(中國尤氏大學(華東)地球資源與信息學院，東營，257061)
通過檢索資料，論述了土地利用調查與監測的目的和意義，信息技術在土地利用調查與監測中的應用，以及二者之間的關系和影響。
關鍵詞:信息技術；土地使用調查；監控；地理信息系統；RS；全球（衛星）定位系統
信息技術是當今世界發展最快的高科技，它正在推動全球經濟走向以計算機和信息網絡為基礎的信息化。目前，信息技術廣泛應用於人們生產生活的各個領域，也應用於土地利用調查和監測。
1信息技術
信息技術是指對信息進行收集、識別、提取、轉換、存儲、傳輸、加工、檢索、檢測、分析和利用的技術。它集遙感監測、通信、計算機和控制技術於壹體，其內容包括信息接收技術、信息傳輸技術、信息處理技術和信息控制技術四大技術。在信息技術的四大內容中，信息傳輸技術和信息處理技術是整個信息技術的核心，而信息接收技術和信息控制技術是核心與外界的接口，它們構成了壹個完整的功能系統，對應著人類的信息器官及其功能系統。其內容相互融合，形成了許多應用開發技術，如數據庫技術、人工智能、專家系統、遙感技術、地理信息系統、全球定位系統、計算機輔助決策系統、自動控制技術、多媒體技術、計算機網絡技術等。它們已經滲透到人們生活的方方面面，充分顯示了信息技術的強大生命力和廣闊應用前景[1]。
土地管理中使用的信息技術主要包括遙感(RS)、地理信息系統(GIS)和全球定位系統(GPS)，也稱為空間信息技術或“3S”技術。空間信息技術是以計算機技術和網絡通信技術為基礎，解決與地理空間信息相關的數據獲取、存儲、傳輸、管理、分析和應用問題的信息系統。包括RS、GIS、GPS等與地理空間定位相關或具有空間特征的信息系統。空間信息技術廣泛應用於宏觀戰略決策、自然資源調查、開發利用、區域和城市規劃與管理、自然災害預測與災害監測、工程設計、建設與管理、環境監測與治理等諸多方面[2]。
2土地利用調查與監測的目的、任務和意義
土地利用是人類在土地資源基礎上進行的與土地直接相關的生活和生產活動，直接反映各種土地資源利用活動的結果，包括積極的和可能產生的消極影響，是人類環境與自然環境通過物質流和能量流相互作用的綜合表現[3]。
土地利用調查又稱土地資源定量調查，是通過勘測、調查等技術手段，查明壹個國家或地區各類土地利用的分類面積、土地利用現狀和空間分布特征，繪制土地利用現狀圖，了解土地利用存在的問題，總結開發利用的經驗教訓，提出合理利用土地的意見， 從而服務於土地利用分類研究，制定國民經濟計劃和土地政策，進行土地改良、土地規劃和科學的土地管理。 土地利用監測是利用遙感監測等技術，定期或不定期地對壹個國家或地區的土地利用動態變化進行監測和測量，主要為國家和地區有關部門提供準確的土地利用變化情況，便於及時更新和對比分析土地利用數據，編制土地利用變化圖等。這是壹項政策性、科學性和技術性的工作。
管理在於決策，正確政策的制定依賴於準確的信息，即及時準確地了解情況，信息是政策執行的反饋。土地調查與監測是獲取土地信息、反饋土地政策和檢驗土地管理措施實施效果的主要渠道[4]。土地利用動態監測的目的是及時準確地掌握土地利用狀況，為政府決策、各級土地管理部門制定管理政策和落實各項管理措施提供科學依據。土地利用調查與監測的任務是根據我國土地管理的需要確定的。中國的土地管理有三個顯著特點:①中國是土地公有制的社會主義國家，國家在全國實行土地統壹管理和城鄉土地行政管理。土地管理系統由國家土地管理部門和省、地、縣、鄉土地管理機構組成，行使管理全國土地的職責。(2)為實現土地資源的合理配置，國家壹方面要通過制定土地利用規劃等措施，從宏觀上控制各類土地的規模，調整比例結構和空間布局，以實現土地利用的最佳經濟、社會和生態效益；另壹方面，要通過建設用地全過程管理，對單位和個人的土地供應和使用進行管理和監督，通過用途管制將土地利用規劃落實到鄉鎮、村莊乃至每壹塊地塊，從微觀上保證資源合理配置目標的實現。(3)中國人口多，耕地少。耕地保護是關系到我國經濟社會可持續發展的全局性戰略問題，是需要長期堅持的基本國策，是我國土地管理的中心任務[4]。可見，開展土地利用調查監測對於我國土地資源的合理配置和耕地保護具有重要意義。
3.信息技術對土地利用調查和監測的影響
在過去很長壹段時間內，當計算機、遙感、地理信息系統、全球定位系統技術等信息技術尚未興起或成熟時，土地管理部門壹般采取人工實地測量的方式，根據土地利用部門在土地利用變更調查時上報的土地利用數據，對原圖進行修改，然後清除，重新打印成圖。這種方法有明顯的缺點:①不能主動監測變化；②測量方法落後，人為幹擾大；(3)變化數據采集速度慢，重復清理的誤差積累；(4)壹旦發現變更，原地圖將失去現狀；⑤與城市圖斑不同的是，農村土地利用圖斑多為不規則多邊形，用平板車等測量工具只能測出拐點，而不能連續測出整個邊界，很難在原始詳查圖上準確地繪制出來[5]。
近年來，遙感、地理信息系統和全球定位系統等信息技術的發展和應用，為土地管理部門進行土地利用監測提供了新的思路和方法。我國土地利用現狀信息的獲取在技術和方法上有了明顯的提高。第壹階段的技術流程是:遙感影像→人工解譯、人工編圖和面積測量→匯總統計。從解譯到面積測量，每壹步都需要大量的人力投入，耗時較長。第二階段采用遙感與地理信息系統相結合的方式，技術流程為:遙感影像→人工解譯→人工編繪數字化→計算機測量匯總→數據庫。這壹時期，面積測量有了很大的進步，實現了全數字化測量，大大減少了面積測量的工作量和誤差。但這壹階段雖然使用了遙感技術和地理信息系統技術，但也只是初步的結合，更談不上集成或綜合利用。第三階段采用遙感與地理信息系統壹體化信息提取技術，技術流程為:遙感數字影像→人機交互解譯→計算機測量匯總→數據庫。在這壹階段，初步實現了遙感與地理信息系統的融合以及與GPS的初步結合[3]。
信息技術特別是“3S”技術的不斷發展和應用，給土地利用調查和監測帶來了巨大的影響。與傳統方法相比，目前具有以下優勢:①遙感可以主動發現土地利用的變化信息，提取變化地塊的大致面積；而傳統方法只能由用地單位或個人被動申報，導致漏報、少報，增加了監測的客觀性。(2) ②GPS測量數據和遙感數據以數字形式存儲，可直接輸入GIS系統進行制圖，避免了傳統方法中重復繪圖和清繪帶來的誤差。(3)利用GPS作為測量工具，不僅快速準確，而且可以全天工作，測量操作簡單。④與傳統制圖方法相比，地理信息系統的優勢得到了認可。最重要的壹點是，數字地圖可以非常方便快捷地進行空間分析、綜合、提取和修改，制圖周期短，成本低。⑤利用“3S”集成技術可以完成各級土地資源的動態監測，為土地變更調查和登記提供了新的手段。與傳統方法相比，不僅提高了數據采集的準確性，而且大大提高了工作效率[5]。
4信息技術在土地利用調查與監測中的應用
4.1遙感技術在土地利用調查與監測中的應用
土地是存在於地球表面的自然產物。土地位置的固定性、面積的有限性、區域的差異性以及土地利用的多樣性和多變性，決定了土地利用動態監測是壹項龐大而復雜的技術工程。由於衛星遙感具有覆蓋面廣、宏觀觀測性強、快速、準確、準時、周期短、多時相、綜合信息豐富等優點，人們從其發展初期就對其在土地調查中的應用寄予厚望，並廣泛應用於土地調查制圖和監測。美國、西歐等發達國家還為泰國、墨西哥、肯尼亞等第三世界國家制作了中小型土地利用圖[4]。
隨著傳感器技術、航空航天平臺技術和數據通信技術的發展，現代遙感技術已經進入了能夠動態、快速、準確、多種手段提供多種對地觀測數據的新階段。新型傳感器不斷湧現，從過去的單壹傳感器發展到現在的多種類型傳感器，可以在不同的航天航空遙感平臺上獲取不同空間分辨率、時間分辨率和光譜分辨率的遙感圖像。遙感圖像的空間分辨率已經達到米級；光譜分辨率達到了納米級，波段數增加到了幾十個甚至上百個。消退期可達幾天甚至十幾個小時[6]。遙感技術的發展給土地利用調查和監測帶來了巨大的幫助。
遙感是土地利用調查和監測的主要信息源，遙感監測主要分為室內和室外兩部分。室內業通過壹系列的影像處理，獲取土地利用的變化信息，經過實地調查核實，分析土地利用變化現狀[7]。最常用的土地利用調查監測方法可分為兩種:逐點比較法和分類比較法。逐點比較法是通過比較同壹地區不同年份相同時相影像的光譜特征來確定土地利用變化的位置，進而分類確定土地利用變化的信息。這種方法壹般能敏感地檢測出變化的像元，但不能同時獲得土地利用變化類型的具體信息。分類後對比法是對整個監管區域不同階段的影像進行分類，然後在每幅影像的同壹位置比較分類結果，進而確定土地利用變化的位置和類型。這種方法可以獲得詳細的土地利用變化矩陣，但這種方法明顯受到單獨分類帶來的誤差的影響，必然會誇大變化的程度。鑒於以上兩種方法的不足，壹些研究者提出了多時相遙感圖像疊加後的主成分分析方法。這種方法對疊加的圖像進行分類，而不是單獨對每個相位的圖像進行分類，從而大大減少了對變化程度的誇大。目前采用的技術方法是選取兩幅不同時相的衛星影像作為主要數據源，進行幾何校正、幾何配準和數據融合，通過計算機自動提取和人機交互解譯，直接發現變化特征信息，從而完成動態變化制圖[6]。
4.2 GIS技術在土地利用調查和監測中的應用
物質世界的任何物體都被牢牢打上了時間和空間的烙印，人們生產生活中80%以上的信息都與地理和空間位置有關。地理信息系統(GIS)萌芽於20世紀60年代的加拿大和美國。從技術和應用的角度看，GIS是采集、存儲、管理、分析、顯示和應用地理信息的計算機系統，是分析和處理海量地理數據的通用技術，是解決空間問題的工具、方法和技術。GIS作為獲取、處理、管理和分析地理空間數據的重要工具、技術和學科，近年來得到了廣泛關註和快速發展。在功能上，GIS具有強大的空間信息獲取、存儲、編輯、處理、分析、輸出和應用功能[8]。
地理信息系統(GIS)最早用於資源與環境管理，它不僅僅是遙感的結合。壹是在GIS基礎數據庫支持下，利用遙感信息輔助土地利用類型解譯，提高分類精度；二是用遙感數據獲取的土地利用現狀最新信息補充和更新GIS數據庫，以保持GIS的現狀；三是利用GIS空間疊置分析等功能，對不同時期的土地利用進行疊置分析，監測土地利用變化，輔助土地決策[9]。
土地信息主要分為地理位置信息和屬性信息。GIS在土地利用調查與監測中應用的關鍵是數據庫的建立。除了滿足常規制圖的需要，數據庫還必須能夠動態更新和管理，並且具有處理大量數據的能力。土地利用數據庫建設是壹項覆蓋面廣、數據量大、精度高、系統性強的龐大系統工程。GIS技術在土地利用調查監測中的應用壹般有以下技術流程:數據處理、分幅數據掃描處理、遙感影像數據采集處理、屬性數據輸入處理、圖形鑲嵌處理、數據庫分析處理，然後通過嵌套檢查、邊緣檢查、數據統計結果檢查等方法進行三級檢查，確保土地利用數據庫[10]的正確性和準確性。
4.3 GPS技術在土地資源管理中的應用
GPS作為壹種全新的現代定位方法，具有布點靈活、全天候觀測和計算速度快、精度高等優點。它在越來越多的領域逐漸取代了常規儀器，給測繪帶來了革命性的變化。
GPS技術在土地利用調查觀測中的應用主要表現在以下幾個方面:①建立高精度控制網，布設航片影像控制點。高精度控制網的建立可以為空間數據設施的建立提供基礎系統。GPS也廣泛應用於航空攝影測量控制點的布設，大大提高了工作效率。(2)變化點的數據收集和新特征的補充調查。對於航片上未發生變化的點位和新地物，可在野外采用GPS動態定位方法沿各變化點位的外圍邊界進行采集，采集的數據可通過隨機專用程序[10]進行處理。
計算機、RS、GIS、GPS等信息技術在我國的發展方興未艾，其經濟和社會價值日益凸顯。“3S”技術與土地資源管理的緊密結合將會日益完善。在土地利用調查與監測中的應用不再是作為壹個獨立的系統出現，而是逐漸向集成化發展。利用遙感可以主動、快速地發現變化區域，利用差分GPS技術可以準確獲得土地利用變化的數量和性質。GIS是管理土地利用圖形數據和屬性數據(如土地利用類型、權屬、圖斑號等)的有效工具。)和監測土地使用的變化。
參考
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