新技术在土地调查中的应用与土地科学技术发展

新技术在土地调查中的应用与土地科学技术发展
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新技术在土地调查中的应用与土地科学技术发展
——2005年中国土地学会学术年会综述
许坚、何挺、张定祥、温礼、何欢乐、徐建新
（中国土地勘测规划院北京 100035）
摘要：本文介绍了2005年中国土地学会学术年会的主要观点，内容涉及土地调查的理论与方法、土地调查应用技术、土地利用/土地覆被遥感监测、土地生态环境调查与监测等问题。

关键词：土地调查；应用技术；土地利用；遥感监测；生态环境
中国土地学会、中国土地勘测规划院、国土资源部土地利用重点实验室共同主办，广东省土地学会、广东省土地勘测规划院承办的2005年中国土地学会学术年会，于12月17日至18日在广东省佛山市隆重召开，会议主题是“新技术在土地调查中的应用与土地科学技术发展”。

本次年会共收到论文150多篇，来自全国各地包括香港的专家、学者150多人参会。

有26位专家学者围绕土地调查的理论与方法、土地调查应用技术、土地利用/土地覆被遥感监测、土地生态环境调查与监测等内容在主会场或分会场作学术报告和专题发言。

现将主要观点综述如下：
一、土地调查的理论与方法
（一）土地调查理论与方法的进展
有专家认为，土地调查是一门交叉学科，与很多学科和技术有紧
密联系，随着测量学、计算机制图、地理信息系统、遥感技术、GPS 技术、计算机技术和网络技术的发展，土地调查理论和技术取得了长足的进步和重大突破，主要表现在：（1）土地调查制度的改革巩固和提高了土地调查制度的法律地位，并通过管理体制与运行机制改革，促进了土地调查事业的社会化和产业化；（2）建立了科学完善的土地调查技术与方法体系，为土地调查制度的实施提供了有力的业务支撑和技术保障。

修编和制订了一系列土地调查技术标准和规程，形成了初具规模的土地调查基础数据库，为建立和完善土地资源遥感监测本底库和动态库做了准备；（3）即将开始的全国第二次土地调查，拟综合运用各种先进的技术方法和手段，确保土地数据的真实性、准确性和信息共享；（4）土地调查数据成果应用水平有所提高。

（二）土地调查面临的机遇和问题
有专家认为，近年来，我国经济持续快速发展，综合国力不断提高，为土地管理工作的快速发展提供了良好的发展机遇。

新技术、新方法和新手段的发展，为开展第二次土地调查奠定了坚实的技术基础，创造了良好的发展空间，同时也因任务艰巨而面临重大挑战。

当前急需解决的主要问题有：（1）土地调查制度不够完善，不能满足社会经济发展要求；（2）土地调查监测技术体系仍处于起步阶段，技术标准和规范体系尚不完善；（3）遥感、信息等新技术在土地调查中的应用程度不高，难以满足准确、快速获取调查数据的需要；（4）土地调查数据成果整合集成的力度还不够等。

（三）精准土地的构想
有专家借鉴精准农业的概念，提出精准土地的构想。

认为可将3S技术与土地管理决策结合起来，实施一整套精确定时、定位、定量控制的现代化土地调查、评价规划、保护利用有机联系的技术体系。

精准土地的技术流程是，首先建立包括土地资源、土地覆被、土地利用、土地市场等各个方面土地状况的基础数据库；在本底数据库的基础上形成土地资源评价、规划等专家系统；然后通过各种管理措施，包括产权、地用、生态、市场、规划等，把专家系统模型落实到实践中，为决策部门提供科学准确的参考意见。

（四）建立土地综合数据库，利用先进技术进行土地管理决策的动态分析
有专家建议，在第二次全国土地调查技术方案中，应该增加人口、GDP等相关社会经济数据，将土地利用数据与社会经济数据相结合，充分发挥土地利用数据库的优势，为政策制定和科学决策提供支持信息。

在土地潜力的分析基础上，通过地学建模，最大限度的发挥土地基础数据库的作用。

完成第二次土地调查以后，还可以在国家省市三级库的基础上，建立土地宏观调控分析和预测系统，把数据挖掘、灰色系统等技术和地学模型、方法结合起来，形成一个完整的体系。

这样不仅可以分析土地利用的潜力，而且可以把土地利用规划也考虑进来。

把宏观调控的指标放进去，就可以预测土地对今后几年GDP及经济社会发展的影响，从而制定科学合理的土地管理政策和策略。

有专家认为，通过GIS等先进技术手段，可实现土地利用现状评价和潜力分析流程的信息化。

与常规评价方法相比，它可促进挖掘和
充分利用多用途土地资源数据库。

无论是80年代的土地利用现状调查，还是90年代的土地利用变更调查，以及即将开展的第二次全国土地调查，其数据都不应停留在静态时点上，应建立调查数据动态获取的长效机制，实现土地利用动态评价和潜力动态分析。

二、土地调查应用技术
（一）利用3S技术快速获取与处理土地利用信息
专家们认为，随着3S技术的迅猛发展，在土地管理各项业务中应用日趋广泛。

通过遥感手段和影像解译技术，分析城市土地利用类型和动态变化，可监测城市用地范围；将近期的高分辨率遥感影像与历史时期的GIS土地利用数据库套合，可快速、准确的更新土地利用现状数据库；通过更新后的土地利用现状库可获取土地利用类型的面积和分布数据，掌握产权状况和土地权属信息，为土地规划、利用和管理及经济建设提供科学依据；利用GIS强大的空间分析和统计功能选择土地分等定级指标和各自权重值及其他土地利用信息，可为土地评价和农用地分等定级提供方便、高效、智能的方法。

（二）3S技术使地籍测量、数据管理模式和应用方式发生显著变化
有专家认为，随着3S技术广泛应用于地籍测绘工作中，使其在采集手段、管理模式、应用方式等方面发生了显著变化。

静态GPS定位技术为现代地籍基本控制测量提供了快捷、经济的手段；动态GPS/RTK技术已在地籍图根控制测量、界址点测量、像控点测量等方面取得较好效果；RS技术为城市基本地形图、地籍图等基础地理信
息的快速更新，包括土地利用等各种专题信息的提取与专题图件的制作等提供了更加高效、方便、经济的手段；GIS和数据库技术的出现，为地籍的现代化管理提供了坚实的数据基础和优质高效的技术保障。

（三）航空数码遥感新技术在土地调查中的应用
有专家认为，航空遥感影像一直是我国城市大比例尺土地利用现状图的主要信息源。

传统的航空遥感影像获取主要采用胶片进行航摄，需要经过相片扫描、地面控制点的外业测量、空间加密等工序才能进行内业生产。

而IMU/DGPS辅助航空摄影测量技术、数字航空摄影技术、低空数码遥感等航空数码遥感新技术，可以弥补传统航空摄影技术的薄弱环节，对机场和天气条件的依赖性较小。

飞机在航摄飞行中直接测定航摄仪的位置和姿态，并经严格的联合数据后处理，获得定向测图所需的高精度航片外方位元素，可实现无或极少地面控制的航片定向，进而大大缩短航测成图生产周期，节省成图费用。

生成的遥感数据具有高分辨率、高成像质量优势，以及方便计算机处理管理、快速、低成本的特点。

在土地资源信息化管理中，航空数码遥感新技术可广泛应用于生产更新大比例尺土地利用图件，如1：500、1：1000、1：2000比例尺专题图，非常适合于小城镇、村庄、大型厂矿企业的土地利用信息快速获取。

（四）全面加强土地调查数据库建设，提高信息化水平
有专家认为，数据库建设主要采用地理信息系统、数据库管理系统和计算机网络等信息技术手段。

应建设准确、全面和现势的城镇地籍管理信息系统和农村地籍管理信息系统及城乡一体化现代地籍信
息系统，为土地登记、土地利用以及农用地和集体土地转用征用服务；应按照统一的信息化标准和规范，建立起市县互联、结构合理、资源共享的土地利用数据库，满足土地管理各部门对土地利用数据的需求；应建设遥感影像纠正控制点库，利用原始影像与控制点图像的纹理及灰度特征实现控制点的自动匹配选取，克服控制资料获取困难、现势性差、保密级别高、资金投入大、选点效率低等弊端；应建设覆盖不同区域、多传感器、多时相的土地利用/土地覆被（LU/LC）样本影像数据库，作为统一的作业规范和技术标准，辅助开展土地利用信息提取，提高定点、定性评价信息提取结果的精度；应以GIS为平台，以土地利用现状数据库为基础资料，进行信息系统的二次开发，建立满足土地利用总体规划编制与管理需要的基础数据库、模型库、规划编制子系统、规划管理子系统和规划成果数据库，以提高县级土地利用总体规划编制和管理的信息化水平。

有专家认为，在数据库建设过程中要考虑一些重要环节的技术问题，如数据标准与数据交换；数据库空间信息与属性信息无缝管理；系统与数据结构网络化；多源信息处理及数据的集中与分布等。

同时要对土地利用数据建库质量加强要求，严格控制，认真检查数据库内容完整性、属性数据正确性、图层图形之间关系的逻辑性、一致性，面积的准确性等。

要研制开发对数据库质量进行自动化、智能化检查的软件系统，解决人工检查效率低且很难全覆盖检查的问题，确保数据库建设质量。

有专家认为，数据库更新是一件复杂的工作，除了进行空间关系
上的协调外，还有一个重要问题是如何根据大比例数据做变化检测，利用大比例尺图来更新小比例尺图。

如用1:1万新地形图来更新1:5万老地形图，思路是通过新图和老图的配准找出它们的变化，然后对变化部分进行简化、综合，由新数据替换旧数据，形成新的1:5万数据。

三、土地利用/土地覆被遥感监测
遥感影像的变化信息提取、几何纠正和计算机自动分类等，是目前土地利用/土地覆被遥感监测涉及到的重要技术，专家们对这些技术进行了深入研讨。

（一）遥感影像的变化信息提取
有专家认为，运用遥感提取土地利用变化信息的方法目前主要有三种方法：光谱直接比较法、分类比较法和混合法。

不同方法有不同的优势和缺陷，应当根据遥感图像和土地利用变化特点选择最适宜自身情况的方法；遥感信息的分类方法，有基于像素的分类和面向对象的分类两种方法，依据对TM/ETM、SPOT5影像进行土地利用分类的研究表明，采用面向对象的方法优于基于像素的方法；在应用于土地资源研究的遥感影像源中，采用3m分辨率的影像，借助面向对象的影像分类方法提取城市居民地信息效果较好；运用高光谱遥感技术，对土壤中的氧化铁等特征物质进行光谱研究，可以从遥感机理上辅助遥感监测进一步发展。

（二）遥感影像的几何纠正
遥感影像几何纠正本质上是把只有图像坐标信息的遥感影像变
成一张含地理坐标信息的地图的过程。

有专家认为，目前遥感影像几何纠正存在的问题主要有：控制点采集耗时费力和卫星轨道参数没有被充分利用到遥感影像的几何纠正中。

而要解决这两个问题需要开展“影像到矢量的自动配准”和“新影像到原有正射影像图的自动配准”研究。

“影像到矢量的自动配准”是指新的遥感影像图与原有的数字线划图（DLG）进行配准，不仅仅要做点配准，可能还要做线配准，即所谓的“广义点”的配准。

“新影像到原有正射影像图的自动配准”是通过影像自动相关很快实现配准。

在已有配准好的本底影像前提条件下，新的遥感影像不需要照着地形图做几何纠正，只需跟本底影像做自动配准。

有专家将高分辩卫星影像的几何纠正方法归结为参数模型（parametric）和非参数模型（non-parametric）两类。

参数模型根据摄影测量共线方程，利用卫星平台和传感器外方位元素建立严格数学模型，对卫星影像进行纠正。

优点是克服了传统回归模型耗时费力的缺点，缺点是严格的卫星轨道参数难以获取，因为影像有多少行，就需要多少个方程来解决它，而且卫星外方位元素的记录是有时间间隔的。

非参数模型现在国际上用得最多的是有理函数模型。

有理函数模型不需要非常严格的成像参数，一个模型可以统一解决所有高分辨率影像，即使航空数码相机获取的影像，也可用这个模型处理。

因此非参数模型是目前国际上比较流行的通用模型。

（三）遥感影像的计算机自动分类
有专家认为，20世纪80年代初期，我国作为世界上少数几个国
家之一，就已经解决了从立体像对里面提取新信息的问题，但从遥感影像里进行地物信息的计算机自动提取，国际上一直没有很好地解决，如要提取居住用地信息，还得靠人工去勾绘。

传统的遥感影像分类方法是以像元为基础的，存在像元太大、“同谱异物”现象严重和像元太小、“同物异谱”现象严重两个问题。

有专家认为，“同谱异物”现象可以用线性光谱分解方法对影像进行软分类，建立分类和波段之间的关系；“同物异谱”现象可以不基于像元，而是基于目标进行分类。

多尺度目标分类方法首先将陆地和水体分开，然后陆地再细分成不同种类的用地，然后再进一步细分。

试验结果表明，这种分类方法的精度可达到90％左右，跟传统的最大或然法60％左右的分类精度相比，有显著提高。

（四）土地利用动态遥感监测工程的发展特点
专家认为，近年来土地利用动态遥感监测有几个明显特点：一是遥感监测的方式、方法和监测内容不断深化和细化；二是监测从宏观走向微观、从辅助手段走向常规手段，监测工作更紧密地服务于土地资源管理；三是监测区域为经济相对发达、土地利用变化比较频繁的地区，从过去单独的城市和近郊区县为主向跨行政区域的组团型经济共同区域转变；四是监测项目实行公开招标方式选择承担单位，并建立项目监理制度。

而关于土地利用动态遥感监测信息系统建设的进展则是开发了全国土地利用动态遥感监测查询浏览系统和土地利用动态遥感监测成果统计与分析系统。

有专家认为，目前我国在开发区监测中，主要应用SPOT5、IKNOS、
QUICKBIRD3种高分辨率卫星影像；在土地更新调查和变更调查中，主要应用TM和SPOT5影像，也有应用IRS印度卫星影像。

而在土地利用动态监测和更新调查中，借助eCognition等专业遥感软件对影像进行分类处理，有助于提高监测和调查的效率。

四、土地生态环境调查与监测的最新进展
专家认为，目前在生态环境与资源研究中应用较多的是分辨率为30m或15m的TM/ETM遥感数据或采用中巴资源卫星数据，也有采用分辨率为250m或500m的MODIS数据；在生态环境遥感监测应用中，采用多个时段的TM/ETM遥感影像，根据不同的研究目的和需求制定针对性的调查和监测分类体系，可以获取不同的调查和监测结果。

如可以分析流域植被类型的变化，借助其他辅助数据，选择合适的影响因子，可以进行土地退化状况的监测与分析等；在生态环境评价中，基于遥感信息获取的土地利用/土地覆被和其他生态环境因子信息，借助GIS分析方法和评价模型，可以进行生态环境的综合评价工作。

如把从遥感影像上获取的生态环境影像因子进行空间表面模拟形成单因子栅格数据，利用层次分析法得到单因子的权重，应用生态环境综合评价模型，对区域生态环境进行综合评价等。

本次会议系统介绍了当今国内外前沿技术在土地管理领域的应用状况和前景，全面展示了3S技术在土地资源调查、评价、规划和可持续利用等方面的最新研究成果，对我国土地调查制度、技术体系改革提出了很好的建议，有效配合了国土资源大调查土地调查“十五”总结和“十一五”规划及第二次全国土地调查启动的技术准备工作。

与会专家学者们普遍认为，遥感、信息、网络等新技术在土地资源调
查、监测、评价和规划中的应用是土地资源管理基础工作中一个值得认真关注和研究的新课题。

随着新技术在土地调查中的广泛应用，将进一步推动土地调查技术学科的发展和创新。

本文载于《中国土地科学》2006年第2期。