ＧＰＳ技術在獲取土地利用空間變化數據中的作用

邵曉茹

摘要：準確地、定量地把握土地利用及其變化狀況具有重要的意義，介紹全球定位系統在土地利用動態監測中的雙重作用和技術，通過對土地利用變化類型分析，簡化GPS測量的野外工作量。

關鍵詞：土地利用變化全球定位系統變化類型

全球范圍內社會經濟的發展需求與相對不足的資源及脆弱、惡化的生態環境的矛盾，使得社會、經濟的進一步發展面臨困境。“全面、及時地掌握資源環境的基本狀況是在全球范圍內探討人類社會持續發展的前提條件”。1997年國務院決定“土地管理部門要抓緊建立全國土地管理動態信息系統，采用現代化技術手段，加強對全國土地利用狀況動態監測”。

1全球定位系統在土地利用動態監測中的雙重作用

近年來，隨著空間技術的發展，遙感和地理信息系統己先后被運用干土地利用動態監測工作中。理論上，遙感技術用干實時地或準實時地提供目標及其環境的語義或非語義信息，發現地球表面的各種變化，及時地對GIS進行數據更新。GIS則是對多種來源的時空數據進行綜合處理、集成管理、動態存取，作為新的集成系統的基礎平臺，并為智能化數據采集提供地學知識。實際操作中，土地利用動態監測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現變化、數字化圖件、建立靜態信息系統進行信息生產和管理。在傳統技術路線中，用遙感技術發現了變化區域之后，對變化區域的定量確定僅靠對遙感判釋圖上的區域界限進行量測。遙感圖像的成像機理、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域界限是僅具有示意性和相當模糊度的界限。尤其是對大比例尺圖件，源干衛片的變化區域界限精度太低。因此，在靠遙感手段基本確定土地利用變化區域之后，對變化區域的準確測定是非常必要的。

全球定位系統（GlobalPositioning System，簡稱GPS）是以人造衛星組網為基礎的無線電導航系統。原來指美國國防部批準研制的國防導航衛星系統，該系統由24顆衛星組成，為全球范圍用戶提供全天侯、連續、實時、高精度的三維位置、三維速度以及時間數據。隨著俄羅斯GLONASS系統的開發，全球定位系統的概念也在變化，它泛指利用衛星技術，實時提供全球地理坐標的系統“。在實際應用中， GPS主要用干實時、快速地提供目標，包括各類傳感器和運載平臺的空間位置。這樣GPS由干定位的高度靈活性和常規測量技術無法比擬的高精度，成為測量學科中的革命性變化．這樣GPS為準確把握土地利用變化區域提供了技術支撐。

另外，GPS數據對遙感信息也是一個必要的、有益的補充。遙感手段對積累性的變化經過一段時間后反應比較明顯。對一個市縣級行政區來說，明顯的、大面積的變化區域可以通過衛片大致確定。而對干小面積的或突然發生的有較大影響的變化，衛片上或反映不出來，或沒有必要用遙感手段確定。這時就可用GPS接收機在野外很方便地獲取變化區域的數據并對動態監測信息系統數據庫進行更新。所以， GPS不僅起到對遙感成果野外定位的量化作用，而且也是一種獨立的數據源。各種遙感手段和GPS技術各有特點，它們對土地利用動態監測信息系統數據庫的貢獻也各不相同。

2全球定位系統應用于土地利用變化區域的準確定位

GPS靜態對地定位時，精度可達毫米級，用干大地測量、板塊運動監測等動態對地定位時，精度可達厘米、分米和米級，應用干衛星、火箭、導彈、飛機、汽車等導航定位之用。不同的GPS接收機精度不同、工作方式不同，價格也有較大差別。一般未說，一個市縣級行政區的土地利用變化區域邊界定位，對GPS接收機主要有以下幾點要求：（l）精度達到5m。5m在1：0000圖件上相當干0．5mm，精度再高己沒有意義。（2）動態測值。靜態測值方式耗時太長，無法保證數據的時間準確性。（3）事后處理方式的GPS接收機比實時處理方式的GPS接收機經濟得多，而且事后處理所需時間井不長，對所獲數據的時間準確性沒有太大影響。

達到以上條件的GPS接收機的價格對縣級土地部門完全能夠接受。如美國麥哲倫公司（Magellansystem Co叩。ration）的ProMark-X-CM GPS接收機（重約0．85kg）在移動方式下（MobileMode方式：每秒記錄一個數據）精度可達2m。兩臺同型號的ProMark－X－CMGPS接收機可形成一個”工作外，價格大約八萬元人民幣。用戶在野外可以將一臺GPS接收機放在控制點作為基準站，攜帶另一臺GPS接收機作為移動站圍繞土地利用的變化區域走（步行、騎車或慢速開著機動車）一遍，即可獲取有關數據。事后可在Wind。WS95環境下用隨機的GpS軟件MSTARZ．of對數據進行以下處理：（l）建立一個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）輸入控制點經緯度坐標。（4）在通訊菜單下將基準站GPS內存中的數據卸載下未得到 CAR文件（Carris phase文件），將移動站 GPS內存中的數據卸載下未得到 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，將一個或多個MOB文件加入到Remote Files中。（6）選Computer菜單項，即可得到計算結果（為D IF文件）。處理過程的步驟 1、步驟 2、步驟 3、步驟 5基本沒有多少時間消耗，步驟 4是最耗時的，卸載 3600個點數據（大約一小時的數據獲取量）的 M OB文件約需 10分鐘。步驟 6的計算過程只需大約100秒。選定MSTARZ．of的PlotPositionFises菜單項，移動站的運動軌跡可以顯示在屏幕上，并可放大查詢每一點的具體信息。MSTARZ．of的Conversion功能可將記錄各點位置坐標的DIF文件轉換為ARC／INFO、ARC／VIEW、ASCⅡ等多種格式，以利干數據共享。從價格、精度、效率等方面看來， GPS作為一種成熟的技術，己經可以全面投入土地利用監測工作的主戰場。

3土地利用變化類型分析

為了規范GPS外業數據采集工作方式，需要分析土地利用變化類型，從地理信息系統角度說是建立多邊形空間變化的概念模型，這對GPS工作方式從理論上更加完善，從實踐上更加優化是非常必要的。這也是將未進一步建立時空模型的基礎之一。給出兩個概念：一個多邊形發生了變化，從變化后的角度看，將此多邊形稱作母多邊形。多邊形發生變化后，原母多邊形范圍內所有的多邊形，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系。這種類型又可細分為島形、餅形、環形、全形等四種倩況。（2）單個兒多邊形分裂，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系。單向擴張型有一個特例：一個多邊形被另一個多邊形完全吞并。

GIS矢量數據的操作要基干對實體邊界的確認。GPS提供數據的一個直接原則是提供變化區的封閉記錄。將這項原則結合（1）、（2）所討論的多邊形空間變化的類型，可進一步將采集GPS數據的工作量減少。對島形變化，要提供島形邊界。對餅形變化，提供形成餅形實體的徑向邊界。對環形變化，提供環的內外邊界。對全形和吞并形，不用再測數據。對單向擴張形、相互擴張形，提供子多邊形邊界中并非母多邊形邊界組成的弧段。這句話其實也可以概括所有的變化類型。

4結論

a.準確把握我國土地利用現狀及其變化具有重大意義。在這項工作中， GPS技術不僅能對遙感技術成果進行量化，而且是一種獨立的數據源。

b.分析土地利用變化類型，能有效減少GPS測量的野外工作量。

C.空間技術的支撐是空間信息系統，空間信息系統的核心是數據，數據的特點是對整個兒空間體系將產生影響。GPS技術作為主要的數據來源之一，其高時間精度特點對傳統靜態GIS提出了挑戰，將極大推動多時態GIS的研究，其高空間精度的特點對遙感技術也產生巨大影響。

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