3S技術(shù)在礦區(qū)土地利用動(dòng)態(tài)監(jiān)測中的應(yīng)用

程思思，張海昂

（1.核工業(yè)航測遙感中心，河北 石家莊 050061；2.石家莊工程技術(shù)學(xué)校，河北 石家莊 050061）

1 3S集成技術(shù)

3S是全球定位系統(tǒng)(GPS)、地理信息系統(tǒng)(GIS)和遙感(RS)的總稱。3S集成是指三種技術(shù)與其他相關(guān)技術(shù)的有機(jī)結(jié)合。它是一個(gè)有機(jī)組合，在線連接，實(shí)時(shí)處理和系統(tǒng)的完整性，3S技術(shù)的整體結(jié)合方式見圖1。

圖1 3S技術(shù)的整體結(jié)合方式

礦區(qū)土地利用動(dòng)態(tài)監(jiān)測的實(shí)施涉及大量圖件、空間數(shù)據(jù)等指標(biāo)，時(shí)效性要求的監(jiān)測結(jié)果是高質(zhì)量和管理的，采用現(xiàn)代技術(shù)如3s管理是非常必要的，可以提高管理的科學(xué)性、管理質(zhì)量和管理效率。應(yīng)用3s技術(shù)在土地利用動(dòng)態(tài)監(jiān)測,主要是利用遙感和全球定位系統(tǒng)(GPS)來獲取空間數(shù)據(jù),在此基礎(chǔ)上,建立土地利用動(dòng)態(tài)遙感監(jiān)測系統(tǒng)和土地利用規(guī)劃管理信息系統(tǒng),輔助規(guī)劃、修改、實(shí)施。

集成RS、GPS與GIS等現(xiàn)代高新技術(shù)，建立數(shù)據(jù)收集、現(xiàn)場調(diào)查、內(nèi)部行業(yè)處理、統(tǒng)計(jì)匯總和分析、繪圖、數(shù)據(jù)庫管理和更新于一體的礦區(qū)土地利用動(dòng)態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)礦區(qū)土地利用動(dòng)態(tài)監(jiān)測的數(shù)字化、智能化、自動(dòng)化和規(guī)范化。

2 3S技術(shù)在礦區(qū)土地利用動(dòng)態(tài)監(jiān)測中的應(yīng)用簡述

開采、地表水和礦區(qū)環(huán)境污染對地表的破壞造成了土地的污染。采取有效措施應(yīng)對不同時(shí)期、不同特點(diǎn)的損害是刻不容緩的。為了有效地挖掘區(qū)域土地動(dòng)態(tài)監(jiān)測，需要利用3 s技術(shù)建立礦區(qū)土地動(dòng)態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)，系統(tǒng)由數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)處理和信息分析模塊和結(jié)果輸出模塊組成。數(shù)據(jù)和信息采集模塊由RS和GPS與傳統(tǒng)的測量技術(shù)相結(jié)合，利用宏觀的遙感影像，廣泛的土地變化和破壞，實(shí)施采礦的回收年限動(dòng)態(tài)監(jiān)測，從而獲得土地演化的全面、三維、動(dòng)態(tài)的數(shù)據(jù)。通過GIS數(shù)據(jù)處理和結(jié)果輸出模塊，利用GIS空間分析和數(shù)據(jù)處理功能，在具體的模型下進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和處理，支持專家系統(tǒng)對土地演化趨勢、規(guī)律性和輸出通過文本、圖形等形式進(jìn)行輸出。3S技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)礦區(qū)土地實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)綜合監(jiān)測，為礦區(qū)土地的管理和利用提供強(qiáng)有力的決策支持。

礦區(qū)土地利用變化的預(yù)測是一個(gè)重要的礦區(qū)土地利用動(dòng)態(tài)監(jiān)測的內(nèi)容,研究和礦區(qū)土地復(fù)墾的開采沉陷預(yù)測的結(jié)果可用于定量研究土地受開采影響的重要內(nèi)容在時(shí)間和空間變化規(guī)律,從而有效、經(jīng)濟(jì)的土地管理措施。下面介紹一種利用遙感技術(shù)進(jìn)行礦區(qū)土地利用變化預(yù)測的方法——馬爾柯夫方法。馬爾柯夫法是預(yù)測礦區(qū)土地利用變化的一種非常有效的方法。方法是利用事物發(fā)生與發(fā)展之間的轉(zhuǎn)移概率矩陣來預(yù)測事物的狀態(tài)和發(fā)展趨勢。馬爾柯夫過程是一個(gè)具有“無后效”的特殊隨機(jī)過程。

所謂的“無后效應(yīng)”是指隨機(jī)過程的步驟(n+1)的狀態(tài)x(n)的條件概率，x(0) x(1) x(2)…X (n-1)等(n)與上一步的狀態(tài)無關(guān)，但只與X (n)的狀態(tài)有關(guān)。

對礦區(qū)土地利用動(dòng)態(tài)變化的研究更為合適，因?yàn)樵谝欢l件下，礦區(qū)土地利用動(dòng)態(tài)演化具有馬爾柯夫過程的性質(zhì)∶在某一區(qū)域，不同土地利用類型之間的相互轉(zhuǎn)化的礦區(qū);礦區(qū)土地利用類型的轉(zhuǎn)換過程中包含了許多不被函數(shù)關(guān)系準(zhǔn)確描述的事件。

利用馬爾柯夫過程的關(guān)鍵是確定礦區(qū)土地利用類型的初始轉(zhuǎn)移概率矩陣P，其數(shù)學(xué)表達(dá)式一般為∶

式（1）中N為研究礦區(qū)土地利用類型的數(shù)目，pij為初始到末期時(shí)由類型i轉(zhuǎn)移為j的概率，

根據(jù)馬爾柯夫模型，系統(tǒng)所研究的事物在任何時(shí)刻的狀態(tài)概率向量p(n+1)，可由它的初始狀態(tài)概率向量p(n)和轉(zhuǎn)移概率矩陣來確定：

假如所研究礦區(qū)有三個(gè)時(shí)相，共有1987-1994年和1994-2000年兩個(gè)時(shí)段的土地利用動(dòng)態(tài)變化過程。由于是對未來年份的土地利用變化進(jìn)行預(yù)測，為使預(yù)測結(jié)果更為接近實(shí)際，一般采用土地利用轉(zhuǎn)移概率矩陣來研究礦區(qū)土地利用的動(dòng)態(tài)變化預(yù)測。根據(jù)土地利用結(jié)構(gòu)變化和動(dòng)態(tài)變化數(shù)據(jù)和土地利用轉(zhuǎn)移矩陣的變化，計(jì)算礦區(qū)土地利用變化的轉(zhuǎn)移矩陣。這里需要說明的是：由于1994-2000年的時(shí)段長為6年，因此，預(yù)測時(shí)段長為6年，即每經(jīng)過6年為一步，當(dāng)n=1時(shí)，預(yù)測年份為2006年；n=2時(shí)，預(yù)測年份為2012年，以此類推。通過該方法就可以有效地進(jìn)行礦區(qū)土地利用變化的預(yù)測。

3 結(jié)論

3S技術(shù)對推動(dòng)礦區(qū)土地利用動(dòng)態(tài)監(jiān)測將具有以下現(xiàn)實(shí)意義。

（1）3S集成技術(shù)的完善推動(dòng)土地資源管理的實(shí)時(shí)性；

（2）遙感技術(shù)向“三高”發(fā)展。

全球定位系統(tǒng)（GPS）的迅猛發(fā)展能夠?yàn)榭臻g數(shù)據(jù)庫建立提供更為實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)，遙感技術(shù)（RS）能有效地縮短礦區(qū)土地利用動(dòng)態(tài)監(jiān)測工作的時(shí)間，并且更為迅速地提供信息。

[1]胡振琪，李新舉，劉寧，等.基于3S技術(shù)的黃河三角洲土壤質(zhì)量自動(dòng)化評價(jià)方法研究.農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2005，21（10）：59-63.

[2]胡振琪，賀日興，魏忠義.礦山土地可持續(xù)利用空間數(shù)據(jù)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)問題探討.礦山測量，2000，（4）：16-18.