3S技術(shù)在土地變更調(diào)查中的作用分析

吳友平,謝幫華

1.南昌大學(xué)科學(xué)技術(shù)學(xué)院,江西南昌330029

2.南昌工程學(xué)院土木與建筑工程學(xué)院,江西南昌330029

3S技術(shù)在土地變更調(diào)查中的作用分析

吳友平1,謝幫華2

1.南昌大學(xué)科學(xué)技術(shù)學(xué)院,江西南昌330029

2.南昌工程學(xué)院土木與建筑工程學(xué)院,江西南昌330029

由于遙感技術(shù)（RS）、全球定位技術(shù)（GPS）和地理信息技術(shù)（GIS）組成的“3S”技術(shù)不斷成熟，將該技術(shù)應(yīng)用到土地變更調(diào)查中，不但可以有效減少人力物力，而且能夠保證調(diào)查結(jié)果的精確度和實(shí)時(shí)性。本文就3S技術(shù)在土地調(diào)查中的處理流程、關(guān)鍵技術(shù)分析以及對(duì)采集數(shù)據(jù)、圖斑識(shí)別、信息處理技術(shù)等進(jìn)行闡述與分析，以期為該技術(shù)的應(yīng)用提供參考。

“3S”技術(shù);土地變更調(diào)查;分析

土地資源的數(shù)量、質(zhì)量和分布情況以及變化趨勢(shì)將在很大程度上關(guān)系到國(guó)民經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展[1]，我國(guó)是農(nóng)業(yè)大國(guó)，這意味著我國(guó)的土地資源是國(guó)民最重要的資源之一，通過(guò)國(guó)家對(duì)土地資源的合理分配和調(diào)控，可以更完善的針對(duì)我國(guó)國(guó)情進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)控分析。在土地資源分配之中，土地變更是發(fā)生最多的任務(wù)之一，通過(guò)對(duì)土地變更進(jìn)行詳細(xì)的調(diào)查可以更好的完善土地資源的分配，有利于我國(guó)經(jīng)濟(jì)國(guó)民生產(chǎn)總值的提升，對(duì)經(jīng)濟(jì)的宏觀調(diào)控有促進(jìn)作用[2]。

在土地變更調(diào)查中，傳統(tǒng)方法是通過(guò)“挨家挨戶(hù)”的詳細(xì)調(diào)查，通過(guò)總結(jié)詳查的結(jié)果進(jìn)行分析，將土地資源與地形圖的航拍結(jié)果相結(jié)合，再利用人工測(cè)量和判斷等方法進(jìn)行處理，將出現(xiàn)土地資源變化的地方勾繪到相應(yīng)的遙感地圖上，并填寫(xiě)相應(yīng)的土地變化統(tǒng)計(jì)表，根據(jù)統(tǒng)計(jì)、面積變化計(jì)算和勾繪等方法得到完整的土地變更數(shù)據(jù)。傳統(tǒng)方法需要大量的人力和計(jì)算量協(xié)助才能完整的得到某地區(qū)的土地變更情況，除此之外，傳統(tǒng)方法還有許多其他的缺陷[3]：

（1）通過(guò)實(shí)際手工測(cè)量和標(biāo)注導(dǎo)致變化區(qū)域邊界模糊不清，形狀發(fā)生形變。

（2）整個(gè)過(guò)程都采用手工計(jì)算，耗費(fèi)大量資源且出錯(cuò)的幾率更大。

（3）數(shù)據(jù)由地方采集獲得，在上報(bào)過(guò)程中難免會(huì)出現(xiàn)瞞報(bào)、誤報(bào)、漏報(bào)等情形。

鑒于此，目前的土地變更調(diào)查需要進(jìn)行改進(jìn)和完善，摒棄傳統(tǒng)實(shí)際手工測(cè)量和標(biāo)注、分析等方式，轉(zhuǎn)而采用現(xiàn)代科技分析手段進(jìn)行實(shí)時(shí)的土地變更監(jiān)控、調(diào)查，現(xiàn)代科技手段利用先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和管理，效果更佳。

1 基于“3S”技術(shù)的土地變更調(diào)查流程

基于“3S”技術(shù)的土地變更調(diào)查與傳統(tǒng)方法的目的一樣，都需要對(duì)土地變更過(guò)程中的圖斑進(jìn)行準(zhǔn)確定位，定位圖斑以后，需要定位出變更數(shù)據(jù)，調(diào)查變更數(shù)據(jù)并建模分析，最后將分析結(jié)果制作成圖表類(lèi)土地變更調(diào)查報(bào)告，圖1給出了具體流程[5]。

圖1 采用“3S”技術(shù)進(jìn)行土地變更調(diào)查流程圖Fig.1 The flow chart of land change survey by using"3S"technologies

2 基于“3S”技術(shù)的土地變更調(diào)查關(guān)鍵技術(shù)分析

利用“3S”技術(shù)進(jìn)行土地變更調(diào)查基本上需要三個(gè)方面的關(guān)鍵技術(shù)：第一，分析土地的遙感影像數(shù)據(jù)并生成DOM，通過(guò)對(duì)DOM的進(jìn)一步分析對(duì)變化圖斑的識(shí)別；第二，通過(guò)GPS數(shù)據(jù)進(jìn)行變化圖斑的詳細(xì)數(shù)據(jù)采集；第三，根據(jù)采集到的變更數(shù)據(jù)建立起變更調(diào)查數(shù)據(jù)庫(kù)。在“3S”技術(shù)的支持下，三者缺一不可，是一個(gè)完整的體系，下文針對(duì)三者進(jìn)行關(guān)鍵技術(shù)的詳細(xì)分析。

2.1 基于遙感數(shù)據(jù)和DOM技術(shù)識(shí)別變化圖斑

遙感（RS）技術(shù)通過(guò)遠(yuǎn)距離的探測(cè)和感知物體而不與物體本身接觸，通過(guò)傳感器接收來(lái)自物體的信號(hào)，再經(jīng)過(guò)分析對(duì)物體進(jìn)行識(shí)別的技術(shù)[6]。在土地變更的研究中，需要每個(gè)一定的時(shí)間范圍內(nèi)，通過(guò)RS航拍技術(shù)對(duì)指定范圍的土地進(jìn)行一次拍攝并保存到數(shù)據(jù)庫(kù)中，通過(guò)對(duì)該區(qū)域相鄰兩次數(shù)據(jù)的分析可以得出變更區(qū)域土地發(fā)生變更的情況，進(jìn)而識(shí)別出變化的圖斑。

首先需要對(duì)遙感影像進(jìn)行糾正，糾正的目的需要比較的兩次航拍遙感影像一般情況下不在同一個(gè)尺度下，采用糾正算法將待處理的遙感影像歸一化到數(shù)據(jù)庫(kù)的統(tǒng)一坐標(biāo)系，常用的糾正算法采用多項(xiàng)式糾正算法。在糾正完成之后，遙感影像的尺度與數(shù)據(jù)庫(kù)中的遙感影像完全一樣，實(shí)際由于客觀原因?qū)е聝煞鶊D像的拍攝尺度角度發(fā)生改變，所以在進(jìn)行DOM計(jì)算之前需要對(duì)兩幅圖像進(jìn)行配準(zhǔn)，以數(shù)據(jù)庫(kù)中的圖像作為基準(zhǔn)，利用圖像配準(zhǔn)算法對(duì)變化后采集到的遙感數(shù)據(jù)進(jìn)行配準(zhǔn)，使其與數(shù)據(jù)庫(kù)中基準(zhǔn)圖像在拍攝角度和拍攝尺度上保持一致。

預(yù)處理完成后將得到兩幅坐標(biāo)系和角度、尺度相同的圖像，一幅表示的是土地變化前的模板圖像，另一幅是當(dāng)前采集到的土地變更后的圖像，通過(guò)正射影像算法可以構(gòu)建正射影像圖DOM[7]。在DOM制作計(jì)算過(guò)程中，通過(guò)在模板遙感圖像上選取一些地面控制點(diǎn)，并結(jié)合相應(yīng)地面控制點(diǎn)在遙感圖像中的數(shù)字高程模型數(shù)據(jù)，構(gòu)建沖采樣之后的正射影像圖。由于DOM數(shù)據(jù)同時(shí)具有豐富的影像特性和地形特性，具有豐富的地理信息系統(tǒng)的表現(xiàn)形式，所以可以給后續(xù)的GIS數(shù)據(jù)提供合理的數(shù)據(jù)源。

歐盟尚無(wú)官方渠道發(fā)布參比信息，從歐洲藥品監(jiān)督管理局EMA的官方信息可知，參比制劑的定義為：參比制劑是指由歐盟成員國(guó)或委員會(huì)基于完整的申報(bào)資料已經(jīng)批準(zhǔn)上市的藥品，這些申報(bào)資料需 要 按 照 Articles 8（3），10a，10b or 10c of Directive 2001/83/EC等法案進(jìn)行，包括質(zhì)量研究、臨床前研究和臨床研究等內(nèi)容，仿制藥或改良型藥物申請(qǐng)上市時(shí)可參照該藥品，通常通過(guò)生物等效性研究以證明其生物等效性［10］。

通過(guò)DOM結(jié)果進(jìn)行分析和變化圖斑生成并識(shí)別主要包括以下四個(gè)步驟，發(fā)現(xiàn)變化信息、生成變化信息相應(yīng)模板、半自動(dòng)化算法提取變化信息、通過(guò)變化信息識(shí)別變化圖斑。通過(guò)該4個(gè)步驟，可以將DOM轉(zhuǎn)化成圖斑并識(shí)別，下文詳細(xì)介紹每個(gè)步驟中的具體內(nèi)容和相應(yīng)方法：

（1）發(fā)現(xiàn)變化信息：到目前為止，從DOM中發(fā)現(xiàn)變化信息的主要方法包括人工、半自動(dòng)和全自動(dòng)三種類(lèi)型。對(duì)精度要求較高的土地變更信息提取中，一般采用半自動(dòng)的方式，即人工和自動(dòng)方式相結(jié)合。對(duì)于簡(jiǎn)單的變化信息提取自動(dòng)計(jì)算方式完全可以勝任，而對(duì)于稍微復(fù)雜的變化信息自動(dòng)方式難以精確計(jì)算時(shí)，就需要人工參與提取變化信息。這種結(jié)合方式使得變化信息提取方式魯棒性較高，且提取時(shí)間快，提取結(jié)果精度高。

（2）變化區(qū)域提取：變化區(qū)域的提取方法較多，各種方法適用于對(duì)應(yīng)的場(chǎng)景，根據(jù)實(shí)際場(chǎng)景合理利用這些方法將能較大的提高變化區(qū)域提取成功率，提取到的目標(biāo)區(qū)域精度也能得到保證。

（3）變化類(lèi)型確定：通過(guò)將變化模板圖像與原始遙感圖像進(jìn)行時(shí)相疊加，在疊加結(jié)果中就可以直接得到發(fā)生變化的區(qū)域，并從中獲取變化類(lèi)型。一般可以分辨的變化類(lèi)型可以直接確定，對(duì)于不能確定類(lèi)型的變化，可以參考土地利用圖等相關(guān)資料或者請(qǐng)求有經(jīng)驗(yàn)的協(xié)助等等。

（4）變化信息識(shí)別：在識(shí)別過(guò)程中，以變化區(qū)為單位，對(duì)各個(gè)確定了變化類(lèi)型的變化區(qū)進(jìn)行編號(hào)，一般以從上到下，從左到右的方式進(jìn)行圖斑編號(hào)，在錄入編號(hào)的時(shí)候需要填寫(xiě)識(shí)別信息，各個(gè)圖斑屬于哪種類(lèi)型的變化信息。

2.2 基于GPS-PDA技術(shù)采集變化圖斑

通過(guò)RS及其相關(guān)技術(shù)識(shí)別出變化圖斑的類(lèi)型之后，需要通過(guò)GPS數(shù)據(jù)采集方法完成對(duì)土地變更圖斑的精細(xì)區(qū)域采集和處理。GPS-PDA是一個(gè)采集并處理遙感數(shù)據(jù)的系統(tǒng)平臺(tái)，通過(guò)GPS-PDA系統(tǒng)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)GPS現(xiàn)狀圖的采集，并以RS技術(shù)提取并識(shí)別到的變化圖斑信息為基礎(chǔ)資料，用1:1000的數(shù)字等高線生成相應(yīng)的DEM數(shù)據(jù)，結(jié)合DOM數(shù)據(jù)，將待分析的區(qū)域的矢量數(shù)據(jù)與影像數(shù)據(jù)相疊加。從疊加數(shù)據(jù)中，同時(shí)可以提取到確定變化的圖斑和不確定變化的圖斑。然后將提取到的數(shù)據(jù)導(dǎo)入PDA系統(tǒng)中作為土地變化調(diào)查的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，在現(xiàn)場(chǎng)利用GPS定位功能采集到位置信息，通過(guò)位置信息點(diǎn)完成對(duì)圖斑的實(shí)時(shí)變更。

本文給出某區(qū)域的土地變更調(diào)查，如圖2所示，首先導(dǎo)入底圖并通過(guò)差分信號(hào)進(jìn)行變更圖斑的采集點(diǎn)進(jìn)行定位。首先，在拐點(diǎn)上采集到GPS1點(diǎn)，然后進(jìn)行GPS2點(diǎn)的采集，依照相同的方法依次采集到GPS1～GPS7，并在PDA中記錄每個(gè)采集點(diǎn)的坐標(biāo)，再按順序連接各點(diǎn)，最后形成一個(gè)閉合的回路，由回路構(gòu)成的區(qū)域就是變化圖斑區(qū)域。

圖2 變更圖斑的確定Fig.2 The definition of changing figure spot

2.3 建立土地變更調(diào)查信息系統(tǒng)

通過(guò)上述手段識(shí)別出變更圖斑并勾繪出變更圖斑區(qū)域后，需要建立土地變更調(diào)查系統(tǒng)來(lái)分析、計(jì)算和存儲(chǔ)變更數(shù)據(jù)。GIS系統(tǒng)是一個(gè)在特定情況下使用有較強(qiáng)意義的空間信息管理系統(tǒng)，該系統(tǒng)對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)、計(jì)算和分析，完成對(duì)地表空間和地理分布狀況的數(shù)據(jù)計(jì)算。該系統(tǒng)以地理空間數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，通過(guò)模擬分析的方法，對(duì)空間相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算、建模和模擬，提供多空間地理信息的管理，建立合理的數(shù)據(jù)管理辦法。

該調(diào)查信息系統(tǒng)旨在完成土地變更調(diào)查信息入庫(kù)、土地統(tǒng)計(jì)臺(tái)賬變更、保持空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)能夠統(tǒng)一化等等業(yè)務(wù)，另外，在建模分析之后，需要利用圖形界面展示給操作者，以便非專(zhuān)業(yè)人員也能方便使用，在數(shù)據(jù)發(fā)生變化時(shí)圖形圖表界面也需要完成相應(yīng)的改變。土地變更調(diào)查信息系統(tǒng)的構(gòu)建流程如下圖3所示，通過(guò)構(gòu)建出土地變更信息調(diào)查系統(tǒng)，任何用戶(hù)都可以通過(guò)該系統(tǒng)完成對(duì)土地變更的調(diào)查，為非遙感影像處理專(zhuān)業(yè)人員提供了一個(gè)很好的土地變更管理平臺(tái)。

在調(diào)查系統(tǒng)中導(dǎo)入數(shù)據(jù)需要注意的要求：

（1）變更圖斑的類(lèi)別需按要求放入系統(tǒng)目錄中。

（2）根據(jù)空間數(shù)據(jù)制作出導(dǎo)航圖。

（3）對(duì)每個(gè)類(lèi)別的土地變更數(shù)據(jù)配置相應(yīng)的數(shù)據(jù)字典，包括該地區(qū)的行政區(qū)碼、田坎系數(shù)等等。

（4）形成初始化的數(shù)據(jù)庫(kù)。

除了數(shù)據(jù)導(dǎo)入外，對(duì)于面積量算是本系統(tǒng)最有意義的統(tǒng)計(jì)信息之一，通過(guò)該信息可以對(duì)變更土地調(diào)查數(shù)據(jù)進(jìn)行量化，得到有意義的結(jié)果并將結(jié)果填寫(xiě)到系統(tǒng)的圖斑面積量算表中。在面積量算過(guò)程中必須滿(mǎn)足三個(gè)條件：

（1）以圖幅面積作為計(jì)算控制：通過(guò)精確的圖斑勾繪結(jié)果量算面積，圖斑勾畫(huà)結(jié)果面積之和必須與圖幅的理論面積總和相同。

（2）以行政區(qū)面積作為計(jì)算控制：行政區(qū)采用樹(shù)形結(jié)構(gòu)模式，所以某級(jí)行政區(qū)的面積應(yīng)該等于下級(jí)行政單位的面積總和，即各村面積總和與鄉(xiāng)鎮(zhèn)面積總和相同，鄉(xiāng)鎮(zhèn)面積總和與縣級(jí)面積總和保持相同。

（3）以圖斑面積作為計(jì)算控制：變更圖斑的邊界線以線狀物進(jìn)行區(qū)分，相鄰的圖斑之間需扣除各自的線狀物面積的一半，圖斑通過(guò)破分之后各個(gè)小塊圖斑應(yīng)該與總圖斑的面積保持一致。

圖3 土地變更調(diào)查信息系統(tǒng)構(gòu)建流程圖Fig.3 The flow chart of constructing the land change survey system

3 結(jié)論

本文重點(diǎn)分析了“3S”技術(shù)在土地變更調(diào)查中的作用，包括采用RS技術(shù)記錄、識(shí)別變更圖斑信息，GPS-PDA技術(shù)精確勾繪出變更圖斑信息，以及基于GIS技術(shù)建立土地變更調(diào)查信息系統(tǒng)，通過(guò)該系統(tǒng)可以依靠計(jì)算機(jī)的計(jì)算能力完成數(shù)據(jù)錄入、建模分析和產(chǎn)生圖形界面將分析結(jié)果呈現(xiàn)給用戶(hù)。通過(guò)“3S”技術(shù)進(jìn)行土地變更調(diào)查管理，可以有效的減輕傳統(tǒng)方式的人工參與度，專(zhuān)業(yè)的計(jì)算機(jī)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行建模分析并使用友好的圖形界面展示給用戶(hù)，使得非專(zhuān)業(yè)人員也可以容易的完成土地變更調(diào)查，具有較強(qiáng)的實(shí)踐意義，且該系統(tǒng)建立在計(jì)算機(jī)自主計(jì)算之上，精確度和時(shí)間響應(yīng)都能得到保證。

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The Analysis on the Function of Land Change Survey by 3S Technologies

WU You-ping1,XIE Bang-hua2
1.College of Science and Technology/Nanchang University,Nangchang330029,China
2.Department of Civil and Building Engineering/Nanchang Institute of Technology,Nangchang330029,China

3S technologies,RS/GPS/GIS,get mature day by day and they are used in surveying a land change as a result to not only reduce labors and materials but also ensure the accuracy and real-time for findings.This paper reviewed the treatment process,key technologies and information treatment to data and figures during a land survey in order to provide a reference for land investigators.

"3S"technologies;land change survey;analysis

TP391

:A

:1000-2324(2015)06-0852-04

2015-06-10

:2015-08-18

江西省數(shù)字國(guó)土重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開(kāi)放基金:基于DInsar地表形變監(jiān)測(cè)的關(guān)鍵技術(shù)的算法研究(DLLJ201304)

吳友平(1978-),男,江西東鄉(xiāng)人,碩士,講師.主要從事測(cè)繪3S技術(shù)與土地利用研究.E-mail:tjwyp123@163.com