土地资源信息技术及其应用与发展

土地资源信息技术及其应用与发展
李　岩,赵庚星
(山东农业大学资源与环境学院,山东泰安271018)
摘要:随着空间信息技术在土地资源管理中的不断应用,一种新兴的综合性学科———土地资源信息技术逐渐成形。

文章研究了土地资源信息技术的基本内涵,分析了土地资源信息技术在土地资源调查、土地评价、土地规划、土地整理和土地资源动态监测中的应用现状。

在此基础上,提出了土地资源信息技术存在的成本问题、不同数据源的数据融合、时空多维信息的数据表达与分析、人-机交互界面还有待进一步发展与完善等问题,指出了土地资源信息技术发展趋势。

关　键　词:土地资源;信息技术;应用;发展
中图分类号:F301.2;TP399 文献标识码:A 文章编号:1003Ο2363(2006)06Ο0094Ο05
收稿日期:2006-02-08;修回日期:2006-09-25
作者简介:李岩(1982-),男,山东淄博人,硕士,主要从事土地资源及信息技术研究,(E -mail )zhaogx @ 。

当前,随着信息技术的不断发展,全球定位系统技术、遥感技术、地理信息系统技术和计算机技术在土地资源管理中的应用日趋广泛,在土地信息的获取、存储、处理、表达和分析应用等方面发挥了越来越重要的作用,逐渐形成了一门新的综合性学科———土地资源信息技术。

它对于实现土地资源管理工作的信息化、科学化和智能化具有重要意义。

1　土地资源信息技术的内涵
土地资源信息技术是研究土地资源信息的组成、相互联系及其信息获取、存储、处理、表达、分析应用等各种技术体系的集成与融合的一门综合性学科。

它以空间处理技术为核心,是地理信息系统(GIS )、全球定位系统(GPS )、遥感(RS )以及计算机技术等高新技术和常规的测量调查手段等的总称及其集成融合。

土地资源信息技术具有以下特征:(1)土地资源信息技术是土地科学与信息科学的交叉学科。

土地资源信息技术就是将信息技术广泛应用于土地资源管理工作,对土地资源信息进行获取、存储、处理、表达、分析应用,从而实现土地资源管理的信息化、科学化和规范化。

它涉及以3S 技术为核心的现代空间信息处理技术以及与土地相关的地理学、环境生态学、土壤学、气象学、城市科学和管理学等学科[1],因而是一门交叉学科。

(2)土地资源信息技术具有空间分析特性。

土地资源信息数据表达的是一个地理实体,这些数据都具有空间几何特征。

因而土地资源信息技术必须具有空
间分析特性,构建统一的空间框架,将土地的各种信息存贮在这一统一的框架内,利用计算机高速处理功能进行综合分析。

(3)土地资源信息技术具有动态分析特性。

由于土地资源及其相关的各种要素始终处在变化之中,使得土地资源信息具有时序性。

因此,土地资源信息技术也必须具备动态分析功能,提高信息快速采集、获取的能力,具备对土地利用突发事件快速响应的能力,进行时序综合分析。

(4)土地资源信息技术具有基础开放性与实用性。

土地是国民经济持续发展的基础,这就要求土地资源信息技术支撑下的数据库具有很好的兼容性、开放性,能够满足不同层面的共享利用。

系统的数据质量、结构、编码等要有一定的标准与规范。

土地资源信息技术的内容涉及信息获取技术、信息存储与处理技术、信息表达技术、信息分析应用技术等,构成完整的技术体系。

2　土地资源信息技术的构成
2.1　信息获取技术
获取信息是利用信息的先决条件,信息获取技术是土地资源信息技术的基础。

全球定位系统技术具有全时域、全天候、全球空间的准确定位和实时导航功能,可以实现对地表事物和现象的空间定位,获取土地资源的空间位置数据;遥感技术覆盖面大,宏观性强,获取地物信息速度快,能对土地资源的各类信息进行不同尺度、不同时相的观察,以获取现势性信息。

因此,在土地资源信息技术体系中,全球定位系统技术和遥感技术构成了土地资源信息获取技术的基础和核心。

2.2　信息存储与处理技术
在获取了土地资源信息后,就要对所获取的信息
第25卷　第6期2006年　12月地域研究与开发
AREAL RESEARCH AND DEV ELOPMEN T Vol.25　No.6Dec.2006
进行存储和处理。

信息存储和处理技术是建立土地资源信息系统、实现土地管理工作信息化的关键。

地理信息系统是空间型的信息系统,具有强大的空间分析、多要素综合分析和动态预测能力,能快速实现对海量的各类土地资源信息数据的综合处理,并提供各类辅助决策咨询意见。

因此,在土地资源信息技术体系中,地理信息系统技术成为土地资源信息存储与处理的关键和核心技术。

2.3　信息表达技术
土地资源的信息表达技术除包括地理信息系统技术本身具有的对空间数据信息的图形化输出功能外,还包括计算机网络技术。

利用计算机网络技术可将经过加工和处理的各类土地资源信息在网域内进行传输和表达[2],满足用户查询和信息共享的需要,促进土地资源信息的快速传播和高效利用,从而实现土地管理工作的网络化和系统化。

2.4　信息分析应用技术
当前土地资源信息技术体系中的信息分析应用技术主要有虚拟现实技术和人工智能专家系统等
[1,2]。

利用虚拟现实技术,可对特定条件下的土地利用等人类活动,在未来可能发生的变化进行模拟,给人一种身临其境的感觉。

土地资源人工智能专家系统则是将专家的经验,采用合适的表示方法,经过知识的获取、总结、理解、分析,存入知识库,然后利用计算机对土地资源信息进行智能化分析处理和应用。

它对于实现土地管理工作的智能化具有重要意义。

土地资源信息技术的整个技术体系见图1。

计算机网络技术
虚拟现实技术
地理信息系统技术
人工智能专家系统
遥感技术
全球定位系统技术
信息分析应用技术信息表达技术信息存储与处理技术
信息获
取技术土地资源信息技术
图1　土地资源信息技术体系
Fig.1　Structure of land resource inform ation technology
3　土地资源信息技术应用现状
随着科学技术的发展和经济水平的提高,土地资源信息技术已广泛应用于土地资源管理工作的各个方面,实现了对土地资源信息的准确采集、动态监测和科学管理,极大地促进了土地管理工作的现代化、信息
化、智能化和科学化。

3.1　在土地调查方面的应用
土地资源信息技术在土地资源调查方面的应用,主要是利用遥感技术,通过遥感图像的解译处理,并结合外业信息、专家知识和人工智能,以及各种分类算法等提取土地资源信息,最终提供精确的土地资源利用数据和图件[3]。

基于土地资源信息技术的土地资源调查是以数字信息的传递和处理为特征的[4]。

在数据获取方面,利用遥感信息周期短、多波段、多时相、分辨率较高的特点,可以及时获得各类土地资源信息,为土地资源调查工作提供丰富准确的数据源。

GPS 则是十分有效的空间定位工具,它不仅可以实时确定调查所在地点(典型地块和样地)的地理坐标,而且可以应用其导航功能引导调查人员进行实地调查,确定各类图斑的类型、面积、范围和权属界线。

在野外调查的基础上,利用GIS 技术与数字化环境,可对各类土地资源信息进行分析验证,实现各类图件的数字化处理。

我国在1984～1996年进行的第一次全国土地利用现状调查中,利用航空遥感影像及其陆地资源卫星多光谱图像为数据源,全面查清了我国各类土地的面积、权属、分布和利用状况。

在此后每年一次的土地变更调查中,亦采用现势性强的遥感影像,获取土地利用变化信息,并在GIS 的支持下建立土地利用更新调查数据库及信息系统,汇总、统计各类土地数据,全面更新土地利用基础图件,实现土地资源管理的数字化。

基于信息技术的土地资源调查已逐渐成为土地资源管理的常规技术方法。

3.2　在土地评价方面的应用
通过土地资源信息技术的应用,可以实现土地资源评价的定量化、自动化和智能化。

利用RS 技术,可以实时获取各类土地资源评价单元的属性信息和利用现状,为评价工作提供基础资料。

利用GPS 技术,可以实现各土地评价单元的准确定位,并指导实地评价、核查工作。

利用GIS 技术,则实现土地评价的空间位置信息和属性信息联接,利用GIS 叠加分析功能,叠加生成土地评价单元,利用相关指标权重确定及评价模型得到各评价单元总分值,划分土地等级,输出评价结果[5,6]。

利用人工神经网络专家系统[7],可以实现不同评价因素下各类土地资源信息的自动化和智能化处理,进行模型分析和专家系统辅助决策。

20世纪80年代以来,土地资源信息技术逐渐应用
于土地资源评价工作中。

在早期的土地适宜性评价中,主要是利用GIS 进行空间叠加生成评价单元,选择
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各评价因素按照一定的数学方法计算其分值并划分等级。

国土资源部于2001年3月制订了《农用地分等定级规程》[8],在实施方案中明确提出,要采用3S集成技术,建立农用地分等定级数据库,实现农用地信息的空间数据查询、检索、分析、评价等功能要求。

近年来,全国各地充分利用土地资源信息技术广泛开展了这项工作。

通过采用遥感图像作为数据源,利用GPS准确定位评价单元,结合人工神经网络模型,在GIS支持下建立土地评价信息系统进行分析评价,大大提高了土地资源评价工作的准确性和科学性[9]。

3.3　在土地规划方面的应用
土地资源信息技术在土地资源规划方面的应用主要是获取规划区的基础资料,采用相应的规划模型,对规划区进行规划,并对规划的效果进行评价,提供最优规划方案,供领导部门决策。

遥感信息可为土地资源规划提供现势性数据,其宏观性可为土地利用的空间布局、调整提供重要辅助,是土地规划的重要信息源。

GPS则是土地资源规划的重要定位手段。

利用GIS技术能方便地对土地资源利用状况进行时空分析、找出利用中存在的问题和分析开发的潜力;能系统地提供土地资源供求的时空预测模型,为土地资源的利用结构和布局的调整提供科学依据,为土地规划编制和实施提供了便利的途径[10]。

我国于1987年及1997年开展了两轮全国范围的土地规划,后来又自上而下开展了土地利用总体规划修编工作,在这一过程中逐渐应用了土地资源信息技术。

通过对规划区的土地资源进行调查和评价,将得到的成果及所需要的基础信息利用GIS进行建库,设计建立不同的规划模型,建立土地规划信息系统,从而实现规划结果的查询与检索、规划方案的编制、规划图的修编和规划表格的输出等功能。

利用RS和GPS可以监测规划实施过程中土地利用的时空变化,进行规划实施中的效益分析,保证规划的顺利实施和实施过程中对规划的更新、完善[11,12],大大提高了土地规划工作的科学性和可靠性。

3.4　在土地整理方面的应用
土地资源信息技术为土地整理提供了一种全新的技术手段。

GPS用于土地整理过程中地物的空间定位和测量。

土地整理工作涉及田块的划分、产权的调整等大量与空间定位有密切关系的内容,利用GPS技术可以大大提高工作效率和精确度。

土地整理利用航空遥感、IKONOS等高分辨率遥感数据可获取整理区各种地物要素信息,满足土地整理工作的要求。

基于遥感影像编制大比例尺土地整理相关图件,为土地整理项目的规划设计和实施提供重要信息和技术支持。

利用ARC/INFO、MAPINFO等地理信息系统软件,建立土地整理基础信息数据库。

在此基础上,可方便地实现土地整理规划设计、图件制作和成果输出等[13]。

自20世纪90年代中期开始普遍开展的土地整理工作广泛应用了土地资源信息技术。

土地整理是一项系统工程,利用GIS将各类用地的规划布局、地块或田块的布置、沟、路、林、渠、桥、闸、涵、井、电力、配套建筑等的位置、居民点布局、权属调整的界线等RS和GPS 采集的信息组织起来,建立土地整理基础信息数据库,并进行坡度、坡向的计算、项目土方量计算、表面积计算等相关分析处理[14,15]。

在此基础上,利用人工智能专家系统,进行土地整理专家信息输入、编辑、管理、存储更新、查询检索、统计分析、信息输出等工作,构造土地整理专家资源库及土地整理信息系统[16],为实现土地整理工作的信息化和科学化提供技术支持和保障。

3.5　在土地资源动态监测方面的应用
土地资源信息技术是进行土地资源动态监测的重要技术手段。

通过遥感图像可以准确、快速、连续地提取各类土地资源信息,通过信息的复合、融合发现并监测土地资源变化。

GPS则为准确确定土地资源变化区域提供技术支撑,实现野外土地资源变化数据的快速测量和提取。

GIS则存储土地资源基础数据信息,通过叠加分析检测土地利用的变化,获得区域土地利用变化的类型、位置和数量等内容,建立土地资源动态数据库,为土地资源的长期动态监测奠定基础[17]。

目前,土地资源信息技术已被广泛应用于土地资源动态监测。

1993～1996年,我国利用Landsat图像连续4年开展了全国耕地变化遥感监测工作。

1996, 1997年,运用TM和SPO T等卫星遥感资料,又分别对19个城市和100个城市的城市扩展与耕地变化进行了动态监测[18]。

此外,大量的专家学者对基于遥感和GIS的区域性土地资源动态监测技术进行了探索[19～21],使3S技术支持的土地资源动态监测逐渐成为土地资源管理的一项重要的经常性工作。

4　存在问题及发展趋势
4.1　存在问题
土地资源信息技术在土地资源管理工作中的广泛应用推动了土地管理工作的技术变革和发展,从而大大提高了工作效率和管理水平。

土地资源信息技术是一门发展中的高新技术,当前存在如下问题。

(1)成本问题。

目前,遥感图像、GIS软件、GPS测量工具的价格比较高,成本因素影响了土地资源信息
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技术的普及和应用。

(2)不同数据源的数据融合问题。

在实际工作中,土地资源信息往往来自多种不同的数据源,如何高效便捷地在不同设备和系统中传输和应用各类数据,是当前土地资源信息技术亟待解决的问题。

(3)时空多维信息的数据表达与分析问题。

土地资源信息往往涉及不同时段、不同地域的各类信息,对于这些信息的对照比较和时空分析技术还需进一步加强。

同时,图形、图像都是数据量巨大的信息表达方式,如何管理和应用这些海量数据,特别是在计算机网络上管理应用这些数据,尚有硬件环境及社会因素的限制。

(4)人-机交互界面还有待进一步发展与完善。

当前计算机科学中的多媒体技术和虚拟现实技术等为人机交互界面的建立提供了基础。

但是,这方面的应用还处于起步阶段,真正意义上的人-机交互界面还有待进一步发展和完善。

4.2　发展趋势
在社会需求与技术的驱使牵引下,土地资源信息技术的发展趋势归纳为以下几方面:(1)土地资源信息技术的系统化应用。

真正意义上的土地资源信息技术集成不只是简单的结合(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。

多种技术的集成及融合应用是土地资源信息技术的重要方向之一。

(2)土地资源信息精度的提高及可视性。

随着传感器技术水平不断提高,遥感影像分辨率也不断提高,从而使得土地资源信息的精度和分类的精细程度也不断提高。

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,从而提高了分析决策的质量。

(3)土地资源信息的标准规范化和高度集成整合。

土地资源信息往往来自多种不同的数据源,为更好地实现不同来源的信息间的融合与交流,土地资源信息技术也会不断形成和完善自己的标准和规范,从而实现各类信息集成整合。

(4)土地资源信息采集、分析、使用的自动化、智能化。

新一代土地资源管理决策支持系统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,把土地资源科学地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。

(5)土地资源信息的网络化。

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[22]。

5　结语
土地资源信息技术已发展成为一门以空间处理技术为核心的,以土地资源信息的获取、存储、处理、表达、分析应用等为目的的,以GPS,GIS和RS相互集成与融合为特色的综合性信息处理技术。

通过利用土地资源信息技术,可以使土地资源管理工作实现信息获取手段自动化、业务办公信息化、土地动态监测现代化、土地信息管理网络化、专家评价系统智能化和决策科学化[23]。

土地资源信息技术在土地资源管理中的应用日趋广泛,并不断发展和完善。

随着遥感信息光谱分辨率和空间分辨率的不断提高、全球定位系统技术的不断成熟、地理信息系统的网络化和智能化,土地资源信息技术的发展将更加迅速,应用将更加广泛,并在土地管理工作中发挥更大的作用。

参考文献:
[1]　张荣群.土地信息技术初探[J].国土资源与环境,
2001(4):13-16.
[2]　王人潮,史舟.农业信息科学与农业信息技术[M].北
京:中国农业出版社,2003.12-20.
[3]　查显节,邢立新.3S技术在土地资源管理中的应用综
述[J].世界地质,2000,19(4):402-407.
[4]　颉耀文,徐建华.基于3S技术的土地详查方法创新
[J].国土资源遥感,2002(2):4-9.
[5]　尹君,许嗥,林培,等.地理信息系统在土地多宜性评
价中的应用[J].河北农业大学学报,1998,21(1):83-
88.
[6]　赵庚星,李玉环,李强.GIS支持下的自动化、定量化农
用土地评价研究[J].农业工程学报,1999,15(3):219
-223.
[7]　赵霈生,陈百明.在土地评价中应用人工神经网络专
家系统的理论与实践[J].中国土地科学,1998,12(2):
28-34.
[8]　王秋兵.土地资源学[M].北京:中国农业出版社,
2002.180-186.
[9]　倪绍祥.近10年来中国土地评价研究的进展[J].自
然资源学报,2003,18(6):672-683.
[10]　周世烨,贺茂林.3S技术在国土资源规划和动态监测
中的应用[J].国土资源,2002(2):30-31.
・
7
9
・
第6期李　岩等:土地资源信息技术及其应用与发展
[11]　赵耀龙,赵俊三,陶卫,等.建立土地规划信息系统实
现土地规划的动态管理[J ].昆明理工大学学报,
1999,24(1):44-47.
[12]　蔡玉梅,张晓玲,萧林,等.房山山区八乡镇土地规划
编制信息系统的设计与实现[J ].国土资源科技管理,
2004(4):69-73.
[13]　鲍海君,吴次芳,叶艳妹,等.土地整理中田块设计和
3S 技术应用研究[J ].农业工程学报,2002,18(1):169-172.
[14]　朱红波,郭宏俊.基于GIS 的土地整理基础信息数据
库建立[J ].地理与地理信息科学,2003,19(1):25-26.
[15]　柳长顺.Arcview 在土地整理项目土方量计算中的运
用[J ].农业工程学报,2003,19(2):224-227.
[16]　高向军,贾文涛,陈原,等.土地整理项目管理与决策
支持系统的构建[J ].农业工程学报,2002,18(3):169
-172.
[17]　赫晓慧,常庆瑞,高亚军,等.基于3S 技术的土地资源
动态监测系统设计与建立[J ].水土保持通报,2002,22(6):52-55.
[18]　黄福奎.论遥感技术在土地利用动态监测中的应用
[J ].中国土地科学,1998,12(3):21-25.
[19]　Zhao G engxing ,Lin G e ,ing thematic map 2
per data for change detection and sustainable use of culti 2vated land :a case study in the Y ellow River delta ,Chi 2na[J ].International Journal of Remote Sensing ,2004,25(13):2509-2522.
[20]　王良健,包浩生,彭补拙.基于遥感与GIS 的区域土
地利用变化的动态监测与预测研究[J ].经济地理,
2000,20(2):47-51.
[21]　徐涵秋,涂平,肖桂荣.基于3S 技术的县级土地资源
动态监测技术系统[J ].遥感技术与应用,2000,15
(1):22-27.
[22]　马建梅.3S 技术在土地资源管理与决策中的应用
[J ].西北农林科技大学学报(社会科学版),2001,1(3):38-41.
[23]　李德仁,刘耀林.土地信息技术[M ].北京:地质出版
社,2001.6-9.
Land R esource Information T echnology and Its Application and Development
L I Yan ,ZHAO G eng 2xing
(College of Resources and Envi ronment ,S handong A gricult ural U niversity ,Taian 271018,Chi na )
Abstract :Along with the application of spatial information technology in land resource management ,a new comprehensive subject ,land resource information technology ,comes into being.This paper studied the basic connotation of land resource information technology and analyzed its current application on land survey ,land ap 2praisal ,land layout ,land consolation and land dynamic monitoring.On this basis ,the main problems and devel 2opmental trends of land resource information technology were proposed.
K ey w ords :land resource ;information technology ;application ;development
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