土地資源利用變更調查中3S技術的應用分析

摘要：針對城鄉土地權屬登記工作的基本需求，重點研究土地資源利用變更調查中3S技術的應用，結合某土地資源調查項目案例，從基于遙感技術（Remote"Sensing，RS）獲取變更圖像、基于全球定位技術（Global"Positioning"System，GPS）進行空間定位、基于地理信息技術（Geographic"Information"System，GIS）實現建庫管理三方面展開分析，并總結了項目土地資源利用的變更幅度、速度。研究表明：合理應用3S技術，能夠客觀掌握土地利用動態變化情況，為土地管理和土地規劃提供可靠依據。

關鍵詞：3S技術""國土資源""土地變更調查""遙感影像

Application"Analysis"of"3S"Technology"in"Land"Resource"Utilization"Change"Investigation

YUN"Chao

Pingxiang"Land"and"Space"Survey"and"Planning"Institute，"Pingxiang，"Jiangxi"Province，"337000"China

Abstract："In"response"to"the"basic"needs"of"urban"and"rural"land"ownership"registration"work，nbsp;this"paper"focuses"on"the"application"of"3S"technology"in"land"resource"utilization"change"investigation."Combining"with"a"case"study"of"a"land"resource"investigation"project，"this"paper"analyzes"the"changes"in"land"resource"utilization"from"three"aspects："obtaining"change"images"based"on"Remote"Sensing"（RS）"technology，"spatial"positioning"based"on"Global"Positioning"System"（GPS）"technology，"and"database"management"based"on"Geographic"Information"System"（GIS）"technology."and"summarizes"the"magnitude"and"speed"of"land"resource"utilization"changes"in"the"project."The"research"results"indicate"that"the"rational"application"of"3S"technology"can"objectively"grasp"the"dynamic"changes"in"land"use"and"provide"reliable"basis"for"land"management"and"planning.

Key"Words："3S"technology;"Land"resources;"Land"change"investigation;"Remote"sensing"imagery

3S技術是指基于遙感技術（Remote"Sensing，RS）、全球定位技術（Global"Positioning"System，GPS）、地理信息技術（Geographic"Information"System，GIS）3項技術的融合與集成，其中：RS可以通過衛星、飛機等遙感平臺，接收地面物體反射或發射的電磁波信號，生成遙感影像，可為土地資源利用變更調查提供實時、動態的數據源；GPS可以通過接收衛星信號實現精確定位和測量，實時記錄調查點的位置和屬性信息；GIS可以通過整合遙感影像、地形圖、土地利用現狀圖等數據，形成統一的空間數據庫，直觀展示土地資源利用變更情況[1-2]。上述3項技術共同構成了土地資源利用變更調查的技術體系，能有效降低時間成本，提高調查質量。

1"項目概況

以某土地資源調查項目為例，該項目包含6鎮7鄉，下設132個村委會，11個居委會，總面積約為1"422.69km2。項目所在區域地勢南高北低、西高東低，形成了三面環山的丘陵性盆地。地處亞熱帶溫暖濕潤氣候區，四季分明，雨量充沛，自然條件較為優越。為準確掌握當地的地利用變化情況，須在以往調查成果的基礎上，采用3S技術對土地利用現狀進行更新調查，并更新土地調查數據庫。

2""3S技術的應用路線

2.1基于RS獲取變更圖像

2.1.1校正遙感圖像

根據本項目調查區域的特點，選擇航片制作的數字正射影像圖作為遙感數據源，其比例尺為1：10"000。為了保證土地資源利用變更調查的精度，須做好遙感圖像校正工作。（1）進行輻射校正，消除太陽高度、地形起伏等因素造成的輻射誤差。首先，利用波段運算建立圖像的掩膜文件，確認圖像中存在無效的數據區。其次，計算大氣頂面反射率，其間要進行密度分割，查看亮溫分布。設置掩膜波段，查看統計結果，記錄最小的DN值，實現相對大氣校正，再使用QUAC方法進行快速大氣校正。（2）進行幾何校正，保證圖像上各地物特征與參照系統表達要求保持一致，消除變形問題。利用地面控制點，基于畸變的遙感圖因與標準地圖的對應同名獲取幾何畸變模型，進而實現校正。校正后的圖像由等間距的網格點組成，符合中心投影的均勻分布規律。（3）空間增強，以提高圖像的對比度。本項目主要采用卷積運算法進行空間卷積濾波增強，達到平滑和銳化的效果[3]。

2.1.2融合遙感數據

合成項目所在區域的多源遙感影像數據，以生成比單一信息源，有效消除冗余信息，互補不足，提高影像的空間分解力和清晰度，進而實現準確判斷。根據處理層次的差異性，可選用3種融合方法：（1）基于像元級的融合，直接對預處理后的遙感影像在像素單元上進行融合，主要采用代數法、IHS變換、小波變換等；（2）基于特征級的融合，先完成特征提取工作，然后按特征信息對多源數據進行分類、聚集和綜合，產生特征矢量后再進行融合，實現了可觀的信息壓縮，可采用Bayes決策法、神經網絡法等；（3）基于決策級的融合，對每一數據進行屬性說明或初步分類，基于相應的結果加以融合，具有較強的容錯性，可采用表決法、Dempster-Shafter推理法等。本項目選擇基于像元級的融合，以最大限度保留原始數據的信息[4]。采用小波變換這種時頻分析方法，通過有限持續時間且具有特定頻率特性的函數對信號進行分解，合理描述信號在不同尺度和不同時間段的變化特征，其處理流程如下所示。

（1）利用小波函數對原始遙感影像進行多尺度分解，將其分解成不同頻率和時間段的子帶，包含影像的近似信息和細節信息。

（2）根據項目的應用需求，選擇小波系數加權平均融合和替換融合處理分解得到的不同子帶。

（3）經過融合處理后的子帶，利用小波函數進行重構，得到融合后的遙感影像。該影像包含了各數據源的信息，并實現了信息的優化和互補，使得融合結果更加清晰、自然。

2.1.3提取變更信息

首先，基于項目所在區域在不同時期的遙感影像圖，采用ERDASIMAGINE軟件對遙感影像進行裁剪、重采樣等操作，使其具有相同的空間范圍和分辨率。再將多個時相的影像數據加載到軟件中，設置合適的圖層透明度，進行疊加分析。利用圖像差值法、圖像比值法等工具提取土地資源利用變化信息，得到變化模板。以便目視判別篩選變化信息位于新建的矢量層上，用矢量線條勾繪變化圖斑。其次，參考外業調查、土地利用圖等相關資料，綜合考慮影像特征、地物類型、時間變化等要素，判斷地物類型在時相上的變化區域。最后，以調查區為單位，對變化區內的圖斑進行比對篩選，確認發生變化的圖斑。沿融合影像的光譜與紋理變異的分界處勾繪邊界[5]。本項目中，紅色圖斑顯示未變化，綠色圖斑顯示變化，并用藍色描繪圖斑邊界。

2.2基于GPS進行空間定位

2.2.1外業測量

利用RS技術初步獲取變化光斑后，需要利用GPS技術進行外業測量，首先，準備好差分GPS接收機、手持機、測量桿等必要設備，并根據資料信息，在已知精確坐標的點上設立基準站，用于接收衛星信號，并計算誤差。其次，在手持機上啟動差分定位模式，連接到基準站的數據鏈。根據土地資源利用變更的調查任務，在實地測量土地界線、特征點等關鍵數據。通過差分定位，獲得高精度的坐標信息。最后，差分GPS接收機會實時記錄測量點的坐標信息，工作人員要準確填寫外業調查表，將坐標信息、土地界線、地類編碼、權屬單位等關鍵數據交代清楚，繪制草圖表明圖斑變更前后狀況，與實地測量數據相對應。審核無誤后，對其做歸檔處理。

2.2.2轉換坐標系

本項目的GPS采集坐標屬于WGS-84坐標系，而土地利用現狀數據庫坐標系采用國家大地坐標系，需轉換坐標系，保證數據的一致性。常用的轉換方法有以下2種。（1）四參數轉換，適用于兩點間距離小于10"km、橢球參數差異較小的情況。四參數包括2個平移參數（ΔX、ΔY）、1個旋轉參數（A）、1個尺度因子（K）。（2）七參數轉換，適用于范圍大、橢球參數差異較大的情況。七參數包括3個平移參數（ΔX、ΔY、ΔZ）、3個旋轉參數（Δα、Δβ、Δγ）、1個尺度因子（K）。在轉換時，首先，整合GPS采集的原始坐標數據、土地利用現狀數據庫的目標坐標系信息、用于轉換的公共控制點坐標信息；其次，使用公共控制點坐標，根據七參數法計算轉換參數；最后，利用轉換參數批量轉換GPS采集的原始坐標，得到與土地利用現狀數據庫坐標系一致的數據，保證精度滿足要求。

2.3基于GIS實現建庫管理

2.3.1形成土地利用更新圖

首先，要啟動GIS軟件創建新的項目，在項目管理器中，右擊“圖層”或“數據源”，選擇“新建”-“矢量線層”，輸入線層的名稱、坐標系統等信息，注意新建線層的坐標系統應與原有的土地利用現狀數據保持一致；其次，要為矢量線層設置屬性結構，包括線型、顏色、寬度等，以及地類代碼、權屬單位等附加屬性字段；再次，找到坐標輸入工具，按照收集的變更圖斑坐標數據，依次輸入每個點的坐標，自動繪制線段，使其能夠形成閉合的線環，表示變更圖斑的完整邊界；最后，將通過RS技術得到的變化圖斑數據加載到GIS軟件中，讓新建的矢量線層和變化圖斑圖層疊加顯示，起到對比作用。仔細比較二者的邊界線，確認是否存在偏差，調整后形成新的變更圖斑邊界線，將其替換到原有的土地利用現狀數據中。以其為標準輸出更新后的土地利用現狀圖并作為最終成果。

2.3.2完善空間數據庫

通過GIS軟件的空間分析功能，分析導入的封閉圖斑線，，識別與原有圖斑的相交關系，以便進行分割。分割時新生成的圖斑邊界要與導入的封閉圖斑線完全，刪除封閉區域內相同的權屬單位代碼，實現圖斑的合并。記錄所有發生的圖斑分割和合并操作，生成變更文件，并利用拓撲工具檢查是否存在裂隙、重疊、錯位等錯誤，并完成修復工作。最后將更新后的圖斑數據與權屬單位、土地利用類型等數據整合在一起，使其相互關聯，形成完整的數據體系。在GIS平臺將項目以往的影像圖作為底圖，矢量化處理影像疊加分析得到的變化圖斑，通過邊界提取、屬性賦值等環節，充分反映變化圖斑的特征。然后按照變化零星地類、變化現狀地物、變化地類進行編號，導出增量數據包。

3"土地資源利用變更調查結果

3.1土地資源利用變更幅度

結合GIS數據庫導出土地資源利用變更調查，其中變化幅度數據如表1所示。項目所在地的農用地總面積減少了1.56%，建設用地總面積增加了31.0%，其他用地減少了0.50%。

3.2土地資源利用變更速度

結合GIS數據庫導出土地資源利用變更調查，其中變化速度數據如表2所示。項目所在地的其他建設用地面積年變化率最大，水域用地面積年變化率最小。

4"結語

綜上所述，基于某土地資源調查項目案例，對3S技術的應用展開了詳細分析。該項目利用RS技術獲取了遙感影像變化圖斑，利用GPS技術進行外業調查，對變化圖斑進行驗證和補充，最后利用GIS技術進行數據整合，形成了最新的土地利用更新圖。總的來看，項目所在地的耕地、園地、林地、其他農用地和自然保留地面積在不斷減少，城鄉建設用地、交通水利用地、其他建設用地面積在不斷增多。

參考文獻

[1] 宋云瑞.三峽庫區消落帶交錯區土地利用及景觀變化研究[D].武漢：華中農業大學，2021.

[2] 舒文強，葉勝，陳林，等.基于3S技術的城市邊角地公共空間分析研究[J].地理空間信息，2023，21（4）：42-45.

[3] 張華劍，姚勁，張建國.3S技術在縣域水利工程用地劃界中的應用[J].地理空間信息，2022，20（8）：139-142.

[4] 劉福全，杜崇，韓旭，等.基于3S技術的大慶地區土壤鹽漬化時空變化分析[J].灌溉排水學報，2022，41（5）：132-138.

[5] 徐鋮龍.基于RS和GIS的土壤侵蝕對土地利用變化的響應研究[D].哈爾濱：黑龍江大學，2021.