淺析GIS在國土資源管理中的運用和效能

摘要：國土資源信息是關(guān)系國家安全的重要戰(zhàn)略資源，同時也是影響我國國民經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)性資源。近年來，隨著我國國土資源信息化建設(shè)的不斷加強(qiáng)，國土資源信息正以海量增長，其增速已達(dá)到歷史最高水平。建設(shè)“兩型”社會、發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì)以及建設(shè)現(xiàn)代化國土資源管理系統(tǒng)都迫切需要具備海量空間數(shù)據(jù)管理能力的地理信息系統(tǒng)(Geographic Information System，簡稱GIS)。

關(guān)鍵詞：GIS；國土資源管理；運用；效能

中圖分類號：F323211

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1004－0544(2010)04－0069－03

推進(jìn)國土資源信息化，是適應(yīng)國民經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展的需要，是國土資源管理現(xiàn)代化的必然要求，是實現(xiàn)國土資源管理方式根本轉(zhuǎn)變和國土資源工作現(xiàn)代化的重要途經(jīng)。我國國土資源信息化工作雖然取得一些成績，但還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能適應(yīng)經(jīng)濟(jì)建設(shè)和國土資源管理工作的要求。《國土資源信息化“十一五”規(guī)劃》中將“基本建成結(jié)構(gòu)合理、功能完整、安全穩(wěn)定、監(jiān)管有效、服務(wù)全面、覆蓋全局的國土資源信息化體系。信息技術(shù)在國土資源調(diào)查評價、規(guī)劃、管理、保護(hù)與合理利用等各個環(huán)節(jié)得到充分應(yīng)用，國土資源監(jiān)管能力進(jìn)一步增強(qiáng)，參與宏觀調(diào)控更加主動，初步形成‘天上看、地上查、網(wǎng)上管’的國土資源管理信息化運行體系”，是我國國土資源信息化的總體目標(biāo)。

以信息化建設(shè)帶動國土資源信息技術(shù)跨越式發(fā)展和國土資源管理方式的根本轉(zhuǎn)變是大勢所趨。搶抓國民經(jīng)濟(jì)和社會信息化的機(jī)遇。加快國土資源管理的信息化，以管理信息化帶動管理科學(xué)化和服務(wù)社會化將成為推動社會發(fā)展的重要力量。因此，國土資源信息化建設(shè)工作必須進(jìn)一步加強(qiáng)。

一、GIS運用于國土資源管理工作的重要意義

國土資源是指在國家管轄范圍內(nèi)可以利用的一切資源的總和。是包括土地資源、礦產(chǎn)資源及海洋資源等自然資源和勞動力資源。以及兩者結(jié)合衍生出來的經(jīng)濟(jì)資源的總稱。這些資源都是分布在一定地理空間環(huán)境中，和地理位置密切相關(guān)。國土資源的這些特點，注定了國土資源信息天然就是一種地理信息。

國土資源是國民經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展的重要基礎(chǔ)。現(xiàn)階段，我國正處于全面建設(shè)小康社會的關(guān)鍵時期。工業(yè)化、城鎮(zhèn)化、市場化、國際化步伐加快，資源消耗快速增長，土地、淡水、能源、礦產(chǎn)資源和環(huán)境狀況對經(jīng)濟(jì)發(fā)展構(gòu)成嚴(yán)重制約，國土資源在經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展中的地位和作用更加重要，同時也存在突出矛盾和問題。生產(chǎn)和消費結(jié)構(gòu)升級需要更多、更優(yōu)質(zhì)的資源。人口的持續(xù)增長和城市化進(jìn)程的不斷加快需要占用更多耕地，消耗更多的能源和礦產(chǎn)，經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展對資源的需求保持著旺盛的增長勢頭。過快的資源消耗增長速度加劇了資源供需矛盾。隨著我國經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展以及人民對生活質(zhì)量要求的不斷提高，我國面臨的人口、資源和環(huán)境的壓力也逐漸增大。中國國土資源的形勢，總的來說比較嚴(yán)峻，但發(fā)展機(jī)遇與挑戰(zhàn)并存。要應(yīng)對國土資源運行過程中出現(xiàn)的這些新情況、新問題。要實現(xiàn)中國經(jīng)濟(jì)和社會的更好更快發(fā)展，實現(xiàn)全面建設(shè)小康社會的宏偉目標(biāo)，就必須根據(jù)中國的國情和實際承受能力，走科學(xué)合理利用自然資源的可持續(xù)發(fā)展道路。緩解資源壓力，實現(xiàn)資源與經(jīng)濟(jì)社會的協(xié)調(diào)發(fā)展，這就需要我們針對國家經(jīng)濟(jì)運行的現(xiàn)狀，加強(qiáng)調(diào)查評價、科學(xué)制定規(guī)劃、強(qiáng)化監(jiān)督管理、優(yōu)化集約利用，以此不斷提高國土資源對可持續(xù)發(fā)展的保障能力。

而要走上這條可持續(xù)發(fā)展的道路，實現(xiàn)真正的科學(xué)發(fā)展。其首要關(guān)鍵任務(wù)就是要充分運用科學(xué)技術(shù)，切實摸清資源家底，只有及時準(zhǔn)確地掌握各類資源不同時期的總量和發(fā)展態(tài)勢，才能對資源進(jìn)行一系列戰(zhàn)略性的合理規(guī)劃、開發(fā)、利用與保護(hù)。從而實現(xiàn)經(jīng)濟(jì)社會的持續(xù)良性發(fā)展。地理信息系統(tǒng)(GIS)技術(shù)，為實現(xiàn)國土資源信息化提供了重要的技術(shù)支撐，它在國土資源信息化管理中的運用，對國土資源信息的查詢、統(tǒng)計、分析等具有重要作用，以此為平臺，適時提供多種空間和動態(tài)的國土資源信息，有利于管理者及時準(zhǔn)確地掌握資源不同時期的總量和發(fā)展態(tài)勢，對資源進(jìn)行一系列戰(zhàn)略性的合理規(guī)劃、開發(fā)、利用與保護(hù)，為決策提供依據(jù)。

二、基于GIS的國土資源管理應(yīng)用系統(tǒng)的建立

GIS作為獲取、整理、分析和管理地理空間數(shù)據(jù)的重要工具、技術(shù)和學(xué)科。近年來得到飛速發(fā)展。GIS具有空間數(shù)據(jù)的獲取、存儲、顯示、編輯、處理、分析、輸出和應(yīng)用等功能，是分析和處理海量地理數(shù)據(jù)的通用技術(shù)。地理信息系統(tǒng)萌芽于20世紀(jì)60年代的加拿大和美國。1972年世界上第一個運行型的地理信息系統(tǒng)——加拿大地理信息系統(tǒng)(CGIS)全面投入運行與使用。經(jīng)過了40年的發(fā)展，到今天GIS已經(jīng)逐漸成為一門相當(dāng)成熟的技術(shù)，并且得到了極廣泛的應(yīng)用。尤其是近些年，GIS更以其強(qiáng)大的地理信息空間分析功能，在GPS及路徑優(yōu)化中發(fā)揮著越來越重要的作用。作為學(xué)科體系，它植根于地理學(xué)、地圖學(xué)、測量學(xué)和計算機(jī)科學(xué)等學(xué)科，并逐漸發(fā)展成為一門獨立的學(xué)科，具有完整的體系。

GIS是以地理空間數(shù)據(jù)庫為基礎(chǔ)，在計算機(jī)軟硬件的支持下，運用系統(tǒng)工程和信息科學(xué)的理論，科學(xué)管理和綜合分析具有空間內(nèi)涵的地理數(shù)據(jù)，以提供管理、決策等所需信息的技術(shù)系統(tǒng)。地理信息系統(tǒng)是一種決策支持系統(tǒng)。它與其他信息系統(tǒng)的主要區(qū)別是其存儲和處理的信息是經(jīng)過地理編碼的，地理位置及與位置有關(guān)的地物屬性信息成為信息檢索的重要部分。簡單的說，地理信息系統(tǒng)就是綜合處理和分析地理空間數(shù)據(jù)的一種技術(shù)系統(tǒng)。由于信息技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字時代的來臨，理論上來說，GIS可以運用于現(xiàn)階段任何行業(yè)。

從應(yīng)用的角度，地理信息系統(tǒng)由硬件、軟件、數(shù)據(jù)、人員和方法五部分組成。硬件和軟件為地理信息系統(tǒng)建設(shè)提供環(huán)境；數(shù)據(jù)是GIS的重要內(nèi)容；方法為GIS建設(shè)提供解決方案：人員是系統(tǒng)建設(shè)中的關(guān)鍵和能動性因素，直接影響和協(xié)調(diào)其它幾個組成部分。硬件主要包括計算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、存儲設(shè)備、數(shù)據(jù)輸入、顯示和輸出的外圍設(shè)備等等。軟件主要包括以下幾類：操作系統(tǒng)軟件、數(shù)據(jù)庫管理軟件、系統(tǒng)開發(fā)軟件、GIS軟件等等。GIS軟件的選型，直接影響其它軟件的選擇，影響系統(tǒng)解決方案，也影響著系統(tǒng)建設(shè)周期和效益。數(shù)據(jù)是GIS的重要內(nèi)容，也是GIS系統(tǒng)的靈魂和生命。

GIS是地理信息自動處理與分析系統(tǒng)，在數(shù)據(jù)采集——分析——決策應(yīng)用的全過程中，能夠回答和解決5類問題：位置，在某個地方有什么的問題；條件，符合某些條件的實體在什么地方的問題；趨勢，某個地方發(fā)生的某個事件及其變化過程；模式，某個地方存在的空間實體的分布模式的問題：模擬，某個地方如果具備某種條件會發(fā)生什么的問題。

國土資源信息化技術(shù)的發(fā)展突飛猛進(jìn)，技術(shù)成果日臻完善，本文以其中的一項研發(fā)成果為例，介紹GIS如何在國土資源管理工作中發(fā)揮其作用(王愛國，劉春雷，胥存華，2007)。

1.3DGIS平臺建立

3D地形數(shù)據(jù)庫平臺是3DGIS技術(shù)應(yīng)用的基礎(chǔ)。TerraBuilder是用于融合大量的影像、高程和矢量數(shù)據(jù)，以此來創(chuàng)建精確三維地形模型，能迅速創(chuàng)建、編輯和維護(hù)三維地形數(shù)據(jù)庫的3D平臺構(gòu)造器。它具有海量數(shù)據(jù)庫處理能力以及無損高比例壓縮能力，通過疊加航片、衛(wèi)星影像、地形數(shù)據(jù)、數(shù)字高程模型以及各種矢量地理數(shù)據(jù)，可以迅速方便地創(chuàng)建海量3D地形數(shù)據(jù)庫。此外，還支持多種輸入數(shù)據(jù)格式，能夠?qū)崿F(xiàn)多種不同分辨率、不同大小數(shù)據(jù)的融合、動態(tài)數(shù)據(jù)投影變換以及數(shù)據(jù)剪裁，從而構(gòu)建最終的海量地形數(shù)據(jù)庫，制作出任意尺寸具有真實質(zhì)感的三維場景。

3D平臺制作流程：

3D平臺實現(xiàn)步驟：

(1)獲取影像或者航片數(shù)據(jù)和DEM數(shù)據(jù)：

(2)將影像或者航片數(shù)據(jù)和DEM數(shù)據(jù)甚至矢量數(shù)據(jù)添加到TerraBuilder中，并且利用其提供的數(shù)據(jù)處理工具對原始數(shù)據(jù)進(jìn)行裁剪、調(diào)色等處理：

(3N影像或者航片數(shù)據(jù)和DEM數(shù)據(jù)進(jìn)行融合：

(4)最后生成地形數(shù)據(jù)庫(.mpt)，把它導(dǎo)入到TerraExplorer Pro進(jìn)行專題數(shù)據(jù)制作。

2.國土專題信息添加

國土資源信息管理包括基本農(nóng)田保護(hù)、規(guī)劃預(yù)審、征轉(zhuǎn)用、開發(fā)復(fù)墾、違法用地管理、土地儲備管理、礦產(chǎn)資源管理、來案管理等日常業(yè)務(wù)。為了在3DGIS技術(shù)上實現(xiàn)國土資源信息的日常業(yè)務(wù)管理，必須在3D平臺上為每項日常業(yè)務(wù)添加相應(yīng)的專題信息。

專題信息的添加主要有兩種方式：一是在TerraExplorer Pro子系統(tǒng)中手工進(jìn)行添加，即點、線、面空間對象，然后為其添加屬性；二是直接導(dǎo)入專題數(shù)據(jù)，在其它GIS平臺上如Mapinfo.Arc-GIS等采集、編輯專題數(shù)據(jù)，根據(jù)需要進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，導(dǎo)入系統(tǒng)中。在5.0版本中，可以直接導(dǎo)入shp文件。

(1)在TerraExplorer Pro子系統(tǒng)中手工進(jìn)行添加。以開發(fā)復(fù)墾為例，可以在3D平臺的基礎(chǔ)上增加灘涂、鹽堿地、荒草地、裸土地等未利用的土地以及挖損、塌陷、壓占等造成破壞的土地等信息。過去接收一宗案件，根據(jù)二維圖形初審后，還必須到現(xiàn)場去實地查看，確定是否符合要求。若符合則利用在圖上畫范圍線，再自動生成占用各村面積明細(xì)表(具體到村→圖幅→圖斑)。有了3D平臺之后，只要影像夠新，分辨率夠高，甚至可以代替現(xiàn)場察看。直接在三維平臺進(jìn)行審查，減少外業(yè)工作量。

(2)直接導(dǎo)入專題數(shù)據(jù)。以導(dǎo)入礦產(chǎn)資源管理信息為例，可以在TerraExplorer Pro子系統(tǒng)中直接導(dǎo)入shp文件，即在其它GIS平臺上制作好礦產(chǎn)地質(zhì)調(diào)查評價與礦產(chǎn)勘查規(guī)劃圖；礦產(chǎn)資源保護(hù)與開發(fā)利用規(guī)劃圖；礦產(chǎn)生態(tài)環(huán)境現(xiàn)狀與恢復(fù)治理規(guī)劃圖；限制開山采石圖(無井下，磚瓦1；露采礦山分布及地質(zhì)現(xiàn)狀圖；露采礦山地質(zhì)環(huán)境治理規(guī)劃圖：地址災(zāi)害圖。

(3)GIS國土應(yīng)用系統(tǒng)實現(xiàn)。文中采用TerraDeveloper對3DGIS技術(shù)在國土資源信息管理中應(yīng)用進(jìn)行了實現(xiàn)。TerraDeveloper以ActiveX控件形式提供豐富的應(yīng)用客戶化定制功能。可在可視化集成開發(fā)環(huán)境Visual Studio2003中，利用TerraDeveloper開發(fā)工具，集成TerraExplorer Pro軟件系統(tǒng)的全部功能以及國土資源信息管理中的業(yè)務(wù)功能，開發(fā)用戶自己的3D可視化應(yīng)用系統(tǒng)。其應(yīng)用界面如圖2所示。

三、GIS在國土資源管理中發(fā)揮的效能

上世紀(jì)60年代，第一個GIS應(yīng)用就是從加拿大土地管理應(yīng)用開始的。這以后很長一段時間，計算機(jī)的普及程度十分有限，主要限于專業(yè)人士使用，而GIS更是一種新生技術(shù)，只有在少數(shù)發(fā)達(dá)國家得到運用。加上當(dāng)時開發(fā)的GIS軟件操作和使用也并不方便，在國土資源管理中的應(yīng)用仍然是以制圖為核心，只是具備簡單的一些空間查詢定位、面積量算等功能。到了上世紀(jì)90年代中期，隨著PC的普及，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的出現(xiàn)，GIS技術(shù)得到巨大發(fā)展。GIS軟件操作性更強(qiáng)，能更好地與業(yè)務(wù)系統(tǒng)集成整合在一起；在服務(wù)端能很好地與通用關(guān)系數(shù)據(jù)庫技術(shù)集成，把國土資源空間地圖數(shù)據(jù)存儲在關(guān)系數(shù)據(jù)庫中；同時能與互聯(lián)網(wǎng)等網(wǎng)絡(luò)技術(shù)集成，能把國土資源信息以地圖形式通過Web方式進(jìn)行瀏覽查詢。這些技術(shù)讓GIS能真正融入到輔助國土資源的管理及決策過程中。

GIS技術(shù)最初在土地資源開發(fā)與管理上的應(yīng)用主要是土地利用現(xiàn)狀調(diào)查和城鎮(zhèn)地籍調(diào)查圖件和屬性數(shù)據(jù)的存儲、查詢等管理工作等，基本上沒有數(shù)據(jù)的空間分析及其它決策功能。隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，目前在土地科學(xué)中的應(yīng)用主要包括了土地評價工作(土地的適宜性或多宜性評價、土地的生產(chǎn)潛力評價、土地持續(xù)利用評價、城市地價評估、耕地地價評價等)；土地利用規(guī)劃(包括土地利用總體規(guī)劃、土地利用多目標(biāo)規(guī)劃)：土地利用與土地覆被現(xiàn)狀分類與制圖：以及土地利用與土地覆被動態(tài)監(jiān)測。GIS引入國土資源管理以后，不僅大大提高了工作效率和管理的規(guī)范化、科學(xué)化水平，提高了信息社會化服務(wù)水平，而且在加強(qiáng)批后監(jiān)管、執(zhí)法監(jiān)察等方面都發(fā)揮著重要的作用。同時，為政府宏觀決策提供了重要數(shù)據(jù)源，取得了顯著的社會經(jīng)濟(jì)效益。

1.實現(xiàn)了國土資源管理工作的技術(shù)飛躍

國土資源管理工作具有技術(shù)密集的特點，信息技術(shù)應(yīng)用潛力巨大。基礎(chǔ)地理空間信息的數(shù)據(jù)采集、貯存管理、輸出、分發(fā)的技術(shù)體系的建立。使傳統(tǒng)模擬產(chǎn)品轉(zhuǎn)變成了數(shù)字產(chǎn)品，傳統(tǒng)的測繪產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)變成現(xiàn)代地理信息產(chǎn)業(yè)。實現(xiàn)這一革命性的傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)改造，使產(chǎn)業(yè)的技術(shù)結(jié)構(gòu)、生產(chǎn)結(jié)構(gòu)、組織結(jié)構(gòu)、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)都發(fā)生了巨大轉(zhuǎn)變，同時管理人員、技術(shù)人員、生產(chǎn)作業(yè)人員也成功地實現(xiàn)了技術(shù)轉(zhuǎn)崗，形成了電腦作業(yè)的規(guī)模化生產(chǎn)能力。

2.給國土資源執(zhí)法監(jiān)察工作提供了科學(xué)的平臺和手段

通過將執(zhí)法監(jiān)察過程數(shù)據(jù)采集的信息與數(shù)據(jù)統(tǒng)一進(jìn)行存儲，實現(xiàn)調(diào)查結(jié)果與土地、礦業(yè)數(shù)據(jù)庫信息的比對，以查糾違法違規(guī)行為。并能夠方便存儲、查閱歷史數(shù)據(jù)與案件信息。更加方便的對違法用地進(jìn)行監(jiān)測，準(zhǔn)確掌握違法用地地點、發(fā)生時間、違法面積等，從而作出管理措施。

3.為土地分析、評價及利用等提供必要的技術(shù)支持

第一，建立基本農(nóng)田保護(hù)區(qū)信息系統(tǒng)，有效保護(hù)基本農(nóng)田顯示基本農(nóng)田的位置、范圍、面積、責(zé)任人、以及保護(hù)區(qū)比例達(dá)標(biāo)情況，將農(nóng)田保護(hù)范圍線與不同時期的影像迭合，可以監(jiān)測保護(hù)情況。第二，建立土地利用規(guī)劃，規(guī)劃圖與不同年代的航空正射影像迭合，從中分析是否按規(guī)劃進(jìn)行建設(shè)、規(guī)劃的科學(xué)性與合理性是否正確，是否需要修編等。第三，灘涂圍墾決策的應(yīng)用：可以了解圍墾位置、地點、圍墾進(jìn)展、已成圍的面積，水流方向、暢順情況，分析它的排洪能力。

4.在政府土地使用決策中的應(yīng)用

對于農(nóng)業(yè)土地，從兩個時相的影像，可掌握農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)發(fā)生變化的地域、具體地點，可量算已變化的面積，可了解發(fā)生的變化，從而可確定制定鼓勵還是限制的政策。對于城市建設(shè)規(guī)模，可以掌握城鎮(zhèn)建設(shè)規(guī)模的擴(kuò)展，根據(jù)建設(shè)占用耕地情況。分析人口、土地資源與環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展的關(guān)系，從而修訂城鎮(zhèn)擴(kuò)展有關(guān)政策。

5.在國土安全中的應(yīng)用

根據(jù)GIS的信息，有關(guān)部門可以掌握河堤、水閘的位置、地點、結(jié)構(gòu)、防洪能力和作防災(zāi)預(yù)測。預(yù)先分析該地區(qū)可能發(fā)生的變故，出事的類型和規(guī)模，進(jìn)而擬定和推演相應(yīng)的救急方案。GIS的強(qiáng)大分析能力以及多年來積累的豐富應(yīng)用功能為國土安全提供了未雨綢繆的最好條件，這些防患于未然的分析研究又為不斷改進(jìn)準(zhǔn)備工作指出了方向。

6.其它

GIS還可應(yīng)用于農(nóng)村集體土地登記應(yīng)用，以管理區(qū)為權(quán)屬單位，范圍面積較大，可以利用正射影象劃定權(quán)屬界線，位置與面積精度可達(dá)到現(xiàn)階段農(nóng)村集體土地管理的要求。GIS在土地利用變更調(diào)查工作中也發(fā)揮著重要作用，逐步將數(shù)字正射影像用于土地利用變更調(diào)查，利用計算機(jī)對數(shù)據(jù)直接統(tǒng)計、匯總、上報，它能夠較有效地檢查實地、圖件、數(shù)據(jù)三者是否一致，以實現(xiàn)對土地用途的監(jiān)管。

有了基于GIS技術(shù)構(gòu)建的國土資源管理系統(tǒng)，各級政府部門可以輕松摸清國土資源家底，適時掌握多種空間和動態(tài)的國土資源信息，及時準(zhǔn)確地把握資源不同時期的總量和發(fā)展態(tài)勢，這有利于管理者對資源進(jìn)行一系列戰(zhàn)略性的合理規(guī)劃、開發(fā)、利用與保護(hù)，為決策提供依據(jù)。

責(zé)任編輯 楊小民