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(shí)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(cè)特性，能夠快速、高效、準(zhǔn)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(duì)遙感技術(shù)在在土地工程中的應(yīng)用進(jìn)行分析探討，結(jié)果表明：遙感技術(shù)能夠?yàn)橥恋毓こ痰膶?shí)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(hào)：P273 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：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(huì)不斷發(fā)展，城市化進(jìn)程加快和城市規(guī)模的持續(xù)擴(kuò)張，高速發(fā)展的經(jīng)濟(jì)社會(huì)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(hù)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(shí)現(xiàn)人類永續(xù)發(fā)展的重大課題，由此土地工程學(xué)科應(yīng)運(yùn)而生。土地工程即運(yùn)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(jìn)行高效利用，能動(dòng)協(xié)調(diào)人地關(guān)系和諧發(fā)展的過程。土地工程的實(shí)施，能夠?yàn)槿祟愄峁┌踩幼〉慕ㄔO(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(shí)施過程中，包括土地工程規(guī)劃設(shè)計(jì)、可行性研究、工程進(jìn)度監(jiān)督、工程量核算、土壤質(zhì)量評(píng)價(jià)等各個(gè)環(huán)節(jié)，均需要對(duì)大量的土地信息數(shù)據(jù)進(jìn)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(cè)量方法不僅需要耗費(fèi)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(diǎn)采樣方式，使得測(cè)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(cè)的特點(diǎn)，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(shì)，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(shí)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(duì)遙感技術(shù)在在土地工程中的應(yīng)用進(jìn)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(jì)60年代發(fā)展起來的對(duì)地觀測(cè)綜合性技術(shù)，是指應(yīng)用探測(cè)儀器，不與探測(cè)目標(biāo)相接觸，從遠(yuǎn)處把目標(biāo)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(cè)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(duì)電磁波的反映不相同，同一種物體，在不同電磁波頻率下，對(duì)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(cè)和接收物體的電磁波輻射，再將電磁波輻射轉(zhuǎn)換為信號(hào)或者圖像，提供給用戶使用。遙感技術(shù)按傳感器的探測(cè)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(tái)置于不同高度的平臺(tái)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(dòng)遙感、被動(dòng)遙感。由此可見，遙感技術(shù)具有用途廣、探測(cè)手段多、探測(cè)范圍大、獲取信息豐富的特點(diǎn)，能夠全面反映觀測(cè)對(duì)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(duì)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(duì)土地進(jìn)行大范圍、全方位、多維度的觀測(cè)，采集土地工程實(shí)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(yíng)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(shí)間和空間屬性[3]。對(duì)地表各類地物進(jìn)行識(shí)別是遙感技術(shù)的一個(gè)主要工作目的，同時(shí)遙感技術(shù)也具備動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)土地覆蓋變化的功能，通過設(shè)定不同時(shí)點(diǎn)，分期對(duì)土地覆蓋情況進(jìn)行觀測(cè)，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(dòng)態(tài)變化監(jiān)測(cè)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(shí)別地物，這種方法依賴于專業(yè)人員的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)，存在一定的誤差?；谙裨姆诸惙椒ㄖ饕ūO(jiān)督分類和非監(jiān)督分類，這類方法采用數(shù)理統(tǒng)計(jì)的方法以像元為統(tǒng)計(jì)對(duì)象進(jìn)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(guó)內(nèi)外有學(xué)者將影像分割形成影像對(duì)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?fù)?、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(shí)施的各個(gè)階段，均需要測(cè)制不同比例尺的地形圖以滿足工程建設(shè)的需要，如進(jìn)行工程規(guī)劃設(shè)計(jì)、土方填挖方計(jì)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(cè)量方法、激光雷達(dá)技術(shù)、合成孔徑雷達(dá)技術(shù)等。

對(duì)于大型土地工程項(xiàng)目，使用傳統(tǒng)的數(shù)字化測(cè)圖方式需要耗費(fèi)大量的人力物力，工作周期長(zhǎng)，工作效率低下;而使用攝影測(cè)量技術(shù)，利用光學(xué)攝影機(jī)對(duì)地面拍攝具有一定影像重疊度的像片，通過恢復(fù)地面模型，對(duì)三維地面模型進(jìn)行立體量測(cè)，快速、準(zhǔn)確和高效地采集各種地形要素?cái)?shù)據(jù)，最終能夠獲取測(cè)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(dá)技術(shù)（LiDAR）因其高精度和高效率，在地形測(cè)繪方面開始迅猛發(fā)展。激光雷達(dá)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(duì)地面上的測(cè)量目標(biāo)進(jìn)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(diǎn)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(shí)，激光雷達(dá)技術(shù)不需要大量的地面控制點(diǎn)，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(duì)象是土地，其研究核心是土體有機(jī)重構(gòu)，土體有機(jī)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(jī)質(zhì)、土壤水分、土壤化學(xué)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(shí)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(gè)方面[5]：

（1）土壤有機(jī)質(zhì)含量等相關(guān)元素的遙感監(jiān)測(cè)。土壤有機(jī)質(zhì)是土壤重要的組成部分，是土壤肥力的重要體現(xiàn)。對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)含量等相關(guān)土壤養(yǎng)分進(jìn)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(cè)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(píng)價(jià)。不同粒徑組合、表面狀況及不同粒徑的化學(xué)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(duì)土壤質(zhì)地和黏粒含量進(jìn)行評(píng)價(jià);（4）土壤溫度遙感定量反演。對(duì)土壤溫度進(jìn)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(cè)量法、微波遙感反演土壤溫度法等。

利用遙感技術(shù)對(duì)土地工程中的土壤信息進(jìn)行獲取和分析，對(duì)于土地工程中的土壤質(zhì)量評(píng)價(jià)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(duì)于提高土地利用效率，保障經(jīng)濟(jì)發(fā)展、社會(huì)穩(wěn)定和促進(jìn)生態(tài)文明建設(shè)具有重要的意義。土地工程的實(shí)施是一項(xiàng)復(fù)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(shí)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(duì)遙感技術(shù)在在土地工程中的應(yīng)用進(jìn)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(duì)土地進(jìn)行觀測(cè)，快速、高效及準(zhǔn)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(cè)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)?huì)有有非常廣闊的應(yīng)用前景。

參考文獻(xiàn)

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[4] 戴永江.激光雷達(dá)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(píng)價(jià)研究[D].中南大學(xué)，2014.