3s技术在土地资源利用调查的应用

3s技术在土地资源利用调查的应用
摘要：土地资源日新月异的变化使得传统的土地资源管理手段无法满足土地资
源信息及时更新的要求。

现代的土地资源调查是一项技术性较强的工作，具有严格的工作程序和方法包括准备工作、外业调绘、内业工作、检查验收四个阶段。

随着计算机技术和测绘技术的发展，3s技术成功应用于土地资源调查中。

这一方面可以弥补传统调查手段的不足，另一方面为土地资源调查研究提供了新的途径与技术支持。

数字地球的提出更加快了3s技术的发展及其在土地资源调查中的应用。

并结合本专业（地理信息系统）展望“3S”技术在土地资源利用调查中的应用前景。

关键词：地理信息系统全球定位系统遥感技术土地资源利用调查
1.引言
中国的土地总面积居于世界第三位，但人均土地面积仅为0.777公顷，是世界人均土地资源量的1/3。

《2000年中国环境状况公报》指出：2000年中国耕地总面积为1.282亿公顷，人均耕地面积为0.101公顷，不足世界人均耕地的一半。

由于基本建设等对耕地的占用，目前全国的耕地面积以每年平均数十万公顷的速度递减。

中国耕地的土壤质量呈下降趋势。

全国耕地有机质含量平均已降到1％，明显低于欧美国家2.5%-4%的水平。

因此保护土地资源已成为当务之急。

土地不仅是人类栖息和生物生存的主要空间，而且具有生产性。

所以保护土地资源势在必行。

在土地资源调查中RS和GPS提供大量的数据信息源，同时GPS 可以进行精确的定位，GIS则对调查数据进行综合处理，是目前对地观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
3S技术是遥感技术（Remote Sensing，简称RS）、地理信息系统(Geography Information Systems，简称GIS)和全球定位系统(Global Positioning Systems，简称GPS)的统称，是空间技术、传感器技术、卫星定位与导航技术和计算机技术、通讯技术相结合，多学科高度集成的对空间信息进行采集、处理、管理、分析、表达、传播和应用的现代信息技术。

3S技术是现代技术发展的先导，对全世界的科技进步发挥着重要作用，在农业领域也有极广泛的应用。

2.1 RS
RS是指从高空或外层空间接收来自地球表层各类地物的电磁波信息，并通过对这些信息进行扫描、摄影、传输和处理，从而对地表各类地物和现象进行远距离控测和识别的现代综合技术。

遥感技术可用于植被资源调查、气候气象观测预报、作物产量估测、病虫害预测、环境质量监测、交通线路网络与旅游景点分布等方面。

例如，在大比例尺的遥感图像上，可以直接统计烟囱的数量、直径、分布以及机动车辆的数量、类型，找出其与燃煤、烧油量的关系，求出相关系数，并结合城市实测资料以及城市气象、风向频率、风速变化等因数，估算城市大气状况。

同样，遥感图像能反映水体的色调、灰阶、形态、纹理等特征的差别，根据这些影像显示，一般可以识别水体的污染源、污染范围、面积和浓度。

另外，利用热红外遥感图像能够对城市的热岛效应进行有效的调查。

2.2 GIS
GIS就是一个专门管理地理信息的计算机软件系统，它不但能分门别类、分级分层地去管理各种地理信息；而且还能将它们进行各种组合、分析、再组合、再分析等；还能查询、检索、修改、输出、更新等。

地理信息系统还有一个特殊的“可视化”功能，就是通过计算机屏幕把所有的信息逼真地再现到地图上，成为信息可视化工具，清晰直观地表现出信息的规律和分析结果，同时还能在屏幕上动态地监测“信息”的变化。

总之，地理信息系统具有数据输入、预处理功能、数据编辑功能、数据存储与管理功能、数据查询与检索功能、数据分析功能、数据显示与结果输出功能、数据更新功能等。

地理信息系统一般由计算机、地理信息系统软件、空间数据库、分析应用模型图形用户界面及系统人员组成。

2.3 GPS
GPS是美国从20世纪70年代开始研制，于1994年全面建成，具有海、陆、空全方位实时三维导航与定位能力的新一代卫星导航与定位系统。

GPS是由空间星座、地面控制和用户设备等三部分构成的。

GPS测量技术能够快速、高效、准确地提供点、线、面要素的精确三维坐标以及其他相关信息，具有全天候、高精度、自动化、高效益等显著特点，广泛应用于军事、民用交通(船舶、飞机、汽车等)导航、大地测量、摄影测量、野外考察探险、土地利用调查、精确农业以及日常生活(人员跟踪、休闲娱乐)等不同领域。

2.4 “3S”集成技术
遥感(RS)、地理信息系统(GIS)与全球定位系统(GPS)技术配合形成的“3S”技术一体化是当前资源与环境管理技术的新方向。

“3S”技术一体化将会使地理信息系统具有快速、灵活、准确、可靠的获取现势资源遥感信息的能力，实现数据库的快速更新，并可在分析模型支持下快速完成多维多元复合分析。

RS和GIS
互相融合，通过查询GIS中存储的信息可使遥感活动有的放矢，而GIS所具有的对RS数据后期加工能力，又可提供大量现势性好的地理信息，在土地资源信息提取中，图形、图像、编辑、软件的有机接合保证了土地资源的不可分割性，即土地资源信息获取、处理、应用得到统一，跟以往相比具有投资少、周期短、精度高、可操作性强、信息新和提取速度快等优点。

3、3S技术在土地资源管理中在应用
3.1在土地利用调查中的应用
3.1.1遥感技术在土地资源调查中的应用
应用遥感技术进行土地资源调查己有多年的历史，由于利用航空像片找目标、定方位容易、反映地物和景观清楚，因此逐步受到人们的重视，开始作为底图使用，航片的诸多优点使得其很快成为土地资源调查的基本工具。

20世纪60年代圳来，随着航测理论和技术的发展，航片用于土地资源调查制图在理论和实践方面逐步达到完善化，成为现代土地资源调查的一个主要方法。

进入70年代，现代卫星遥感技术产生并迅速发展，因而多层次、多时相、多波段高分辨率的遥感信息资料大量涌现，使土地资源调查的遥感技术又进人了一个新阶段。

3.1.2地理信息系统在土地资源调查中的应用
地理信息系统是由计算机系统、地理数据和用户组成的。

通过对地理数据的集成、存储、检索、操作和分析，生成并输出各种地理信息，从而为土地利用、资源管理、环境监测、交通运输、经济建设、城市规划以及政府部门行政管理提供新的知识，为工程设计与规划、管理决策服务。

1.数据获取与编辑地理信息系统的核心是一个地理信息数据库，就是将地面上的实体图形数据和描述它的属性数据输人到数据库中，对数据进行存贮，同时可以随时变动已有数据。

2.数据存储与组织这是建立地理信息系统数据库的关键步骤，涉及到空间数据和属性数据的组织。

栅格模型、矢量模型或栅格/矢量混合模型是常用的空间数据组织方法。

3.空间查询与分析用户可以就某个地物本身的直接信息进行双向查询，即根据图形查询相应的属性信息，以及按照属性特点查找对应的地理目标。

3.1.3全球定位系统在土地资源调查中的应用
现在GPS在实时状态下，精度已经能够达到厘米级。

这种被称之为实时动态测量(RTK)技术。

事实上，GPS作为一种成熟的数据采集技术，无论是在采集精度、作业速度适应性还是在数据质量等方面，都能够满足土地资源调查中数据采集的要求用遥感技术发现区域动态变化之后，对区域变化的定量确定仅靠遥感判度图上的区域界线进行测量是不够的。

遥感图像的成像机理、图像分类方法所固有的误差和其他误差(如绘图误差)，使得遥感判读上的区域界线仅仅是具有示意性的和相当模糊度的界线。

对大比例尺图件，源于卫片的变化区域界线精度太低。

因此，在用遥感手段基本确定土地利用类型变化区域之后用GPS准确测定变化区域的界线是非常必要的。

GPS具有简单、易用、全天候、不受通视条件限制等优点，它被广泛应用于野外数据采集。

GPS数据对遥感信息还是一个必要的、有益的补充，它可以和遥感一样成为土地信息系统的数据源。

3.1.4 3s集成技术在土地资源调查中的应用
3.1.
4.1地理信息系统与遥感的集成
地理信息系统是用于分析和显示空间数据的系统，而遥感影像是空间数据的一种形式，类似于GIS中的栅格数据。

因而，很容易在数据层次上实现地理信息系统与遥感的集成，但是实际上，遥感图像的处理和GI中栅格数据的分析具有较大的差异，遥感图像处理的目的是为了提取各种专题信息，其中的一些处理功能，如图像增强、滤波、分类，以及一些特定的变换处理(如陆地卫星影像的KT变换)等，并不适用于GIS中的栅格空间分析，目前大多数GIS软件也没有提供完善的遥感数据处理功能，而遥感图像处理软件又不能很好地处理GIS数据，这需要实现集成的GIS。

另外，由于土地利用是社会的活动，遥感不能提供有关社会经济活动的数据，也不能像各种地面观测台站一样，提供有关地球客体的观测数据。

因此在应用遥感技术进行土地资源调查时，必须实现同GIS的结合。

在一个遥感和地理信息系统的集成系统中，遥感数据是GIS的重要信息来源，而GIS则可以作为遥感图像解译的强有力的辅助工具，具体而言，有以下的应用方面:
1.GIS作为图像处理工具将GIS作为遥感图像的处理工具，可以在以下几个方面增强标准的图像处理功能: 几何纠正和辐射纠正、图像分类、感兴趣区域的选取。

2.遥感数据作为GI的信息来源数据是GIS中最为重要的成分，而遥感提供了廉价的、准确的、实时的数据，目前如何从遥感数据中自动获取地理信息依然是一个重要的研究课题，包括: 线以及其他地物要素的提取、DEM数据的生成、土地利用变化以及地图更新
3.1.
4.2地理信息系统与全球定位系统的集成
作为实时提供空间定位数据的技术，GPS可以与地理信息系统进行集成。

为了实现与GPS 的集成，GIS系统必须能够接收GPS接收机发送的GPS数据(一般是通过串口通信)，然后对数据进行处理，如通过投影变换将经纬度坐标转换为}I数据所采用的参照系中的坐标，最后进行各种分析运算，其中坐标数据的动态显示以及数据存储是其基本功能。

通过GIS与GPS的集成，可以实现不同的具体应用目标: 1.定位、2.测量、3.监控导航。

3.1.
4.3全球定位系统与遥惑的集成
1.遥感图像系统几何校正过程与全球定位系统的集成
遥感器成像过程中，卫星的轨道和姿态，遥感器的成像过程，地球的自转及地形的影响等方而都会使图像产生几何变形。

卫星图像的系统几何校正就是要根据已知的.卫星的轨道和姿态的参数，遥感器的各种参数和地球模型的参数来消除它们引起的图像几何变形。

2.遥感图像分类过程与全球定位系统的集成
利用遥感图像的主要目的是为了提取各种信息，一些特定的变换可以用于提取信息，但是最主要的手段则是通过遥感图像分类。

计算机分类的基本原理是计算图像上每个像元的灰度特征，根据不同的准则，进行分类。

遥感图像分类有两类方法，即监督分类和非监督分类。

前者需要事先确定各个类别及其训练区，并计算训练区像元灰度统计特征，然后将其他像元归并到不同类别;后者则直接根据像元灰度特征之间的相似和相异程度进行合并和区分，形成不同的类别。

3.提供定位遥感信息查询
在地理信息系统的配合下，将遥感技术与全球定位系统集成，可以根据用户请求，实时为不同用户提供某一特定区域的遥感信息，提高遥感信息的管理水平。

4．结合GIS专业展望“3S”技术在土地资源利用调查中的应用前景。

4.1 3S技术在土地资源管理中应用的现状
“3S”技术在土地资源管理方面的应用主要就是土地利用现状调查和土地利用动态监测，搞土地利用现状调查的目的是：1.为制定国民经济计划和有关的政策服务；2.为农业生产和农村建设提供科学依据；3.为建立土地登记、土地统计制度服务；4.为土地利用动态监测提供基本数据。

主要指外业调绘土地的利用现状，一般以航片或卫片和地形图为底图进行该项工作。

调绘前应该的准备好调查区有关的航片或卫片、地形图、权属证明、其它专业图件及有关说明资料；准备好野外作业需要的工具、表、册、外业记录簿；室内初步判读航片，制定调绘路线。

外业调绘是将实地作业范围内的土地状况全部调查清楚，并正确标绘在航片或卫片蒙片上。

内业转绘是将外业调绘与补测成果转绘、清绘到内业薄膜底图上的工作。

其成果包括土地利用现状图、权属界线图和原始工作底图。

最终，通过对各种图件的数字化，挂接各种地理信息系统的软件，通过输入相关资料和数据，来实现对地籍、地理信息的管理工作。

4.2 3S技术在土地资源利用调查中应用的前景
3s技术的发展，其在土地资源的调查与研究中势必将会提供更加强大的技术支持。

由于资源与环境保护问题的全球化和社会化必将推动3s技术在资源研究中的应用向系统化、可视化、网络化、智能化的方向发展。

4.2.1.系统化
3S技术虽已被应用于资源调查的多个方面，但将3S技术系统性的应用于土地资源调查还不多见。

真正意义上的3S集成技术不只是简单的结合(即通过GPS 定位、RS定性及GIS定量分析及相互间的功能调用来实现)，而是通过某种技术(如多媒体技术及网络技术等)，利用其内在联系有机结合在一起的功能系统。

如GPS技术只是简单的导航定位功能，没有与RS、GIS实现在线连接，影响了3S 潜在和整体功能的发挥。

所以，探索3S集成技术系统应用的路径与方法，使其与传统调查手段紧密接合，既发挥了3S技术丰富的数据源和强大数据处理能力，又充分利用了野外调查、取样、分析的精确优势，对实现两者的相互验证与补充，保证数据的现势性与精确性，建立面向用户的土地资源信息系统，反映土地资源动态变化，有效保护土地资源提供了有效的技术支持。

4.2.2.可视性
土地资源调查与研究的目的就是为了能对土地资源进行合理的开发、利用、整治和保护，并为可持续利用提供可靠的数据源，为决策提供支持。

过去由于土地资源数据庞大，种类复杂，专业性强，数据直观显示比较困难，再加上可视性差，数据的利用率
低，导致决策困难。

随着3S技术的进步，计算机技术和多媒体技术以及虚拟现实技术的发展，利用GIS海量数据处理功能和强大的空间分析能力，把土地资源的属性数据和空间数据紧密结合，实现二者的相关分析与处理，将抽象的数据直观地用各种地图予以显示，使原本简单堆积的数据可以灵活地应用于纵向和横向比较。

随着多媒体技术和虚拟现实技术的发展，可视化技术将会向更高更深的方向发展，它不仅体现在传统的符号化以及视觉变量-的表示方法上，而且将会在动态、时空变换、多维可交互以及多感道的条件下，探索视觉效果和提高视觉工具的功能，如可以将土地资源信息以多媒体和虚拟现实的方式展示在用户面前，从而使用户对各种问题做出快速反应，提高了分析决策的质量。

4.2.3.实现GIS的网络化发展
土地资源数据量庞大，数据种类繁多，空间定位数据与属性数据并存。

利用传统的调查手段往往是数据的人工汇集，收集方式较为落后，收集标准难以统一，数据共享困难，存在相同内容重复收集的现象，更新速度慢，造成人力、物力资源极大浪费。

所以迫切需要统一数据标准，实现数据共享，提高数据和信息的利用率。

利用3S的集成技术可实现数据的快速、及时、动态获取和及时更新。

随着Internet网的普及，WebGIS的发展，利用地理信息系统将复杂属性数据与其空间数据归于同一空间坐标系中，统一数据标准，实现信息、数据资源的集中管理、维护、更新和共享，避免了大量重复性劳动并保证数据的现势性、完整性和一致性。

另外，利用土地资源GIS与其它专业GIS的联合，实现数据的相关分析和综
合研究，对于实现资源的综合管理，促进土地资源研究的深入化具有十分重要的意义。

4.2.4.实现GIS的智能化
专家系统是人工智能领域中最为活跃的一个分支，它设法将人类专家的特殊知识赋予机器，使机器和计算机对问题的求解达到专家水平。

新一代土地资源管理决策支持系统应该是一个多种技术综合集成的系统，将专家群体、数据和各种信息与计算机技术有机地结合起来，把土地资源科学与人的经验知识结合起来，以高度智能化集成为目标，在空间数据库和知识库的基础上，对土地资源的开发进行模拟分析或仿真，对土地资源进行科学管理和规划。

总之，专家系统的发展和神经网络的应用，土地资源GIS与专家系统的集成，已成为一种重要的发展方向。

未来的土地资源管理目标是走可持续发展的道路，正如土地资源的研究与保护是一项不断发展的复杂的系统工程一样，3S所提供的技术支持也处于不断的完善之中。

随着遥感和全球定位系统动态监测技术的提高，GIS的网络化和智能化发展，3s技术的系统化应用必将不断推动土地资源研究的进程。

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