土地资源利用变更调查中3S技术的应用分析

摘要：针对城乡土地权属登记工作的基本需求，重点研究土地资源利用变更调查中3S技术的应用，结合某土地资源调查项目案例，从基于遥感技术（Remote"Sensing，RS）获取变更图像、基于全球定位技术（Global"Positioning"System，GPS）进行空间定位、基于地理信息技术（Geographic"Information"System，GIS）实现建库管理三方面展开分析，并总结了项目土地资源利用的变更幅度、速度。研究表明：合理应用3S技术，能够客观掌握土地利用动态变化情况，为土地管理和土地规划提供可靠依据。

关键词：3S技术""国土资源""土地变更调查""遥感影像

Application"Analysis"of"3S"Technology"in"Land"Resource"Utilization"Change"Investigation

YUN"Chao

Pingxiang"Land"and"Space"Survey"and"Planning"Institute，"Pingxiang，"Jiangxi"Province，"337000"China

Abstract："In"response"to"the"basic"needs"of"urban"and"rural"land"ownership"registration"work，nbsp;this"paper"focuses"on"the"application"of"3S"technology"in"land"resource"utilization"change"investigation."Combining"with"a"case"study"of"a"land"resource"investigation"project，"this"paper"analyzes"the"changes"in"land"resource"utilization"from"three"aspects："obtaining"change"images"based"on"Remote"Sensing"（RS）"technology，"spatial"positioning"based"on"Global"Positioning"System"（GPS）"technology，"and"database"management"based"on"Geographic"Information"System"（GIS）"technology."and"summarizes"the"magnitude"and"speed"of"land"resource"utilization"changes"in"the"project."The"research"results"indicate"that"the"rational"application"of"3S"technology"can"objectively"grasp"the"dynamic"changes"in"land"use"and"provide"reliable"basis"for"land"management"and"planning.

Key"Words："3S"technology;"Land"resources;"Land"change"investigation;"Remote"sensing"imagery

3S技术是指基于遥感技术（Remote"Sensing，RS）、全球定位技术（Global"Positioning"System，GPS）、地理信息技术（Geographic"Information"System，GIS）3项技术的融合与集成，其中：RS可以通过卫星、飞机等遥感平台，接收地面物体反射或发射的电磁波信号，生成遥感影像，可为土地资源利用变更调查提供实时、动态的数据源；GPS可以通过接收卫星信号实现精确定位和测量，实时记录调查点的位置和属性信息；GIS可以通过整合遥感影像、地形图、土地利用现状图等数据，形成统一的空间数据库，直观展示土地资源利用变更情况[1-2]。上述3项技术共同构成了土地资源利用变更调查的技术体系，能有效降低时间成本，提高调查质量。

1"项目概况

以某土地资源调查项目为例，该项目包含6镇7乡，下设132个村委会，11个居委会，总面积约为1"422.69km²。项目所在区域地势南高北低、西高东低，形成了三面环山的丘陵性盆地。地处亚热带温暖湿润气候区，四季分明，雨量充沛，自然条件较为优越。为准确掌握当地的地利用变化情况，须在以往调查成果的基础上，采用3S技术对土地利用现状进行更新调查，并更新土地调查数据库。

2""3S技术的应用路线

2.1基于RS获取变更图像

2.1.1校正遥感图像

根据本项目调查区域的特点，选择航片制作的数字正射影像图作为遥感数据源，其比例尺为1：10"000。为了保证土地资源利用变更调查的精度，须做好遥感图像校正工作。（1）进行辐射校正，消除太阳高度、地形起伏等因素造成的辐射误差。首先，利用波段运算建立图像的掩膜文件，确认图像中存在无效的数据区。其次，计算大气顶面反射率，其间要进行密度分割，查看亮温分布。设置掩膜波段，查看统计结果，记录最小的DN值，实现相对大气校正，再使用QUAC方法进行快速大气校正。（2）进行几何校正，保证图像上各地物特征与参照系统表达要求保持一致，消除变形问题。利用地面控制点，基于畸变的遥感图因与标准地图的对应同名获取几何畸变模型，进而实现校正。校正后的图像由等间距的网格点组成，符合中心投影的均匀分布规律。（3）空间增强，以提高图像的对比度。本项目主要采用卷积运算法进行空间卷积滤波增强，达到平滑和锐化的效果[3]。

2.1.2融合遥感数据

合成项目所在区域的多源遥感影像数据，以生成比单一信息源，有效消除冗余信息，互补不足，提高影像的空间分解力和清晰度，进而实现准确判断。根据处理层次的差异性，可选用3种融合方法：（1）基于像元级的融合，直接对预处理后的遥感影像在像素单元上进行融合，主要采用代数法、IHS变换、小波变换等；（2）基于特征级的融合，先完成特征提取工作，然后按特征信息对多源数据进行分类、聚集和综合，产生特征矢量后再进行融合，实现了可观的信息压缩，可采用Bayes决策法、神经网络法等；（3）基于决策级的融合，对每一数据进行属性说明或初步分类，基于相应的结果加以融合，具有较强的容错性，可采用表决法、Dempster-Shafter推理法等。本项目选择基于像元级的融合，以最大限度保留原始数据的信息[4]。采用小波变换这种时频分析方法，通过有限持续时间且具有特定频率特性的函数对信号进行分解，合理描述信号在不同尺度和不同时间段的变化特征，其处理流程如下所示。

（1）利用小波函数对原始遥感影像进行多尺度分解，将其分解成不同频率和时间段的子带，包含影像的近似信息和细节信息。

（2）根据项目的应用需求，选择小波系数加权平均融合和替换融合处理分解得到的不同子带。

（3）经过融合处理后的子带，利用小波函数进行重构，得到融合后的遥感影像。该影像包含了各数据源的信息，并实现了信息的优化和互补，使得融合结果更加清晰、自然。

2.1.3提取变更信息

首先，基于项目所在区域在不同时期的遥感影像图，采用ERDASIMAGINE软件对遥感影像进行裁剪、重采样等操作，使其具有相同的空间范围和分辨率。再将多个时相的影像数据加载到软件中，设置合适的图层透明度，进行叠加分析。利用图像差值法、图像比值法等工具提取土地资源利用变化信息，得到变化模板。以便目视判别筛选变化信息位于新建的矢量层上，用矢量线条勾绘变化图斑。其次，参考外业调查、土地利用图等相关资料，综合考虑影像特征、地物类型、时间变化等要素，判断地物类型在时相上的变化区域。最后，以调查区为单位，对变化区内的图斑进行比对筛选，确认发生变化的图斑。沿融合影像的光谱与纹理变异的分界处勾绘边界[5]。本项目中，红色图斑显示未变化，绿色图斑显示变化，并用蓝色描绘图斑边界。

2.2基于GPS进行空间定位

2.2.1外业测量

利用RS技术初步获取变化光斑后，需要利用GPS技术进行外业测量，首先，准备好差分GPS接收机、手持机、测量杆等必要设备，并根据资料信息，在已知精确坐标的点上设立基准站，用于接收卫星信号，并计算误差。其次，在手持机上启动差分定位模式，连接到基准站的数据链。根据土地资源利用变更的调查任务，在实地测量土地界线、特征点等关键数据。通过差分定位，获得高精度的坐标信息。最后，差分GPS接收机会实时记录测量点的坐标信息，工作人员要准确填写外业调查表，将坐标信息、土地界线、地类编码、权属单位等关键数据交代清楚，绘制草图表明图斑变更前后状况，与实地测量数据相对应。审核无误后，对其做归档处理。

2.2.2转换坐标系

本项目的GPS采集坐标属于WGS-84坐标系，而土地利用现状数据库坐标系采用国家大地坐标系，需转换坐标系，保证数据的一致性。常用的转换方法有以下2种。（1）四参数转换，适用于两点间距离小于10"km、椭球参数差异较小的情况。四参数包括2个平移参数（ΔX、ΔY）、1个旋转参数（A）、1个尺度因子（K）。（2）七参数转换，适用于范围大、椭球参数差异较大的情况。七参数包括3个平移参数（ΔX、ΔY、ΔZ）、3个旋转参数（Δα、Δβ、Δγ）、1个尺度因子（K）。在转换时，首先，整合GPS采集的原始坐标数据、土地利用现状数据库的目标坐标系信息、用于转换的公共控制点坐标信息；其次，使用公共控制点坐标，根据七参数法计算转换参数；最后，利用转换参数批量转换GPS采集的原始坐标，得到与土地利用现状数据库坐标系一致的数据，保证精度满足要求。

2.3基于GIS实现建库管理

2.3.1形成土地利用更新图

首先，要启动GIS软件创建新的项目，在项目管理器中，右击“图层”或“数据源”，选择“新建”-“矢量线层”，输入线层的名称、坐标系统等信息，注意新建线层的坐标系统应与原有的土地利用现状数据保持一致；其次，要为矢量线层设置属性结构，包括线型、颜色、宽度等，以及地类代码、权属单位等附加属性字段；再次，找到坐标输入工具，按照收集的变更图斑坐标数据，依次输入每个点的坐标，自动绘制线段，使其能够形成闭合的线环，表示变更图斑的完整边界；最后，将通过RS技术得到的变化图斑数据加载到GIS软件中，让新建的矢量线层和变化图斑图层叠加显示，起到对比作用。仔细比较二者的边界线，确认是否存在偏差，调整后形成新的变更图斑边界线，将其替换到原有的土地利用现状数据中。以其为标准输出更新后的土地利用现状图并作为最终成果。

2.3.2完善空间数据库

通过GIS软件的空间分析功能，分析导入的封闭图斑线，，识别与原有图斑的相交关系，以便进行分割。分割时新生成的图斑边界要与导入的封闭图斑线完全，删除封闭区域内相同的权属单位代码，实现图斑的合并。记录所有发生的图斑分割和合并操作，生成变更文件，并利用拓扑工具检查是否存在裂隙、重叠、错位等错误，并完成修复工作。最后将更新后的图斑数据与权属单位、土地利用类型等数据整合在一起，使其相互关联，形成完整的数据体系。在GIS平台将项目以往的影像图作为底图，矢量化处理影像叠加分析得到的变化图斑，通过边界提取、属性赋值等环节，充分反映变化图斑的特征。然后按照变化零星地类、变化现状地物、变化地类进行编号，导出增量数据包。

3"土地资源利用变更调查结果

3.1土地资源利用变更幅度

结合GIS数据库导出土地资源利用变更调查，其中变化幅度数据如表1所示。项目所在地的农用地总面积减少了1.56%，建设用地总面积增加了31.0%，其他用地减少了0.50%。

3.2土地资源利用变更速度

结合GIS数据库导出土地资源利用变更调查，其中变化速度数据如表2所示。项目所在地的其他建设用地面积年变化率最大，水域用地面积年变化率最小。

4"结语

综上所述，基于某土地资源调查项目案例，对3S技术的应用展开了详细分析。该项目利用RS技术获取了遥感影像变化图斑，利用GPS技术进行外业调查，对变化图斑进行验证和补充，最后利用GIS技术进行数据整合，形成了最新的土地利用更新图。总的来看，项目所在地的耕地、园地、林地、其他农用地和自然保留地面积在不断减少，城乡建设用地、交通水利用地、其他建设用地面积在不断增多。

参考文献

[1] 宋云瑞.三峡库区消落带交错区土地利用及景观变化研究[D].武汉：华中农业大学，2021.

[2] 舒文强，叶胜，陈林，等.基于3S技术的城市边角地公共空间分析研究[J].地理空间信息，2023，21（4）：42-45.

[3] 张华剑，姚劲，张建国.3S技术在县域水利工程用地划界中的应用[J].地理空间信息，2022，20（8）：139-142.

[4] 刘福全，杜崇，韩旭，等.基于3S技术的大庆地区土壤盐渍化时空变化分析[J].灌溉排水学报，2022，41（5）：132-138.

[5] 徐铖龙.基于RS和GIS的土壤侵蚀对土地利用变化的响应研究[D].哈尔滨：黑龙江大学，2021.