地理信息系统在土地资源管理中的应用

2021-02-21陈燕斌

乡村科技 2021年26期

陈燕斌

（厦门理鹭信息产业有限公司，福建厦门 361024）

我国幅员辽阔，农林牧副渔等产业对土地资源的依赖性极强。但随着城市化建设的推进和工业用地的开发，土地资源紧缺问题日益突出，如何提高土地资源利用率成为国土资源管理部门面临的重要课题。地理信息系统（Geographic Information System，GIS）是融合测绘遥感技术、地理科学技术的综合性系统，能对地理空间数据进行采集、查询、存储及分析，从而为土地资源管理提供数据支持。在信息化背景下，国土资源管理部门应充分依托GIS 对土地资源进行多层次、多来源、动态化管理，以促进人地资源协调。

1 GIS和土地资源管理概述

GIS 是将地理学技术、计算机技术、测绘遥感技术、信息处理技术等整合应用的综合性系统，可采集、存储、显示、查询和分析地球表面、地球空间的地理数据。使用者可以利用编码程序标记系统存储的数据，并通过检索获取资料。土地资源管理所需的各项数据（如地理位置、图层划分、相邻关系等）均可以在GIS 中得以体现。

GIS 综合了多种技术，在土地资源管理领域具有多种功能。一是采集、存储、编辑及分析地理数据。GIS突破了传统计算机的数据存储功能，可以根据使用者的需求将地理信息数据以特定形式存储于系统内，并对数据进行检测纠错和修改，形成完善的地理信息网络。二是管理地理数据。GIS可以根据使用者的需求调整系统内的数据库，更新各项指标，进行文本和图片分类，还可以与其他管理系统进行数据交换和信息共享。三是图形处理。GIS 自带制图软件，能将收集的地理数据制成图或表并进行编辑图或表，更直观地展示各方面数据，展示各个类型的全要素地图、专题地图，体现出极强的适用性。四是数据转化和输出。GIS 能综合分析地理信息数据，将不同类型的地理数据、图形转化为使用者需要的形式，从而大幅度提高工作效率。

2 GIS在土地资源管理中的应用

2.1 地籍管理

地籍记录了土地的位置、数量、权属类型等内容，涵盖了各地区土地的基本属性。地籍管理是对土地的权属进行登记和变更处理，是土地资源管理的重要组成部分。将GIS 应用于地籍管理中，可以实现地籍管理信息化，使用者可以输入、存储、检索及综合分析地籍信息，为制定地籍管理决策提供支持。同时，可以更科学地开发未利用的土地，准确划分已投入使用土地的权属，全面分析土地使用、地表覆盖、居民分布等信息，再以图表的形式储存起来，便于相关人员开展地籍管理工作。此外，在信息化环境中，使用者可以将GIS 与办公自动化系统整合起来，形成地籍信息系统，进一步提高数据统计、分析、检索效率，从而更高效地管理地籍信息。

2.2 土地评估和利用规划

土地评估和利用规划是指控制、监督和协调土地的利用情况，从而实现土地资源的经济效益、社会效益和生态效益，这也是土地资源管理的重要环节。在土地评估和利用规划中，依托GIS可以分析区域内的空间结构，建立多种数学模型，如因子分析模型、聚类分析模型等，评估土地的适宜性和土地质量。此外，GIS 具有土地资源数据分析功能，可以根据已输入的土地数量、质量分析土地开发的利用潜力，如人口承载力、农作物产量预测等，通过分析和计算得出相关数据，计算出适宜的粮食、人口比例，增强土地适宜性，并为土地评估和利用规划提供参考。总之，依托GIS能提高土地评估和利用规划的效率，实现土地资源的经济效益、社会效益和生态效益，同时避免不必要的损失。

2.3 土地定级估价

依托GIS 进行土地定级估价，使用者可以建立图件数据库，使用扫描设备扫描比例地图，利用图片处理技术修正地形图，统一展示区域内地形图。在土地定级估价中，使用者可以将土地坐标输入GIS内，精确标注土地的地理位置，分析不同地块的几何定义、性质等要素，分析和表述不同地块的质量差异［1］。使用GIS 进行土地定级估价时，使用者要做好系统维护、土地定级、土地估价3项工作。其中，系统维护主要针对数据进行备份，设置评估区域，管理用户和权限等；土地定级需要实现调查样点数字化，输入调查数据，管理分值图等；土地估价需要设置估价参数，测算样点地价、基本地价，建立宗地地价修正体系等。

2.4 监测土地利用状态

监测土地利用状态主要是利用遥感技术调查分析土地利用情况，如绘制土地利用变更图、对比历史数据与变更后的数据等，为土地利用决策提供信息支持。在土地利用状态监测中，最常用的GIS功能为土地变更分析、土地数据录入、土地数据输出。其中，土地变更分析的应用最为关键，使用者利用GIS 数据库内的资料生成动态监控图，监测数据波动，为土地版图修正提供数据［2］。同时，使用者可以将土地变更图层传入数据库，供其他用户查询，或查找错误数据。

3 GIS在土地资源管理中的应用方式

3.1 采集数据，建立大型数据库

利用GIS 技术建立大型数据库涉及众多学科知识，数据库除具备常规制图功能外，还需进行数据的适时更新与动态管理，以实现土地资源的自动化管理。土地数据是了解土地资源情况的一手资料。我国幅员辽阔，依靠传统的人工检测已不现实，因此需要利用GIS 技术卫星遥感技术建立GIS数据库，适时采集地理数据，从而实现数据的实时共享与更新，其步骤包括获取遥感数据、建立遥感数据库、开展野外GPS调查等，见图1。

图1 GIS土地资源数据库建立与利用流程

大型数据库包括数据输入及编写、数据处理、数据汇总与变更、符号库管理、图形缩编辅助等子系统，此外，还包括数据查询、检索及输出等子系统，可以实现数据的采集、查询、分析等，实现数据利用的最大化。

3.2 三维GIS与动态GIS的同步应用

利用GIS技术建立的数据库能实现数据的有效查询与实时更新。当前，GIS数据库是基于GIS技术建立的软件平台，包括空间数据与属性数据两种数据，其中空间数据是和点线面等地理要素相对应而描述数据的。此外，GIS技术具有统计分析功能，可根据区域、地区等进行年度变化分析及地球成分分析等。利用计算机技术及所构建的海量土地资源数据库也为三维GIS的应用提供了可能性，技术瓶颈是突破二维空间带来的局限，从真三维空间进行问题分析，如矿山、地质、城市景观规划、海洋等方面都需借助三维技术来开展工作；利用3D GIS技术进行土地资源的三维空间分析，在土地管理方面也取得了较好的效果。

动态GIS的技术核心就是把土地数据置于同一时间层面进行土地管理。以土地买卖为例，同一宗土地可能几经易手，多次买卖，难免产生纠纷，在处理纠纷时就可以根据历史数据建立时间轴系统，以多时态显示该宗土地的数据记录、反馈与评价。所以，基于三维GIS技术的土地数据的采集、评价系统的数据是动态的，能更直观地反映土地的实际情况。

4 GIS在土地资源管理中的应用实例

H地区是S省的一个市区，也是区域内的重要交通枢纽。近年来，H地区城市化发展迅速，建设用地面积逐渐达到区域上限，城市发展受到严重阻碍。为进一步协调区域内人地关系，促进城市可持续发展，H地区国土资源管理部门依托GIS 统筹调查和管理区域内的土地资源，重点了解城市内的闲置土地及利用程度不高的土地等，并开发这类土地资源。

4.1 依托GIS进行土地资源全面调研

在以往的土地资源调研中，工作人员主要利用人工操作的方法，周期长、速度慢、开支大、效益低。H地区利用GIS 全面调研区域内的土地资源。第一，利用无人机拍摄航空相片，大范围扫描区域内的土地资源，以扫描分辨率确定航空相片的比例尺并调查成图的比例尺，为后续图片处理提供方便的格式［3］。第二，利用系统定位、导航及测量功能为外业人员调绘提供支持。第三，利用GIS进行内业工作，将调绘成果提供给工作人员，测算土地面积、田坎系数；通过制作坡度图，进行耕地坡度分级，统计和输出表格数据，绘制成果图等。

4.2 评估区域农用地情况

为促进区域农业经济发展，国土资源管理部门利用GIS确定土地类型图，生成土地评价单元图，其中包含土壤信息、土地利用信息。国土资源管理部门还利用GIS获取土地数字高程模型（Digital Elevation Model，DEM）数据，最高可获得分辨率为5 m 的DEM 数据，并通过DEM 数据获取土地坡度、坡向等信息，进一步提高农用土地信息的准确性［4］。此外，利用上述数据对H 区域内的农用土地进行统一管理，建立归一化编辑图形，为土地资源利用提供帮助。

4.3 动态监测土地利用情况

近年来，H地区城市化发展进程不断推进，土地利用信息瞬息万变，如开发闲置土地，推倒旧建筑来建设新建筑。以人工的方式探索土地利用情况难以准确、快速地得出结果，这就加大了土地资源管理的难度［5］。对此，工作人员将GIS 引入土地利用监测系统中，通过计算机自动识别、人机交互识别的方式解释遥感图像，实现对区域内土地资源的全面监测，掌握土地资源变化动态，从而为土地资源管理提供支持。

4.4 应用效果评估

在H 区域的土地资源管理中，应用GIS 能有效改善传统的土地资源管理方式，明显提高土地资源管理效率［6］。同时，在土地资源管理中，依托GIS快速处理遥感图像，定期监测土地动态变化，能大大提高土地调查、评价、规划的准确度，动态化管理土地资源，同时能节省人工成本，改善工作人员的工作环境，推动数字城市建设。

5 GIS用于土地资源管理的趋势

5.1 GIS用于土地资源管理的限制性因素

作为一种先进的数据技术，GIS 技术能为土地资源管理带来极大的便利，但当前该技术的应用仍存在一定限制。一是软硬件不相适应。硬件从研发到投入使用只需花费较短的时间，但软件系统的开发周期则较长，相应的开发费用也较高，二者的不平衡导致软件投入应用后存在一定的不适应性，影响并限制GIS 技术的进一步推广使用。二是数据更新缓慢。尽管GIS技术实现了地理数据的实时更新，但地理数据信息的收集成本高，导致未更新的原始数据信息需要在GIS 系统内停留较长的时间，也使得地理数据系统提供的数据有一定的迟缓性。三是系统质量还需进一步提高。实验室环境下的GIS系统集数据存储、查询与分析于一体，但在实际应用时数据采集与调查技术还有待提高，并且利用GIS 技术进行复杂的数据模拟、分析等功能还有待完善。

5.2 GIS用于土地资源管理的趋势展望

GIS技术的应用推进了地理学科理论知识的深入研究与知识创新，同时学科发展也会反向促进GIS 技术的不断改进，作为一项应用前景广泛的新技术，其在土地资源管理中的应用将更加广泛。一是“3S”技术将成为必然趋势，利用“3S”技术构建空间决策系统，能实现各系统的一体化管理，利用GIS技术提供精准的空间信息，遥感技术（Remote Sensing，RS）提供适时图像信息，由GIS 技术为信息的存储、汇总、分析及处理提供技术保障，可以在土地总体规划、利用调查、动态监测及土地整理等方面发挥作用。二是GIS 系统和专家系统组合构建的智能系统，能解决未来地理空间领域的复杂问题。三是利用“互联网+”GIS 技术构建Web GIS 系统，可以实现信息的空间网络化管理。随着互联网技术的发展，基于网络平台、采取分布式结构的Web GIS系统必将在各领域得到广泛应用，并且利用该技术，人们在网络上可以浏览各种分布式、超媒体特征的地理空间及各类属性数据，能快速地查询与分析空间数据，为决策提供便利。