ＧＰＳ技術(shù)在獲取土地利用空間變化數(shù)據(jù)中的作用

邵曉茹

摘要：準(zhǔn)確地、定量地把握土地利用及其變化狀況具有重要的意義，介紹全球定位系統(tǒng)在土地利用動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)中的雙重作用和技術(shù)，通過對(duì)土地利用變化類型分析，簡(jiǎn)化GPS測(cè)量的野外工作量。

關(guān)鍵詞：土地利用變化全球定位系統(tǒng)變化類型

全球范圍內(nèi)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展需求與相對(duì)不足的資源及脆弱、惡化的生態(tài)環(huán)境的矛盾，使得社會(huì)、經(jīng)濟(jì)的進(jìn)一步發(fā)展面臨困境?！叭?、及時(shí)地掌握資源環(huán)境的基本狀況是在全球范圍內(nèi)探討人類社會(huì)持續(xù)發(fā)展的前提條件”。1997年國(guó)務(wù)院決定“土地管理部門要抓緊建立全國(guó)土地管理動(dòng)態(tài)信息系統(tǒng)，采用現(xiàn)代化技術(shù)手段，加強(qiáng)對(duì)全國(guó)土地利用狀況動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)”。

1全球定位系統(tǒng)在土地利用動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)中的雙重作用

近年來，隨著空間技術(shù)的發(fā)展，遙感和地理信息系統(tǒng)己先后被運(yùn)用干土地利用動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)工作中。理論上，遙感技術(shù)用干實(shí)時(shí)地或準(zhǔn)實(shí)時(shí)地提供目標(biāo)及其環(huán)境的語(yǔ)義或非語(yǔ)義信息，發(fā)現(xiàn)地球表面的各種變化，及時(shí)地對(duì)GIS進(jìn)行數(shù)據(jù)更新。GIS則是對(duì)多種來源的時(shí)空數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合處理、集成管理、動(dòng)態(tài)存取，作為新的集成系統(tǒng)的基礎(chǔ)平臺(tái)，并為智能化數(shù)據(jù)采集提供地學(xué)知識(shí)。實(shí)際操作中，土地利用動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)工作主要包括遙感圖像解譯、繪制解譯圖、比較參照不同期的解譯圖和專題圖以發(fā)現(xiàn)變化、數(shù)字化圖件、建立靜態(tài)信息系統(tǒng)進(jìn)行信息生產(chǎn)和管理。在傳統(tǒng)技術(shù)路線中，用遙感技術(shù)發(fā)現(xiàn)了變化區(qū)域之后，對(duì)變化區(qū)域的定量確定僅靠對(duì)遙感判釋圖上的區(qū)域界限進(jìn)行量測(cè)。遙感圖像的成像機(jī)理、圖像分類方法自身固有的誤差和其他誤差（如繪圖誤差）使得遙感判釋圖上的區(qū)域界限是僅具有示意性和相當(dāng)模糊度的界限。尤其是對(duì)大比例尺圖件，源干衛(wèi)片的變化區(qū)域界限精度太低。因此，在靠遙感手段基本確定土地利用變化區(qū)域之后，對(duì)變化區(qū)域的準(zhǔn)確測(cè)定是非常必要的。

全球定位系統(tǒng)（GlobalPositioning System，簡(jiǎn)稱GPS）是以人造衛(wèi)星組網(wǎng)為基礎(chǔ)的無線電導(dǎo)航系統(tǒng)。原來指美國(guó)國(guó)防部批準(zhǔn)研制的國(guó)防導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng)，該系統(tǒng)由24顆衛(wèi)星組成，為全球范圍用戶提供全天侯、連續(xù)、實(shí)時(shí)、高精度的三維位置、三維速度以及時(shí)間數(shù)據(jù)。隨著俄羅斯GLONASS系統(tǒng)的開發(fā)，全球定位系統(tǒng)的概念也在變化，它泛指利用衛(wèi)星技術(shù)，實(shí)時(shí)提供全球地理坐標(biāo)的系統(tǒng)“。在實(shí)際應(yīng)用中， GPS主要用干實(shí)時(shí)、快速地提供目標(biāo)，包括各類傳感器和運(yùn)載平臺(tái)的空間位置。這樣GPS由干定位的高度靈活性和常規(guī)測(cè)量技術(shù)無法比擬的高精度，成為測(cè)量學(xué)科中的革命性變化．這樣GPS為準(zhǔn)確把握土地利用變化區(qū)域提供了技術(shù)支撐。

另外，GPS數(shù)據(jù)對(duì)遙感信息也是一個(gè)必要的、有益的補(bǔ)充。遙感手段對(duì)積累性的變化經(jīng)過一段時(shí)間后反應(yīng)比較明顯。對(duì)一個(gè)市縣級(jí)行政區(qū)來說，明顯的、大面積的變化區(qū)域可以通過衛(wèi)片大致確定。而對(duì)干小面積的或突然發(fā)生的有較大影響的變化，衛(wèi)片上或反映不出來，或沒有必要用遙感手段確定。這時(shí)就可用GPS接收機(jī)在野外很方便地獲取變化區(qū)域的數(shù)據(jù)并對(duì)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行更新。所以， GPS不僅起到對(duì)遙感成果野外定位的量化作用，而且也是一種獨(dú)立的數(shù)據(jù)源。各種遙感手段和GPS技術(shù)各有特點(diǎn)，它們對(duì)土地利用動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)的貢獻(xiàn)也各不相同。

2全球定位系統(tǒng)應(yīng)用于土地利用變化區(qū)域的準(zhǔn)確定位

GPS靜態(tài)對(duì)地定位時(shí)，精度可達(dá)毫米級(jí)，用干大地測(cè)量、板塊運(yùn)動(dòng)監(jiān)測(cè)等動(dòng)態(tài)對(duì)地定位時(shí)，精度可達(dá)厘米、分米和米級(jí)，應(yīng)用干衛(wèi)星、火箭、導(dǎo)彈、飛機(jī)、汽車等導(dǎo)航定位之用。不同的GPS接收機(jī)精度不同、工作方式不同，價(jià)格也有較大差別。一般未說，一個(gè)市縣級(jí)行政區(qū)的土地利用變化區(qū)域邊界定位，對(duì)GPS接收機(jī)主要有以下幾點(diǎn)要求：（l）精度達(dá)到5m。5m在1：0000圖件上相當(dāng)干0．5mm，精度再高己沒有意義。（2）動(dòng)態(tài)測(cè)值。靜態(tài)測(cè)值方式耗時(shí)太長(zhǎng)，無法保證數(shù)據(jù)的時(shí)間準(zhǔn)確性。（3）事后處理方式的GPS接收機(jī)比實(shí)時(shí)處理方式的GPS接收機(jī)經(jīng)濟(jì)得多，而且事后處理所需時(shí)間井不長(zhǎng)，對(duì)所獲數(shù)據(jù)的時(shí)間準(zhǔn)確性沒有太大影響。

達(dá)到以上條件的GPS接收機(jī)的價(jià)格對(duì)縣級(jí)土地部門完全能夠接受。如美國(guó)麥哲倫公司（Magellansystem Co叩。ration）的ProMark-X-CM GPS接收機(jī)（重約0．85kg）在移動(dòng)方式下（MobileMode方式：每秒記錄一個(gè)數(shù)據(jù)）精度可達(dá)2m。兩臺(tái)同型號(hào)的ProMark－X－CMGPS接收機(jī)可形成一個(gè)”工作外，價(jià)格大約八萬元人民幣。用戶在野外可以將一臺(tái)GPS接收機(jī)放在控制點(diǎn)作為基準(zhǔn)站，攜帶另一臺(tái)GPS接收機(jī)作為移動(dòng)站圍繞土地利用的變化區(qū)域走（步行、騎車或慢速開著機(jī)動(dòng)車）一遍，即可獲取有關(guān)數(shù)據(jù)。事后可在Wind。WS95環(huán)境下用隨機(jī)的GpS軟件MSTARZ．of對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行以下處理：（l）建立一個(gè)newsessicn，輸入名稱及所在目錄。（2）選取Mobile Mode方式（另有SubmeterMode、Pseudorng Mode、Cent。eterMode方式）。（3）輸入控制點(diǎn)經(jīng)緯度坐標(biāo)。（4）在通訊菜單下將基準(zhǔn)站GPS內(nèi)存中的數(shù)據(jù)卸載下未得到 CAR文件（Carris phase文件），將移動(dòng)站 GPS內(nèi)存中的數(shù)據(jù)卸載下未得到 MOB文件（m chile文件）。（5）將唯一的 CAR文件加入到 Confteuration菜單下的 Control Files中，將一個(gè)或多個(gè)MOB文件加入到Remote Files中。（6）選Computer菜單項(xiàng)，即可得到計(jì)算結(jié)果（為D IF文件）。處理過程的步驟 1、步驟 2、步驟 3、步驟 5基本沒有多少時(shí)間消耗，步驟 4是最耗時(shí)的，卸載 3600個(gè)點(diǎn)數(shù)據(jù)（大約一小時(shí)的數(shù)據(jù)獲取量）的 M OB文件約需 10分鐘。步驟 6的計(jì)算過程只需大約100秒。選定MSTARZ．of的PlotPositionFises菜單項(xiàng)，移動(dòng)站的運(yùn)動(dòng)軌跡可以顯示在屏幕上，并可放大查詢每一點(diǎn)的具體信息。MSTARZ．of的Conversion功能可將記錄各點(diǎn)位置坐標(biāo)的DIF文件轉(zhuǎn)換為ARC／INFO、ARC／VIEW、ASCⅡ等多種格式，以利干數(shù)據(jù)共享。從價(jià)格、精度、效率等方面看來， GPS作為一種成熟的技術(shù)，己經(jīng)可以全面投入土地利用監(jiān)測(cè)工作的主戰(zhàn)場(chǎng)。

3土地利用變化類型分析

為了規(guī)范GPS外業(yè)數(shù)據(jù)采集工作方式，需要分析土地利用變化類型，從地理信息系統(tǒng)角度說是建立多邊形空間變化的概念模型，這對(duì)GPS工作方式從理論上更加完善，從實(shí)踐上更加優(yōu)化是非常必要的。這也是將未進(jìn)一步建立時(shí)空模型的基礎(chǔ)之一。給出兩個(gè)概念：一個(gè)多邊形發(fā)生了變化，從變化后的角度看，將此多邊形稱作母多邊形。多邊形發(fā)生變化后，原母多邊形范圍內(nèi)所有的多邊形，稱作原母多邊形的于多邊形。這里將土地利用變化類型歸納為：（l）多邊形分裂、分裂后的各于多邊形與其母多邊形的相鄰多邊形無合井關(guān)系。這種類型又可細(xì)分為島形、餅形、環(huán)形、全形等四種倩況。（2）單個(gè)兒多邊形分裂，其于多邊形與其母多邊形相鄰多邊形的于多邊形有合井關(guān)系。單向擴(kuò)張型有一個(gè)特例：一個(gè)多邊形被另一個(gè)多邊形完全吞并。

GIS矢量數(shù)據(jù)的操作要基干對(duì)實(shí)體邊界的確認(rèn)。GPS提供數(shù)據(jù)的一個(gè)直接原則是提供變化區(qū)的封閉記錄。將這項(xiàng)原則結(jié)合（1）、（2）所討論的多邊形空間變化的類型，可進(jìn)一步將采集GPS數(shù)據(jù)的工作量減少。對(duì)島形變化，要提供島形邊界。對(duì)餅形變化，提供形成餅形實(shí)體的徑向邊界。對(duì)環(huán)形變化，提供環(huán)的內(nèi)外邊界。對(duì)全形和吞并形，不用再測(cè)數(shù)據(jù)。對(duì)單向擴(kuò)張形、相互擴(kuò)張形，提供子多邊形邊界中并非母多邊形邊界組成的弧段。這句話其實(shí)也可以概括所有的變化類型。

4結(jié)論

a.準(zhǔn)確把握我國(guó)土地利用現(xiàn)狀及其變化具有重大意義。在這項(xiàng)工作中， GPS技術(shù)不僅能對(duì)遙感技術(shù)成果進(jìn)行量化，而且是一種獨(dú)立的數(shù)據(jù)源。

b.分析土地利用變化類型，能有效減少GPS測(cè)量的野外工作量。

C.空間技術(shù)的支撐是空間信息系統(tǒng)，空間信息系統(tǒng)的核心是數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)的特點(diǎn)是對(duì)整個(gè)兒空間體系將產(chǎn)生影響。GPS技術(shù)作為主要的數(shù)據(jù)來源之一，其高時(shí)間精度特點(diǎn)對(duì)傳統(tǒng)靜態(tài)GIS提出了挑戰(zhàn)，將極大推動(dòng)多時(shí)態(tài)GIS的研究，其高空間精度的特點(diǎn)對(duì)遙感技術(shù)也產(chǎn)生巨大影響。

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