信息化測繪技術在土地調查中的應用探討

牛立嘉

（河北省秦皇島市昌黎縣自然資源和規劃局，河北 秦皇島 066600）

1 信息化測繪技術的概念

信息化測繪技術是一種集成了現代信息技術、地理信息系統（GIS）、全球定位系統（GPS）以及遙感技術的綜合性測繪技術。該技術依靠現代信息技術的發展，通過獲取、處理和解釋地理數據，實現對地理環境的精確測繪。在此基礎上，信息化測繪技術對于地理信息進行組織和管理，從而在多種領域中發揮應用價值，如土地調查、資源管理、環境監測等。這種技術對地理空間信息的高效獲取和利用，極大地提高了測繪工作的精度和效率，同時也促進了相關領域的科學研究和決策管理[1]。

2 信息化測繪技術的基本原理

2.1 GPS測量技術和公式

GPS測量技術是信息化測繪技術的一個重要組成部分，它依賴全球定位系統（Global Positioning System，GPS）實現。全球定位系統是一個由多顆人造衛星構成的全球衛星導航系統，可以提供精確的地理位置和時間信息。

GPS測量技術的基本原理是基于衛星和接收器之間的距離測量。接收器通過接收四顆或更多衛星的信號，利用傳播時間和光速的關系，計算出衛星到接收器的距離。然后，根據這些距離，通過三維空間的三角定位法確定接收器的精確地理位置。

這里的關鍵公式是用來計算距離的公式，基于光速c與信號傳播時間t的關系，表達式如下：

式中，d是距離；c是光速；t是信號傳播時間。由于GPS衛星信號中包含了其發出時間，接收器收到信號后，通過比較接收到的GPS時間和接收器的內部時鐘，可以計算出信號的傳播時間，進而求得距離。

然后，利用四顆以上衛星計算出的距離，我們可以確定接收器的三維位置（經度、緯度和高度）以及時間修正量。

2.2 遙感影像技術和公式

遙感影像技術是信息化測繪技術的另一重要組成部分，這種技術利用安裝在航空器或衛星上的傳感器，從遠距離捕獲地表的信息。通過遙感影像，我們能夠收集和分析地球表面的各種數據，包括地形、地貌、植被覆蓋、土地使用等。

對遙感影像的解譯主要依賴于物體反射或發射電磁波的特性。不同的物體或表面（例如水體、森林、城市等）會在電磁波譜的不同波段上呈現出不同的反射或發射特性。遙感傳感器捕獲這些信息，形成具有多光譜特性的圖像，利用這些圖像，我們可以對地表進行定量分析和分類。

在遙感影像的解譯中，常用到歸一化植被指數（NDVI），它是一種用于估計地表植被覆蓋度的指標，其公式為

式中，NIR是近紅外波段的反射率；Red是紅光波段的反射率；NDVI值范圍在-1到1之間，值越大，表示植被覆蓋度越高。

通過這種方式，利用遙感影像技術不僅能夠提供定量和客觀的地表信息，而且還能實現對地表的連續和大范圍的監測，這對于土地調查、環境監測和資源管理等領域具有重要意義[2]。

2.3 GIS數據分析技術和公式

地理信息系統（Geographic Information System，GIS）數據分析技術是信息化測繪技術的核心組成部分，它依賴數字化地理數據和專門的分析工具，實現對地理信息的管理、查詢、分析和表現。

GIS數據分析的基本原理是建立和操作空間數據模型，通過地理編碼和空間關系，描述現實世界中的地理現象。GIS數據分析技術能處理的數據類型包括矢量數據（例如點、線、面）和柵格數據（例如衛星遙感影像），這兩種數據都能在GIS中進行空間查詢、疊加分析、緩沖區分析等操作。

在GIS空間分析中，常見的一種公式是求解空間自相關的Moran's I指數，該指數用于描述空間變量之間的相關性，其公式為

式中，N是研究區域內的觀測點數量；W是所有空間權重的和；wij是觀測點i和j之間的空間權重；xi和xj分別是觀測點i和j的觀測值；X是所有觀測值的平均值。Moran's I值的范圍在-1到1之間，值接近1表明存在正的空間自相關（即相近的地方特性相似），值接近-1表明存在負的空間自相關（即相近的地方特性差異大），值接近0表明空間自相關性不顯著。

GIS數據分析技術通過以上方法，實現對地理空間數據的深度挖掘和理解，為土地調查、城市規劃、環境保護等領域的決策提供科學依據[3]。

3 信息化測繪技術在土地調查中的具體應用

3.1 土地使用狀態的調查

（1）基于遙感影像的土地覆蓋分類。遙感影像在土地使用狀態的調查中扮演著重要的角色。利用遙感影像，可以獲取大規模、連續的地表數據，這對于土地覆蓋的分類和分析具有重要的作用。例如，通過多光譜或高光譜的遙感影像，可以識別不同類型的土地覆蓋，如農田、林地、城市建設用地、水體等。特別是，利用植被指數（如歸一化植被指數NDVI），可以評估和監測植被覆蓋度和生長狀況，進一步分析土地的使用狀況。

（2）基于GIS的土地使用分析。地理信息系統（GIS）是一個強大的工具，能夠進行復雜的土地使用分析。在土地使用狀態的調查中，GIS能夠存儲、管理和操作大量的地理數據，如地形、土壤、氣候、土地使用類型等數據。基于這些數據，GIS可以進行空間查詢、疊加分析、緩沖區分析等操作，從而幫助人們深入理解和分析土地的使用狀況。

3.2 土地質量評估

土地質量評估是信息化測繪技術在土地調查中的重要應用之一，涉及對土壤質量、水源、氣候、地形等多個因素的綜合分析。

遙感影像技術在土地質量評估中扮演著重要的角色。例如，通過對遙感影像中的多光譜或高光譜數據進行分析，可以獲取土地的植被覆蓋狀況、土壤濕度、地表溫度等信息。這些信息對于評估土地的生態質量和生產潛力具有重要的作用。特別是，利用遙感影像中的光譜數據，可以通過光譜特征分析的方法，獲取土壤的成分和質量信息。

地理信息系統（GIS）在土地質量評估中發揮著重要作用。GIS能夠存儲和管理大量的地理數據，如土地使用類型、土壤類型、氣候條件等數據。基于這些數據，GIS可以進行復雜的空間分析，如疊加分析、緩沖區分析等，從而綜合評估土地的質量。

一個常用的土地質量評估公式是土地質量指數（Land Quality Index，LQI）。該指數通過對多個土地質量因子（如土壤質量、氣候條件、地形等）進行加權求和，得到的綜合評估指數，其公式如下：

式中，wi是第i個土地質量因子的權重；Xi是第i個土地質量因子的值。權重可以根據不同的評估目標和地區特性進行設定。

通過遙感影像技術和GIS技術，結合土地質量指數等評估公式，我們能夠對土地的質量進行定量評估和空間分析，為土地管理和決策提供科學依據[4]。

3.3 土地變化監測

土地變化監測是對土地使用變化、土地覆蓋變化、土地質量變化等方面進行長期、連續的觀測與分析。隨著信息化測繪技術的發展，我們現在可以更準確、更及時地監測和評估土地變化。

遙感技術是土地變化監測的主要手段，特別是多時相遙感影像可以反映出土地在一定時間周期內的變化情況。其中，改變檢測算法如差值法、比率法和主成分分析法等，可以從不同角度揭示土地的變化特性。

例如，差值法是一種最直接的改變檢測方法，其基本思想是直接比較同一地區在不同時間點的遙感影像，計算其像元值（或光譜值）的差值，通過差值的大小和符號判斷土地的變化情況。其公式如下：

式中，Δ表示土地變化的大小；X_t2和X_t1分別表示同一地點在時刻t2和t1的遙感影像的像元值。如果Δ值大于某個閾值，那么可以認為在這個地點發生了顯著的土地變化。

GIS技術可以為土地變化監測提供空間分析和可視化支持。例如，GIS可以幫助我們定位土地變化的地點，分析土地變化的空間分布模式，制作土地變化的動態地圖，以及模擬土地變化的未來趨勢等。

3.4 土地規劃與管理

在現代土地管理和規劃的過程中，信息化測繪技術扮演著不可或缺的角色。通過提供詳細、精確和及時的地理空間數據，信息化測繪技術可以增強土地規劃與管理的科學性、有效性和可持續性。首先，信息化測繪技術可以為土地規劃提供精確的空間信息。在土地規劃的過程中，我們需要了解土地的現狀，包括土地的空間分布、土地覆蓋類型、土地使用狀況等。這些信息可以通過遙感影像、GPS測量和地理信息系統（GIS）獲取。

其次，信息化測繪技術可以為土地規劃提供科學的決策支持。在土地規劃的過程中，我們需要評估各種土地利用方案的可行性和效果，這需要進行大量的數據分析和模型模擬。通過GIS的空間分析功能，我們可以評估土地利用方案的空間效果，例如土地利用的均衡性、合理性等。

4 信息化測繪技術在土地調查中的未來發展方向

4.1 新技術、新設備的應用

信息化測繪技術在未來的發展方向之一是引入更多新技術和新設備。例如，無人機（Drone）已經在土地調查中廣泛應用，它可以提供更高分辨率的遙感影像，更靈活地獲取地表信息。同時，深度學習和人工智能技術也在被逐步應用于遙感影像分析和GIS數據處理，以提高數據分析的精度和效率。

4.2 跨學科、跨領域的整合應用

信息化測繪技術不僅限于地理科學或環境科學領域，它的應用與許多其他學科緊密相連，形成了一種全新的、多學科交叉的研究模式。在土地調查過程中，我們需要從自然科學角度理解土地形態和生態環境，從社會科學角度分析土地的人文屬性和社區結構，以及從經濟學角度評估土地的價值和使用效率。這就需要我們在理解和應用信息化測繪技術的同時，掌握其他相關學科的知識，形成一個全面的土地視角。

5 結束語

綜上所述，信息化測繪技術在土地調查中應用廣泛，無論是在土地使用狀態調查、土地質量評估，還是在土地變化監測等方面，都顯示出其強大的數據獲取、處理和分析能力。遙感技術、GPS技術和GIS技術等成為這個過程中不可或缺的工具。同時，新技術和新設備的應用，如無人機、人工智能和大數據，以及跨學科、跨領域的整合應用，都預示著信息化測繪技術在未來土地調查中的發展方向。盡管信息化測繪技術已在土地調查中取得了重要的成果，但其在實際應用中仍面臨著數據質量、技術更新、學科交叉等一系列挑戰，這需要我們進行更深入的研究和探討。