土地信息系統研究綜述

周磊

(中國尤氏大學(華東)地球資源與信息學院，東營，257061)

介紹了國內外土地信息技術的研究現狀，將國內外土地信息系統的發展過程明確劃分為幾個階段，探討了未來土地信息系統的發展趨勢和前沿問題，並從哲學角度進行了總結，提出了未來土地信息系統建設的思路。

關鍵詞:土地信息系統；發展趨勢；學科前沿

土地信息系統是定量化、科學化的土地規劃管理以及土地信息快速查詢、分析和更新的技術手段和方法，為決策提供輔助支持[1]。隨著國土資源部門信息化進程的加快，各級國土資源部門正在把國土信息系統建設作為部門信息化建設的重點，把國土信息系統建設納入國土資源部門電子政務建設，目的是提高國土資源部門的土地管理效率，更好地實現對國土資源的監管和對公眾的信息服務。

1國內外土地信息技術研究現狀

20世紀是高科技和土地信息系統產生和發展的歷史時期。世界土地信息系統的發展可分為以下幾個階段:50年代是土地信息系統的準備期，60年代是土地信息系統的生成期，70年代是土地信息系統的形成期，80年代是土地信息系統的示範期，90年代是土地信息系統的發展期[2]。中國和其他發展中國家的土地信息系統發展相對落後，許多行政機構和科研院所都在進行大量的土地信息系統的研發工作。

信息技術的飛速發展極大地推動了人類社會的進步，對圖書情報系統的發展產生了深遠的影響。新技術大大改進了與土地有關的信息的收集、處理、儲存和傳播。新的測繪技術，如GPS和遙感技術，可以快速收集大量的土地信息。計算機和互聯網技術的發展解決了處理、存儲和發布大量土地信息的技術難題。利用上述新技術，可以將各種土地信息集成到壹個LIS系統中，便於對系統的土地信息采集、處理、存儲和發布進行有效管理，從而滿足多個用戶對土地信息的及時需求。

這些技術進步包括:①數字攝影測量技術、高分辨率遙感技術和GPS技術，大大提高了土地相關數據采集的精度和速度；②計算機技術仍在快速發展，對大量土地數據的存儲、分析和處理產生了積極影響；③地理信息系統和空間數據庫管理技術的發展極大地改善了土地信息提取、分析和管理的方式；WebGIS技術的發展和寬帶網絡系統的建立，使全球範圍內的大量土地數據交換成為可能，同時也改變了土地信息的發布方式和服務方式。

在這些技術進步的影響下，芬蘭、荷蘭、希臘等發達國家相繼在現有的LIS系統基礎上完成了國土信息的數字化，實現了國土信息的計算機化管理，並為不同的社會用戶建立了基於互聯網技術的國土信息發布和信息服務平臺。土地信息系統可以更好地服務於各級土地利用規劃和經濟可持續發展，促進土地市場的發展。

芬蘭國家土地調查局(NLS)選擇小世界GIS軟件作為系統的開發工具，並設計開發了新系統(JAKO)。該系統將屬性數據和地圖數據(矢量格式)存儲在同壹個無縫關系數據庫中，並具有多用戶同時更新數據的功能。JAKO采用“超文本用戶界面”，互聯網服務功能優越。NLS以外的用戶可以通過互聯網根據地塊編號查詢土地信息。

荷蘭地籍局分別在1997和1999完成全國地籍圖和大比例尺地形底圖數字化後，將數據存儲在四個大型數據庫中，通過內網查詢和更新數據庫，通過終端模擬技術查詢數據庫。目前，終端模擬技術的信息查詢服務已經過時，地籍部門正在努力開發壹種新的系統，可以提供更好的互聯網在線服務。

希臘政府建立了客戶端/服務器網絡系統，PC用戶無需安裝專業的GIS軟件即可查詢地圖數據。數據庫采用分布式管理，包括空間數據和非空間數據。

20世紀90年代以來，我國土地信息系統發展迅速，以深圳、常州為代表的市級土地信息系統建設取得了可喜的成績，實現了土地信息數據的無紙化管理，產生了良好的社會效益。中國地質大學中地信息公司開發的土地管理信息系統主要包括城鎮地籍管理系統、土地利用數據庫系統、土地利用規劃管理系統、土地監測管理系統、建設用地管理系統、農村地籍管理系統、土地利用動態監測系統、土地交易管理系統、土地發布系統、城鎮土地定級估價系統、基本農田保護系統等壹系列信息系統。此外，其他公司開發的壹些軟件也取得了不錯的研究成果[3] [4]。

2土地信息系統的未來發展趨勢

2.1未來的土地信息系統將成為國家空間數據基礎設施建設的重要組成部分。

土地信息系統的現代化需要高額投資。預計東歐國家6543.8+0萬地塊的信息化建設需要投入6543.8+0億美元。因此，在推進信息化建設的過程中，必須精心規劃，與其他相關的大型規劃綜合考慮。自1994年美國總統發布建設國家空間數據基礎設施(NSDI)的行政命令以來，發達國家在國家基礎地理信息數據建設相關的技術和政策方面有了很大的動作。作為國家基礎地學數據信息系統，LIS的發展應與NSDI的建設緊密結合。美、加、荷、澳的土地信息系統建設已成為NSDI建設的重要組成部分，並綜合考慮了技術發展和相關政策法規[2]。

土地信息系統與“數字城市”、“數字地球”等信息基礎設施壹樣，利用基於互聯網的地理信息系統技術，形成具有信息查詢、監測和決策支持等多種功能的數字化系統[5]。土地信息系統將是信息化建設和社會經濟、資源、環境可持續發展的重要武器。

2.2土地信息系統將獲得更新的數據來源。

任何壹門學科的成熟，必然會與其他相關學科的壹些理論和技術成果相融合，利用相關學科的理論和技術成果來補充和完善本學科的理論和技術，從而改善本學科的研究條件。土地信息系統學科是計算機科學技術的延續，也是計算機技術和測繪科學技術相結合的產物。隨著測繪科學技術的發展，航天技術和電子技術提供了可能的技術條件，產生了遙感技術和全球定位技術，這兩種技術都為土地信息系統提供了數據源，而這兩種技術又是互不相同的。

門技術的結合是土地信息系統發展的必然。隨著土地信息系統學科的發展，這種結合會越來越緊密，發展趨勢會越來越明顯。這種融合不僅表現在硬件上，還表現在集遙感圖像采集、全球精確定位、無線數據通信和數據處理於壹體的手持計算機設備上。而且體現在各系統運行機制的相互滲透和有機融合，為設備的超小型化創造了條件。土地信息系統的研究要順應土地信息系統的這種發展趨勢，在這些相關學科的結合點上尋找主要的研究方向，加速和深化這種融合，促進土地信息系統學科的發展[6] [7] [8] [9]。

谷歌地球軟件是谷歌於2005年6月推出的全球衛星地圖整合軟件。它是壹幅可視化的偽彩色全球地圖，其影像數據是衛星影像和航空攝影數據的融合。全球地貌圖像的有效分辨率至少為100m，通常為30m(如中國大陸)。谷歌地球地圖分辨率高，數據更新非常快。如果將地形圖作為地圖，將截取的Google Earth影像疊加在地形圖上，通過對比發現土地類型的變化，從而完成土地變更調查，更新土地信息數據庫。隨著Google Earth軟件的快速發展和遙感影像分辨率的不斷提高，相信土地信息系統的開發也會與之相結合。土地信息系統使用Google Earth影像作為部分數據源，不僅大大節省了購買遙感影像的成本，而且可以及時發現土地類型的變化，高效更新數據庫非常及時。

2.3土地信息系統呈現工具多樣化的發展趨勢。

數據庫技術是任何信息系統的技術基礎，土地信息系統也不例外。土地信息系統是基於時間和空間存儲和處理各種數據的復雜系統。這種信息系統對數據庫管理功能要求很高，不僅數據量巨大，而且數據種類繁多。而且數據關聯非常復雜，既包括空間拓撲關系，也包括時間拓撲關系[10] [11]。面向對象思想和實現面向對象思想的各種計算機軟件技術是當代計算機科學技術的重要成就，關系代數的建立為關系數據庫的建立奠定了堅實的理論基礎。用面向對象的思想來管理關系數據庫，不僅給復雜數據類型的數據庫管理技術帶來了先進科學的數據管理理論，也提出了新的挑戰。這個挑戰就在於如何實現當壹些數據發生變化時，所有發生變化的數據都會相應發生變化。將地理信息系統的時空數據和屬性數據統壹在關系數據庫的管理下，是土地信息系統[12] [13] [14]發展的壹個趨勢。

經過多年的發展，土地信息系統已經不是壹個簡單的功能軟件，而是壹個軟件開發平臺。隨著現代信息技術和網絡技術的發展，土地信息系統的建設以互聯網在線信息發布平臺為基礎，使土地信息更加透明，享有更好的信息。隨著社會信息化的深入，土地信息系統的應用越來越普及，系統向多元化、工具化發展的趨勢越來越明顯。為了滿足社會在功能和性能上多樣化的需求，土地信息系統軟件或軟件平臺呈現出多樣化的局面[15][16][17][18]。系統軟件逐漸成為工具，進入市場。系統軟件的標準化是軟件工具化的前提。此外，土地信息系統也在向智能化方向發展。

2.4土地信息系統建設應更多地服務於自然資源和社會經濟發展規劃。

傳統的土地信息系統主要用於社會和經濟領域。近年來，由於對環境問題和社會可持續發展的關註，對LIS土地信息服務提出了新的要求。黨的十六屆五中全會提出了建設社會主義新農村的歷史任務，其主要內容是“生產發展、生活富裕、鄉風文明、村容整潔、管理民主”[19] [20]。在這個十壹五規劃階段，為了適應社會發展的要求，土地信息系統的建設必須能夠更好地服務於自然資源和社會經濟發展規劃，使土地信息管理進入更加智能化的階段。

3土地信息系統面臨的幾個學科前沿問題

3.1土地信息系統建立中的數據質量問題

數據是信息的載體，對土地信息系統至關重要。數據的質量是LIS成功的關鍵，信息系統處理數據以得到數據中包含的信息。數據庫(包括空間數據和非空間數據)是土地信息系統最基礎、最重要的部分，也是投資比較大的部分。數據的質量直接影響系統的功能和應用。地理信息數據往往具有不確定性，這是多種原因造成的[21]。原因之壹是測量尺度或測量精度的差異。二維空間中的線狀物體的長度隨測量尺度不同而不同，三維空間中的面狀物體的表面積不同測量結果也不同。如此不規則的地球表面，給地學信息數據的不確定性增加了不可控因素。所謂受多重因素幹擾的“病態”遙感數據，也是實際地學信息數據不確定的壹個原因，因為遙感數據日益成為地學信息數據的重要來源。地理信息數據往往沒有真值[22]，分維的思想為解決這類數據不確定性問題帶來了思路，但仍有大量的理論和實踐問題有待解決。

3.2土地信息系統開發的標準化

沒有數據和系統開發的標準化，就沒有信息的社會化。信息數據和信息系統的標準化研究壹直是信息科學技術的前沿問題[23]，制定數據標準是實現數據共享的前提。歐美國家研究制定空間數據標準較早。隨著我國土地信息產業的快速發展，制定壹系列土地空間數據評價標準日益重要。因此，必須制定壹系列相關的標準和法規，如土地信息系統中的術語標準、圖形和圖像數據采集的技術規範、數據交換格式標準、數據精度和質量標準、土地數據的分類和代碼等。

3.3時空數據模型及數據壓縮、更新和刪除。

數據結構設置是壹個信息系統軟件編程的靈魂。空間拓撲關系的表達和時間維度數據的參與，導致了時間拓撲的問題。如何表達時間拓撲信息增加了系統數據結構的復雜性，復雜時空數據和復雜屬性數據與關系數據結構的統壹增加了問題的復雜性。由於數據采集方法的改進，地學信息數據正以幾何級數的速度增長，而計算機數據存儲空間正以算術級數的速度增長，勢必有壹天數據存儲空間無法容納龐大的地學信息數據[24]。有必要研究地理信息空間的數據壓縮技術，包括柵格格式數據的無損壓縮和有損壓縮以及矢量格式數據的壓縮。

3.4土地信息數據的信息挖掘

土地空間數據包含了大量的資源、環境和社會經濟信息。如何從浩如煙海的數據中“挖掘”出這些深層信息，是土地信息系統學科需要研究和解決的問題。挖掘空間信息以創造更好的社會效益，要求“挖掘者”不僅要有掌握土地信息系統空間分析功能的能力，還要有較深的經濟地理、資源環境等專業知識[25]。

研究土地信息系統的發展趨勢和前沿，這些問題可以歸結為三個方面，即地球信息哲學、地球信息機制和地球信息工程。地球信息的哲學問題揭示了地球信息本身的屬性和人們對地理世界的認知規律；地理信息機制問題尋求地理信息科學技術的發展方向；地理信息工程問題從整體上解決土地信息技術的集成與整合。

總之，土地信息系統的建設要從土地管理的實際出發，從遠處規劃，著眼於土地管理的未來，預見國家土地管理的發展和系統建設的新技術、新趨勢，使土地信息系統的建設周期與土地管理的未來發展相吻合。

參考

[1]方世明，鄒璇，等.土地信息系統的研究現狀及發展趨勢[J].計算機工程，2003，29 (20): 1 ~ 3

[2]劉聚海，袁國華。國外土地信息系統概述。

[3]黃仲衡。土地信息系統的回顧與展望[J].中國測繪，2002，(2): 43 ~ 44

鄭順義，曾學貴。基於知識工程的土地信息系統研究[J].中國土地科學，2000，14 (3)

[5]伊凡。數字城市解讀[J].城市建設科學，2006，(5): 5 ~ 8

[6]楊煉。“3S”技術在土地利用總體規劃修編中的應用[J].國土資源指南，2006，(1): 61 ~ 63

任偉。土地整理項目規劃設計與“3S”技術應用[J].國土資源指南，2006，(2): 53 ~ 54