3S技術(shù)在土地變更調(diào)查中的作用分析

吳友平,謝幫華

1.南昌大學(xué)科學(xué)技術(shù)學(xué)院,江西南昌330029

2.南昌工程學(xué)院土木與建筑工程學(xué)院,江西南昌330029

3S技術(shù)在土地變更調(diào)查中的作用分析

吳友平1,謝幫華2

1.南昌大學(xué)科學(xué)技術(shù)學(xué)院,江西南昌330029

2.南昌工程學(xué)院土木與建筑工程學(xué)院,江西南昌330029

由于遙感技術(shù)（RS）、全球定位技術(shù)（GPS）和地理信息技術(shù)（GIS）組成的“3S”技術(shù)不斷成熟，將該技術(shù)應(yīng)用到土地變更調(diào)查中，不但可以有效減少人力物力，而且能夠保證調(diào)查結(jié)果的精確度和實時性。本文就3S技術(shù)在土地調(diào)查中的處理流程、關(guān)鍵技術(shù)分析以及對采集數(shù)據(jù)、圖斑識別、信息處理技術(shù)等進(jìn)行闡述與分析，以期為該技術(shù)的應(yīng)用提供參考。

“3S”技術(shù);土地變更調(diào)查;分析

土地資源的數(shù)量、質(zhì)量和分布情況以及變化趨勢將在很大程度上關(guān)系到國民經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展[1]，我國是農(nóng)業(yè)大國，這意味著我國的土地資源是國民最重要的資源之一，通過國家對土地資源的合理分配和調(diào)控，可以更完善的針對我國國情進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)控分析。在土地資源分配之中，土地變更是發(fā)生最多的任務(wù)之一，通過對土地變更進(jìn)行詳細(xì)的調(diào)查可以更好的完善土地資源的分配，有利于我國經(jīng)濟(jì)國民生產(chǎn)總值的提升，對經(jīng)濟(jì)的宏觀調(diào)控有促進(jìn)作用[2]。

在土地變更調(diào)查中，傳統(tǒng)方法是通過“挨家挨戶”的詳細(xì)調(diào)查，通過總結(jié)詳查的結(jié)果進(jìn)行分析，將土地資源與地形圖的航拍結(jié)果相結(jié)合，再利用人工測量和判斷等方法進(jìn)行處理，將出現(xiàn)土地資源變化的地方勾繪到相應(yīng)的遙感地圖上，并填寫相應(yīng)的土地變化統(tǒng)計表，根據(jù)統(tǒng)計、面積變化計算和勾繪等方法得到完整的土地變更數(shù)據(jù)。傳統(tǒng)方法需要大量的人力和計算量協(xié)助才能完整的得到某地區(qū)的土地變更情況，除此之外，傳統(tǒng)方法還有許多其他的缺陷[3]：

（1）通過實際手工測量和標(biāo)注導(dǎo)致變化區(qū)域邊界模糊不清，形狀發(fā)生形變。

（2）整個過程都采用手工計算，耗費大量資源且出錯的幾率更大。

（3）數(shù)據(jù)由地方采集獲得，在上報過程中難免會出現(xiàn)瞞報、誤報、漏報等情形。

鑒于此，目前的土地變更調(diào)查需要進(jìn)行改進(jìn)和完善，摒棄傳統(tǒng)實際手工測量和標(biāo)注、分析等方式，轉(zhuǎn)而采用現(xiàn)代科技分析手段進(jìn)行實時的土地變更監(jiān)控、調(diào)查，現(xiàn)代科技手段利用先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)進(jìn)行統(tǒng)計和管理，效果更佳。

1 基于“3S”技術(shù)的土地變更調(diào)查流程

基于“3S”技術(shù)的土地變更調(diào)查與傳統(tǒng)方法的目的一樣，都需要對土地變更過程中的圖斑進(jìn)行準(zhǔn)確定位，定位圖斑以后，需要定位出變更數(shù)據(jù)，調(diào)查變更數(shù)據(jù)并建模分析，最后將分析結(jié)果制作成圖表類土地變更調(diào)查報告，圖1給出了具體流程[5]。

圖1 采用“3S”技術(shù)進(jìn)行土地變更調(diào)查流程圖Fig.1 The flow chart of land change survey by using"3S"technologies

2 基于“3S”技術(shù)的土地變更調(diào)查關(guān)鍵技術(shù)分析

利用“3S”技術(shù)進(jìn)行土地變更調(diào)查基本上需要三個方面的關(guān)鍵技術(shù)：第一，分析土地的遙感影像數(shù)據(jù)并生成DOM，通過對DOM的進(jìn)一步分析對變化圖斑的識別；第二，通過GPS數(shù)據(jù)進(jìn)行變化圖斑的詳細(xì)數(shù)據(jù)采集；第三，根據(jù)采集到的變更數(shù)據(jù)建立起變更調(diào)查數(shù)據(jù)庫。在“3S”技術(shù)的支持下，三者缺一不可，是一個完整的體系，下文針對三者進(jìn)行關(guān)鍵技術(shù)的詳細(xì)分析。

2.1 基于遙感數(shù)據(jù)和DOM技術(shù)識別變化圖斑

遙感（RS）技術(shù)通過遠(yuǎn)距離的探測和感知物體而不與物體本身接觸，通過傳感器接收來自物體的信號，再經(jīng)過分析對物體進(jìn)行識別的技術(shù)[6]。在土地變更的研究中，需要每個一定的時間范圍內(nèi)，通過RS航拍技術(shù)對指定范圍的土地進(jìn)行一次拍攝并保存到數(shù)據(jù)庫中，通過對該區(qū)域相鄰兩次數(shù)據(jù)的分析可以得出變更區(qū)域土地發(fā)生變更的情況，進(jìn)而識別出變化的圖斑。

首先需要對遙感影像進(jìn)行糾正，糾正的目的需要比較的兩次航拍遙感影像一般情況下不在同一個尺度下，采用糾正算法將待處理的遙感影像歸一化到數(shù)據(jù)庫的統(tǒng)一坐標(biāo)系，常用的糾正算法采用多項式糾正算法。在糾正完成之后，遙感影像的尺度與數(shù)據(jù)庫中的遙感影像完全一樣，實際由于客觀原因?qū)е聝煞鶊D像的拍攝尺度角度發(fā)生改變，所以在進(jìn)行DOM計算之前需要對兩幅圖像進(jìn)行配準(zhǔn)，以數(shù)據(jù)庫中的圖像作為基準(zhǔn)，利用圖像配準(zhǔn)算法對變化后采集到的遙感數(shù)據(jù)進(jìn)行配準(zhǔn)，使其與數(shù)據(jù)庫中基準(zhǔn)圖像在拍攝角度和拍攝尺度上保持一致。

預(yù)處理完成后將得到兩幅坐標(biāo)系和角度、尺度相同的圖像，一幅表示的是土地變化前的模板圖像，另一幅是當(dāng)前采集到的土地變更后的圖像，通過正射影像算法可以構(gòu)建正射影像圖DOM[7]。在DOM制作計算過程中，通過在模板遙感圖像上選取一些地面控制點，并結(jié)合相應(yīng)地面控制點在遙感圖像中的數(shù)字高程模型數(shù)據(jù)，構(gòu)建沖采樣之后的正射影像圖。由于DOM數(shù)據(jù)同時具有豐富的影像特性和地形特性，具有豐富的地理信息系統(tǒng)的表現(xiàn)形式，所以可以給后續(xù)的GIS數(shù)據(jù)提供合理的數(shù)據(jù)源。

歐盟尚無官方渠道發(fā)布參比信息，從歐洲藥品監(jiān)督管理局EMA的官方信息可知，參比制劑的定義為：參比制劑是指由歐盟成員國或委員會基于完整的申報資料已經(jīng)批準(zhǔn)上市的藥品，這些申報資料需 要 按 照 Articles 8（3），10a，10b or 10c of Directive 2001/83/EC等法案進(jìn)行，包括質(zhì)量研究、臨床前研究和臨床研究等內(nèi)容，仿制藥或改良型藥物申請上市時可參照該藥品，通常通過生物等效性研究以證明其生物等效性［10］。

通過DOM結(jié)果進(jìn)行分析和變化圖斑生成并識別主要包括以下四個步驟，發(fā)現(xiàn)變化信息、生成變化信息相應(yīng)模板、半自動化算法提取變化信息、通過變化信息識別變化圖斑。通過該4個步驟，可以將DOM轉(zhuǎn)化成圖斑并識別，下文詳細(xì)介紹每個步驟中的具體內(nèi)容和相應(yīng)方法：

（1）發(fā)現(xiàn)變化信息：到目前為止，從DOM中發(fā)現(xiàn)變化信息的主要方法包括人工、半自動和全自動三種類型。對精度要求較高的土地變更信息提取中，一般采用半自動的方式，即人工和自動方式相結(jié)合。對于簡單的變化信息提取自動計算方式完全可以勝任，而對于稍微復(fù)雜的變化信息自動方式難以精確計算時，就需要人工參與提取變化信息。這種結(jié)合方式使得變化信息提取方式魯棒性較高，且提取時間快，提取結(jié)果精度高。

（2）變化區(qū)域提取：變化區(qū)域的提取方法較多，各種方法適用于對應(yīng)的場景，根據(jù)實際場景合理利用這些方法將能較大的提高變化區(qū)域提取成功率，提取到的目標(biāo)區(qū)域精度也能得到保證。

（3）變化類型確定：通過將變化模板圖像與原始遙感圖像進(jìn)行時相疊加，在疊加結(jié)果中就可以直接得到發(fā)生變化的區(qū)域，并從中獲取變化類型。一般可以分辨的變化類型可以直接確定，對于不能確定類型的變化，可以參考土地利用圖等相關(guān)資料或者請求有經(jīng)驗的協(xié)助等等。

（4）變化信息識別：在識別過程中，以變化區(qū)為單位，對各個確定了變化類型的變化區(qū)進(jìn)行編號，一般以從上到下，從左到右的方式進(jìn)行圖斑編號，在錄入編號的時候需要填寫識別信息，各個圖斑屬于哪種類型的變化信息。

2.2 基于GPS-PDA技術(shù)采集變化圖斑

通過RS及其相關(guān)技術(shù)識別出變化圖斑的類型之后，需要通過GPS數(shù)據(jù)采集方法完成對土地變更圖斑的精細(xì)區(qū)域采集和處理。GPS-PDA是一個采集并處理遙感數(shù)據(jù)的系統(tǒng)平臺，通過GPS-PDA系統(tǒng)進(jìn)行現(xiàn)場GPS現(xiàn)狀圖的采集，并以RS技術(shù)提取并識別到的變化圖斑信息為基礎(chǔ)資料，用1:1000的數(shù)字等高線生成相應(yīng)的DEM數(shù)據(jù)，結(jié)合DOM數(shù)據(jù)，將待分析的區(qū)域的矢量數(shù)據(jù)與影像數(shù)據(jù)相疊加。從疊加數(shù)據(jù)中，同時可以提取到確定變化的圖斑和不確定變化的圖斑。然后將提取到的數(shù)據(jù)導(dǎo)入PDA系統(tǒng)中作為土地變化調(diào)查的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，在現(xiàn)場利用GPS定位功能采集到位置信息，通過位置信息點完成對圖斑的實時變更。

本文給出某區(qū)域的土地變更調(diào)查，如圖2所示，首先導(dǎo)入底圖并通過差分信號進(jìn)行變更圖斑的采集點進(jìn)行定位。首先，在拐點上采集到GPS1點，然后進(jìn)行GPS2點的采集，依照相同的方法依次采集到GPS1～GPS7，并在PDA中記錄每個采集點的坐標(biāo)，再按順序連接各點，最后形成一個閉合的回路，由回路構(gòu)成的區(qū)域就是變化圖斑區(qū)域。

圖2 變更圖斑的確定Fig.2 The definition of changing figure spot

2.3 建立土地變更調(diào)查信息系統(tǒng)

通過上述手段識別出變更圖斑并勾繪出變更圖斑區(qū)域后，需要建立土地變更調(diào)查系統(tǒng)來分析、計算和存儲變更數(shù)據(jù)。GIS系統(tǒng)是一個在特定情況下使用有較強(qiáng)意義的空間信息管理系統(tǒng)，該系統(tǒng)對采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲、計算和分析，完成對地表空間和地理分布狀況的數(shù)據(jù)計算。該系統(tǒng)以地理空間數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，通過模擬分析的方法，對空間相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行計算、建模和模擬，提供多空間地理信息的管理，建立合理的數(shù)據(jù)管理辦法。

該調(diào)查信息系統(tǒng)旨在完成土地變更調(diào)查信息入庫、土地統(tǒng)計臺賬變更、保持空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)能夠統(tǒng)一化等等業(yè)務(wù)，另外，在建模分析之后，需要利用圖形界面展示給操作者，以便非專業(yè)人員也能方便使用，在數(shù)據(jù)發(fā)生變化時圖形圖表界面也需要完成相應(yīng)的改變。土地變更調(diào)查信息系統(tǒng)的構(gòu)建流程如下圖3所示，通過構(gòu)建出土地變更信息調(diào)查系統(tǒng)，任何用戶都可以通過該系統(tǒng)完成對土地變更的調(diào)查，為非遙感影像處理專業(yè)人員提供了一個很好的土地變更管理平臺。

在調(diào)查系統(tǒng)中導(dǎo)入數(shù)據(jù)需要注意的要求：

（1）變更圖斑的類別需按要求放入系統(tǒng)目錄中。

（2）根據(jù)空間數(shù)據(jù)制作出導(dǎo)航圖。

（3）對每個類別的土地變更數(shù)據(jù)配置相應(yīng)的數(shù)據(jù)字典，包括該地區(qū)的行政區(qū)碼、田坎系數(shù)等等。

（4）形成初始化的數(shù)據(jù)庫。

除了數(shù)據(jù)導(dǎo)入外，對于面積量算是本系統(tǒng)最有意義的統(tǒng)計信息之一，通過該信息可以對變更土地調(diào)查數(shù)據(jù)進(jìn)行量化，得到有意義的結(jié)果并將結(jié)果填寫到系統(tǒng)的圖斑面積量算表中。在面積量算過程中必須滿足三個條件：

（1）以圖幅面積作為計算控制：通過精確的圖斑勾繪結(jié)果量算面積，圖斑勾畫結(jié)果面積之和必須與圖幅的理論面積總和相同。

（2）以行政區(qū)面積作為計算控制：行政區(qū)采用樹形結(jié)構(gòu)模式，所以某級行政區(qū)的面積應(yīng)該等于下級行政單位的面積總和，即各村面積總和與鄉(xiāng)鎮(zhèn)面積總和相同，鄉(xiāng)鎮(zhèn)面積總和與縣級面積總和保持相同。

（3）以圖斑面積作為計算控制：變更圖斑的邊界線以線狀物進(jìn)行區(qū)分，相鄰的圖斑之間需扣除各自的線狀物面積的一半，圖斑通過破分之后各個小塊圖斑應(yīng)該與總圖斑的面積保持一致。

圖3 土地變更調(diào)查信息系統(tǒng)構(gòu)建流程圖Fig.3 The flow chart of constructing the land change survey system

3 結(jié)論

本文重點分析了“3S”技術(shù)在土地變更調(diào)查中的作用，包括采用RS技術(shù)記錄、識別變更圖斑信息，GPS-PDA技術(shù)精確勾繪出變更圖斑信息，以及基于GIS技術(shù)建立土地變更調(diào)查信息系統(tǒng)，通過該系統(tǒng)可以依靠計算機(jī)的計算能力完成數(shù)據(jù)錄入、建模分析和產(chǎn)生圖形界面將分析結(jié)果呈現(xiàn)給用戶。通過“3S”技術(shù)進(jìn)行土地變更調(diào)查管理，可以有效的減輕傳統(tǒng)方式的人工參與度，專業(yè)的計算機(jī)對數(shù)據(jù)進(jìn)行建模分析并使用友好的圖形界面展示給用戶，使得非專業(yè)人員也可以容易的完成土地變更調(diào)查，具有較強(qiáng)的實踐意義，且該系統(tǒng)建立在計算機(jī)自主計算之上，精確度和時間響應(yīng)都能得到保證。

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The Analysis on the Function of Land Change Survey by 3S Technologies

WU You-ping1,XIE Bang-hua2
1.College of Science and Technology/Nanchang University,Nangchang330029,China
2.Department of Civil and Building Engineering/Nanchang Institute of Technology,Nangchang330029,China

3S technologies,RS/GPS/GIS,get mature day by day and they are used in surveying a land change as a result to not only reduce labors and materials but also ensure the accuracy and real-time for findings.This paper reviewed the treatment process,key technologies and information treatment to data and figures during a land survey in order to provide a reference for land investigators.

"3S"technologies;land change survey;analysis

TP391

:A

:1000-2324(2015)06-0852-04

2015-06-10

:2015-08-18

江西省數(shù)字國土重點實驗室開放基金:基于DInsar地表形變監(jiān)測的關(guān)鍵技術(shù)的算法研究(DLLJ201304)

吳友平(1978-),男,江西東鄉(xiāng)人,碩士,講師.主要從事測繪3S技術(shù)與土地利用研究.E-mail:tjwyp123@163.com