摘 要：土地利用数据的更新是土地管理工作的重要内容之一。依靠常规的手段不仅更新速度慢、难以主动发现变化区域，而且成图周期长、效率低。依靠遥感（RS）手段可以主动快速地发现变化区域，运用差分GPS技术可以精确获取土地利用变化的数量和性质，GIS则是管理土地利用的图形数据和属性数据（如土地利用类型、权属、图斑号等）的有效工具。基于RS、GIS和GPS的集成技术建立面向工程目标的土地利用动态监测新方法是文章研究的内容。

关键词：遥感；GPS；土地利用更新；动态监测；集成平台

土地是人类赖以生存和社会赖以发展的重要资源。长期以来，落后的土地管理技术手段一直是制约我国土地管理事业发展的瓶颈因素，特别是缺少现势性的实时动态信息，不能适时地进行土地利用信息变更。传统的土地利用监测方法大部分工作需要人工完成，为了获取一个地区的土地利用现状资料往往需要消耗大量的时间和人力物力进行土地调查，不但方法落后而且难以保证数据的精度。因此，有必要研究一种既能节省人力物力财力，又能及时提供可靠信息的土地利用动态监测的方法。3S技术在其中发挥着越来越重要的作用，将之应用于土地管理的土地利用中，不仅可以提高工作效率，实现土地利用信息的及时更新，更重要的是可以提高决策的科学性、准确性、时效性，减少工作中的失误。

一、运用RS、GIS和GPS技术进行土地利用动态监测的思路与方法

（一）3S技術简介

卫星遥感技术（RS）是一种远距离不直接接触物体而取得其信息的探测技术，是获取空间信息和时间序列信息的重要技术手段。由于土地利用特征具有显著的空间特点和时间特点，通过遥感获取的信息，可为恢复和重现土地利用的空间信息和预测未来发展趋势奠定坚实的基础，从而为更好地管理和土地利用状况提供有效的工具和手段。

全球定位系统（GPS）是一种可以定时和测距的空间交会定点导航系统，它可以向全球用户提供连续、实时、高精度的三维位置、三维速度和时间信息，广泛应用于土地资源的外业调绘和数据采集工作中。

地理信息系统（GIS）是以地理空间数据库为基础，在计算机硬、软件环境的支持下，对空间数据进行采集、存取、编辑、处理、分析和显示，并采用地理模型分析方法，适时提供多种空间和动态的地理信息，为地理研究、综合评价、管理、定量分析和决策服务而建立起来的计算机系统。

3S集成技术是指将上述三种对地观测新技术及其他相关技术有机地集成在一起。在3S系统中，RS相当于传感器，进行数据采集更新；GPS相当于定位器，进行实时定位；GIS相当于中枢神经，进行空间分析和综合处理等。三者有机结合，能够准确把握土地资源利用变化区域的特征，实现土地资源的动态监测。从未来发展看，利用RS，GPS技术快速准确地获取空间信息和GIS技术强大的空间数据处理功能，即“两只眼睛，一个大脑”有机结合，将实现对信息实时、整体、动态地管理。

目前我国土地管理部门进行土地资源动态监测和土地利用更新的主要手段是采用航空摄影测量技术，这种方法对大面积的土地利用数据的获取非常有效，通过外业调绘和内业处理获得大比例尺的土地利用详查图和土地利用变更统计数据。但由于费用很高，作业时间长，因此只适合中长期的普查工作。在进行短周期的土地利用监测中，一般会根据用地部门上报的用地数据，采取人工野外现场测量（如简易补测法）修改原图，再清绘重新印刷成图。此时这种方法的缺点就是明显的：（1）不能主动监测变化；（2）变更数据获取速度慢，多次清绘误差累积；（3）一旦发现变化，原来的图件即失去现实性；（4）土地利用图斑多为不规则多边形，运用全站仪等测量工具只能测量拐点，不能连续测量整个边界。

近年来遥感、地理信息系统和全球定位系统技术的发展与应用，给土地管理部门提供了土地动态监测新的思路与方法。

（二）土地利用动态监测的主要思路

土地利用动态监测的主要思路是：对多源数据（包括遥感，航摄像片等）进行纠正、配准、融合等预处理，通过图像处理和影像判读来确定变化属性，结合人工判读目视解译，发现和提取土地利用的变化信息，实地核查测量，并建立土地利用动态监测数据库。根据本思路所形成的土地利用动态监测系统技术图如图1所示。

（三）利用3S集成技术进行土地利用动态监测的新方法和步骤

1.依靠RS数据发现变化“靶区”。数据快速获取与集成，是地球信息科学研究的关键技术，也是动态监测的关键。遥感技术经过几十年的发展，已趋成熟。它能快速、动态地提供地球表层的信息。TM、SPOT是三种最常用的资源卫星数据，在宏观资源调查中发挥了巨大的作用。由于传统的土地管理中只能被动地由用地部门上报用地数字，存在误报、漏报的问题。采用遥感手段则可以主动发现变化区域，空间位置一目了然。我们可以充分利用人的经验和知识，采用交互式数字化来提取变化的区域。具体做法是：将叠加后的图象显示在屏幕上，通过人机交互判读发现地块变化，用不同颜色的符号标注出来（包括属性）。但是，由于目前的卫星遥感数据的分辨率还不能满足1∶1万以上的大比例尺土地利用调查的要求，所以县（市）土地部门并不能完全依靠RS手段进行大比例尺土地利用数据的更新，必须综合运用更精确的数据采集手段。

2.运用差分GPS技术进行动态测量。差分GPS技术不仅可以提高单机定位精度，而且可以消除美国的SA政策所带来的误差和部分系统误差，充分提高GPS的测量精度。根据基准站传向移动站的误差改正量不同，差分GPS（DGPS）又可分为距离差分、伪距差分、相位平滑伪距差分和载波相位差分。

3.GPS数据获取。考虑到土地利用动态监测的需要，GPS选型应该符合以下要求：（1）定位精度较高，差分处理后必须达到厘米级；（2）接收机内存必须足够大，才能满足野外动态测量的要求；（3）操作简便，易于掌握；（4）差分处理软件功能强，除了能够进行高精度的差分处理外，还要提供和常用GIS软件的数据接口。

4.基准站的建立。运用3台GPS接收机，其中一台作为基准站，另外2台作为移动站进行测量。GPS卫星处在两万多公里的高空，从卫星发出信号到接收机接收，中间要经过电离层、对流层以及来自多方面的干扰。同时，由于RTK数据链采用超高频（UHF）电磁波，它的传输距离与接收天线的高度、地球曲率半径以及大气折射等因素有关。因此，要提高GPS信号接收的质量，基准站必须远离各种强电磁干扰源；同时，为了减少多路径效应的影响，基准站周围应无明显的大面积的信号反射物。另外，要求基准站电台天线和移动站天线之间无大的遮挡物，且天线尽量设置高一些，以提高电台信号的传输距离。

5.变化地块边界坐标点的获取。在设定好基准站后即可进行移动站的动态测量，获取变化地块的边界坐标。可以是步行，也可以以自行车、摩托车作为载体。在实际测量中可能因为对现场不熟悉，虽然图上发现了变化但难于在野外找到该变化地块。解决的办法一是请当地熟悉情况的人员做向导；另一种办法是在室内发现变化后在GIS系统中获取变化图斑中心的地理坐标值，在野外如果难于确定变化区域，就起用GPS的导航功能，引导测量人员到达被测地块的大致位置。

6.GPS数据的坐标转换。由于我国的土地、地形测量是以北京54坐标系，或者80坐标系为参照，而GPS测量数据是以WGS84地心坐标系作为参照，这两个坐标系所采用的参考椭球体不同，因此必须进行坐标转换。不同的研究目的对坐标转换的精度要求也不一样。当工作区内有足够的已知WGS84和北京54坐标或者80坐标时的情况时，可计算坐标转换的7参数或3参数（旋转参数、尺度参数和平移参数）进行坐标转换。在测量中不仅要获取变化地块的空间坐标，而且要记录下变化地块的属性变化。在测量前应该对所有待测地块进行编号以免测量中遗漏。

7.GIS的空间数据组织、管理、分析与可视化的操作。地理信息系统（GIS）具有空间数据的输入与编辑，组织与分析，查询与管理以及制图输出等功能，因此适合用来管理土地利用数据。事实上，GIS一产生，土地部门就是一个重要的用户。我国各级土地部门正在或即将运用GIS建立各自的土地利用现状数据库，城镇地籍数据库和土地变更、土地登记管理等内容的应用系统。

由于我国1∶10000的农村地籍图是按3°带高斯—克吕格投影到二维平面直角坐标系下，所以GPS测量数据必须进行投影才能与GIS数据进行匹配。GPS测量数据必须转换成GIS数据格式，比如生成Arc/Info的Coverage才能和土地详查数据进行空间分析。

数据处理。根据外业测量结果对土地利用数据库中的空间和属性数据进行修正和补充，然后进行图形与属性数据的正确性和一致性核查、拓扑错误检查、接边情况检查等。

利用GIS进行各类分析和制图输出。GIS在土地利用数据采集、管理、分析及制图中具有明显优势，在数据库更新后可利用它进行如下主要操作：

叠加分析：将同一区域范围内两个不同图层的数据叠加在一起，其结果是生成一个新的图层。通过叠加分析，可以产生土地利用变化图，在该图上标明了土地利用变化范围与分布区域。

统计分析：对土地利用现状图与土地利用变化图上不同类型的图斑进行统计分析，求出各种类型变化的面积。将不同土地利用类型的面积绘制图表，比较土地利用类型在数量上的变化。

总的来说，可通过GIS强大的查询、显示、分析等功能，对各类信息进行对比、搜寻、叠加、筛选等处理，实现土地利用动态监测，为管理部门提供决策支持服务。

二、结语

利用遥感与传统方法在土地利用动态监测方面相比较具有以下优点。

（一）直观实时

运用遥感可以主动发现土地利用的变化信息，提取变化地块的大致区域；而传统方法只能被动地由用地单位或个人申报，存在少报和漏报的情况，增加了监测的客观性。此外，运用遥感数据成本低，能够较好地发现变化区域，尤其是非农业用地。

（二）保证精度

以GPS作为测量工具不仅快速而且精度高，可全天侯作业，测量操作简便。

（三）效率更高

与传统成图方式相比，GIS的优势是公认的。最重要的一点是数字地图可以十分方便、快捷进行空间分析、综合、提取和修改。而且成图周期短、成本低。此外GIS可以在日常地籍管理中发挥重要的作用，摈弃传统卡片的管理方式。

动态监测不仅是土地管理部门的重要工作内容，而且直接关系到区域国民经济的持续发展。目前，3S技术的使用还处在单一或综合利用阶段，将之系统性的应用于土地资源调查还不多见，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结合，既能发挥3S技术丰富的数据源和强大数据处理能力，又能充分利用野外调查、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提供有效的技术支持。随着高新技术的迅速发展及3S技术的广泛普及，3S集成技术将更趋系统化。

参考文献

[1] 梅安新，彭望碌，秦其明等.遥感导论[M].高等教育出版社，2001.

[2] 张超，陈丙咸，鄔伦.地理信息系统[M].高等教育出版社，1995.

[3] MICHAEL N DeMers.武法東，付宗堂，王小牛等译.地理信息系统基本原理[M].电子工业出版社，2001.

作者简介：齐俊奎，山西省第三地质工程勘察院。