“3S”集成技术在农村土地整治动态监测中的应用

孙书伟

（陕西省土地工程建设集团有限责任公司，陕西 西安 710075）

土地整治是缓解耕地占补平衡压力、实现耕地总量动态平衡的重要方式[1]，但随着我国经济迅猛发展，土地资源已越来越不能满足现代社会的发展需求。因此，对宜农未利用地开发是获得新增耕地的有效手段之一，而未利用地种类繁多，利用方式多样，宜耕程度相差较大，准确快速地确定新增耕地地块图斑具有重要的意义。我国学者对土地利用变化调查方法的应用已有大量研究[2-4]，对“3S”集成技术（指遥感技术RS、地理信息系统GIS和全球定位系统GPS的简称）在土地利用动态监测方面的应用也进行了部分探讨。多源遥感获取技术、遥感影像预处理技术、遥感影像分类技术和遥感定量反演模型等技术方法已取得一定的研究进展，而且根据土地整治目标和研究对象侧重点的不同，“3S”集成技术也有不同的应用。

1 “3S”集成技术在土地整治领域中的动态监测及应用

1.1 未利用地开发中的动态监测

张兵等[5]以High-1高分辨率卫星影像为数据来源，并利用ENVI、AutoCAD和ArcGIS软件，提出利用高分辨率遥感影像提取新增耕地、新增道路和新增沟渠信息的方法，该技术对新增耕地、新增道路和新增沟渠的监测比分别达到了88.40%、97.34%和98.26%，该方法对土地整治成果监测具有较高的效率，能够应用于土地整治的监管实践。洪长桥等[6]将MODIS、TM/ETM＋/OLI数据与CASA模型和ESTARFM方法相结合，获取的高时空分辨率结果能较好地分离项目区整治前后的地类特征，对试验区产能动态变化进行细致的观测。另外，结合“3S”集成技术的应用，可对未利用地区域内地物条件、土地利用类型、地形地貌条件以及周边空间地理质量等方面进行较为准确的动态掌握，有利于对拟开发未利用地资源进行有效选取。孙江锋等[7]将“3S”集成技术应用于耕地动态监测，提出了遥感影像解译、耕地变化信息获取和数据库建设等问题的解决方案，并使用济源市2009—2012年耕地变化相关数据进行分析验证，极大地提高了耕地监管技术的信息化水平。孙江锋等[8]将“3S”集成技术与ArcGIS以及Python软件相结合，构建出未利用土地开发项目工具箱，解决了未利用地自动输出、地图高程数据处理及输出、土地开发项目遥感监测等问题，并通过实际应用验证了未利用土地开发项目模块的可操作性。顾铮鸣等[9]利用多旋翼无人机航拍获取高分辨率影像，通过BoW模型构建典型地物样本特征库，对研究区骨干线状基础设施利用状况进行识别解译，研究表明：该技术对研究区田间道路病害和骨干沟渠淤塞情况识别总体分类精度达到80%和70%。范王涛等[10]利用遥感技术与ArcGIS快速完成了土地整治项目选址踏勘、初步规划等任务，极大地提高了工作效率。

1.2 土地复垦与生态修复中的动态监测

土地复垦与生态修复是目前土地整治领域提倡的一项重要措施，“绿水青山就是金山银山”理念也已深入土地整治行业。周妍等[11]使用“3S”技术和地统计学方法，以工矿废弃地复垦土地为对象进行实证研究，制定出内容详实的复垦土地跟踪监测方案，并通过实证检验了该方案的可行性和合理性。李晶等[12]通过遥感时序分析法研究了阿巴拉契亚煤田区土地损毁和复垦过程特征，对露天开采扰动区域、植被恢复区域以及已充分复垦的区域进行了清晰界定。李恒凯等[13]以1990—2016年的HJ-1B CCD、Landsat 5和Landsat 8遥感数据为数据源，利用多源时序NDVI方法对岭北稀土矿区土地毁损与恢复过程进行分析，结果表明：模拟影像与真实影像之间均方根误差较小，该研究能够较好地反映稀土干扰下的土地毁损与恢复过程，快速确定复垦区域及植被未恢复区域。彭玉玲等[14]将德尔菲法、层次分析法与遥感、GIS等技术相结合，进行了工矿废弃地复垦利用相关研究，提出了工矿废弃地复垦利用综合效益评价的研究思路和评价方法。陈书琳等[15]将遥感技术应用于微生物复垦中，取得了一定的成果。近年来，生态整治和生态系统修复也成为土地整治领域要长期面对的一项重要任务，通过对研究区域水文地质条件、土壤理化特性、植被覆盖情况、生物多样性状况进行动态监测以及多时相遥感影像比对可了解生态修复成效，也成为一项有力措施。“3S”集成技术高光谱遥感定量化反演方法、多源-多时相遥感与数字影像处理相结合以及遥感影像解译等方法，在实现重金属元素含量测定、泥石流等矿区灾害监测以及复垦后生物多样性恢复等方面具有显著优势。不仅如此，对复垦区作物种植结构的合理调整，生态安全水平的动态监测，也可以通过“3S”集成技术实现。陈元鹏等[16]提出了基于多源遥感数据开展生态保护修复项目遥感监测，包括基于中高空间分辨率遥感数据的地物信息提取、融合机器学习的非线性混合像元分析、基于混合像元分析的时空融合等。邢容容等[17]利用遥感数据，研究了七里海潟湖湿地类型变化特征，提出了生态修复工程与措施。赵玉灵等[18]利用高空间分辨率遥感数据开展了海南岛东部滨海锆钛砂矿开发占损土地及矿山环境恢复治理状况监测，通过年际对比分析，提出了符合实际的海滨砂矿废弃地生态修复建议。

1.3 生态化土地整治中的动态监测

实现生态化是土地整治工作的终极奋斗目标之一，涉及土地整治工作中生态模式、生态设计、规划方法等方面的研究。中央十七大报告提出了要把生态文明建设放在国家发展的首要位置，要求进一步树立“山水林田湖草”“生命共同体”等理念，但土地整治总体上还处于转型发展阶段，一些不当的土地整治措施对生态景观和人文景观均产生了一定损坏。因此，推动土地整治持续健康发展，生态化土地整治项目是未来土地整治领域的一项重大发展趋势。随着遥感技术空间分辨率、光谱分辨率和时间分辨率不断提高，生态信息源更新速度不断加快且数据量不断增长，传统方法难以快速完成数据处理工作。“3S”集成技术可通过获取区域内景观格局特征，结合生态功能分区，为生态化土地整治提供可靠的数据来源，为生态化土地整治规划提供数据基础和策略方向，而基于遥感影像的景观特征指标，是推动生态化土地整治建设和生态保护协调发展的重要战略要点[19]。单薇等[20]利用多源RS数据与主成分分析法构建RSEI模型，并将其应用于土地整治项目，反演得到湿度、绿度、热度、干度指标以及RSEI指数，实现了对项目区整治过程中生态环境质量变化的监测与分析。曹飞等[21]通过GIS分析法，借助熵权Topsis模型进行生态型土地整治成效评价，极大地丰富了“3S”技术的使用途径。韩已文等[22]以Landsat 8 OLI影像为基础，利用决策树分类实现了沙化土地整治开发过程中的沙漠化监测预警。另外，通过景观特征获取，有机结合影像数据并建立相关的数学模型和评价标准，能够实现土地整治区域内景观格局变化的有效监测。张超等[23]利用高空间分辨率遥感影像，分析了景观形状指数和周长面积分维数，研究提出了土地整治项目建设成效遥感监测和评价方法。田劲松等[24]运用GIS技术和景观生态学理论对土地整理前后的土地利用现状和景观格局变化情况进行了研究，丰富了GIS技术在生态化土地整治中的应用。

2 结语

土地整治是有效改善和提高土地质量以及利用效率的重要方式，传统的土地整治工程手段和目的均较为单一，缺乏必要和有效的监测手段。“3S”集成技术因快速、准确且能够节省大量人力、物力、时间成本，在土地整治动态监测中具有巨大的优势。笔者阐述了“3S”集成技术在土地资源调查与保护、土地复垦与生态修复、未利用地开发及生态化土地整治等方面动态监测中的应用，为进一步提高土地整治动态监测工作成效提供科学依据。