地理信息數(shù)字化技術(shù)在土地管理中的發(fā)展路徑探析*

王禮迅 ，吳 倩

（1.貴州財經(jīng)大學(xué)公共管理學(xué)院，貴州 貴陽 550025；2.貴州水利水電職業(yè)技術(shù)學(xué)院，貴州 貴陽 551400）

0 引言

隨著地理信息數(shù)字化技術(shù)的不斷更新和發(fā)展，在確保圖像的數(shù)量和質(zhì)量的情況下，衛(wèi)星可對目標進行連續(xù)的時空觀測，獲得一整套的時空衛(wèi)星遙感圖像，這是目前獲取信息最有效的方法[1]。同時，隨著我國“高分辨率地球觀測系統(tǒng)”重點項目的實施，高分一、二、三、四號衛(wèi)星相繼投入運行，高清晰度影像技術(shù)得以快速發(fā)展，其應(yīng)用范圍得到了進一步擴展[2]。在經(jīng)過人造衛(wèi)星時，會收集到大量的遙感影像，影像的解析度越高，所包含的資訊也越多，可達Petabyte（PB），甚至EB[3]。在國內(nèi)擁有大量高精度遙感資料的基礎(chǔ)上，如何迅速發(fā)展高分辨率遙感圖像處理技術(shù)，是當(dāng)前迫切需要解決的問題。

另一個地理信息數(shù)字化技術(shù)——地理信息系統(tǒng)，作為一門由地理、計算機可視化等多個領(lǐng)域組成的綜合性學(xué)科，在農(nóng)業(yè)、林業(yè)、水利、交通等領(lǐng)域都得到了廣泛的應(yīng)用[4-6]。另外，GIS 軟件是一款可以組裝、存儲、分析、顯示地理信息的計算機軟件，它的作用也從簡單的顯示、輸出，發(fā)展到了先進的統(tǒng)計分析、空間分析、遙感等新技術(shù)的融合[5]。遙感技術(shù)能夠?qū)崟r獲取各種資源和環(huán)境的全面、大范圍、準確的信息，具有快速獲取圖像的能力。由于地理信息系統(tǒng)的特殊性，使得遙感圖像成為當(dāng)前地理信息系統(tǒng)中的一個重要信息源[7]。

同時，越來越多的科研單位也開始將自己的研究成果轉(zhuǎn)化為專利技術(shù)，GIS 在遙感領(lǐng)域的實際應(yīng)用和數(shù)據(jù)分析中起到了很好的促進作用[8]。利用GIS 技術(shù)，可以對遙感圖像進行深度數(shù)據(jù)的抽取和統(tǒng)計，將其與GIS 軟件結(jié)合起來，不僅能提高GIS 與遙感的相關(guān)性，還能拓寬其應(yīng)用領(lǐng)域[9]。因此，如何有效地將遙感數(shù)據(jù)集成到地理信息系統(tǒng)中，已成為當(dāng)前地理信息數(shù)字化技術(shù)領(lǐng)域的一個熱點課題。

1 地理信息數(shù)字化技術(shù)在土地管理中的應(yīng)用

地理信息數(shù)字化技術(shù)在土地管理中的應(yīng)用與發(fā)展路徑探析，是土地管理科學(xué)與技術(shù)研究的重要組成部分，它將對我國數(shù)字國土空間建設(shè)產(chǎn)生積極影響。地理信息技術(shù)在土地管理中的數(shù)字化應(yīng)用主要聚焦于“3S”技術(shù)上，遙感技術(shù)與地理信息系統(tǒng)的融合特點則主要體現(xiàn)在數(shù)據(jù)的利用層面。先利用遙感技術(shù)對遙感數(shù)據(jù)進行提取，再利用GIS 軟件進行分析、應(yīng)用。但是，GIS 軟件和遙感算法的結(jié)合還不完善，兩者之間的相關(guān)性較弱，獨立性較強。目前，應(yīng)用最廣泛的是ENVI、ERDAS 等遙感軟件以及ArcGIS、SuperMap 等專用GIS 軟件。而ArcGIS 和ENVI 之間的融合，也僅僅是在數(shù)據(jù)操作、平臺之間以及系統(tǒng)集成和開發(fā)三個層面上。它的集成開發(fā)方法只有ENVI/IDL 和ArcGIS 桌面的自定義，以及ArcGIS 引擎/ArcGIS Server。這種傳統(tǒng)的GIS 軟件整合方法大多采用代碼將其嵌入到系統(tǒng)中，缺點在后期的系統(tǒng)維護、功能擴充時會暴露出來，而對某一功能算法進行修改或添加時，必須對其進行編碼，這就造成了系統(tǒng)的可重用性差、擴展性差、集成調(diào)試困難等問題，很難適應(yīng)GIS 技術(shù)的快速發(fā)展。插件技術(shù)是一種易于擴展、可重用的技術(shù)，通過插件技術(shù)實現(xiàn)多個系統(tǒng)集成，可以降低系統(tǒng)的成本，提高系統(tǒng)的使用靈活性。然而，插件技術(shù)是一種非常復(fù)雜的技術(shù)，它需要大量的代碼及界面，對設(shè)計時長要求較高。

1.1 應(yīng)用特點

地理信息系統(tǒng)具有如下特點：一是有收集、管理的能力以及對各種地理空間信息進行解析與輸出的功能。二是為了地理研究與決策，用地理模型方法作為工具，有空間分析、多要素綜合分析及動態(tài)預(yù)測等功能。三是在計算機系統(tǒng)的支持下管理地理空間數(shù)據(jù)，并且通過計算機程序模擬出常規(guī)或特殊地理分析方法，在空間數(shù)據(jù)中發(fā)揮作用，由此生成有用的信息，肩負人類難以勝任的使命。四是地理信息技術(shù)廣泛應(yīng)用于國民經(jīng)濟和國防建設(shè)的各個領(lǐng)域，并逐漸走進人們的日常生活中。遙感技術(shù)與地理信息系統(tǒng)相結(jié)合，即以遙感影像為依據(jù)，對地物進行解釋、分類、提取信息，然后利用地理信息系統(tǒng)將其直觀地表示出來，動態(tài)觀測研究區(qū)域，讓使用者更加輕松、更加直觀地得到需要的資料，讓資料的管理層更容易、更迅速地對資料進行管理和更新。

1.2 功能特征

應(yīng)用地理信息系統(tǒng)，可建立基本的土地信息數(shù)據(jù)庫。該系統(tǒng)提供完整的原始數(shù)據(jù)輸入、刪除、編輯、查詢、打印和其他功能以及自動備份原文件、數(shù)據(jù)庫屬性數(shù)據(jù)備份、圖形文件更新等功能。此外，建立空間數(shù)據(jù)庫，與GPS、RS 等多種技術(shù)結(jié)合，提供修改、增加和更新數(shù)據(jù)等多種數(shù)據(jù)編輯功能。地理信息系統(tǒng)還具有圖形顯示及屬性統(tǒng)計功能。在土地基礎(chǔ)信息庫的基礎(chǔ)上，GIS 為土地管理現(xiàn)狀信息的錄入提供了依據(jù)與存儲、管理功能，為各個決策部門提供了必要的信息，同時也可將信息輸出為各類圖形及屬性資料，供決策者參考。

隨著地理信息數(shù)字化技術(shù)的不斷發(fā)展，鑒于土地資源的稀缺性，需進行實時監(jiān)控，進而構(gòu)建一套土地管理動態(tài)監(jiān)測體系，該體系需具有如下功能特征：

1）關(guān)注我國土地資源變化情況。目前我國耕地資源面臨嚴峻挑戰(zhàn)，農(nóng)業(yè)內(nèi)部結(jié)構(gòu)的調(diào)整、占用耕地修復(fù)等問題導(dǎo)致非農(nóng)建設(shè)實現(xiàn)耕地恢復(fù)的難度頗大。在這種情況下，就需要及時掌握非農(nóng)建設(shè)工程的發(fā)展規(guī)模、分布范圍及速度等信息，并將其作為決策時的參考依據(jù)。

2）關(guān)注土地管理風(fēng)險。土地管理的變化會產(chǎn)生各種各樣的風(fēng)險，借助地理信息數(shù)字化技術(shù)建立土地管理動態(tài)監(jiān)測體系，可以幫助人們及時發(fā)現(xiàn)和預(yù)警各種風(fēng)險，為土地利用風(fēng)險的管理提供科學(xué)的決策建議。

3）監(jiān)測成果多樣化。通過對土地管理進行定期動態(tài)監(jiān)測，向國家土地管理機構(gòu)提供國家土地管理信息，借此達到監(jiān)測成果多樣化的目的。

4）層次化土地管理動態(tài)監(jiān)測工作。第一個層次表現(xiàn)為國家和省會，主要給出了全國和各省會圖例使用數(shù)；第二個層次表現(xiàn)為縣城和鄉(xiāng)鎮(zhèn)，以縣城和鄉(xiāng)鎮(zhèn)的土地動態(tài)利用數(shù)據(jù)為主。

2 土地管理數(shù)字化困境

2.1 地區(qū)和行業(yè)發(fā)展不平衡

在我國，東西部人民的科學(xué)素養(yǎng)差距經(jīng)歷了不斷擴大的過程，到2020 年，這個差距已經(jīng)達到了4.83個百分點，比2015 年的3.4 個百分點增加了1.43 個百分點，凸顯出了我國東西部人民之間在科學(xué)素養(yǎng)上的顯著差異。我國城市和農(nóng)村之間的差距也依然明顯，到2020 年，我國城鄉(xiāng)居民的科學(xué)素養(yǎng)差距已經(jīng)擴大到了7.3 個百分點，比2015 年的6.5 個百分點增加了0.8 個百分點，這也反映在了地理信息系統(tǒng)的普及率上。同時，地方自然資源局等部門在土地信息技術(shù)人才方面存在較大的缺口，在操作上存在很大的困難。一般情況下，這些部門會將相關(guān)任務(wù)交給第三方機構(gòu)完成，相關(guān)工作人員對軟件的操作知之甚少，這也阻礙了土地信息數(shù)字化技術(shù)的推廣和應(yīng)用。

2.2 土地管理數(shù)字化信息共享受限

公共基礎(chǔ)資料的共享依然是制約我國信息數(shù)字化建設(shè)的“瓶頸”?！度珖惑w化政務(wù)大數(shù)據(jù)體系建設(shè)指南》明確提出，要堅持依法行政、行政執(zhí)法。要積極實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，打造出一個良好的數(shù)據(jù)共享型社會。我國大多數(shù)數(shù)據(jù)資源是由政府投資完成的，所有權(quán)應(yīng)歸國家所有，第一手資料均由政府經(jīng)手，但是由于部門割據(jù)，政府人員懼怕“犯錯誤”，就使數(shù)據(jù)成為部門甚至是個人的私有財產(chǎn)，導(dǎo)致數(shù)據(jù)共享成為一大難題。由于分管部門不一致，科研所需土地管理變更數(shù)據(jù)、矢量數(shù)據(jù)或地類變化數(shù)據(jù)需求易出現(xiàn)錯配，部門之間推諉時有發(fā)生。

2.3 相關(guān)政策、法規(guī)、技術(shù)標準相對滯后

我國雖出臺了許多政策法規(guī)，但在數(shù)據(jù)處理方面的法規(guī)和技術(shù)標準相對滯后，與地理信息數(shù)字化技術(shù)發(fā)達國家、地區(qū)相比，我國的標準還存在缺失，存在覆蓋不全面、不精準的情況，數(shù)據(jù)的安全性、穩(wěn)定性以及數(shù)據(jù)的完整性、準確性均受到了一定的影響。由于數(shù)據(jù)的處理以及地理信息系統(tǒng)的數(shù)字化開發(fā)尚未完全成熟，我國在政策法規(guī)的制定方面仍有進步的空間。在數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)備份等方面，相關(guān)的技術(shù)標準仍待完善。我國與地理信息數(shù)字化技術(shù)發(fā)達國家、地區(qū)相比，仍需在數(shù)據(jù)標準等方面進行系統(tǒng)性的補充與完善，以便更好地適應(yīng)現(xiàn)代數(shù)字化發(fā)展的趨勢。

3 地理信息數(shù)字化技術(shù)發(fā)展路徑

3.1 重構(gòu)地理信息數(shù)字化技術(shù)產(chǎn)業(yè)鏈

由于過去缺乏清晰、有效且實用的模式和機制，科研院所和高校在推動科研成果轉(zhuǎn)化的過程中，更加重視發(fā)表高質(zhì)量文章、爭取各類科研獎項以及主持橫向科研項目，而主動與企業(yè)合作、積極推動科研成果轉(zhuǎn)化的意愿相對較低。在我國地理信息測繪領(lǐng)域，科研優(yōu)勢雖已初步顯現(xiàn)，但尚未充分轉(zhuǎn)化為產(chǎn)業(yè)優(yōu)勢[10]，市場規(guī)模也相對單一，主要集中在少數(shù)行業(yè)。據(jù)外媒預(yù)測，預(yù)計到2025 年，全球地理信息市場規(guī)模將達到6 810 億美元，各行業(yè)將隨著數(shù)字經(jīng)濟的發(fā)展而帶來市場的擴張。新經(jīng)濟格局下，地理信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)需要建立以問題為導(dǎo)向、以市場需求為導(dǎo)向的合作模式，建立合理的知識產(chǎn)權(quán)共享和成果收益分配機制，才能更好地激發(fā)科研人員的創(chuàng)新研發(fā)積極性，形成團隊合力，共同破解科技成果轉(zhuǎn)移轉(zhuǎn)化過程中的難題，以此重構(gòu)地理信息數(shù)字化技術(shù)產(chǎn)業(yè)鏈，推進完善土地數(shù)字化管理。

3.2 推進地理信息企業(yè)集成化和個性化發(fā)展

由于地理信息數(shù)字化技術(shù)的操作門檻高，少數(shù)廠商憑借雄厚的技術(shù)實力，一直在該領(lǐng)域保持著壟斷地位。在地理信息系統(tǒng)的發(fā)展過程中，技術(shù)的集中程度也相對較高，呈現(xiàn)出明顯的行業(yè)聚集趨勢，未來將會向著系統(tǒng)集成和個性化的方向發(fā)展，使得系統(tǒng)之間的協(xié)作更加緊密，與個人需求的契合度也將更高。目前，隨著大眾對GPS 空間與地面相結(jié)合輔助生活功能的日益重視，這一功能在日常生活中的作用愈發(fā)凸顯。與此同時，不同的產(chǎn)業(yè)和不同的應(yīng)用系統(tǒng)都在一定程度上需要GIS 功能的支持，以便為業(yè)務(wù)提供有力的技術(shù)保障。GIS 軟件和技術(shù)的需求量不斷攀升，使得這一領(lǐng)域的發(fā)展態(tài)勢向好。從現(xiàn)實需求和技術(shù)系統(tǒng)發(fā)展的角度來看，基于國際規(guī)范的、可移動的、可裝配的通用地理信息數(shù)字化技術(shù)系統(tǒng)將更具實用性，更能滿足發(fā)展的需求。通過構(gòu)建功能強大的系統(tǒng)，可以實現(xiàn)集成化的高效管理與個性化的土地管理需求同步推進。這不僅有利于提高土地管理效率，降低成本，還能為用戶帶來更加優(yōu)質(zhì)的服務(wù)體驗。

3.3 構(gòu)建以國際標準為導(dǎo)向的產(chǎn)品與技術(shù)系統(tǒng)

準則是一種規(guī)則、指導(dǎo)方針或特征的文件，這些規(guī)則、指導(dǎo)方針或特征是為了在某種程度上達到最好的順序，而對項目或其成果的共同和反復(fù)使用。我國需加快制定和完善相關(guān)政策法規(guī)，推動數(shù)據(jù)標準化和規(guī)范化建設(shè)，要加大對地理信息數(shù)字化技術(shù)的投入，加大對地理信息系統(tǒng)開發(fā)的支持力度。此外，還需要加強對地理信息數(shù)據(jù)的安全管理，確保地理信息數(shù)據(jù)的安全穩(wěn)定。根據(jù)發(fā)展態(tài)勢，借鑒國際標準的地理信息技術(shù)數(shù)字化內(nèi)容和處理方式，建立與世界標準相適應(yīng)、與國際接軌的產(chǎn)品或者數(shù)字化系統(tǒng)，將研究的重心由單一的應(yīng)用標準轉(zhuǎn)向數(shù)字技術(shù)標準化的基礎(chǔ)規(guī)范、標準化的手段和方法，以減少在土地管理、判斷、推論中的失誤，提高精確性，實現(xiàn)系統(tǒng)最優(yōu)化操作。

4 結(jié)論

土地數(shù)字化是一項比較復(fù)雜的系統(tǒng)工程，因其涉及空間數(shù)據(jù)，龐大的數(shù)據(jù)量會讓人覺得它遠比普通信息系統(tǒng)復(fù)雜。在剖析土地數(shù)字化利用瓶頸的基礎(chǔ)上，提出重構(gòu)地理信息數(shù)字化技術(shù)產(chǎn)業(yè)鏈、推進地理信息企業(yè)集成化和個性化發(fā)展、構(gòu)建以國際標準為導(dǎo)向的地理信息數(shù)字化系統(tǒng)，以實現(xiàn)對土地資源信息的快速獲取與處理，為土地管理決策提供有力的基礎(chǔ)信息資料及決策支持。此外，在使用土地管理數(shù)字化技術(shù)時，必須充分考慮到各因素之間的關(guān)系及其相互之間的制約作用，運用各種技術(shù)手段，使其更加科學(xué)合理，助推數(shù)字中國的建設(shè)和發(fā)展。