土地利用動態(tài)監(jiān)測方法

土地利用動態(tài)監(jiān)測技術隨著全球人口的不斷增加，土地資源更加緊缺，人類生存環(huán)境受到了嚴重的威脅。掌握土地利用現(xiàn)狀和變化規(guī)律從而制定正確決策是各國政府追求的目標。在我國，縣級行政區(qū)是土地資源管理的基本行政單元，它的土地利用統(tǒng)計數(shù)據(jù)意義重大。由于傳統(tǒng)土地變更調查方法工期長、誤差大、費用高，給我國實現(xiàn)持續(xù)發(fā)展造成了不利影響。航天遙感(RS:RemoteSensing)技術以其宏觀性、周期性，地理信息系統(tǒng)(GIS:GeographicalInformationSystem)以其對空間數(shù)據(jù)管理的有效性已在“小比例尺、低精度、大范圍、調查性”的資源動態(tài)監(jiān)測工作中得到了廣泛應用，但在以“大比例尺、高精度”為特點的工作中還沒有應用的先例。引入全球定位系統(tǒng)(GPS:GlobalPositioningSystem)，建立3S技術體系進行土地利用動態(tài)監(jiān)測是一個嶄新的思路。人類大規(guī)模的活動與自然資源開發(fā)，已引起全球范圍內生態(tài)環(huán)境的迅速變化，而土地利用變化作為目前全球變化的主要原因之一，對它進行遙感動態(tài)監(jiān)測研究具有突出的現(xiàn)實意義。但是，一方面，目前土地利用遙感動態(tài)監(jiān)測主要使用人機交互判讀的方式發(fā)現(xiàn)變化，或者利用光譜分類的方式提取變化信息。然而目視判讀的方式對判讀人員的要求較高，并且判讀的工作量非常巨大；分類的方法也存在精度不高的問題。這些不足嚴重制約了土地利用遙感動態(tài)監(jiān)測技術的推廣。另一方面，隨著衛(wèi)星分辨率的提高，遙感圖像中空間信息非常突出，如何利用遙感圖像豐富的紋理信息來提高土地利用遙感動態(tài)監(jiān)測的效率與精度，減小對操作人員的要求是值得研究的課題。隨著20世紀70年代以氣候動態(tài)監(jiān)測為開端，大批的地學。生物學、經(jīng)濟學等諸多領域的學者投入對全球變化及其影響的研究工作中。隨著研究的進展，作為引起全球變化的兩大基本人類因素之一的土地利用與土地覆蓋變化在全球變化中所發(fā)揮的作用，引起人們極大的關注，對其研究也進入到了一個新的階段。在土地利用和土地覆蓋變化研究中已經(jīng)采用了多種模擬方法。許多土地利用模擬模型選用統(tǒng)計方法來分析空間數(shù)據(jù)，如在CLUE模型和GEOMOD使用統(tǒng)計方法來分析柵格空間數(shù)據(jù)，這些方法是把研究區(qū)細分為許多柵格單元，用一系列自然和社會經(jīng)濟變量來描述，通過回歸分析選取一系列變量來定量地描述土地利用格局變化。這些變量就是所謂的土地利用變化的驅動力。土地利用變化的動態(tài)信息包括區(qū)域土地利用變化的類型、位置和數(shù)量等信息，特別是耕地。居民點及工礦用地的變化以及閑置土地等。我國已經(jīng)建立對全國重點城市建設用地規(guī)模擴展和耕地變化情況的監(jiān)測體系，分析全國土地利用的變化趨勢和全國年度土地利用平衡面積估計，有重點地核查地方上報的土地變更調查數(shù)據(jù)的真是程度。為實現(xiàn)耕地總量動態(tài)平衡的宏偉目標，必須有計劃地進行土地整理、土地開發(fā)和土地復墾。為保證這些土地管理措施的正確實施及經(jīng)費的合理利用，必須準確地掌握區(qū)域以及全國耕地變化的情況。農業(yè)內部結構調整反映土地利用用途的變化，及時掌握這些信息可為土地利用用途關管制及農用地的管理服務。從以上的論述中可知，由于分辨率和遙感圖像分類準確率等原因，僅僅依靠遙感數(shù)據(jù)尚不能準確獲取土地利用變化信息，滿足不了1:1萬比例尺的動態(tài)監(jiān)測要求。但是利用衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)主動地發(fā)現(xiàn)土地利用類型的變化“靶區(qū)”，卻是十分有用。在傳統(tǒng)的土地管理中，僅靠用地申報數(shù)據(jù)來確定變化，但不能及時、準確地掌握變化的空間位置、屬性和數(shù)量，存在占用土地不報或少報等現(xiàn)象。遙感手段的運用，不僅可主動發(fā)現(xiàn)變化，而且排除了人為干擾。但是，目前常用的衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)的分辨率尚不能滿足1:1萬比例尺的成圖要求，必須運用DGPS精確地獲取變化的數(shù)量信息。由于遙感數(shù)據(jù)和GPS數(shù)據(jù)都是以數(shù)字方式存貯，因此可以十分方便地輸入到GIS系統(tǒng)中，并與土地詳查本底數(shù)據(jù)進行空間分析與集成。綜上所述，我們歸納出基于RS、GIS和GPS集成技術的土地利用動態(tài)監(jiān)測新方法。我國國土幅員廣闊，土地利用動態(tài)性強。遙感(RS)是一種快速獲取地面宏觀信息的技術手段，結合全球定位系統(tǒng)(GPS)以及地理信息系統(tǒng)(GIS)就可以準確、客觀、及時、大面積地得到土地利用現(xiàn)狀信息，為土地利用管理科學制定相應的政策服務。因此，基于“3S”技術的土地利用動態(tài)監(jiān)測方法應運而生。許多單位在這方面做過大量的工作，并取得了不小的成績。這種方法是利用不同時相的遙感影像［1］或不同時相的遙感影像與土地詳查圖，通過人機交互判讀的方式定性地發(fā)現(xiàn)變化的靶區(qū)(Target)，即：變更地塊，再利用GPS實地測出變化的信息。但是這種目視判讀的方式不僅對判讀人員的要求較高，而且判讀的工作量也非常巨大；這兩點嚴重制約了土地利用動態(tài)監(jiān)測技術的推廣。土地利用動態(tài)監(jiān)測面臨的實際情況與一般的遙感監(jiān)測有所不同：土地利用動態(tài)監(jiān)測的實施單位通常具有前一時相的土地利用狀況矢量數(shù)據(jù)。一般來講，以一年為一個土地利用變更調查時段的土地利用狀況變化不會太大，據(jù)統(tǒng)計，在一個土地管理行政區(qū)變化地塊在10%?20%之間。在這一特定的數(shù)據(jù)背景下，使用現(xiàn)勢的高分辨率的遙感數(shù)據(jù)圖像資料，開發(fā)圖像處理與判讀技術，定位定量地自動判定這種用地變更狀況、制作土地利用變更圖件是遙感技術應用于國土資源管理的一個研究課題。土地利用動態(tài)監(jiān)測是土地管理部門的一項重要而繁重的工作，土地利用動態(tài)監(jiān)測的目的就是準確而快速的發(fā)現(xiàn)土地利用狀況的變化并獲取變化的信息。土地利用動態(tài)監(jiān)測傳統(tǒng)的方法受技術條件的限制,只能是利用用地單位的上報、登記數(shù)據(jù)，被動的了解變化,并且獲取數(shù)據(jù)的精度較差。由于傳統(tǒng)的土地管理中只能被動地由用地部門上報用地數(shù)字，存在誤報、漏報的問題，而且對于變化地塊的空間性質不清楚。采用遙感手段則可以主動發(fā)現(xiàn)變化區(qū)域，空間位置一目了然。考慮到目前遙感影像的計算機自動分類的精度不高和充分利用人的經(jīng)驗和知識，采用交互式屏幕數(shù)字化提取變化區(qū)域的方法。具體做法是：將疊加后的圖象顯示在屏幕上，通過人機交互判讀發(fā)現(xiàn)地塊變化，用不同顏色的符號標注出來（包括屬性）。判讀完成后將結果回放輸出，供GPS野外測量使用。在郊區(qū)縣前明鄉(xiāng)的試點證明，用TM遙感影像可以很好地發(fā)現(xiàn)土地利用的變化。該鄉(xiāng)實際變化地塊為106處，通過遙感手段發(fā)現(xiàn)98處，其中有10塊是人工手段難于發(fā)現(xiàn)而借助遙感手段較易發(fā)現(xiàn)。對于面積太小，遙感手段不能發(fā)現(xiàn)的地塊，以用地部門上報數(shù)據(jù)為準。由此，我們得出一個結論，遙感動態(tài)監(jiān)測不僅是土地管理部門的重要工作內容，而且直接關系到區(qū)域國民經(jīng)濟的持續(xù)發(fā)展。傳統(tǒng)的土地利用更新和管理方法不符合信息時代的要求，探索新的方法具有重要意義。從“六.五”以來遙感（RS）和地理信息系統(tǒng)（GIS）技術得到了長足的發(fā)展，全球定位系統(tǒng)（GPS）從1993年以來在各個領域的應用發(fā)展很快。但是如何運用RS、GIS和GPS等高新技術建立大比例尺土地利用動態(tài)監(jiān)測的實用技術，是一個值得進一步研究的課題。通過在XX市郊區(qū)的實驗，基本上建立了基于RS、GIS和GPS技術的土地動態(tài)監(jiān)測新方法。該方法與傳統(tǒng)方法相比較具有以下優(yōu)點。(1)運用遙感可以主動發(fā)現(xiàn)土地利用的變化信息，提取變化地塊的大致區(qū)域；而傳統(tǒng)方法只能被動地由用地單位或個人申報，存在少報和漏報的情況，增加了監(jiān)測的客觀性。此外，運用TM數(shù)據(jù)成本低，能夠較好地發(fā)現(xiàn)變化區(qū)域，尤其是非農業(yè)用地。在XX鄉(xiāng)試點中，全鄉(xiāng)1991年到1998年共有變化地塊106塊，其中通過遙感手段發(fā)現(xiàn)98塊，發(fā)現(xiàn)率為91%。(2)以GPS作為測量工具不僅快速而且精度高，可全天侯作業(yè)，測量操作簡便。拿在XX鄉(xiāng)試點中采用的ProMarkX-CMGPS接收機為例，測量精度在2?5m以內，這是傳統(tǒng)方法無法比擬的。(3)與傳統(tǒng)成圖方式相比，GIS的優(yōu)勢是公認的。最重要的一點是數(shù)字地圖可以十分方便、快捷進行空間分析、綜合、提取和修改。而且成圖周期短、成本低。此外GIS可以在日常地籍管理中發(fā)揮重要的作用，擯棄傳統(tǒng)卡片的管理方式。(4)GPS測量數(shù)據(jù)和遙感數(shù)據(jù)都是以數(shù)字方式存儲，可以直接輸入GIS系統(tǒng)成圖，避免了傳統(tǒng)方法中多次轉繪、清繪帶來的誤差。(5)運用3“S”集成技術可以較好地完成縣級1:10000比例尺的土地資源動態(tài)監(jiān)測工作，為土地變更調查和登記提供了一個新的手段。與傳統(tǒng)方法相比較，不僅提高了數(shù)據(jù)