“3S”集成技術(shù)在農(nóng)村土地整治動態(tài)監(jiān)測中的應用

孫書偉

（陜西省土地工程建設集團有限責任公司，陜西 西安 710075）

土地整治是緩解耕地占補平衡壓力、實現(xiàn)耕地總量動態(tài)平衡的重要方式[1]，但隨著我國經(jīng)濟迅猛發(fā)展，土地資源已越來越不能滿足現(xiàn)代社會的發(fā)展需求。因此，對宜農(nóng)未利用地開發(fā)是獲得新增耕地的有效手段之一，而未利用地種類繁多，利用方式多樣，宜耕程度相差較大，準確快速地確定新增耕地地塊圖斑具有重要的意義。我國學者對土地利用變化調(diào)查方法的應用已有大量研究[2-4]，對“3S”集成技術(shù)（指遙感技術(shù)RS、地理信息系統(tǒng)GIS和全球定位系統(tǒng)GPS的簡稱）在土地利用動態(tài)監(jiān)測方面的應用也進行了部分探討。多源遙感獲取技術(shù)、遙感影像預處理技術(shù)、遙感影像分類技術(shù)和遙感定量反演模型等技術(shù)方法已取得一定的研究進展，而且根據(jù)土地整治目標和研究對象側(cè)重點的不同，“3S”集成技術(shù)也有不同的應用。

1 “3S”集成技術(shù)在土地整治領(lǐng)域中的動態(tài)監(jiān)測及應用

1.1 未利用地開發(fā)中的動態(tài)監(jiān)測

張兵等[5]以High-1高分辨率衛(wèi)星影像為數(shù)據(jù)來源，并利用ENVI、AutoCAD和ArcGIS軟件，提出利用高分辨率遙感影像提取新增耕地、新增道路和新增溝渠信息的方法，該技術(shù)對新增耕地、新增道路和新增溝渠的監(jiān)測比分別達到了88.40%、97.34%和98.26%，該方法對土地整治成果監(jiān)測具有較高的效率，能夠應用于土地整治的監(jiān)管實踐。洪長橋等[6]將MODIS、TM/ETM＋/OLI數(shù)據(jù)與CASA模型和ESTARFM方法相結(jié)合，獲取的高時空分辨率結(jié)果能較好地分離項目區(qū)整治前后的地類特征，對試驗區(qū)產(chǎn)能動態(tài)變化進行細致的觀測。另外，結(jié)合“3S”集成技術(shù)的應用，可對未利用地區(qū)域內(nèi)地物條件、土地利用類型、地形地貌條件以及周邊空間地理質(zhì)量等方面進行較為準確的動態(tài)掌握，有利于對擬開發(fā)未利用地資源進行有效選取。孫江鋒等[7]將“3S”集成技術(shù)應用于耕地動態(tài)監(jiān)測，提出了遙感影像解譯、耕地變化信息獲取和數(shù)據(jù)庫建設等問題的解決方案，并使用濟源市2009—2012年耕地變化相關(guān)數(shù)據(jù)進行分析驗證，極大地提高了耕地監(jiān)管技術(shù)的信息化水平。孫江鋒等[8]將“3S”集成技術(shù)與ArcGIS以及Python軟件相結(jié)合，構(gòu)建出未利用土地開發(fā)項目工具箱，解決了未利用地自動輸出、地圖高程數(shù)據(jù)處理及輸出、土地開發(fā)項目遙感監(jiān)測等問題，并通過實際應用驗證了未利用土地開發(fā)項目模塊的可操作性。顧錚鳴等[9]利用多旋翼無人機航拍獲取高分辨率影像，通過BoW模型構(gòu)建典型地物樣本特征庫，對研究區(qū)骨干線狀基礎(chǔ)設施利用狀況進行識別解譯，研究表明：該技術(shù)對研究區(qū)田間道路病害和骨干溝渠淤塞情況識別總體分類精度達到80%和70%。范王濤等[10]利用遙感技術(shù)與ArcGIS快速完成了土地整治項目選址踏勘、初步規(guī)劃等任務，極大地提高了工作效率。

1.2 土地復墾與生態(tài)修復中的動態(tài)監(jiān)測

土地復墾與生態(tài)修復是目前土地整治領(lǐng)域提倡的一項重要措施，“綠水青山就是金山銀山”理念也已深入土地整治行業(yè)。周妍等[11]使用“3S”技術(shù)和地統(tǒng)計學方法，以工礦廢棄地復墾土地為對象進行實證研究，制定出內(nèi)容詳實的復墾土地跟蹤監(jiān)測方案，并通過實證檢驗了該方案的可行性和合理性。李晶等[12]通過遙感時序分析法研究了阿巴拉契亞煤田區(qū)土地損毀和復墾過程特征，對露天開采擾動區(qū)域、植被恢復區(qū)域以及已充分復墾的區(qū)域進行了清晰界定。李恒凱等[13]以1990—2016年的HJ-1B CCD、Landsat 5和Landsat 8遙感數(shù)據(jù)為數(shù)據(jù)源，利用多源時序NDVI方法對嶺北稀土礦區(qū)土地毀損與恢復過程進行分析，結(jié)果表明：模擬影像與真實影像之間均方根誤差較小，該研究能夠較好地反映稀土干擾下的土地毀損與恢復過程，快速確定復墾區(qū)域及植被未恢復區(qū)域。彭玉玲等[14]將德爾菲法、層次分析法與遙感、GIS等技術(shù)相結(jié)合，進行了工礦廢棄地復墾利用相關(guān)研究，提出了工礦廢棄地復墾利用綜合效益評價的研究思路和評價方法。陳書琳等[15]將遙感技術(shù)應用于微生物復墾中，取得了一定的成果。近年來，生態(tài)整治和生態(tài)系統(tǒng)修復也成為土地整治領(lǐng)域要長期面對的一項重要任務，通過對研究區(qū)域水文地質(zhì)條件、土壤理化特性、植被覆蓋情況、生物多樣性狀況進行動態(tài)監(jiān)測以及多時相遙感影像比對可了解生態(tài)修復成效，也成為一項有力措施?！?S”集成技術(shù)高光譜遙感定量化反演方法、多源-多時相遙感與數(shù)字影像處理相結(jié)合以及遙感影像解譯等方法，在實現(xiàn)重金屬元素含量測定、泥石流等礦區(qū)災害監(jiān)測以及復墾后生物多樣性恢復等方面具有顯著優(yōu)勢。不僅如此，對復墾區(qū)作物種植結(jié)構(gòu)的合理調(diào)整，生態(tài)安全水平的動態(tài)監(jiān)測，也可以通過“3S”集成技術(shù)實現(xiàn)。陳元鵬等[16]提出了基于多源遙感數(shù)據(jù)開展生態(tài)保護修復項目遙感監(jiān)測，包括基于中高空間分辨率遙感數(shù)據(jù)的地物信息提取、融合機器學習的非線性混合像元分析、基于混合像元分析的時空融合等。邢容容等[17]利用遙感數(shù)據(jù)，研究了七里海潟湖濕地類型變化特征，提出了生態(tài)修復工程與措施。趙玉靈等[18]利用高空間分辨率遙感數(shù)據(jù)開展了海南島東部濱海鋯鈦砂礦開發(fā)占損土地及礦山環(huán)境恢復治理狀況監(jiān)測，通過年際對比分析，提出了符合實際的海濱砂礦廢棄地生態(tài)修復建議。

1.3 生態(tài)化土地整治中的動態(tài)監(jiān)測

實現(xiàn)生態(tài)化是土地整治工作的終極奮斗目標之一，涉及土地整治工作中生態(tài)模式、生態(tài)設計、規(guī)劃方法等方面的研究。中央十七大報告提出了要把生態(tài)文明建設放在國家發(fā)展的首要位置，要求進一步樹立“山水林田湖草”“生命共同體”等理念，但土地整治總體上還處于轉(zhuǎn)型發(fā)展階段，一些不當?shù)耐恋卣未胧ι鷳B(tài)景觀和人文景觀均產(chǎn)生了一定損壞。因此，推動土地整治持續(xù)健康發(fā)展，生態(tài)化土地整治項目是未來土地整治領(lǐng)域的一項重大發(fā)展趨勢。隨著遙感技術(shù)空間分辨率、光譜分辨率和時間分辨率不斷提高，生態(tài)信息源更新速度不斷加快且數(shù)據(jù)量不斷增長，傳統(tǒng)方法難以快速完成數(shù)據(jù)處理工作?！?S”集成技術(shù)可通過獲取區(qū)域內(nèi)景觀格局特征，結(jié)合生態(tài)功能分區(qū)，為生態(tài)化土地整治提供可靠的數(shù)據(jù)來源，為生態(tài)化土地整治規(guī)劃提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)和策略方向，而基于遙感影像的景觀特征指標，是推動生態(tài)化土地整治建設和生態(tài)保護協(xié)調(diào)發(fā)展的重要戰(zhàn)略要點[19]。單薇等[20]利用多源RS數(shù)據(jù)與主成分分析法構(gòu)建RSEI模型，并將其應用于土地整治項目，反演得到濕度、綠度、熱度、干度指標以及RSEI指數(shù)，實現(xiàn)了對項目區(qū)整治過程中生態(tài)環(huán)境質(zhì)量變化的監(jiān)測與分析。曹飛等[21]通過GIS分析法，借助熵權(quán)Topsis模型進行生態(tài)型土地整治成效評價，極大地豐富了“3S”技術(shù)的使用途徑。韓已文等[22]以Landsat 8 OLI影像為基礎(chǔ)，利用決策樹分類實現(xiàn)了沙化土地整治開發(fā)過程中的沙漠化監(jiān)測預警。另外，通過景觀特征獲取，有機結(jié)合影像數(shù)據(jù)并建立相關(guān)的數(shù)學模型和評價標準，能夠?qū)崿F(xiàn)土地整治區(qū)域內(nèi)景觀格局變化的有效監(jiān)測。張超等[23]利用高空間分辨率遙感影像，分析了景觀形狀指數(shù)和周長面積分維數(shù)，研究提出了土地整治項目建設成效遙感監(jiān)測和評價方法。田勁松等[24]運用GIS技術(shù)和景觀生態(tài)學理論對土地整理前后的土地利用現(xiàn)狀和景觀格局變化情況進行了研究，豐富了GIS技術(shù)在生態(tài)化土地整治中的應用。

2 結(jié)語

土地整治是有效改善和提高土地質(zhì)量以及利用效率的重要方式，傳統(tǒng)的土地整治工程手段和目的均較為單一，缺乏必要和有效的監(jiān)測手段?！?S”集成技術(shù)因快速、準確且能夠節(jié)省大量人力、物力、時間成本，在土地整治動態(tài)監(jiān)測中具有巨大的優(yōu)勢。筆者闡述了“3S”集成技術(shù)在土地資源調(diào)查與保護、土地復墾與生態(tài)修復、未利用地開發(fā)及生態(tài)化土地整治等方面動態(tài)監(jiān)測中的應用，為進一步提高土地整治動態(tài)監(jiān)測工作成效提供科學依據(jù)。