王金星，刘志强

（南阳高新区大地测绘有限公司，河南 南阳 473000）

通过遥感系统进行数据的收集，又或在地理信息系统中获得的生态数据集，已经彻底改变了生态研究的方式。地理信息系统增强了从遥感数据中获取信息的能力，而遥感数据为土地制图开辟了广泛的途径，为土地利用问题分析提供了有效的方法，并为土地利用规划和建模提供了工具。遥感测量的天气角度、时间频率和可重复性对于探测和监测变化是非常宝贵的。地理信息系统和遥感数据的集成方式有三种：（1）地理信息系统可用于管理多种数据类型；（2）地理信息系统分析和处理方法可用于遥感数据的操作和分析；（3）地理信息系统数据可以用来指导图像分析，从光谱数据中提取更完整和准确的信息。

1 地理信息系统的背景

为了妥善管理土地资源，通常会进行土地适宜性评估，以此进行土地的测绘工作。土地适宜性分析是一种土地测绘的方法，可以确定特定作物生产的主要限制因素。同时，它使决策者能够开发用于提高土地生产力的作物管理系统。土地适宜性评估是一种通过划分竞争性土地用途来避免环境冲突的规划方法。土地适宜性评估可以是定性的或定量的。定性方法用于广泛评估土地潜力，结果以定性形式给出。定量方法是通过分析各种统计的参数技术，并且涉及更详细的土地属性。定量方法中的土地适宜性评估程序涉及许多模拟建模系统，以量化土地用于特定用途的潜力。例如，定量方法中较为常见的粮农组织土地评价系统指南和实物土地评价方法被广泛用于土地适宜性评估。

遥感和地理信息系统在提高空间数据的便利性和准确性、提高分析效率和改进数据访问方面大有希望。这些技术已被用于评估确定土地适宜性所需的标准，也被本研究采用。工程测量数据采集的复杂程度也比较高，易受工程区域地理位置、气候环境等的影响。通过使用地理信息系统，可以通过矢量和栅格的方法实现数据收集与保存，通过使用GPS定位技术，还可以设定测量对象的坐标方位，从而将大量数据录入至地理信息系统中，此外，通过联合使用数字扫描装置、摄像机、激光雷达装置、卫星等，也可以实现数据收集。在地理信息系统的实际使用中，不但可以收集大量数据，同时还可以对数据进行变换、剪辑等处理，从而可以有效减少对数据进行处理所需要的时间，同时提高了测量结果的准确性。

2 地理信息系统的研究

遥感、地貌测量和基于地理信息系统的调查通常依赖于指数方法来表征土地覆盖、形式、过程、气候和结构。多种指数可用于描述地表生物物理特性、辐射和降水潜力、侵蚀潜力和地表水分条件。任何一个主题属性都有许多潜在的度量标准，这些指数或度量通常基于与地形参数的关联，尽管它们不能充分表征过程力学、尺度依赖性或时间动态。这种静态制图方法主要用于检查空间模式，并且已发现此类指数在基于地理信息系统的分析和建模工作中很有用。然而，哪个指标最能描述感兴趣的现象？这些模式是否真正代表“现实”（即形态、物理特性、遗传学、动力学）是另一个问题。涉及使用指数和实证分析和建模的研究必须仔细检查结果以确定模式是否具有科学依据。

从历史上看，分割和映射依赖于模式识别。这种涉及遥感的专题绘图侧重于多光谱数据和光谱空间特征在土地覆盖、生态、地质和水文绘图中的应用。这种方法还包括整合地形信息和其他环境指标，根据相对模式划分景观。许多人使用了基于统计的分类器，这些分类器依赖于统计可分性概念特征空间。这种方法正式规定了指标的开发和评估，以确保统计可分离性以生成所需的类。最常见的统计分类器的结果高度依赖于建立适当的特征空间、选择适当的类数、训练和算法的性质。许多算法代表了一种蛮力方法，其结果不一定与真实的地貌特征相关。此外，分类结果高度依赖于与时空分辨率和预处理相关的输入数据。一些研究人员已经开始解决这个问题，并评估了更复杂的方法的效用，例如傅立叶和小波分析来检测地貌映射的光谱或地形特征等。

在不断增长的地理信息系统和相关软件包中区分不同层次的分析能力是有用的。地理信息系统软件家族中最简单的软件包执行计算机制图。在这个级别上，可以输入、存储、检索、显示和输出地图，但不以分析方式使用它们。计算机制图的一个例子是数字地图集或电子地图文件。如果在软件中地理数据元素和单独的数据库之间存在联系，就可以实现更复杂的制图。在这个级别上，可以根据数据库中定义的标准选择特定的点、线或多边形。人口统计分析和税务地图可以用这个级别的软件完成。设施管理行业（例如，电话、电缆、电力和燃气）通过使用计算机辅助绘图/计算机辅助绘图（CAD/CAM）软件实现了显著的节约。但是，因为它们不是用来创建新信息的，所以这些数字地图软件都不能说是地理信息系统。地理信息系统能够执行各种空间操作，这些操作对于识别计算机地图中地理要素之间的关系非常有用。同样，可以使用地理信息系统将来自两个或多个地图的数据组合起来，生成新的地图或一组地图，所包括的空间建模或决策支持功能的类型因地理信息系统软件包的不同而不同。一些地理信息系统包含图像处理功能，就像一些图像分析包含各种地理信息系统功能一样。在选择一个特定的软件包之前，建议仔细检查软件包套件中的功能，清晰定义用户的需求大大促进了这一过程。在地理信息系统设计中投入的精力越多，成功实现的可能性就越大。

工程中的地质测绘技术也随着科技的发展产生了更高的要求。不同的遥感器获取的遥感图像信息具有不同的信息优势。利用信息优势的数据融合技术生成新的图像数据，可以减少或抑制图像的模糊性、不完全性、不确定性和误差，最大限度地利用各种信息。例如，融合来自Landsat的多光谱和全色波段图像数据，可以将结果图像的空间分辨率从30 m提高到15 m，满足1∶25000和1∶5万基础地理信息系统数据更新的需求。然而，15 m的空间分辨率明显不能满足大尺度基础地理信息系统数据融合1∶3500比例尺、0.6 m空间分辨率的航拍影像的更新的要求。

如今，科学家越来越多地将定量地形信息和空间分析以及空间建模纳入他们的研究。在工程学中基于地理信息系统的应用程序涵盖全套过程域和相关地质规划测量。通常通过图像或科学可视化进行检查，更多的应用是评估工程景观的时空模式、多尺度特征和过程域、景观变化场景、干扰机制的变化以及与自然力量和人为因素相关，解决这些基于地点的问题包括整合地面、机载和卫星遥感技术。

3 地质测绘技术

工程中的数字化测绘技术广泛应用于地理学中，其充分利用遥感以及地理信息系统结合发展下的技术手段。地球表面的各种结构和功能方面可以用不同的方式绘制。例如研究学者指出的可以收集四种不同类型的数据来绘制地形图，其中包括形态学、形态发生学、形态测量学和形态年代学信息。每种方法都可以为更好地理解过程域、形态发生学、反馈机制和多基因景观演化提供新的见解，其中叠印通常会混淆充分的解释和映射。不同视角的示例包括以下内容：

土地覆盖或土地系统制图可以基于“土地系统”的识别，因为它包含独特的地形属性。范围从10到100 km2的任何单一陆地系统通常具有与地质、地貌和气候相关的一系列重复出现的地形、土壤和植被类型，因此地表形态和相关土壤和植被的可预测组合出现。土地系统制图在20世纪中后期成为一种首选方法，可有效调查澳大利亚、非洲和中东等相对未知的领土并提供区域框架。然而，这种方法确实有局限性，特别是它的更多定性和主观标准。此外，地表土地覆盖信息通常是通过遥感生成的，尽管遥感中的标准分类方法并不总是能够表征复杂的三维地形特征。

4 地理信息系统在土地测绘中的应用

4.1 城市土地测绘

在数据处理中应用专业的计算机软件可以有效地处理相关的数据信息。在地理信息系统中，计算机软件的主要作用是对收集到的数据进行分析和建模。它不是对单个数据的一般性分析，而是对使用数据的综合分析，对整体数据的详细分析，以及对空的数字数据的分析。另外，测绘的目的不同，测量的数据也不同。通过对不同数据的比较和分析，可以解决数据之间的关系，这是计算机软件处理数据的核心内容。在实际的数据处理中，涉及到更具体的层次，而不是包括所有的数据。因此，使用计算机软件进行数据处理可以提高数据处理的效果。在城市建设过程中，一些估算和预测无法在实体中进行，因此地理信息系统中的虚拟环境功能非常重要。利用虚拟环境功能可以有效提高工作效率，并进一步进行数据的多维度分析。此外，在城市建设中，虚拟环境可以在实际测绘中实现。利用地理信息系统中的虚拟技术，可以同时模拟和评价城市的多个空间，包括环境影响、军事模拟、文明重建和区域建设。除了在城市测绘中使用虚拟技术外，模拟与评价的作用在山岗等特殊环境中仍然有效，通过使用虚拟环境，完全模拟了山港的自然现象，包括地震、火灾、干旱等自然灾害，从而评估自然灾害给地理环境造成的损失。

4.2 复杂土地场景的测绘

复杂的地势，由于可达性问题，传统的基于实地的地质测绘是一项艰巨的任务。通常，只能在少数几个地方研究岩石暴露和地质结构，然后在观测之间进行插值以获得地质构造和结构的连续性。随着具有天气视图、更高空间和更好光谱分辨率的卫星图像的出现，以更加可靠的方式识别具有构造意义的变形构造已成为可能。迄今为止，在覆盖范围有限的地面测绘上无法实现微小的结构变化的探究。这种限制阻碍了认识地质结构特征的构造意义。地理信息系统技术提供了更好的机会以更高精度和具有成本效益的方式进行地质规划测绘和制作地质图。使用相对高分辨率的多光谱数字数据，可以非常有效地完成现场观测的解释，而不会在观测之间进行任何模糊的插值。此外，采用遥感与地理信息系统的综合方法来改进现有的地质图。这种综合方法成为传统的基于现场的地质填图技术的补充。例如在像喜马拉雅山这样的丘陵地带，不可能从任何结构特征的现场绘制或收集数据。这些数据是从可达到的地方收集的，然后地质学家对这些数据进行插值以获得连续性。在这种情况下，结构特征的图像解释比从现场数据中插值更可靠。与断层有关的植被和地表纹理变化很难近距离观察。图像的概要视图使分离的证据片段能够被链接为清晰的和半连续的线性特征或线条。

4.3 水文信息测绘

水是地貌开发中最重要的因素之一，大多数绘图系统都包含水文信息。许多表示系统已被用于描绘任何给定区域的水文。绘图可以描绘永久性的、短暂的或断断续续的地下溪流，以及废弃的渠道、瀑布、急流和水坝、泉水和落水洞、周期性和永久性的淹水区，以及湖泊和海洋，以及各种类型的海滩和沙漠。源头河流区域在大多数陆地景观中占主导地位，但众所周知，低阶河道的地图不完整且不准确。在美国，正在开发实地绘图方法，并且正在实施通过绘图程序以提供改进的上游河流地图。大多数河流景观中的侵蚀、沉积和地貌过程的速率受排水网络的密度和纵向连通性的影响。排水密度是水文或景观演变建模的关键参数，因为渠道中的集中流量提高了输送效率。为了响应可以穿透植物冠层的高分辨率地形数据（激光测绘），该研究领域正在迅速发展。

地理信息系统技术以及地表过程数值建模方面的最新进展已经彻底改变了地貌学领域。新的时空数据和工程测绘算法和方法现在使研究学者们能够远远超越传统的制图。现在可以量化景观形态，评估地表生物物理条件，将过程与模式联系起来，将过程与形式联系起来，提高工作人员对尺度依赖性和景观演化多基因性质的理解。

5 总结

随着科技的不断进步，新的时空数据和工程计算方法层出不穷，目前，这些方法使得科学家能够远远超越传统的制图。同时，不断增加的数据量和复杂分析的需求共同要求信息提取方面的计算效率和形式化。在许多方面，用于测绘的地理空间技术的不断发展代表了一种自动化和模拟人类解释能力的尝试。鉴于此，地理空间技术取得了许多进步。文章对土地的测绘工作进行了相关研究，并结合了地理信息系统进行现代化测绘研究，以期为推动地质测绘的发展做出一定的贡献。