土地利用动态监测方法

土地利用动态监测技术随着全球人口的不断增加，土地资源更加紧缺，人类生存环境受到了严重的威胁。掌握土地利用现状和变化规律从而制定正确决策是各国政府追求的目标。在我国，县级行政区是土地资源管理的基本行政单元，它的土地利用统计数据意义重大。由于传统土地变更调查方法工期长、误差大、费用高，给我国实现持续发展造成了不利影响。航天遥感(RS:RemoteSensing)技术以其宏观性、周期性，地理信息系统(GIS:GeographicalInformationSystem)以其对空间数据管理的有效性已在“小比例尺、低精度、大范围、调查性”的资源动态监测工作中得到了广泛应用，但在以“大比例尺、高精度”为特点的工作中还没有应用的先例。引入全球定位系统(GPS:GlobalPositioningSystem)，建立3S技术体系进行土地利用动态监测是一个崭新的思路。人类大规模的活动与自然资源开发，已引起全球范围内生态环境的迅速变化，而土地利用变化作为目前全球变化的主要原因之一，对它进行遥感动态监测研究具有突出的现实意义。但是，一方面，目前土地利用遥感动态监测主要使用人机交互判读的方式发现变化，或者利用光谱分类的方式提取变化信息。然而目视判读的方式对判读人员的要求较高，并且判读的工作量非常巨大；分类的方法也存在精度不高的问题。这些不足严重制约了土地利用遥感动态监测技术的推广。另一方面，随着卫星分辨率的提高，遥感图像中空间信息非常突出，如何利用遥感图像丰富的纹理信息来提高土地利用遥感动态监测的效率与精度，减小对操作人员的要求是值得研究的课题。随着20世纪70年代以气候动态监测为开端，大批的地学。生物学、经济学等诸多领域的学者投入对全球变化及其影响的研究工作中。随着研究的进展，作为引起全球变化的两大基本人类因素之一的土地利用与土地覆盖变化在全球变化中所发挥的作用，引起人们极大的关注，对其研究也进入到了一个新的阶段。在土地利用和土地覆盖变化研究中已经采用了多种模拟方法。许多土地利用模拟模型选用统计方法来分析空间数据，如在CLUE模型和GEOMOD使用统计方法来分析栅格空间数据，这些方法是把研究区细分为许多栅格单元，用一系列自然和社会经济变量来描述，通过回归分析选取一系列变量来定量地描述土地利用格局变化。这些变量就是所谓的土地利用变化的驱动力。土地利用变化的动态信息包括区域土地利用变化的类型、位置和数量等信息，特别是耕地。居民点及工矿用地的变化以及闲置土地等。我国已经建立对全国重点城市建设用地规模扩展和耕地变化情况的监测体系，分析全国土地利用的变化趋势和全国年度土地利用平衡面积估计，有重点地核查地方上报的土地变更调查数据的真是程度。为实现耕地总量动态平衡的宏伟目标，必须有计划地进行土地整理、土地开发和土地复垦。为保证这些土地管理措施的正确实施及经费的合理利用，必须准确地掌握区域以及全国耕地变化的情况。农业内部结构调整反映土地利用用途的变化，及时掌握这些信息可为土地利用用途关管制及农用地的管理服务。从以上的论述中可知，由于分辨率和遥感图像分类准确率等原因，仅仅依靠遥感数据尚不能准确获取土地利用变化信息，满足不了1:1万比例尺的动态监测要求。但是利用卫星遥感数据主动地发现土地利用类型的变化“靶区”，却是十分有用。在传统的土地管理中，仅靠用地申报数据来确定变化，但不能及时、准确地掌握变化的空间位置、属性和数量，存在占用土地不报或少报等现象。遥感手段的运用，不仅可主动发现变化，而且排除了人为干扰。但是，目前常用的卫星遥感数据的分辨率尚不能满足1:1万比例尺的成图要求，必须运用DGPS精确地获取变化的数量信息。由于遥感数据和GPS数据都是以数字方式存贮，因此可以十分方便地输入到GIS系统中，并与土地详查本底数据进行空间分析与集成。综上所述，我们归纳出基于RS、GIS和GPS集成技术的土地利用动态监测新方法。我国国土幅员广阔，土地利用动态性强。遥感(RS)是一种快速获取地面宏观信息的技术手段，结合全球定位系统(GPS)以及地理信息系统(GIS)就可以准确、客观、及时、大面积地得到土地利用现状信息，为土地利用管理科学制定相应的政策服务。因此，基于“3S”技术的土地利用动态监测方法应运而生。许多单位在这方面做过大量的工作，并取得了不小的成绩。这种方法是利用不同时相的遥感影像［1］或不同时相的遥感影像与土地详查图，通过人机交互判读的方式定性地发现变化的靶区(Target)，即：变更地块，再利用GPS实地测出变化的信息。但是这种目视判读的方式不仅对判读人员的要求较高，而且判读的工作量也非常巨大；这两点严重制约了土地利用动态监测技术的推广。土地利用动态监测面临的实际情况与一般的遥感监测有所不同：土地利用动态监测的实施单位通常具有前一时相的土地利用状况矢量数据。一般来讲，以一年为一个土地利用变更调查时段的土地利用状况变化不会太大，据统计，在一个土地管理行政区变化地块在10%〜20%之间。在这一特定的数据背景下，使用现势的高分辨率的遥感数据图像资料，开发图像处理与判读技术，定位定量地自动判定这种用地变更状况、制作土地利用变更图件是遥感技术应用于国土资源管理的一个研究课题。土地利用动态监测是土地管理部门的一项重要而繁重的工作，土地利用动态监测的目的就是准确而快速的发现土地利用状况的变化并获取变化的信息。土地利用动态监测传统的方法受技术条件的限制,只能是利用用地单位的上报、登记数据，被动的了解变化,并且获取数据的精度较差。由于传统的土地管理中只能被动地由用地部门上报用地数字，存在误报、漏报的问题，而且对于变化地块的空间性质不清楚。采用遥感手段则可以主动发现变化区域，空间位置一目了然。考虑到目前遥感影像的计算机自动分类的精度不高和充分利用人的经验和知识，采用交互式屏幕数字化提取变化区域的方法。具体做法是：将叠加后的图象显示在屏幕上，通过人机交互判读发现地块变化，用不同颜色的符号标注出来（包括属性）。判读完成后将结果回放输出，供GPS野外测量使用。在郊区县前明乡的试点证明，用TM遥感影像可以很好地发现土地利用的变化。该乡实际变化地块为106处，通过遥感手段发现98处，其中有10块是人工手段难于发现而借助遥感手段较易发现。对于面积太小，遥感手段不能发现的地块，以用地部门上报数据为准。由此，我们得出一个结论，遥感动态监测不仅是土地管理部门的重要工作内容，而且直接关系到区域国民经济的持续发展。传统的土地利用更新和管理方法不符合信息时代的要求，探索新的方法具有重要意义。从“六.五”以来遥感（RS）和地理信息系统（GIS）技术得到了长足的发展，全球定位系统（GPS）从1993年以来在各个领域的应用发展很快。但是如何运用RS、GIS和GPS等高新技术建立大比例尺土地利用动态监测的实用技术，是一个值得进一步研究的课题。通过在XX市郊区的实验，基本上建立了基于RS、GIS和GPS技术的土地动态监测新方法。该方法与传统方法相比较具有以下优点。(1)运用遥感可以主动发现土地利用的变化信息，提取变化地块的大致区域；而传统方法只能被动地由用地单位或个人申报，存在少报和漏报的情况，增加了监测的客观性。此外，运用TM数据成本低，能够较好地发现变化区域，尤其是非农业用地。在XX乡试点中，全乡1991年到1998年共有变化地块106块，其中通过遥感手段发现98块，发现率为91%。(2)以GPS作为测量工具不仅快速而且精度高，可全天侯作业，测量操作简便。拿在XX乡试点中采用的ProMarkX-CMGPS接收机为例，测量精度在2〜5m以内，这是传统方法无法比拟的。(3)与传统成图方式相比，GIS的优势是公认的。最重要的一点是数字地图可以十分方便、快捷进行空间分析、综合、提取和修改。而且成图周期短、成本低。此外GIS可以在日常地籍管理中发挥重要的作用，摈弃传统卡片的管理方式。(4)GPS测量数据和遥感数据都是以数字方式存储，可以直接输入GIS系统成图，避免了传统方法中多次转绘、清绘带来的误差。(5)运用3“S”集成技术可以较好地完成县级1:10000比例尺的土地资源动态监测工作，为土地变更调查和登记提供了一个新的手段。与传统方法相比较，不仅提高了数据