土地資源利用變更調(diào)查中3S技術(shù)的應(yīng)用分析

摘要：針對(duì)城鄉(xiāng)土地權(quán)屬登記工作的基本需求，重點(diǎn)研究土地資源利用變更調(diào)查中3S技術(shù)的應(yīng)用，結(jié)合某土地資源調(diào)查項(xiàng)目案例，從基于遙感技術(shù)（Remote"Sensing，RS）獲取變更圖像、基于全球定位技術(shù)（Global"Positioning"System，GPS）進(jìn)行空間定位、基于地理信息技術(shù)（Geographic"Information"System，GIS）實(shí)現(xiàn)建庫管理三方面展開分析，并總結(jié)了項(xiàng)目土地資源利用的變更幅度、速度。研究表明：合理應(yīng)用3S技術(shù)，能夠客觀掌握土地利用動(dòng)態(tài)變化情況，為土地管理和土地規(guī)劃提供可靠依據(jù)。

關(guān)鍵詞：3S技術(shù)""國土資源""土地變更調(diào)查""遙感影像

Application"Analysis"of"3S"Technology"in"Land"Resource"Utilization"Change"Investigation

YUN"Chao

Pingxiang"Land"and"Space"Survey"and"Planning"Institute，"Pingxiang，"Jiangxi"Province，"337000"China

Abstract："In"response"to"the"basic"needs"of"urban"and"rural"land"ownership"registration"work，nbsp;this"paper"focuses"on"the"application"of"3S"technology"in"land"resource"utilization"change"investigation."Combining"with"a"case"study"of"a"land"resource"investigation"project，"this"paper"analyzes"the"changes"in"land"resource"utilization"from"three"aspects："obtaining"change"images"based"on"Remote"Sensing"（RS）"technology，"spatial"positioning"based"on"Global"Positioning"System"（GPS）"technology，"and"database"management"based"on"Geographic"Information"System"（GIS）"technology."and"summarizes"the"magnitude"and"speed"of"land"resource"utilization"changes"in"the"project."The"research"results"indicate"that"the"rational"application"of"3S"technology"can"objectively"grasp"the"dynamic"changes"in"land"use"and"provide"reliable"basis"for"land"management"and"planning.

Key"Words："3S"technology;"Land"resources;"Land"change"investigation;"Remote"sensing"imagery

3S技術(shù)是指基于遙感技術(shù)（Remote"Sensing，RS）、全球定位技術(shù)（Global"Positioning"System，GPS）、地理信息技術(shù)（Geographic"Information"System，GIS）3項(xiàng)技術(shù)的融合與集成，其中：RS可以通過衛(wèi)星、飛機(jī)等遙感平臺(tái)，接收地面物體反射或發(fā)射的電磁波信號(hào)，生成遙感影像，可為土地資源利用變更調(diào)查提供實(shí)時(shí)、動(dòng)態(tài)的數(shù)據(jù)源；GPS可以通過接收衛(wèi)星信號(hào)實(shí)現(xiàn)精確定位和測(cè)量，實(shí)時(shí)記錄調(diào)查點(diǎn)的位置和屬性信息；GIS可以通過整合遙感影像、地形圖、土地利用現(xiàn)狀圖等數(shù)據(jù)，形成統(tǒng)一的空間數(shù)據(jù)庫，直觀展示土地資源利用變更情況[1-2]。上述3項(xiàng)技術(shù)共同構(gòu)成了土地資源利用變更調(diào)查的技術(shù)體系，能有效降低時(shí)間成本，提高調(diào)查質(zhì)量。

1"項(xiàng)目概況

以某土地資源調(diào)查項(xiàng)目為例，該項(xiàng)目包含6鎮(zhèn)7鄉(xiāng)，下設(shè)132個(gè)村委會(huì)，11個(gè)居委會(huì)，總面積約為1"422.69km2。項(xiàng)目所在區(qū)域地勢(shì)南高北低、西高東低，形成了三面環(huán)山的丘陵性盆地。地處亞熱帶溫暖濕潤(rùn)氣候區(qū)，四季分明，雨量充沛，自然條件較為優(yōu)越。為準(zhǔn)確掌握當(dāng)?shù)氐牡乩米兓闆r，須在以往調(diào)查成果的基礎(chǔ)上，采用3S技術(shù)對(duì)土地利用現(xiàn)狀進(jìn)行更新調(diào)查，并更新土地調(diào)查數(shù)據(jù)庫。

2""3S技術(shù)的應(yīng)用路線

2.1基于RS獲取變更圖像

2.1.1校正遙感圖像

根據(jù)本項(xiàng)目調(diào)查區(qū)域的特點(diǎn)，選擇航片制作的數(shù)字正射影像圖作為遙感數(shù)據(jù)源，其比例尺為1：10"000。為了保證土地資源利用變更調(diào)查的精度，須做好遙感圖像校正工作。（1）進(jìn)行輻射校正，消除太陽高度、地形起伏等因素造成的輻射誤差。首先，利用波段運(yùn)算建立圖像的掩膜文件，確認(rèn)圖像中存在無效的數(shù)據(jù)區(qū)。其次，計(jì)算大氣頂面反射率，其間要進(jìn)行密度分割，查看亮溫分布。設(shè)置掩膜波段，查看統(tǒng)計(jì)結(jié)果，記錄最小的DN值，實(shí)現(xiàn)相對(duì)大氣校正，再使用QUAC方法進(jìn)行快速大氣校正。（2）進(jìn)行幾何校正，保證圖像上各地物特征與參照系統(tǒng)表達(dá)要求保持一致，消除變形問題。利用地面控制點(diǎn)，基于畸變的遙感圖因與標(biāo)準(zhǔn)地圖的對(duì)應(yīng)同名獲取幾何畸變模型，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)校正。校正后的圖像由等間距的網(wǎng)格點(diǎn)組成，符合中心投影的均勻分布規(guī)律。（3）空間增強(qiáng)，以提高圖像的對(duì)比度。本項(xiàng)目主要采用卷積運(yùn)算法進(jìn)行空間卷積濾波增強(qiáng)，達(dá)到平滑和銳化的效果[3]。

2.1.2融合遙感數(shù)據(jù)

合成項(xiàng)目所在區(qū)域的多源遙感影像數(shù)據(jù)，以生成比單一信息源，有效消除冗余信息，互補(bǔ)不足，提高影像的空間分解力和清晰度，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確判斷。根據(jù)處理層次的差異性，可選用3種融合方法：（1）基于像元級(jí)的融合，直接對(duì)預(yù)處理后的遙感影像在像素單元上進(jìn)行融合，主要采用代數(shù)法、IHS變換、小波變換等；（2）基于特征級(jí)的融合，先完成特征提取工作，然后按特征信息對(duì)多源數(shù)據(jù)進(jìn)行分類、聚集和綜合，產(chǎn)生特征矢量后再進(jìn)行融合，實(shí)現(xiàn)了可觀的信息壓縮，可采用Bayes決策法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法等；（3）基于決策級(jí)的融合，對(duì)每一數(shù)據(jù)進(jìn)行屬性說明或初步分類，基于相應(yīng)的結(jié)果加以融合，具有較強(qiáng)的容錯(cuò)性，可采用表決法、Dempster-Shafter推理法等。本項(xiàng)目選擇基于像元級(jí)的融合，以最大限度保留原始數(shù)據(jù)的信息[4]。采用小波變換這種時(shí)頻分析方法，通過有限持續(xù)時(shí)間且具有特定頻率特性的函數(shù)對(duì)信號(hào)進(jìn)行分解，合理描述信號(hào)在不同尺度和不同時(shí)間段的變化特征，其處理流程如下所示。

（1）利用小波函數(shù)對(duì)原始遙感影像進(jìn)行多尺度分解，將其分解成不同頻率和時(shí)間段的子帶，包含影像的近似信息和細(xì)節(jié)信息。

（2）根據(jù)項(xiàng)目的應(yīng)用需求，選擇小波系數(shù)加權(quán)平均融合和替換融合處理分解得到的不同子帶。

（3）經(jīng)過融合處理后的子帶，利用小波函數(shù)進(jìn)行重構(gòu)，得到融合后的遙感影像。該影像包含了各數(shù)據(jù)源的信息，并實(shí)現(xiàn)了信息的優(yōu)化和互補(bǔ)，使得融合結(jié)果更加清晰、自然。

2.1.3提取變更信息

首先，基于項(xiàng)目所在區(qū)域在不同時(shí)期的遙感影像圖，采用ERDASIMAGINE軟件對(duì)遙感影像進(jìn)行裁剪、重采樣等操作，使其具有相同的空間范圍和分辨率。再將多個(gè)時(shí)相的影像數(shù)據(jù)加載到軟件中，設(shè)置合適的圖層透明度，進(jìn)行疊加分析。利用圖像差值法、圖像比值法等工具提取土地資源利用變化信息，得到變化模板。以便目視判別篩選變化信息位于新建的矢量層上，用矢量線條勾繪變化圖斑。其次，參考外業(yè)調(diào)查、土地利用圖等相關(guān)資料，綜合考慮影像特征、地物類型、時(shí)間變化等要素，判斷地物類型在時(shí)相上的變化區(qū)域。最后，以調(diào)查區(qū)為單位，對(duì)變化區(qū)內(nèi)的圖斑進(jìn)行比對(duì)篩選，確認(rèn)發(fā)生變化的圖斑。沿融合影像的光譜與紋理變異的分界處勾繪邊界[5]。本項(xiàng)目中，紅色圖斑顯示未變化，綠色圖斑顯示變化，并用藍(lán)色描繪圖斑邊界。

2.2基于GPS進(jìn)行空間定位

2.2.1外業(yè)測(cè)量

利用RS技術(shù)初步獲取變化光斑后，需要利用GPS技術(shù)進(jìn)行外業(yè)測(cè)量，首先，準(zhǔn)備好差分GPS接收機(jī)、手持機(jī)、測(cè)量桿等必要設(shè)備，并根據(jù)資料信息，在已知精確坐標(biāo)的點(diǎn)上設(shè)立基準(zhǔn)站，用于接收衛(wèi)星信號(hào)，并計(jì)算誤差。其次，在手持機(jī)上啟動(dòng)差分定位模式，連接到基準(zhǔn)站的數(shù)據(jù)鏈。根據(jù)土地資源利用變更的調(diào)查任務(wù)，在實(shí)地測(cè)量土地界線、特征點(diǎn)等關(guān)鍵數(shù)據(jù)。通過差分定位，獲得高精度的坐標(biāo)信息。最后，差分GPS接收機(jī)會(huì)實(shí)時(shí)記錄測(cè)量點(diǎn)的坐標(biāo)信息，工作人員要準(zhǔn)確填寫外業(yè)調(diào)查表，將坐標(biāo)信息、土地界線、地類編碼、權(quán)屬單位等關(guān)鍵數(shù)據(jù)交代清楚，繪制草圖表明圖斑變更前后狀況，與實(shí)地測(cè)量數(shù)據(jù)相對(duì)應(yīng)。審核無誤后，對(duì)其做歸檔處理。

2.2.2轉(zhuǎn)換坐標(biāo)系

本項(xiàng)目的GPS采集坐標(biāo)屬于WGS-84坐標(biāo)系，而土地利用現(xiàn)狀數(shù)據(jù)庫坐標(biāo)系采用國家大地坐標(biāo)系，需轉(zhuǎn)換坐標(biāo)系，保證數(shù)據(jù)的一致性。常用的轉(zhuǎn)換方法有以下2種。（1）四參數(shù)轉(zhuǎn)換，適用于兩點(diǎn)間距離小于10"km、橢球參數(shù)差異較小的情況。四參數(shù)包括2個(gè)平移參數(shù)（ΔX、ΔY）、1個(gè)旋轉(zhuǎn)參數(shù)（A）、1個(gè)尺度因子（K）。（2）七參數(shù)轉(zhuǎn)換，適用于范圍大、橢球參數(shù)差異較大的情況。七參數(shù)包括3個(gè)平移參數(shù)（ΔX、ΔY、ΔZ）、3個(gè)旋轉(zhuǎn)參數(shù)（Δα、Δβ、Δγ）、1個(gè)尺度因子（K）。在轉(zhuǎn)換時(shí)，首先，整合GPS采集的原始坐標(biāo)數(shù)據(jù)、土地利用現(xiàn)狀數(shù)據(jù)庫的目標(biāo)坐標(biāo)系信息、用于轉(zhuǎn)換的公共控制點(diǎn)坐標(biāo)信息；其次，使用公共控制點(diǎn)坐標(biāo)，根據(jù)七參數(shù)法計(jì)算轉(zhuǎn)換參數(shù)；最后，利用轉(zhuǎn)換參數(shù)批量轉(zhuǎn)換GPS采集的原始坐標(biāo)，得到與土地利用現(xiàn)狀數(shù)據(jù)庫坐標(biāo)系一致的數(shù)據(jù)，保證精度滿足要求。

2.3基于GIS實(shí)現(xiàn)建庫管理

2.3.1形成土地利用更新圖

首先，要啟動(dòng)GIS軟件創(chuàng)建新的項(xiàng)目，在項(xiàng)目管理器中，右擊“圖層”或“數(shù)據(jù)源”，選擇“新建”-“矢量線層”，輸入線層的名稱、坐標(biāo)系統(tǒng)等信息，注意新建線層的坐標(biāo)系統(tǒng)應(yīng)與原有的土地利用現(xiàn)狀數(shù)據(jù)保持一致；其次，要為矢量線層設(shè)置屬性結(jié)構(gòu)，包括線型、顏色、寬度等，以及地類代碼、權(quán)屬單位等附加屬性字段；再次，找到坐標(biāo)輸入工具，按照收集的變更圖斑坐標(biāo)數(shù)據(jù)，依次輸入每個(gè)點(diǎn)的坐標(biāo)，自動(dòng)繪制線段，使其能夠形成閉合的線環(huán)，表示變更圖斑的完整邊界；最后，將通過RS技術(shù)得到的變化圖斑數(shù)據(jù)加載到GIS軟件中，讓新建的矢量線層和變化圖斑圖層疊加顯示，起到對(duì)比作用。仔細(xì)比較二者的邊界線，確認(rèn)是否存在偏差，調(diào)整后形成新的變更圖斑邊界線，將其替換到原有的土地利用現(xiàn)狀數(shù)據(jù)中。以其為標(biāo)準(zhǔn)輸出更新后的土地利用現(xiàn)狀圖并作為最終成果。

2.3.2完善空間數(shù)據(jù)庫

通過GIS軟件的空間分析功能，分析導(dǎo)入的封閉圖斑線，，識(shí)別與原有圖斑的相交關(guān)系，以便進(jìn)行分割。分割時(shí)新生成的圖斑邊界要與導(dǎo)入的封閉圖斑線完全，刪除封閉區(qū)域內(nèi)相同的權(quán)屬單位代碼，實(shí)現(xiàn)圖斑的合并。記錄所有發(fā)生的圖斑分割和合并操作，生成變更文件，并利用拓?fù)涔ぞ邫z查是否存在裂隙、重疊、錯(cuò)位等錯(cuò)誤，并完成修復(fù)工作。最后將更新后的圖斑數(shù)據(jù)與權(quán)屬單位、土地利用類型等數(shù)據(jù)整合在一起，使其相互關(guān)聯(lián)，形成完整的數(shù)據(jù)體系。在GIS平臺(tái)將項(xiàng)目以往的影像圖作為底圖，矢量化處理影像疊加分析得到的變化圖斑，通過邊界提取、屬性賦值等環(huán)節(jié)，充分反映變化圖斑的特征。然后按照變化零星地類、變化現(xiàn)狀地物、變化地類進(jìn)行編號(hào)，導(dǎo)出增量數(shù)據(jù)包。

3"土地資源利用變更調(diào)查結(jié)果

3.1土地資源利用變更幅度

結(jié)合GIS數(shù)據(jù)庫導(dǎo)出土地資源利用變更調(diào)查，其中變化幅度數(shù)據(jù)如表1所示。項(xiàng)目所在地的農(nóng)用地總面積減少了1.56%，建設(shè)用地總面積增加了31.0%，其他用地減少了0.50%。

3.2土地資源利用變更速度

結(jié)合GIS數(shù)據(jù)庫導(dǎo)出土地資源利用變更調(diào)查，其中變化速度數(shù)據(jù)如表2所示。項(xiàng)目所在地的其他建設(shè)用地面積年變化率最大，水域用地面積年變化率最小。

4"結(jié)語

綜上所述，基于某土地資源調(diào)查項(xiàng)目案例，對(duì)3S技術(shù)的應(yīng)用展開了詳細(xì)分析。該項(xiàng)目利用RS技術(shù)獲取了遙感影像變化圖斑，利用GPS技術(shù)進(jìn)行外業(yè)調(diào)查，對(duì)變化圖斑進(jìn)行驗(yàn)證和補(bǔ)充，最后利用GIS技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)整合，形成了最新的土地利用更新圖?？偟膩砜?，項(xiàng)目所在地的耕地、園地、林地、其他農(nóng)用地和自然保留地面積在不斷減少，城鄉(xiāng)建設(shè)用地、交通水利用地、其他建設(shè)用地面積在不斷增多。

參考文獻(xiàn)

[1] 宋云瑞.三峽庫區(qū)消落帶交錯(cuò)區(qū)土地利用及景觀變化研究[D].武漢：華中農(nóng)業(yè)大學(xué)，2021.

[2] 舒文強(qiáng)，葉勝，陳林，等.基于3S技術(shù)的城市邊角地公共空間分析研究[J].地理空間信息，2023，21（4）：42-45.

[3] 張華劍，姚勁，張建國.3S技術(shù)在縣域水利工程用地劃界中的應(yīng)用[J].地理空間信息，2022，20（8）：139-142.

[4] 劉福全，杜崇，韓旭，等.基于3S技術(shù)的大慶地區(qū)土壤鹽漬化時(shí)空變化分析[J].灌溉排水學(xué)報(bào)，2022，41（5）：132-138.

[5] 徐鋮龍.基于RS和GIS的土壤侵蝕對(duì)土地利用變化的響應(yīng)研究[D].哈爾濱：黑龍江大學(xué)，2021.