3s技术在土地资源调查中的应用

1.1.1土地资源调查的定义

土地资源调查是以土地资源学的学科知识为基础，用遥感和测绘制图等技术，查清土地资源的类型、数量、质量、空间分布以及它们之间的相互关系和发展变化规律的系列过程。、

1.1.2土地资源调查的重要性

土地资源调查为综合农业区划、土地资源评价、国民经济发展规划的制定以及土地资源的科学管理等，提供了基础资料和科学的依据。

土地资源调查是保障国家粮食安全、统筹城乡发展的重要内容。耕地是粮食生产最重要的物质基础，是农民最基本的生产资料和最基本的生活保障。18亿亩耕地是保证全国人民的最基本的吃饭问题中国作为一个大国虽然拥有960万平方千米的国土面积，但是其中可以使用的耕地面积却只有1/3,开展土地调查可以掌握区域或者国家的耕地数量、质量和分布，在掌握了土地的基本情况以后可以依据一定的法律手段来进行对土地的保护措施以及对农民的基本权益进行维护，同时也为统筹城乡发展提供了依据，为城乡发展的决策做出一定的辅助功能。

土地资源调查为科学规划、合理利用、有效保护提供了依据。在城市规划的过程中，如果缺乏了土地资源调查的成果作为其决策的依据，那么某些决策在提出的时候就会由于缺乏有力的形式依据而显得苍白无力。通过土地资源调查可以清楚的了解即将规划的地区、需要保护的地区的土地利用现状和土地资源质量，只有了解了这些数据才能更客观的更科学的提出相应的有理有据的决策方案。

1.1.3土地资源调查的基本内容

土地资源调查主要分为土地利用调查、土地类型调查、土地质量调查、土地权属调查，由于在具体调查的时候是具有极强的综合性，因此这四种调查之间没有明显的界限，在接下来3s技术的应用的讨论中也将会把他们综合考虑。土地利用现状调查是在全国范围内，为查清土地的利用现状而进行的全面的土地资源普查，也属于基本国情调查。土地利用现状分类与分布状况；境界与土地权属界限；量算行政辖区范围内的土地总面积和各类土地面积；按土地权属单位及行政辖区范围，自下而上逐级汇总土地面积和各类土地面积；编制土地利用现状图、土地权属线图；总结土地利用的经验教训，提出合理利用土地的建议；编写土地利用现状报告，进行土地利用现状调查总结。任务：查清土地的权属、界线及其土地总面积；按土地利用分类，查清各权属单位和行政单位的土地类型、数量、分布及其面积（本调查的重点），故又称土地数量调查。 土地资源质量调查是对土地的自然社会和经济属性，相对于人类需求（生态系统平衡、食物安全、人类健康等）、特定用途（包括农业生产、林业、保护和环境管理等方面）所表现出的效果的优劣程度。主要措施有土地评价其优劣程度。土地资源质量调查的内容要是根据土地评价的需要查清土地质量的性状指标。通过野外实地调查及测定；收集相关学科的调查成果和分析已有的文献资料从而获得土地的可量度或可量测的属性如自然、社会和经济属性。

土地类型调查主要内容查清各种土地类型的数量、质量与空间分布状况； 查明一个地区土地类型的分异规律，揭示土地类型的形成、特性、结构与动态演替规律。调查目的建立土地数据库，为土地利用决策服务；为土地评价服务；为土地利用规划服务；土地科学研究服务；为制定国民经济发展长远规划服务。

土地权属调查需要确定界限，勾绘界限，处理法定界限。权属单位各方同时到场，共同踏勘确认签署意见。若以线状地物为界者应标明线状地物的归属关系。对无争议界线，勾绘界线填写 认可书；对有争 议土地，将各方自认的界线同时在图上标清，并填写缘由书。铁路、公路、水利、工矿等企事业单位具有法律效力权属界线，按证明文件确定的界线量算面

积。

在实际的土地资源调查过程中，往往会将以上的四大部分进行综合统计和调查，在内业处理过程中，由于gis软件中可以进行图层的分化所以可以将以上四部分分层存储，需要的时候可以进行图层的结合。

1.2 简述3S(RS、GIS、GPS)技术 1.2.1遥感技术（RS）概述

\"遥感\"，顾名思义，就是遥远的感知。地球上的每一个物体都在不停的吸收、发射和反射信息和能量。其中的一种形式-电磁波早已经被人们所认识和利用。人们发现不同物体的电磁波特性是不同的。遥感就是根据这个原理来探测地表物体对电磁波的反射和其发射的电磁波，从而提取这些物体的信息，完成远距离识别物体。

1.2.2地理信息系统技术（GIS）概述

与地理位置有关的信息，就叫地理信息。如耕地的分布、林地的分布、城镇的分布、楼房等，只要能用\"位置\"去描述的东西，都属于\"地理信息”。地理信息系统就是一个专门管理地理信息的计算机软件系统，它不但能分门别类、分级分层的去管理上述信息；而且还能将它们进行各种组合、分析、再组合、再分析等；还能查询、检索、修改、输出、更新等。地理信息系统还有一个特殊的\"可视化\"功能，就是通过计算机屏幕把所有的信息逼真地再现到地图或遥感像片上，成为信息可视化工具，清晰直观的表现出信息的规律和分析结果，同时还能动态的在屏幕上监督\"信息\"的变化。

总之，地理信息系统，您可以通俗的理解为信息的\"大管家\"。从上面的叙述中，我们可以看到，整个地理信息系统由计算机、地理信息系统软件、空间数据库、分析应用模型和图形用户界面及系统人员组成。

1.2.3全球定位系统（GPS）概述

全球定位系统是由处于2万公里高度的6个轨道平面中的24颗卫星组成。此系统用于在任何时间，向地球上任何地方的用户提供高精度的位置、速度、时间信息，或给用户提供其邻近者的这种信息。

我们知道，一张像片是没有坐标的，而像片上的信息，特别是遥感图像上的信息，是需要定出位置的，只有 \"有位置的信息\"，才能成为地理信息。那么怎样来给遥感像片确定位置呢？有一种方便、快捷的手段，就是\"全球卫星\"定位系统。该系统是通过太空中的24颗GPS卫星来完成的。只需其中3颗卫星，就能迅速确定您在地球上的位置。您在确定位置时，仅需要一台像手机大小的\"卫星定位仪\"就可以了。这可比传统的测量定位、罗盘定位等先进多了。

1.2.4 3S技术结合

RS、GIS、GPS的结合,实际上是将空间技术、传感器技术、卫星定位与导航技术和计算机技术、通讯技术相结合,实现多学科高度集成的对空间信息进行采集、 处理、管理、分析、表达、传播和应用。目前主要有加拿大卡尔加里大学研制的车载“3S” 集成系统和美国研制的机载/星载“3S” 集成系统。“3S”集成系统可以自动、实时地采集、处理和更新数据,还能够智能化地分析和运用数据,为各种应用提供科学的辅助决策,并能够回答用户提出的各种复杂问题。

3S的整体集成应用更为广泛，相互之间取长补短，功能也更为强大。例如在由GPS+GIS 组成自动导航系统中加入 CCD 摄像机组成移动式测绘系统可用于高速公路、铁路和各种线路的自动监测和管理，也可建立战时现场自动指挥系统。美国的巡航导弹和爱国者导弹上安装了3S集成系统，可以实现自动导航、自动跟踪、自动识别目标，以进行准确的拦截和打击。从目前来看3S集成技术已是必然的发展趋势。

2.1 土地资源调查准备阶段中3S技术的应用 （RS）

2.1.1土地资源调查准备阶段主要工作

土地资源调查准备阶段主要工作是：组织人员、制定计划、资料准备、其他资料收集。其中的资料准备主要要做的是调查地图的制作，而地图底图的准备过程主要是通过RS即遥感技术来实现的。

底图制作，即正射影像图（DOM）的制作是进行地类调查的先行条件，底

图制作的好坏也间接决定了最终土地调查的成果质量精度。底图制作需要满足两个基本条件：一是具有正确的数学基础，即投影方式、坐标系统满足要求，几何精度满足要求；二是图像的可识别能力强。为了满足这两个条件，遥感数据源的选择、几何校正、图像增强等工作必不可少。土地调查的底图制作流程如下：

土地调查底图制作流程

下面分别从一下几个方面讨论RS技术在土地资源调查中应用于地图底图的制作过程： 1.遥感数据源的选择

选择遥感数据源要考虑分辨率、时相、价格、覆盖范围等因素。对于土地调 查工作来说，图像的分辨率是主要的考虑因素。遥感图像的分辨率通常指光谱分 辨率和空间分辨率两种。 2.图像预处理

预处理工作主要包括遥感影像的几何纠正、辐射校正和空间配准。预处理的 质量直接决定了后续工作的质量，从而不同程度地决定了土地调查工作的质量。 1、 辐射校正

辐射校正可以改正由辐射误差而引起的影像畸变

2、几何校正

土地调查工作要求的是精确的量化工作，因此图像的几何精校正工作是必须 的。几何校正是进行图像空间配准的前提条件。

3、空间配准

影像空间配准的目的在于消除由不同传感器得到的影像在拍摄角度、时相及 分辨率等方面的差异。根据融合目的和融合算法，将空间配准的遥感影像数据进行有机合成，得到目标的更准确表示或估计。

3. 图像增强

土地调查所使用的遥感底图不但要求几何精度高，而且对色调、纹理等有较 高的要求。土地调查的目的是为了分清地类的类型，划清各地类之间的界线，色 调接近自然真彩色，这就要求在制作遥感图像时要做好图像增强工作。 用于土地调查工作的图像增强技术主要有图像融合、波谱信息增强和空间信 息增强等几方面。波谱信息增强主要用到的技术有反差扩展和彩色增强；空间信 息增强主要采用边缘增强的方法。 （1）

a、图像融合

在遥感中，数据融合属于一种属性融合，它是将同一地区的多源遥感影像数 据加以智能化合成，产生比单一信息源更精确、更完全、更可靠的估计和判断。 其实质是在统一地理坐标系中将多幅遥感图像采用一定的算法，生成一幅新的、更能有效表示该目标信息的图像。在制作土地调查底图时，图像融合是必不可少的步骤，也是决定成图质量的关键一步。需要注意以下几点：

1、做好图像预处理工作； 2、选择恰当的融合方法；

3、注意融合数据源的选择。

b、融合方法的选择

土地调查工作要求底图制作的色调应该尽量接近自然真彩色，并突出植被的 颜色。不同的遥感数据源特点不同，所以制作的图像色调有一定的差异。这种差 异一方面源于多光谱数据的波段范围不同，另一方面是因为全色的波谱宽度不 同。这些特点决定了融合时不可能采用同一种办法。

波谱信息增强

遥感图像中每个像元的亮度值代表的是该像元中的地物的平均辐射值，称之

为该地物的波谱特征。不同地物之间的亮度值差异以及同一地物在不同波段内的 亮度值差异就构成了波谱特征信息，简称波谱信息。

波谱信息增强对应于每个像元，与像元的空间排列和结构无关，它是对目标 物的光谱特征、像元的对比度、波段间的亮度比进行增强和转换。波谱信息增强 的方法有反差扩展与调整、彩色增强、波段运算法、主成份分析法等。

c、彩色增强

人的视觉对不同的色彩分辨能力远高于灰度的分辨能力，因而彩色增强的技 术在图像处理中广泛应用。要在同一幅图像中同时显示来自多波段的信息更要应 用彩色增强方法。 d、差扩展与调整

反差扩展与调整是一种通过拉伸或扩展图像的亮度数据分布，使之占满整个 动态范围，以达到扩大地物之间亮度差异，分出更多亮度等级的一种处理技术。 （2） 空间信息增强

空间信息增强的作用在于提高边缘灰度值的变化率，使界线更加清晰。空间 信息增强对于土地调查工作的底图制作工作是有积极意义的，在不损失重要信息

的前提下进行空间信息增强可以使地类之间的界线易于识别，同时线状地物也比

较明显，因此进行空间信息增强有利于土地调查工作的顺利进行，但是由于空间 信息增强后线性地物和图斑边界的位置可能有所变化，所以空间信息增强应经过

精度验证后再使用。边缘增强主要是为了补偿传感器系统造成的高频信息损失， 相对地增强不同亮度区域之间界或者线状地物。

2.1.2 RS给土地资源调查带来的优势

(1)大面积的同步观测：

遥感平台越高，视角越宽广，可以同步探测到的地面范围就越广。 (2)时效性：

获得资料的速度快，周期短，时效性强。 (3)数据的综合性和可比性：

获取的数据综合反映了地球上许多自然、人文信息，且数据来源 连续，具有可比性。 (4)经济性：

与传统方法相比具有更高的经济效益和社会效益。

2.2 土地资源调查外业作业中3S技术的应用（主要是RS和GPS技术的应用）

此阶段主要是借助RS技术与GPS技术，通过对资料的分析以及实地调查，查清调查区域的土地质量及利用状况，为业内作业提供依据。

2.2.1外业工作的基本流程与3s技术的应用

1.外业调绘前的准备工作

a.路线勘察。

主要是在当地人员的指引下，借助地形图和遥感图像进行路线勘察，初步了解当地存在的各种地类，并进行社会调查，了解行政界线，确定一条垂直于主要地貌类型的断面线，可以了解较多的土地类型。当在利用遥感影像进行路线勘察时，要充分注意各种土地类型与遥感影像的解译标志之间的关系，如影像的色调、形状、纹理、图形等，以及影像标志所反映的调查地区的一些土地类型，并掌握这些规律以便于室内解译。

b.制定工作分类系统。 在路线勘察、社会调查和阅读分析专业资料的基础上，制定出调查区地类调绘的工作分类系统，及其遥感影像的解译标志（必须注意的是，地类的遥感解译标志必须一致，这样有利于所有的人员统一认识，避免因认识上的差异而出现的误差），并进行系统编码。工作分类系统是野外调绘填图的基础。

c.室内预判。

这是利用遥感影像进行土地资源调查的特殊工序，它主要是利用路线勘察已了解到的一些土地类型和土地利用等不同地物在遥感影像上的表现及其分布规律，在正式外业工作之前，充分利用遥感影像所提供的大量信息，而进行的专业解译，即在遥感影像上用聚脂薄膜绘制调绘草图，解译遥感影像时除了遵循全面观察、综合分析的原则外，还应做到：统筹规划、分区判读，由表及里，循序渐进，去伪存真，静心解译，把握目标物的综合特征，提高解译质量和解译精度。

室内预判包括对航片和卫片的预判，在预判时专业人员要按照一定的顺序，借助于相关的专业工具进行。

2.外业调绘工作阶段

外业调绘工作是整个土地资源调查工作的核心，一定要根据外业规程，边调绘边检查，不得遗漏。调绘工作底图可用地形图，也可用航片、卫片。无论是用地形图还是用航片、卫片作为调绘底图，在调绘前都要先按图幅接合表进行区域分幅，确定作业面积和调绘路线。调绘主要包括四个方面内容：一是当影像上地类界线与实地一致时，将地类界线直接调绘到

调查底图上；二是当影像不清晰、或实地地物与影像不一致时，采用实地测量方法，将地物补测到调查底图上；三是当有设计图、竣工图等有关资料时，可将新增地物的地类界线直接补测在土地利用线状图上，但必须实地核实确认；四是将地物的坐落、权属性质、权属单位、图斑编号、地类编码、耕地类型、线状地物宽度等属性标注在调查底图上。

常用的调绘方法有综合调绘法和全野外调绘法。 全野外调绘法即携带调查底图直接到实地，将影像所反映的地类信息与实地状况一一对照、识别，将各种地类的位置、界线用规定的线划、符号在调查底图上标绘出来，将地物属性标注在调查底图上。最终获得能够反应调查区域内的土地利用状况的原始调查图件和资料，以此作为内业数据库建设的依据。这种调绘方法主要作业都是外业实地进行的。

综合调绘法是内业解译和外业核实、补充调查相结合的调绘方法。首先在室内采用遥感和 GIS 软件直接对影像进行解译，也可以利用已有土地利用数据库与调查底图套合后解译，依据影像对界线进行调整。将能够确认的地类和界线、不能够确认的地类或界线、无法解译的影像等，分别用不同的线划、颜色、注记、符号等形式标绘在调查底图上，然后在实地对内业标绘的地类、界线等内容逐一进行核实、修正或补充调查。将不正确的予以修正，并补测新增加的地物，用规定的符号在调查底图上标绘出来，将地物属性标注在调查底图上。最终获得能够反应调查区域内土地利用状况的原始调查图件和资料，以此作为内业数据库建设的依据。综合调绘法采用了内外业结合的手段，充分发挥了遥感和 GIS 技术的内业优势，精度高又可以节省时间且工作强度较低，适用于影像现势性强、分辨率高、具有影像解译能力和一定调查经验人员使用；全野外调绘工作可以一次性全部完成，精度高但用时较长且工作强度较大，适用于影像分辨率较低、影像现势性不强、影像解译能力较差和调查经验不足的人员使用。

a.外业调绘工作的一般程序

掌握调绘底图的比例尺。用以建立实体地物与其在图上反映之间的比例关系。 确定验证样区。应用遥感影像进行土地资源调查时，要具体根据制图比例尺及其地面复杂程度，以及解译的疑难图斑等按路线分配。

选好站立点。站立点要选在地势高、视野广、前后两次停顿所画的地物能连起来的明显地物点上。调绘时由远及近，由整体到局部，先由明显的地物逐步展开。

确定调绘底图的方位。调绘时，一定要使调绘底图的方位和实地方位一致。

抓住特征地物，并远看近判断相结合，这有利于地物的综合取舍和描绘的准确性。 边调绘地类边检查，不得遗漏和重复。

应用GPS进行地物补测。由于遥感图像的获取时间与进行土地调查的时间有一定的差距，即图象现势性的，因而进行地物的补测工作是必要的。通常采用GPS实地测量的方式进行，常用的方法有直接补测法、简易间接补测法和仪器补测法。

调绘整饰。

填写作业手簿。 b.样区调绘验证

这是应用遥感影像进行土地资源调查与制图时的外业工序。中小比例尺调查是在室内地类判读调绘完成的基础上，根据验证统计的 要求，选择一些有代表性的样区，在野外验证判断地类判对率与界线勾绘的精度。大比例尺制图要对一定样区逐块实地验证。一般对疑难影像也要进行实地验证。

2.2.2 GPS给外业工作带来的优势 .

1.全天候，不受任何天气的影响； .

2.全球覆盖（高达98%）； . 3.七维定点定速定时高精度；

4.快速、省时、高效率；

5.应用广泛、多功能； 6.可移动定位。 .

2.3土地资源调查内业工作中3S技术的应用（GIS为主） 2.3.1一般常规的内业工作按一下步骤进行

1． 转绘工作

通过外业测绘，我们可以获得一个草图，在这个草图上有土地资源调查的所需数据，主要包括土地的质量、分布、利用现状和土地的权属，将这些数据进行整理，再将草图按照一定的需求进行转绘，从而获得有一定规范的专题地图。

2． 量算面积

在转绘好的以地形图为基础的专业图上，本着以图幅为基本控制，分幅进行量算，按面积比例平差，自下而上逐级进行汇总的原则量算地类面积。 3．边图与图面整饰

在量算面积工作结束后，按照一定的 国家或者地方规范要对薄膜分幅图进行整饰，以便进行编图，从而得出更有针对性的分幅图。 4．成果整理

包括清绘出满足出版社要求的出版原图和编写调查报告。

2.3.2现代土地资源调查的内业工作

现代土地资源调查的内业工作都可以用GIS完成。使用地理信息系统进行内业工作可以有以下几步

1.数据的采集

a将外业测绘整饰完毕的专业图通过扫描仪进行数字化，或者直接将已经过图像处理的

遥感影像进行数字化。

b通过外业工作的调查，可以分别获得某地区的土地的数量、质量、类型和权属，在调查过程中可先将调查的信息记录在相应的薄膜纸上， 2.数据处理

将已经进行了数字化的影像或者图像进行矢量化，结合外业调查的结果将各个土地资源属性赋予在确定的地物和地类上，从而获得相应的成果图。

a增添遗漏数据。包括点状地物属性、线状地物属性、地类区划、地类代码和各种矢量线划。

b保证线划完整。包括断线、未连接线、错连接线、自相交等，保证数据拓扑的正确性，以保证在图形造区的过程中可以顺利进行。

c矢量数据位置的编辑。通过移动线上节点来保证矢量数据位置的正确，要保证误差在可容许范围内，而地类代码的位置是建立属性库与矢量库的一个关键，在GIS中，必须保证每个代码落在多边形内，即代码的左下角在多边形内。

d数据逻辑的正确与完整性。其主要是数据分类与分层的正确性，可通过对数据检核后再进行正确编辑。由于GIS的数据可以存放在不同的层次，在可视化过程中可以选择不同的层次进行显示，主要是依据自己需要检索的要求进行不同层次的叠加可视化。这是GIS和传统数据平台的一大优势，传统地图在成图以后就不可以更改它的显示侧重点，如果面面俱到的话会使得图纸显得杂乱无章而且字体密度过大，而GIS可以一图多用，可以按照操作者的意愿来调整。

e矢量数据参数纠正。为了规范数据，必须检查采集后数据的各种参数，如有错误，数量少可逐个改正，数量多可通过统改方式。

f清除多余数据。如微短线，不必要的点等。

通过以上几步不仅将所需的数据进行完整的获取和输入，而且删去了多余的数据，使得GIS平台中的图即达到了数据要求，又避免了一定程度的数据冗余，在可视化过程中更加清晰和简练。

3.建立地方或者国家土地资源数据库。

GIS在土地资源调查中的作用既是数据库，又是工具箱。基于数据库的GIS可以存储空间数据、属性数据，通过空间关系模型将二者连接起来，高效率地存取数据、查询和制图。同时，还可以从数据库中抽取数据，输入到其他模型或空间分析程序中，或者和其他专门调查获得的表状数据相结合，为决策服务。数据库主要需要包括相关地物的点、线、面文件，地物地类的属性。

4.数据分析

数据分析，也就是我们常说的数据处理，主要是指对已有的地理数据库进行空间分析，重点是各种算法，而在本次的土地利用调查中，主要是计算各类土地利用的面积，在建库过程中，我们所统计的多边形的面积不能作为最终的土地面积，在实际计算中，要扣除投影的影响以及地物所占的面积，这就需要对已做好的属性库进行空间量算分析，具体的算法软件中带有。其次是可是化的查询功能，包括地类分布、地类面积、地类类型等，从而等到一些隐性的信息，比如耕地的增加或减少，林地面积的变化，沙地的移动趋势，盐碱地等的变化情况。这些信息不直接存在数据库中，所以有学者把这些信息称为“数据库中的数据”，即需要通过对数据库中数据的整体分析得到新信息的方式，最近也成了一个热门话题。

2.3.3 GIS给土地资源调查带来的主要优势有： 1.改善地图制作。

2.更有效地查询、检索。

3.快速、广泛地获取相关信息，在更大领域探讨多种方案的可能。 4.增强分析能力。

5.便于和公众、非专业人员交流、沟通。

6.提高服务质量，缩短工作周期。

7.可以一图多用，分层提取得出专题地图或者所需要的地物等数据。

2.4土地资源调查检查验收中3S技术的应用

1．外业调绘和补测地物——着重检查各种地类的判别、地类界线的精度线状地物的测量、新增地物的补测等。

2．内业工作——重点检查转绘精度、面积量算精度、成图质量等。

3.小结

土地资源调查关系到我们国家的诸多决策，在国家或者地方性的采取中，土地资源调查提供了重要的依据。3S技术是相对先进的技术，3S技术也是一个有机的整体 , RS用于提供大量实时、动态、快速、廉价的地理信息; GPS用于空间数据快速定位，为遥感数据提供空间坐标，并对遥感数据进行校正和检验; GIS用于对空间数据进行存贮、管理、查询、分析和可视化，将大量抽象的统计数据变成直观的专题图和统计报表等。集 RS、GPS、GIS技术的功能为一体，可构成高度自动化、实时化和智能化的地理信息系统，为各种应用提供科学的决策咨询，以解决用户可能提出的各种复杂问题。

随着时代的推移和技术的发展，3S技术的优势会愈加明显，3S技术在土地资源调查中的广泛应用是大势所趋。