邻的轨道平面上的卫星离升交点的角距互相差30度。GPS卫星用L波段两种频率的无线电波向用户发射导航定位信号，同时接收地面发送的导航电文以及调度命令。可以说，GPS系统已经达到全效能服务的时代。
　　1.3地理信息系统GIS
　　GIS是以地理现象为研究对象，遥感、地图、统计数据、文字资料为信息源，通过加工处理，获取某一地理要素的专题信息；并通过时空分析、模型建立、虚拟现实等手段，研究地理系统内控因子的分布、运动、发展、转化及趋势。它本身就是集计算机科学、地理学、测绘遥感学、环境科学、城市科学、空间科学、地球科学、信息科学和管理科学为一体的多学科新兴边缘学科，研究计算机技术与空间地理分布数据的结合，通过一系列空间操作和分析，为地球科学、环境科学和工程设计，乃至国民经济的发展、城市建设及企业经营提供对规划、管理和决策有用的信息，并回答用户提出的有关问题。
　　2“3S”技术在土地利用管理中的应用
　　运用以遥感、地理信息系统和全球定位系统为代表的“3S”技术对土地资源进行快速有效动态监测，可以实现土地资源利用的动态监测与用途管理。不同时相、不同传感器的多源卫星融合影像可在大范围内快速发现土地利用变化区域，进行土地利用更新调查；全球定位系统的实测数据则可用于对GIS数据库的修正与及时更新，修正土地利用现状数据库和土地规划数据库；并采用GIS的空间分析工具，进行数据管理和信息处理，分析当前土地利用现状，为土地高效利用、科学规划管理的宏观和微观决策提供可靠的数据源。因此，基于“3S”技术的土地利用动态监测技术可以为相关管理部门提供一个快速、有效的土地利用动态监测手段和时空数据管理与分析的平台，为区域土地资源的合理利用和社会经济的可持续发展提供决策依据。
　　2.1“3S”技术在土地利用现状变更调查中的应用
　　土地利用现状变更调查，就是利用已有的详查形成的基础图件，根据野外实地调查，对变化的地块(图斑)逐一转绘量算，以更新土地利用现状的基础图件和数据，保持土地利用资料的现势性。随着科技的快速发展，土地利用现状变更调查工作流程愈加简洁快速，对土地变化信息的获取更精确、更具时效性。可以这么说，“3S”技术的结合应用便于对有限的土地进行实时的统计和监督、检查，为科学决策提供可靠的依据。
　　利用“3S”技术进行土地利用快速更新，主要是利用卫星遥感影像反映地物光谱特征的特性，发挥其对地类判别的优势，以多时相、多源遥感数据为变化信息源，以已有的土地利用数据库为基础进行变化信息提取，经外业调查与测量、数据后处理，最终更新土地利用数据库。其工作流程主要包括遥感影像数据处理，土地利用变化信息的提取，外业实地调查，变化数据后处理，更新土地利用数据库等步骤。

　　2.2“3S”技术在土地利用规划中的应用
　　我国长期以来，落后的土地管理技术手段一直是制约我国土地管理事业发展的瓶颈因素，特别是缺少实时动态信息，不能适时地进行土地利用信息变更和规划方案调整。因此，“3S”技术可作为土地利用动态管理的理想技术支撑手段，对土地利用信息进行实时监测，快速提供多种土地利用及规划方案供领导部门选择，为土地资源调查、制图、土地统计，土地利用动态监测、土地资源分析及评价等提供必要的技术支持。
　　在进行土地利用统计分析方面，主要是将GPS记录数据、RS成像数据、GIS数据及文档资料和数据按照一定的规范格式输入计算机，通过不同时期遥感图像对比来提取差别信息，获得不同时期的土地覆盖类型图，建立土地利用现状数据库，得到研究区域内当前城市化过程、耕地面积减少、土地利用变更和生态环境变化等的基本数据和图面资料，快速完成多维、多元复合分析；在土地资源评价方面，“3S”技术在土地利用统计分析成果基础上，对土地利用数据、土地利用程度、土地利用结构、土地利用状况以及土地利用经济效益等进行进一步分析，并自动生成土地利用现状分析成果库；在掌握区域内的自然经济条件和充分的空间及数据分析的基础上，进行土地适宜性评价、土地远景规划和利用类型预测，从而优化土地利用结构；最后根据土地利用优化结构结果，将土地利用布局结构反映在图上，并对土地利用规划实施跟踪管理和实时调整，为区域土地利用规划工作提供全面的服务支持，为国家和地方进行宏观决策提供科学依据。此外，“3s”技术还可以为建设项目的土地利用审批以及土地利用结构优化方案的优选提供决策支持，快速、精确地探测违章建设用地。
　　2.3“3S”技术在土地利用动态监测中的应用
　　所谓土地利用动态监测，即将不同时相(至少两个时相)的土地利用数据进行对比，从空间和数量上分析其动态变化特征和未来发展趋势，主要采用遥感技术获取动态土地利用数据，地理信息系统管理和更新土地利用现状数据库的方式进行土地利用的实时监测。
　　土地利用动态监测包含监测区域内的全部土地资源，能提供各土地利用类型的数量、质量、空间分布等动态信息。利用“3S”技术进行土地动态监测的主要内容包括：监测年度各类土地利用变化情况，重点监测新增建设用地与非耕地情况；辅助开展土地变更调查，复核土地变更调查；辅助更新土地利用现状图；监测土地利用总体规划执行情况；监测基本农田保护执行情况；为国土资源遥感管理提供最新的土地利用动态信息。
　　我国目前主要是对耕地和建设用地等土地利用变化情况进行及时、直接、客观的定期监测，检查土地利用总体规划及年度用地计划执行情况。重点是核查每年土地变更调查汇总数据，为国家宏观决策提供比较可靠的依据；对违法或涉嫌违法用地的地区及其他特定目标等进行的日常快速监测，可为违法用地查处及突发事件处理提供依据。
　　3“3S”技术在国土规划与管理中的发展趋势
　　3.1遥感传感器应趋向三多和三高，并探讨遥感影像融合技术。
　　当前，随着科技的飞速发展，航空航天遥感传感器数据获取技术趋向三多和三高，即多平台、多传感器、多角度和高空间分辨率、高光谱分辨率、高时相分辨率。我国在机载和星载SAR传感器及其应用研究方面正在形成体系。“十一五”期间，我国全方位地推进遥感数据获取的手段，形成了自主的高分辨率资源卫星、雷达卫星、测图卫星和对环境与灾害进行实时监测的小卫星群，为国土资源规划与管理提供了更多更精确的数据。
　　遥感动态监测中的影像融合是对监测区内多时相的多光谱影像和高分辨率影像进行融合，提高影像的空间分辨率和光谱分辨率，增强影像的视觉效果；而不同时段影像的交叉融合又会突出影像的变异斑块，从而方便地检测出变化的区域。因此，对目标解译和变化监测而言，一个好的融合方法能够保留全色影像的空间信息和多光谱影像的光谱信息。然而，现有融合方法存在的主要问题是融合影像的光谱畸变问题和空间信息损失问题【19】。
　　3.2信息系统的进一步建设
　　经过多年发展，我国的GIS现在已日趋成熟，但其应用还主要停留在数据库、空间叠加分析上，缺乏知识处理能力和推断能力，因而在解决如国土资源规划等包含大量信息的问题时就需将GIS与专家系统(ES)相结合，解决如何实现简单快速而又正确地将不同时间下的空间资料处理好并供分析使用，建立合理的基准地价体系、健全地籍管理信息系统，有效监测土地利用与管理、决定最适土地利用形态等。
　　3.3建立覆盖全国的土地利用规划管理信息系统
　　在全国第二次土地调查的基础上进行土地利用总体规划的修编，是区域经济健康持续发展的前提。为使规划修编成果科学合理，确保与实地相一致的图、数等规划修编基数的准确性，应逐步建立覆盖全国的土地利用规划管理信息系统，进一步提高遥感系统(RS)、全球定位系统(GPS)和地理信息系统(GIS)等现代技术手段在土地利用规划管理中的应用水平，从而为有关规划数据的收集和适时更新、海量信息的及时处理、规划方案的调整修改及上下协调反馈、规划实施的动态跟踪管理等提供先进技术手段。
　　参考文献：
　　【1】郑伟元.做好土地利用总体规划修编前期工作——中国土地学会土地规划分会土地利用规划修编研讨会综述【J】.中国土地科学.2005
　　【2】吴良林.土地利用总体规划中GIS技术应用研究【J】.热带地理.1999
　　【3】乌伦，刘瑜等.地理信息系统——原理、方法和应用【M】.北京：科学出版社

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