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1、3S技术在土地资源利用中的应用陈卫兵 （资源环境学院 2010级）摘 要土地资源是人类赖以生存的基础，具有自然属性和经济属性。3S技术在地学领域的研究中具有着无可比拟的优势，在土地资源利用领域也发挥着巨大的作用，推动了该领域的发展。本文介绍了3S技术的特点以及在土地资源利用中的优势，并且对于3S技术在土地资源利用领域涉及的具体方面予以了阐述，最后总结了当前3S技术在土地资源利用中所面临的挑战，并且对于其应用前景进行了展望。关键词3S技术;土地资源利用;土地资源管理1. 引言土地资源是指在一定技术条件和一定时间内可以为人类利用的土地。长期以来，落后的土地资源管理技术一直是制约我国土地资源管理事业
2、发展的瓶颈因素，特别是缺少现势性的实时动态信息，不能适时的进行土地利用数据库的更新。以“3S”为代表的高新技术形成了利用遥感技术（RS）发现土地利用变化信息，利用全球定位系统技术（GPS）快速、准确地获取变化信息的空间坐标，利用地理信息系统技术（GlS）进行土地利用现状数据库更新与土地规划数据库管理的新的运行机制。用“3S”等现代信息采集、定位和数据分析技术，彻底改变了传统的土地资源信息采集、存储、更新和管理模式，以更快捷、有效、经济的方式进行土地资源的管理。2. 3S技术简介“3S”技术即全球定位系统（GPS）、遥感（RS）、地理信息系统（GIS）的合称，其中，GPS主要用于地理空间位置的采
3、集以及对遥感数据进行地面调查，对遥感数据分析结果进行检测；RS具有周期性、动态性、信息丰富、数据获取率高、可直接以数字方式记录和传递信息等特点，对于地学信息采集有其独特的优势；GIS则具有高效的空间数据管理和灵活的空间数据综合分析能力，通过对多种因素的综合分析可以迅速地获取满足应用要求的信息，并能直观地表达处理分析结果。在“3S”技术中，GIS技术在地理信息的处理和应用中起着基础性作用，而GPS、RS则作为信息获取的主要手段，是GIS重要的数据来源。GIS和传统的计算机信息系统相比，其重要特征就是其涉及的信息为海量地理信息。在土地利用和管理研究中，三者之间联合，可做到大范围、高效、准确、定期的
4、动态监测，为科学研究、政府管理、社会生产提供了新一代的观测手段、描述语言和思维工具。2.1 全球定位系统美国的“全球定位系统”（GPS），是目前世界上应用最广泛、也是技术最成熟的导航定位系统。系统由地面控制部分（主控站、监测站、注入站和通讯辅助系统）、空间星座部分（2l颗实用卫星和3颗备用卫星组成，均匀分布在6个中高轨道面内）、用户装置部分（主要由GPS接收机和卫星天线组成）等三部分构成。其主要特点有：全天候、全覆盖、高精度三维定速定时、快速省时高效、应用广泛、操作简便1。GPS的定位精度相当高，尤其是采用了实时差分定位（RTK）技术，建立了适当的精度控制网络之后，野外实时得到厘米级的定位精度
5、，使其用途更加广泛，完全能够满足土地管理中多种定位测量的要求。GPS在土地资源管理中主要为土地调查，提供精确定位服务。2.2 遥感技术遥感（Remote Sensing，RS）是应用探测仪器，不与探测目标相接触，从远处把目标的电磁波特性记录下来，通过分析，揭示出物体的特征性质及其变化的综合性探测技术2。遥感技术具有监测范围广、信息量丰富、获取信息快、更新周期短等特点，目前遥感技术已经形成多尺度、多平台、多传感器、多分辨率、多时相的对地观测系统，并且向着动态、定量分析、多源信息复合方向发展，具有“宏观探道，微观求真”的双重特征和优势，为国民经济建设和科研提供了“海量”数据，广泛应用于地质、地理、
6、农业、林业、气象、灾害、资源环境等领域。2.3 地理信息系统地理信息系统（Geographical Information System，GIS）是由计算机硬件、软件和不同的方法组成的系统，该系统设计支持空间数据的采集、管理、处理、分析、建模和显示，以便解决复杂的规划和管理问题3。其基本构成一般包括以下主要部分：系统硬件、系统软件、空间数据、应用人员和应用模型。利用GIS技术可以高效地管理和快速更新土地资源利用的基础数据和图件等资料，以便及时了解土地利用的动态状况。GIS的操作对象是空间数据，具体描述地理实体的空间特征、属性特征和时间特征。GIS依托数据的采集、管理、处理、分析和输出这些基本功
7、能通过利用空间分析技术、模型分析技术、网络技术、数据库和数据集成技术、二次开发环境等，演绎出丰富多彩的系统功能，满足不同用户的各种需求。3. 3S技术在土地资源利用中的应用 3.1 3S技术在土地利用调查中的应用土地资源的不可再生性决定了合理利用土地资源的重要性。土地利用现状调查是了解土地资源的各种特征和规律、掌握土地资源的数量、质量和分布规律的主要手段，是开展土地资源研究的基础性工作。土地利用管理涉及的信息丰富、繁杂、数据量大，而且几乎全为地理信息，具有很强的地域性、空间性、时序性和动态性15。离开这些信息，就很难实现立体、动态的管理，直接影响到土地利用规划和管理的质量和效果。在土地资源利用
8、调查中，GPS为空间数据的采集提供实时、快速的定位服务，RS利用航空、航天提供的遥感影像，经过校正、解译得到精度较高、现势性好的的土地利用信息，加上GPS的辅助可以定位、定量到具体的地块。把利用GPS和RS获取的地物信息，以及其他手段得到的各种信息，提供给GIS，GIS利用本身强大的数据管理功能和空间分析功能，实现对空间数据和属性数据的一体化管理以及对空间数据的分析、查询、决策、输出。GIS技术能够有效的管理各类空间数据、属性数据以及对数据进行地学统计，并能对海量数据进行分析处理，促进了土地资源数据管理、分析和处理的规范化，为土地资源管理打下良好的基础。 3.2 3S技术在土地利用变化监测中的
9、应用在众多的全球变化问题中，土地利用/覆盖变化（LUCC）研究显得尤为重要，其原因有二：首先，土地利用/覆盖变化是引起其它全球变化问题的主要原因，因而在全球环境变化和可持续发展研究中占有重要地位；其次，地球系统科学、全球环境变化以及可持续发展涉及到自然和人文多方面的问题，而在全球环境变化问题中，土地利用/覆盖变化可以说是自然与人文过程交叉最为密切的问题16。依靠常规手段监测土地利用变化更新速度慢、成图周期长、误差大，难以及时、准确、主动发现土地利用变化的区域。利用RS提供的不同时期遥感影像可以准确、快速地获取不同时期的土地利用信息，利用GPS提供精确的定位数据，CIS则用来管理土地利用变化的空
10、间数据、属性数据和进行空间分析，将不同时期的遥感图像数据进行叠加，分析土地利用类型的变化，可以准确、客观、及时、大面积地得到土地利用变化信息，为土地利用的科学管理服务。 3.3 3S技术在土地利用总体规划中的应用 土地利用规划是指在一定区域范围内，根据自然和社会经济条件以及国民经济发展的需要，在较长的规划期内从数量及空间上对区域土地资源在国民经济各部门间的分配进行协调，确定或调整区域土地利用结构和用地布局，并对土地开发、整理、复垦和保护进行统筹安排的一项宏观战略性措施。其核心是确定或调整土地利用结构和用地布局，其作用是宏观调控和均衡各业用地21。目前在土地利用规划中，以GIS为核心，建立土地利
11、用规划信息系统，在建立土地利用总体规划数据库的基础上，紧密结合土地利用总体规划的业务流程，实现土地利用总体规划编制、修改、实施的自动化管理，结束长期以来土地利用总体规划成果基本上靠人工管理的落后方法，为土地规划的动态实施和成果的管理提供了科学的方法和现代化手段。3S技术可快速提供多种土地利用及规划方案供领导部门选择，为土地资源调查、制图、土地统计，土地利用动态监测、土地资源分析及评价等提供必要的技术支持。 3.4 3S技术在土地整理中的应用 土地整理是指在一定区域内，依据土地利用总体规划，采用行政、经济、法律和技术手段，对农田、水利、道路和林地等进行综合整治，调整土地关系，改善土地利用结构和生
12、产、生活条件，增加可利用土地面积，提高土地的利用率和产出率的综合措施，是增加耕地数量的有效途径。RS在土地整理的主要作用是利用高分辨率遥感影像，辅以其他背景资料，通过解译，快速准确的把土地利用信息提取出来，绘制精度较高的土地利用现状图，为土地整理提供基础图件。GIS在土地整理中的作用主要有三个方面：土地利用数据库的建立和管理；进行土地平整填挖土石方工程量的计算以及三维仿真；土地整理规划等图件的制作。在GIS的支持下，利用计算机强大的图形处理功能，方便地进行土地整理规划、设计和显示，利用GIS的专题制图功能制作更加美观的专题地图。4. 面临的问题及挑战尽管3S技术在土地资源利用领域中发挥了巨大的
13、作用，产生了空前的效果，但是仍面临着多方面的挑战，大大阻碍了其深层次的应用和发展。当前3S技术在土地资源利用领域面临的主要问题归纳总结包括： 1、海量空间数据的高效管理和应用。 2、历史图件的元数据信息重建、数字化与入库。 3、空间数据存储格式以及元数据标准的混乱。 4、土地评价指标体系尚需完善。5. 应用前景展望1）3S数据精度的提高由于传感器技术水平不断提高，遥感影像分辨率由几百米，几十米发展到低于lm。加之全球定位系统的精确定位，使遥感数据的精度进一步提高。随着遥感分类技术的发展，对地物的自动识别能力的提高，将促进分类的自动化、智能化，最终实现遥感图像的计算机自动解译，大大减少外业和目视
14、解译的工作量。2）地球空间信息科学发展为土地管理科学奠定技术基础数字地球是地球空间信息科学发展的前沿。数字地球由下列体系构成：数据获取与更新体系、数据处理与储存体系、信息提取与分析体系、专用软件体系、咨询服务体系、专业人员体系、用户体系、教育体系、标准与互操作体系、法规和财经体系。未来的土地资源管理系统将是数字地球的一个部分。“3S”技术是未来数字地球的关键技术，土地资源管理必将越来越依赖于“3S”技术。3）3S集成技术的完善“3S”集成技术的完善推动土地资源管理的实时性。“3S“技术的使用目前只是单一或综合利用阶段，有时会由两两的集成使用，但集成的层次比较低，仅限于数据或软件集成层次上。一旦
15、真正实现“3S”技术整体的实时的集成，即有机的结合、在线连接、实时处理和系统的整体性，那么土地利用现状调查、变化和动态监测数据将会实时得到更新。4）土地管理信息系统的完善土地管理信息系统的完善进一步促进土地资源管理的现代化。土地信息系统能系统地获取一个区域内所有与土地有关的重要特征数据，并且用作法律、管理和经济的基础。也就是说，土地信息系统就是把土地资源各要素的特性、权属及其空间分布等数据信息，存储在计算机中，在计算机软、硬件支持下，实现土地信息的采集、修改、更新、删除、统计、评价、分析研究、预测和其他应用的技术系统。时态GIS的应用可动态管理土地管理工作的全部业务以及现状、过程、历史图形、属
16、性拓扑信息，实现对土地管理工作登记、调查、审批、发证等全过程的动态管理。WebGIS的应用，可通过互联网发布土地信息、发送土地数据；用户可在网上查询所需的土地信息；土地管理部门可通过网上受理土地交易业务，实施分布式网络管理。参考文献1 李天文.GPS原理及应用.北京:科学出版社,20052 梅安新,彭望禄,秦其明,等.遥感导论.北京:高等教育出版社,20013 黄杏元,李劲松,汤勤.地理信息系统导论.北京:高等教育出版社,20014 张成才.GIS空间分析理论与方法.武汉:武汉大学出版社,20045 刘朝顺,高炜,高志强,等.基于ETM+遥感影像反演不同土地利用类型地表温度的研究.南京气象学院
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