3S技术在土地变更调查中的作用分析

吴友平,谢帮华

1.南昌大学科学技术学院,江西南昌330029

2.南昌工程学院土木与建筑工程学院,江西南昌330029

3S技术在土地变更调查中的作用分析

吴友平1,谢帮华2

1.南昌大学科学技术学院,江西南昌330029

2.南昌工程学院土木与建筑工程学院,江西南昌330029

由于遥感技术（RS）、全球定位技术（GPS）和地理信息技术（GIS）组成的“3S”技术不断成熟，将该技术应用到土地变更调查中，不但可以有效减少人力物力，而且能够保证调查结果的精确度和实时性。本文就3S技术在土地调查中的处理流程、关键技术分析以及对采集数据、图斑识别、信息处理技术等进行阐述与分析，以期为该技术的应用提供参考。

“3S”技术;土地变更调查;分析

土地资源的数量、质量和分布情况以及变化趋势将在很大程度上关系到国民经济的不断发展[1]，我国是农业大国，这意味着我国的土地资源是国民最重要的资源之一，通过国家对土地资源的合理分配和调控，可以更完善的针对我国国情进行相应的调控分析。在土地资源分配之中，土地变更是发生最多的任务之一，通过对土地变更进行详细的调查可以更好的完善土地资源的分配，有利于我国经济国民生产总值的提升，对经济的宏观调控有促进作用[2]。

在土地变更调查中，传统方法是通过“挨家挨户”的详细调查，通过总结详查的结果进行分析，将土地资源与地形图的航拍结果相结合，再利用人工测量和判断等方法进行处理，将出现土地资源变化的地方勾绘到相应的遥感地图上，并填写相应的土地变化统计表，根据统计、面积变化计算和勾绘等方法得到完整的土地变更数据。传统方法需要大量的人力和计算量协助才能完整的得到某地区的土地变更情况，除此之外，传统方法还有许多其他的缺陷[3]：

（1）通过实际手工测量和标注导致变化区域边界模糊不清，形状发生形变。

（2）整个过程都采用手工计算，耗费大量资源且出错的几率更大。

（3）数据由地方采集获得，在上报过程中难免会出现瞒报、误报、漏报等情形。

鉴于此，目前的土地变更调查需要进行改进和完善，摒弃传统实际手工测量和标注、分析等方式，转而采用现代科技分析手段进行实时的土地变更监控、调查，现代科技手段利用先进的科学技术进行统计和管理，效果更佳。

1 基于“3S”技术的土地变更调查流程

基于“3S”技术的土地变更调查与传统方法的目的一样，都需要对土地变更过程中的图斑进行准确定位，定位图斑以后，需要定位出变更数据，调查变更数据并建模分析，最后将分析结果制作成图表类土地变更调查报告，图1给出了具体流程[5]。

图1 采用“3S”技术进行土地变更调查流程图Fig.1 The flow chart of land change survey by using"3S"technologies

2 基于“3S”技术的土地变更调查关键技术分析

利用“3S”技术进行土地变更调查基本上需要三个方面的关键技术：第一，分析土地的遥感影像数据并生成DOM，通过对DOM的进一步分析对变化图斑的识别；第二，通过GPS数据进行变化图斑的详细数据采集；第三，根据采集到的变更数据建立起变更调查数据库。在“3S”技术的支持下，三者缺一不可，是一个完整的体系，下文针对三者进行关键技术的详细分析。

2.1 基于遥感数据和DOM技术识别变化图斑

遥感（RS）技术通过远距离的探测和感知物体而不与物体本身接触，通过传感器接收来自物体的信号，再经过分析对物体进行识别的技术[6]。在土地变更的研究中，需要每个一定的时间范围内，通过RS航拍技术对指定范围的土地进行一次拍摄并保存到数据库中，通过对该区域相邻两次数据的分析可以得出变更区域土地发生变更的情况，进而识别出变化的图斑。

首先需要对遥感影像进行纠正，纠正的目的需要比较的两次航拍遥感影像一般情况下不在同一个尺度下，采用纠正算法将待处理的遥感影像归一化到数据库的统一坐标系，常用的纠正算法采用多项式纠正算法。在纠正完成之后，遥感影像的尺度与数据库中的遥感影像完全一样，实际由于客观原因导致两幅图像的拍摄尺度角度发生改变，所以在进行DOM计算之前需要对两幅图像进行配准，以数据库中的图像作为基准，利用图像配准算法对变化后采集到的遥感数据进行配准，使其与数据库中基准图像在拍摄角度和拍摄尺度上保持一致。

预处理完成后将得到两幅坐标系和角度、尺度相同的图像，一幅表示的是土地变化前的模板图像，另一幅是当前采集到的土地变更后的图像，通过正射影像算法可以构建正射影像图DOM[7]。在DOM制作计算过程中，通过在模板遥感图像上选取一些地面控制点，并结合相应地面控制点在遥感图像中的数字高程模型数据，构建冲采样之后的正射影像图。由于DOM数据同时具有丰富的影像特性和地形特性，具有丰富的地理信息系统的表现形式，所以可以给后续的GIS数据提供合理的数据源。

欧盟尚无官方渠道发布参比信息，从欧洲药品监督管理局EMA的官方信息可知，参比制剂的定义为：参比制剂是指由欧盟成员国或委员会基于完整的申报资料已经批准上市的药品，这些申报资料需 要 按 照 Articles 8（3），10a，10b or 10c of Directive 2001/83/EC等法案进行，包括质量研究、临床前研究和临床研究等内容，仿制药或改良型药物申请上市时可参照该药品，通常通过生物等效性研究以证明其生物等效性［10］。

通过DOM结果进行分析和变化图斑生成并识别主要包括以下四个步骤，发现变化信息、生成变化信息相应模板、半自动化算法提取变化信息、通过变化信息识别变化图斑。通过该4个步骤，可以将DOM转化成图斑并识别，下文详细介绍每个步骤中的具体内容和相应方法：

（1）发现变化信息：到目前为止，从DOM中发现变化信息的主要方法包括人工、半自动和全自动三种类型。对精度要求较高的土地变更信息提取中，一般采用半自动的方式，即人工和自动方式相结合。对于简单的变化信息提取自动计算方式完全可以胜任，而对于稍微复杂的变化信息自动方式难以精确计算时，就需要人工参与提取变化信息。这种结合方式使得变化信息提取方式鲁棒性较高，且提取时间快，提取结果精度高。

（2）变化区域提取：变化区域的提取方法较多，各种方法适用于对应的场景，根据实际场景合理利用这些方法将能较大的提高变化区域提取成功率，提取到的目标区域精度也能得到保证。

（3）变化类型确定：通过将变化模板图像与原始遥感图像进行时相叠加，在叠加结果中就可以直接得到发生变化的区域，并从中获取变化类型。一般可以分辨的变化类型可以直接确定，对于不能确定类型的变化，可以参考土地利用图等相关资料或者请求有经验的协助等等。

（4）变化信息识别：在识别过程中，以变化区为单位，对各个确定了变化类型的变化区进行编号，一般以从上到下，从左到右的方式进行图斑编号，在录入编号的时候需要填写识别信息，各个图斑属于哪种类型的变化信息。

2.2 基于GPS-PDA技术采集变化图斑

通过RS及其相关技术识别出变化图斑的类型之后，需要通过GPS数据采集方法完成对土地变更图斑的精细区域采集和处理。GPS-PDA是一个采集并处理遥感数据的系统平台，通过GPS-PDA系统进行现场GPS现状图的采集，并以RS技术提取并识别到的变化图斑信息为基础资料，用1:1000的数字等高线生成相应的DEM数据，结合DOM数据，将待分析的区域的矢量数据与影像数据相叠加。从叠加数据中，同时可以提取到确定变化的图斑和不确定变化的图斑。然后将提取到的数据导入PDA系统中作为土地变化调查的基础数据，在现场利用GPS定位功能采集到位置信息，通过位置信息点完成对图斑的实时变更。

本文给出某区域的土地变更调查，如图2所示，首先导入底图并通过差分信号进行变更图斑的采集点进行定位。首先，在拐点上采集到GPS1点，然后进行GPS2点的采集，依照相同的方法依次采集到GPS1～GPS7，并在PDA中记录每个采集点的坐标，再按顺序连接各点，最后形成一个闭合的回路，由回路构成的区域就是变化图斑区域。

图2 变更图斑的确定Fig.2 The definition of changing figure spot

2.3 建立土地变更调查信息系统

通过上述手段识别出变更图斑并勾绘出变更图斑区域后，需要建立土地变更调查系统来分析、计算和存储变更数据。GIS系统是一个在特定情况下使用有较强意义的空间信息管理系统，该系统对采集到的数据进行存储、计算和分析，完成对地表空间和地理分布状况的数据计算。该系统以地理空间数据为基础，通过模拟分析的方法，对空间相关数据进行计算、建模和模拟，提供多空间地理信息的管理，建立合理的数据管理办法。

该调查信息系统旨在完成土地变更调查信息入库、土地统计台账变更、保持空间数据和属性数据能够统一化等等业务，另外，在建模分析之后，需要利用图形界面展示给操作者，以便非专业人员也能方便使用，在数据发生变化时图形图表界面也需要完成相应的改变。土地变更调查信息系统的构建流程如下图3所示，通过构建出土地变更信息调查系统，任何用户都可以通过该系统完成对土地变更的调查，为非遥感影像处理专业人员提供了一个很好的土地变更管理平台。

在调查系统中导入数据需要注意的要求：

（1）变更图斑的类别需按要求放入系统目录中。

（2）根据空间数据制作出导航图。

（3）对每个类别的土地变更数据配置相应的数据字典，包括该地区的行政区码、田坎系数等等。

（4）形成初始化的数据库。

除了数据导入外，对于面积量算是本系统最有意义的统计信息之一，通过该信息可以对变更土地调查数据进行量化，得到有意义的结果并将结果填写到系统的图斑面积量算表中。在面积量算过程中必须满足三个条件：

（1）以图幅面积作为计算控制：通过精确的图斑勾绘结果量算面积，图斑勾画结果面积之和必须与图幅的理论面积总和相同。

（2）以行政区面积作为计算控制：行政区采用树形结构模式，所以某级行政区的面积应该等于下级行政单位的面积总和，即各村面积总和与乡镇面积总和相同，乡镇面积总和与县级面积总和保持相同。

（3）以图斑面积作为计算控制：变更图斑的边界线以线状物进行区分，相邻的图斑之间需扣除各自的线状物面积的一半，图斑通过破分之后各个小块图斑应该与总图斑的面积保持一致。

图3 土地变更调查信息系统构建流程图Fig.3 The flow chart of constructing the land change survey system

3 结论

本文重点分析了“3S”技术在土地变更调查中的作用，包括采用RS技术记录、识别变更图斑信息，GPS-PDA技术精确勾绘出变更图斑信息，以及基于GIS技术建立土地变更调查信息系统，通过该系统可以依靠计算机的计算能力完成数据录入、建模分析和产生图形界面将分析结果呈现给用户。通过“3S”技术进行土地变更调查管理，可以有效的减轻传统方式的人工参与度，专业的计算机对数据进行建模分析并使用友好的图形界面展示给用户，使得非专业人员也可以容易的完成土地变更调查，具有较强的实践意义，且该系统建立在计算机自主计算之上，精确度和时间响应都能得到保证。

[1]徐志文,谢方.土地资源与城市经济增长--理论与经验分析[J].统计与信息论坛,2015(5):44-49

[2]刘百军.探究土地资源可持续利用基本理论[J].黑龙江科技信息,2015(21):289-289

[3]石瑞年.浅谈2014年度土地变更调查成果国家级外业核查方法和特点[J].城市地理,2015(14):84-84

[4]王晓云.浅谈3S技术在土地利用变更调查实施中的应用[J].城市建筑,2014(14):183-183

[5]翟伟光,胡楠.3S技术在土地变更调查中的应用[J].中国高新技术企业,2014(13):41-41,42

[6]刘建华.遥感技术在土地变更调查中的应用研究[J].工程地球物理学报,2014,11(6):901-904

[7]张丹,卢小平.基于全数字摄影测量系统MapMatrix的DOM制作探讨[J].数字技术与应用,2015(2):123-124

The Analysis on the Function of Land Change Survey by 3S Technologies

WU You-ping1,XIE Bang-hua2
1.College of Science and Technology/Nanchang University,Nangchang330029,China
2.Department of Civil and Building Engineering/Nanchang Institute of Technology,Nangchang330029,China

3S technologies,RS/GPS/GIS,get mature day by day and they are used in surveying a land change as a result to not only reduce labors and materials but also ensure the accuracy and real-time for findings.This paper reviewed the treatment process,key technologies and information treatment to data and figures during a land survey in order to provide a reference for land investigators.

"3S"technologies;land change survey;analysis

TP391

:A

:1000-2324(2015)06-0852-04

2015-06-10

:2015-08-18

江西省数字国土重点实验室开放基金:基于DInsar地表形变监测的关键技术的算法研究(DLLJ201304)

吴友平(1978-),男,江西东乡人,硕士,讲师.主要从事测绘3S技术与土地利用研究.E-mail:tjwyp123@163.com