利用SPOT-5遥感影像更新土地利用数据库技术的探讨——以黑龙江省望奎县为例

王志 魏丽君

（黑龙江省国土资源勘测规划院，哈尔滨，150056）

摘要：更新土地利用数据库是国土资源信息化建设的重要内容，是为各级土地管理部门的土地利用变更调查、土地规划、耕地保护、建设项目用地管理等提供准确、翔实、现势性的基础数据。本文具体结合黑龙江省望奎县数据库更新的实际情况，着重对利用SPOT－5遥感影像更新土地利用数据库技术所采用的一些新技术、新方法加以阐述，对更新土地利用数据库存在的问题加以分析，并且提出解决问题的办法。

关键词：遥感；土地利用更新；数字正射影像图；“3S”；望奎县；黑龙江省

遥感技术应用始于20 世纪50年代，至今已经历了50 多年的发展。随着遥感卫星技术的进步，遥感影像分辨率得到大幅度的提高，并以速度快、时间短、成本低等许多优势，在国土资源调查方面已被广泛应用。特别是在利用遥感技术快速更新土地利用数据库方面，提供了重要的技术支持。

县级土地管理是整个土地管理的基础，由于近年来经济与社会的高速发展，土地利用基础图件在更新上落后于土地利用状况变化，不能准确、及时地反映土地利用状况。大大阻碍了经济、社会发展的需要。在此背景下，应用遥感技术更新土地利用数据库已迫在眉睫，使用高分辨率遥感数据源，结合 GPS 和 GIS 技术实现土地利用数据库的更新，从而为各级土地管理部门提供准确、翔实、现势性强的土地利用状况信息。为此，本文以黑龙江省望奎县为例，采用 SPOT－5 2.5 m 高分辨率卫星遥感数据为信息源，将制作好的1∶1万遥感数字正射影像图与土地详查矢量数据叠加，通过矢量、栅格结合的方法，辅以专家知识、人机交互提取变化信息，将外业调查后的变化信息属性赋予矢量数据，然后重新建立拓扑关系，生成更新后的土地利用数据库。

1 项目区的基本情况

望奎县是黑龙江省以农业为主的一个县，位于黑龙江省中部，松嫩平原与小兴安岭西南边缘过渡地带。地处东经126°10′23″～126°59′00″，北纬46°32′07″～47°08′24″。东南以克音河、诺敏河、呼兰河三条界河与绥化市、兰西县相邻，西以通肯河为界，与青冈县相望，北与海伦市接壤。全县幅员面积2320km2，南北长约62km，东西宽约60km。

望奎县形状近似平行四边形，由于受小兴安岭余脉的影响，地势东高西低，东西坡降约在千分之一，南北坡降三千分之一左右。最高海拔250.9m，最低点海拔127.8m，绝对高差123.1m，平均海拔167m。地貌类型大体可分三个单元，东部和南部丘陵起伏漫川漫岗，中部过渡地带微有起伏，西部低洼平坦。

2 总体技术路线

利用遥感影像更新土地利用数据库，自动化程度较高，能够及时、真实、客观地反映土地利用状况。因此，利用 SPOT－5 2.5 m 遥感影像来更新望奎县土地利用数据库，与日常采用的变更方法相比，在总体技术路线上，会有一些新的特点。

2.1 影像土地分类采样表的建立

总体上来说，项目区域特点不同，比如山区、丘陵、平原、沙漠等，在遥感影像上反映出的地类表征不同。而且，选择分辨率的高低与影像的时相等各方面，也会影响着遥感影像反映出的地类表征。因此，建立起一个适合本项目区域的影像土地分类采样表对于内业解译、提取变化信息显得非常重要。土地分类采样表也就是影像的解译标志，它是在影像上能直接反映和判别地物信息的影像特征，它是识别地物属性的主要依据，包括形状、大小、图案、色调、纹理、阴影、位置、布局、分辨率等。在望奎县数据库更新项目选取法国 SOPT－5遥感影像，通过野外调查确定和地物间的对应关系，借助有关辅助信息（规划图、地形图等有关资料等），对各类型在影像图上反映的特征做出描述，建立起一套有代表性的影像土地分类采样表，大大方便了内业解译与变化信息提取工作。图1为采样表的一部分。

图1 影像土地分类采样表

2.2 “3S” 集成技术在更新土地利用数据库中的综合应用

“3 S”集成技术是指 RS （Remote Sensing）、GPS （Global Positioning System）、GIS （Geographical Information System）在平行发展的进程中，逐渐综合应用的技术，三者的有机结合，构成了一个一体化信息获取、信息处理、信息应用的技术系统，是一个充分利用各自技术特点的空间技术应用体系，并逐步成为一个实践性和应用性较强的新学科。

一方面，GPS 测量在 SOPT －5 遥感影像制作（几何校正配准）中的应用，在SOPT－5 遥感影像上选取明显地物点，通过外业 GPS 高精度测量来进行影像图的几何纠正，制作 1∶1 万遥感数字正射影像图；另一方面在 GIS 支持下的土地利用更新，包括数据矢量化编辑、叠加、拓扑关系的建立。在望奎县土地利用更新过程中，使用的是国产 GIS 软件，即武汉中地公司开发的 MAPGIS6.5 软件来进行的土地利用数据库的更新工作。

2.3 矢量数据与栅格数据相结合，多种信息提取方法并用

矢量数据主要包括土地利用现状数据库；栅格数据主要包括1∶1 万遥感数字正射影像图和扫描纠正后的土地利用现状图。通过矢量数据和栅格数据对比分析，进行矢量化更新，提取变化信息。信息提取方法包括人工目视解译、计算机自动提取、人工目视解译与计算机自动提取相结合。本次更新中主要采用的是以人工目视解译为主，人机交互式进行土地利用数据库的更新。

2.4 遥感数据与土地利用基础图件相结合

充分利用土地利用现状调查、城镇地籍调查、行政勘界、建设用地批次用地成果、土地整理、复垦成果以及日常变更数据辅助确定土地利用类型与变化情况，减少外业调查工作量，缩短更新土地利用数据库的时间。而且，保证了土地利用类型的准确性。

2.5 内业判读，外业核查的路线

遥感对地观测仅仅反映了地物的光谱特性，即土地覆盖的表征，而土地利用图反映的是土地利用的状况，土地覆盖的变化并非完全代表土地利用的变化。此外，通过人工目视解译提取出来的变化属性信息需要外业调查，如零星地物、线状地物的宽度以及权属等。因此，需要内、外业相结合确定土地利用类型，这样可以保证本次更新的彻底性，做到不重不漏，实现土地利用数据库的全面更新。

3 工作方法

工作方法主要分为四个步骤：①SPOT－5 2.5 m遥感影像处理过程，包括制作1∶1 万遥感数字正射影像图；②内业处理过程，包括变化信息提取、外业前图件制作；③外业调查过程，包括核实变化信息、调查零星地物及线状地物宽度、权属界线等；④土地利用数据库的更新入库过程。工作流程图见图2。

3.1 制作 1∶1 万遥感数字正射影像图

卫星遥感数字正射影像图（Remote Sensing Digital Orthophoto Map，简称RSDOM），是利用卫星遥感获取的具有一定分辨率的全色影像及多光谱影像，经几何纠正及相应的图像处理后生成的影像数据集，它同时具有地图的几何特性和影像特征。本次遥感影像数据源采用的是法国 SPOT－5 2.5 m 全色影像与10 m 多光谱数据卫星数据，其数据分辨率完全满足数据库更新的要求。景宽为60km2×60km2，含云量为零，以整景为单元，利用卫星影像处理软件 ERDAS，将2.5m 全色影像与10m 多光谱数据融合。由于望奎县地势较为平坦，故采用加权乘法的融合方法，其优点是能较好地保留高分辨率图像的纹理信息及多光谱图像的彩色信息，制作卫星遥感数字正射影像图。再利用图像处理软件 photomapper制作1∶1 万数字正射影像图。影像处理技术流程见图3。

3.2 内业处理

利用国产 GIS 软件 MAPGIS6.5，建立工程数据，通过矢量数据与栅格数据相结合的方法，通过遥感影像与土地利用矢量数据对比，人机交互式进行数据库更新。在内业中无法判定的信息，特殊标记出来，在制作外业图件时同时打印出来，以便通过外业调查来核实土地利用变化状况。

图2 数据库更新工作流程图

矢量化更新采集包括：①图形数据的更新采集，采用分层方式进行，分层按《建库标准》要求，主要包括等高线、水系、道路、行政界线、权属界线、地类界、其他带有宽度的线状地物、零星地物、文字注记等，同时根据建库软件的需要，对各主要层次进行细分，以达到不同图形要素可以明显区分，在建库时分别采用；②属性数据的更新采集，严格以外业提供的表格地类属性为准，大部分属性通过分类编码、图层、实体定义加以区分和自动转换，再通过几何图形的相对位置关系确定其权属；③图幅数据的接边工作，接边按照规范所规定的原则将相邻图幅分割开的同一图形对象不同部分拼接成完整对象，接边处理包括图形接边和属性接边，属性接边就是确保相邻图幅接边要素其属性的一致性。

3.3 外业调查

外业调查是获取土地现状信息的关键和基础，如果没有扎实细致的外业调查工作，即使是最新的遥感影像数据，也无法准确地判读。另外，项目涉及的合乡合村权属界线的调查工作，也必须实地调查。外业调查包括行政界线调查、权属界线调查、零星地物调查、线状地物宽度调查、地类调查、调查居民点、用地单位和河流等名称调查等。依据《土地利用更新调查技术规定》及相关技术规定，按照《全国土地分类》（过渡期间适用）三级分类标准，将所有外业调查信息记录在“土地利用更新调查记录手簿”上。

图3 影像处理技术流程图

3.4 土地利用数据库更新

本次更新所采用的数据库软件是爱地土地利用管理信息系统。因此，首先修改数据字典，然后修改分幅索引图数据和行政区索引图数据，最后将准确的入库所需要的文件包括零星地物点文件、线状地物线文件、地类图斑面文件以及图廓整饰注记点文件进行入库，然后进行全县面积的统计汇总、标准格式的分幅土地利用现状图的输出以及各种土地汇总表格的打印。

4 存在问题与解决方法

项目采用 SPOT－5 遥感影像更新土地利用数据库，发挥了遥感影像获取数据速度快、精度高、范围广的特点，既缩短调查时间，又保证调查精度、节省调查费用。但在本次更新调查过程中也发现了一些问题，有待于进一步研究和解决。

4.1 影像处理与精度评定

在 SPOT－5 遥感影像处理方面，影像质量应层次丰富、清晰易读、色调均匀、反差适中。本次项目在影像处理方面虽然满足了工作要求，但在影像质量上还要有所提高，从长远来看，如果选用数据源为美国的快鸟，那么它的分辨率为0.61m，与 SPOT－5 2.5m相比分辨率高出了4 倍多，这对影像处理质量方面要求更高。它不仅直接影响着变化信息的提取，而且还影响着目视解译的准确性。所以应该积累经验，加强在影像处理质量上的提高。

精度评定是对数字正射影像图制作质量的一个评定标准。精度评定采用外业特征控制点实测坐标与其影像同名点图像坐标的较差作为评定参考，可以借助 GPS 在影像上同名地物点上实地测量坐标，与图像坐标进行较差分析，这是利用遥感影像更新土地利用数据库前期的一个重要环节。只有符合国家标准，才可以利用遥感影像来进行更新工作。

4.2 矢量化线状地物的偏移处理与屏幕矢量采集处理问题

通过矢量、栅格数据结合的方法，将土地利用数据库与1∶1 万数字正射影像图套合更新，出现矢量线状地物与同名影像上线状地物偏移的问题。根据国家标准与黑龙江省土地利用更新技术方案要求，在数据库文件与影像套合时，当矢量线条与影像上的同名线状地物偏差大于图上1 mm （相当于 SPOT－5 2.5 m 影像的4个像素）时视为偏移，对偏移的线状地物应进行纠正，如果偏移的线状地物不发生宽度、地类码的变更，可采用线工具中平移、复制等进行纠正处理；如果属性改变，将通过外业调查核实变化信息。

在此基础上，通过影像进行屏幕矢量线状地物偏移处理。与此同时，又涉及到一个屏幕放大倍数的问题，如果在屏幕采集时放大倍数过大，将会出现影像的失真，看不清线状地物的边缘轮廓，影响线状地物的偏移处理位置；但屏幕采集时放大倍数过小，又会出现线状地物偏移处理不完全，过于粗糙，套合不准确。在项目进行时经过多次实验，一致认为参照遥感影像矢量化放大倍数标准为 0.9 倍为宜。这样，既保证了影像的边缘清晰、不失真效果，又保证了线状地物偏移处理的完全性。

4.3 数据库更新的工作量较大

与传统更新方法相比，利用 SPOT－5 遥感影像更新土地利用数据库优势非常的明显。但是由于涉及前期的准备和外业调查工作量依然很大，在前期提取变化信息时，主要还是采用人工目视解译。而且，土地利用数据库还是20世纪90年代初的详查成果，所以提取变化信息数量较大。本次更新项目提取的变化地块近两万块，不仅如此，还要通过外业将提取的变化信息一一核实，并且每一个变化信息都要记录在“土地利用更新调查记录手簿”上。这个工作量也较大，而且有不可避免的人为误差存在。所以，在利用遥感影像更新土地利用数据库同时，应该在此基础上研究探索，寻求更有效的方法在计算机上进行变化信息的提取，减少外业的工作量，提高数据的准确性。

4.4 完善数据质量检查机制，数据库更新进一步规范

数据质量检查贯穿更新土地利用数据库项目的始终，是数据库建设工作中极其重要的组成部分，其工作量占整个建库工作的60%以上，数据质量检查是保障数据库质量的重要工具。质量检查包括计算机逻辑检查和人工检查，主要是针对数据结构和精度进行检查。本次项目中成立三级质量检查机制，有小组自检、一级检查和二级检查，为项目的质量保驾护航。

在项目实施的同时，完全参照国家有关标准和要求以及省级出台的有关规范。但是，在项目进行当中，有些比较细致的工作仍无章可循。所以，在更新土地利用数据库方面还需要进一步规范标准和要求，以便达到数据的共享。

4.5 需要培养一支高素质的土地更新调查队伍

在项目进行的前期，需要对更新土地利用数据库队伍进行强化培训。因为，更新调查质量好坏决定着更新项目的成败；而且，土地更新调查涉及到土地管理、地学、土壤学、农学、测绘学、信息学等多门学科，调查人员必须具备上述各学科的理论知识和应用技能，才能保证土地更新调查的质量。

采用 SOPT－5 遥感影像更新土地利用数据库与传统方法相比，省时快速、减少人力、节约资金、数据准确，保证了更新调查成果质量，为新一轮土地利用总体规划修编、农村集体土地登记发证、基本农田保护、土地开发复垦整理、建设用地审批等提供了准确、翔实的数据。而且，遥感技术的应用将会推动土地变更调查工作自动化和土地资源信息化，大大提高土地利用变更调查数据的准确性和及时性，从根本上解决土地利用现状图的更新问题。

参考文献

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周飞.广西土地利用更新调查数据库建设作业流程及存在问题初探.广西测绘，2005 （2）

刘凤仙，张玮，陈应辉.县级土地利用现状数据库更新的方法探讨.北京：地质出版社，2005

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土地利用调查新技术新方法培训班学习资料.国土资源部干部教育培训中心，2005 （9）

王力，尹君等.基于 RS 和 GIS 的土地利用变更研究.国土资源科技管理，2005 （2）

赵爱华，杨凤海等.“3S”技术在土地生态环境调查中的应用.北京：地质出版社，2005

土地利用更新调查技术规定.国土资源部，2004 （3）

刘顺喜.土地资源调查.北京：当代中国出版社，2006

张定祥 李宪文 刘顺喜

（中国土地勘测规划院，北京，100035）

摘要：在分析阐述国家尺度土地资源信息基本概念、作用、目前获取的方式和存在问题的基础上，提出了满足国家级土地资源宏观管理目标的国家尺度土地资源信息获取及更新的技术难点、技术体系以及工作基础条件。研究表明我国国家尺度土地资源信息获取与更新技术体系建立已经极为迫切，其目标在于建立国家尺度的土地资源调查监测本底库和动态数据库，形成基于多元信息支持下土地利用/覆盖信息获取和动态更新技术体系，为土地资源宏观管理提供更为有效的数据支持。国家尺度土地资源信息获取与更新技术体系各项条件已经具备，该系统建设对国家可持续发展具有战略意义。

关键词：信息获取与更新；国家尺度；土地资源；本底数据库

1 前 言

土地资源信息反映了区域土地利用/覆盖状况，是地学空间信息的重要内容之一，它具有时间尺度和空间尺度特征。不同的管理目标和方式决定了管理所需要土地资源信息空间尺度不同。获取相应尺度的土地资源信息是各级国土资源管理机构进行土地资源管理的基础（见图1）。国家尺度土地资源信息可以理解为反映全国覆盖（或重点区域）、满足国家级决策的土地利用/土地覆盖数据信息，其精度要求1∶10 万～1∶400 万之间，其信息内容可以满足国家级层次土地资源宏观管理对主要土地资源类型，如耕地、建设用地和生态保护用地等重要用地类型的数量、空间分布、质量等级信息的需求。

图1 土地资源管理对数据空间尺度要求

国家尺度土地资源信息获取通常可采取的方法有抽样调查和全面调查方式，执行方式有自上而下调查模式和自下而上模式。中国科学院先后3 次采用TM/ETM＋影像进行了20世纪80年代、90年代中期和21世纪初三个时期的全国土地利用/土地覆盖遥感调查，基本构建了宏观的空间型国家资源环境遥感动态数据库［1～2］。1999年以来，国土资源部开展的50万人口以上城市土地利用动态遥感监测，为土地执法提供了有力保障［3］。以上基于遥感技术的国家级调查均属于自上而下抽样调查方式。目前在国土资源调查管理方面，我国国家级土地资源调查技术体系主体仍然采用自下而上的调查方式，即国家尺度数据由地方各级土地管理机构调查采集加工、然后按县—市—省—国家逐级汇总方式形成。主要代表性的调查有全国土地详查和土地年度变更调查［4－5］。比较而言，自上而下的方式具有调查速度快、成本低的优势，可避免人为造成的数据偏差，但获取数据详细程度有限；自下而上的调查方式可以获得比较全面的数据、但是调查周期长、成本高、调查成果质量受人为影响较大。近年来，随着信息技术的飞速发展，我国在利用“3S”技术获取土地资源信息能力不断增强［6～7］。以土地利用变更调查、县级土地利用建库和城市土地利用动态遥感监测为一体的土地资源信息获取技术体系不断完善，在一定程度上满足了当前国家土地资源宏观管理需求。但是由于我国地域广阔，受经济和技术各方面条件的限制，特别是对土地资源管理国家目标认识不够深入，我国国家尺度土地资源信息获取方面还存在着诸多问题。如权威性的国家尺度土地资源空间信息本底数据库还没有建立，适用于遥感技术信息快速获取的国家尺度土地资源分类标准、信息采集方法研究不够深入，实现耕地监管必须的有效数据全面更新机制更没有提上议事日程，国家土地资源宏观管理所急需的现势性国家尺度土地资源有效信息严重匮乏。

本研究拟在充分利用第一次全国土地资源调查、全国50万人口以上城市土地利用动态遥感监测、土地年度变更调查、县级1∶1万土地利用建库和基础数据更新调查技术方法及数据成果基础上，采用自上而下与自下而上相结合的方式，以中高分辨率遥感影像为基础数据，采取多尺度数据综合、多元数据融合、数据抽样等技术为核心，构建国家尺度土地资源信息获取与快速更新技术体系，实现为土地资源宏观管理提供持续信息和技术支撑的目标。

2 目标与技术难点

2.1 目标

国家尺度土地资源信息获取与更新技术体系建设目标包括建立国家尺度土地资源信息库、形成国家尺度土地资源信息本底数据库构建技术体系和多种技术融合下的国家尺度土地资源数据更新技术体系三个方面。具体内容为：

（1）建立国家尺度土地资源信息库，并实现每5年更新。以多元历史数据为基础，建立以中、高分辨率遥感影像（TM/ETM＋、SPOT、中巴资源卫星等）为主要信息源的国家尺度土地资源信息本底库，并实现2～3年重点区域更新一次，每5年全国范围更新一次。国家尺度土地资源信息本底库内容包括：遥感正射影像数据、土地利用/覆盖矢量数据、行政区划矢量数据、土地利用分区等基础的背景数据，可以满足国家尺度耕地保护、基本农田保护、建设用地监控和生态环境保护需要。

（2）形成国家尺度土地资源信息本底数据库构建技术体系。以1996年结束的全国土地详查资料为基础资料，以该时期的TM、ETM＋、中巴资源卫星和SPOT影像数据为背景，充分利用土地详查资料、“数字国土”工程1∶1万土地利用矢量数据等历史数据和资料。通过数据抽取、数据制图综合、基于知识的信息提取、数据挖掘技术，建立以新的土地利用/覆盖分类为主要内容的矢量数据库和多源遥感正射影像库，形成国家尺度土地资源信息本底数据库构建技术体系。

（3）多种技术融合下的国家尺度土地资源数据更新技术体系。深入研究并运用多时相遥感影像对比分类解译方法［8］、土地利用矢量地类图斑控制下的土地覆盖分类［9］、多时态数据表达、多元数据挖掘和知识发现等关键技术问题，形成基于多种技术融合下的国家尺度土地资源信息更新技术体系，为国家尺度土地资源数据更新提供技术保障。

2.2 技术难点

（1）国家尺度土地资源信息获取与更新技术体系建设目标确定。国家尺度土地资源信息获取的目的不同于各级土地资源管理机构为日常的土地资源管理所开展全面的土地利用调查建库，也不同于以土地执法为目的开展的高分辨率影像城市土地利用动态遥感监测。本研究目的在于构建国家级土地资源信息获取和更新的技术体系，建设国家尺度土地资源信息本底库和动态库，为国土资源部及时掌握耕地、建设用地、生态用地等重要土地资源数量、质量及其分布的状况，为制定土地资源参与国民经济宏观调控政策服务，为中央进行社会经济可持续发展决策服务，为科学研究提供国家尺度土地资源信息。

（2）国家尺度土地资源调查采取的信息分类、精度要求以及成果与相关调查协调。国家尺度土地资源调查信息获取以现代遥感技术为核心，其信息分类原则上尽量满足国家尺度土地资源监管需要，同时充分考虑利用遥感数据源进行土地利用/土地覆盖类型识别能力，扬长避短，减少大量的野外调查核实工作。本研究重点掌握耕地、建设用地、生态用地等重要土地资源的状况，国家尺度土地信息分类原则上侧重于以反映地面覆盖为主要特点的土地利用/地覆盖分类，而不宜采用传统土地利用分类标准。国家尺度土地资源信息精度采用10～30米之间遥感影像为数据源，调查精度1∶10万，全国数据精度1∶50万。国家尺度土地资源调查分类数据与其他土地资源调查保持在耕地、建设用地等重要类型一致性，其他类型仅为参考数据。

（3）本底信息来源与综合信息快速抽取。鉴于本底数据的重要意义，国家尺度土地资源调查信息本底数据可以选择1996年结束的全国土地详查资料为基础资料，充分利用土地详查积累的县级1∶5 万土地利用栅格图、“数字国土”工程1∶1 万土地利用数据建库、已有的TM、ETM＋、SPOT、中巴资源卫星影像数据。通过数据抽取、数据制图综合、基于知识的信息提取、数据挖掘技术，建立以新的土地覆盖分类为主要内容的矢量数据库和多源遥感正射影像库。

（4）利用高分辨率遥感影像进行数据的抽样统计与核查技术。为了提高土地资源信息获取精度，并尽量减少外业调查工作量，国家尺度土地资源信息获取在利用中高分辨率遥感影像解译获取全面的土地利用/覆盖信息后，需要选取一定面积区域作为样带，充分利用城市土地利用动态监测成果—高精度遥感正射影像作为检验标准和数据判读核查纠错的依据，并建立中、高分辨率影像土地利用/覆盖分类数据换算系数。

（5）利用多元信息挖掘技术实现信息的快速更新。利用先期土地利用数据、地形数据、土壤和植被数据，可有效提高土地利用动态遥感监测变化发现和类型识别精度，在实际应用中具有极大的价值。综合应用地学相关的多元背景信息进行数据挖掘，可以实现国家尺度土地资源信息的快速更新。

3 技术路线

本研究技术特点表现在技术综合性和客观有效性两个方面。技术综合性表现为：将综合应用多种遥感数据、县级土地利用数据、全国1∶50万土地利用数据、中科院系统的土地利用数据、全国土地利用变更数据，以遥感技术、多元数据融合、数据抽样统计验证、数据挖掘等为核心技术，形成多学科的土地利用/覆盖信息获取与更新技术体系。客观有效性表现为：以土地利用/覆盖分类为出发点，主要依赖已有知识和信息建立解译标识，分类结果核查主要依靠典型样区高分辨率影像，充分利用动态遥感监测多年积累的大量数据成果，不以野外核查为重点以减少工作量。主要技术路线主要包括五个方面：①国家尺度土地资源信息分类、数据源、调查精度研究；②多元信息支持下的全覆盖土地资源本底信息获得；③利用高分辨力遥感影像对典型样带解译数据进行校验和精度分析；④利用多元信息挖掘技术实现信息的快速更新；⑤综合信息应用与服务。（总体技术路线图见图2）。

图2 多媒体空间数据库系统的结构

4 工作基础和支撑条件

4.1 开展了大规模的土地利用动态遥感监测

我国国土资源系统已经开展了大规模的土地利用动态遥感监测，调查监测的组织方法和工作流程已经日趋成熟和完善。如1996～1997年原国家土地管理局利用TM和SPOT数据，对119个城市的扩展进行了调查监测。从1999年开始，国土资源大调查项目开始利用TM、ETM＋和SPOT数据，每年对全国50万以上人口城市的土地利用变化情况进行了监测。2002年以后，遥感监测项目开始采用高精度的2.5米SPOT影像作为主要遥感数据源，大大提高了遥感监测精度。此外，新一轮国土资源大调查启动了利用SPOT、IKNOS、IRS、Quick-Bird和航空遥感数据，对全国县级土地利用基础图件和数据进行更新工作。2002年国土资源部首先启动了环北京地区资源与生态环境遥感监测工程。该项目采用TM或ETM＋以及SPOT遥感数据，对环北京地区52个县进行了土地利用状况、土地退化状况和生态环境建设状况的监测［10］。以上基于遥感方法的土地利用调查监测实践，为国家尺度土地资源信息获取与更新技术体系建设提供了宝贵经验。

4.2 深入开展了土地资源遥感监测技术研究

我国在土地资源遥感技术研究方面开展了多方面的深入研究。在遥感监测技术研究方面，“土地利用动态监测技术与方法示范研究”创建了利用SPOT与TM遥感数据进行土地利用变化快速监测的产业化技术工艺流程，实现了对具体地块的遥感监测，快速发现土地覆盖/利用变化，发展了用图像图形阵列替代单个控制点的影像纠正和无DEM支持的卫星影像纠正技术，完善了自动化手段与人工目视解译相结合的土地利用变化信息提取方法。在成像光谱技术研究方面，国家863 项目“成像光谱技术在土地动态监测中的应用”，利用成像光谱技术高光谱分辨力的特点可增加土地利用类型识别的程度和精度，研究成像光谱技术对土地类型的识别和土地质量的监测，对土地动态监测的方法有所创新，具有重要理论价值［11］。在县级土地利用/土地覆盖快速建库研究方面，我院技术人员多次参加中国科学院组织的土地利用遥感监测项目，并在典型地区进行了多源遥感数据支持下的县级土地利用/土地覆盖动态建库深入研究［8］，积累了丰富的经验，本项目所需要的技术基本具备，只需进行进一步技术集成。

4.3 为系统建设准备了坚实的数据基础

国土资源大调查项目取得了丰富的数据成果，为国家尺度土地资源信息获取与更新技术系统建设提供了坚实的数据基础。目前，国家级已经完成对2000 多个县的土地详查1∶5 万县级土地利用栅格图库建设，积累大量的原始数据，为国家尺度本底遥感解译提供了翔实的资料。土地利用动态遥感监测项目完成了1999～2004年度土地利用动态遥感监测数据集，取得卫星TM数据700 余景、SPOT1/2/4 卫星数据2300 多景、SPOT5 卫星数据513景、资源2号数据5景、SAR数据6景、航空相片630张；耕地后备资源调查评价项目完成了西部大开发土地资源调查评价数据库和全国耕地后备资源调查评价数据库两个数据库建设任务。土地资源基础图件与数据更新项目完成了广东省佛山市南海区、广州市十区等试点城市的更新数据成果。全国土地利用数据库建设项目取得了1000余县的土地利用数据库成果等。这些数据成果为国家尺度土地资源信息获取与更新技术体系建设奠定了坚实的数据基础。

4.4 基础软硬件系统建设

通过多年努力，国家级土地数据中心的土地数据存储硬件、基础软件（Oracle10 g、Unix）、数据整理整合的GIS软件条件业已基本具备，土地数据存储网络系统已经初步建立，土地数据存储应用管理系统开发即将完成。国家级土地数据中心还积极参与科技部科技技术共享建设，土地数据分中心建设正在进行中，并将成为国土资源科学数据中心的三大分中心之一。近年来，中国土地勘测规划院先后启动了《土地遥感监测数据集成应用》、《土地利用数据质量检查软件》和《土地数据存储管理系统》开发项目，这些软件系统具有数据质量检查、数据整合、集成管理功能模块，可批量地进行数据资源的整合，将为国家尺度土地资源信息获取与信息更新的数据整合集成和信息挖掘提供便利，可大大提高工作效率。

5 应用前景与展望

我国是一个发展中的人口大国，耕地资源减少过快、矿产资源耗竭、能源短缺、生态环境恶化等已经成为影响国家可持续发展的核心问题。为了落实最严格的耕地保护政策，贯彻党中央利用土地资源有效参与国民经济宏观调控的决策，进行国家尺度土地资源信息获取与更新技术体系研究和建设具有很强的现实和长远意义。通过国家尺度土地资源信息获取与更新技术体系建设将改变国家层面对土地资源宏观管理的模式，可为国家利用土地资源进行国民经济宏观调控提供较为准确的客观数据，改变当前国家尺度土地资源空间数据缺乏，耕地监管过度依赖逐级上报的统计数据的被动局面，还可对地方上报数据真实性进行有效评估。在国家有限的持续性资金投入下，将可持续地提供国家宏观决策所需的土地资源信息。国家尺度土地资源信息获取与动态更新技术系统还可提供生态环境保护必须的土地资源生态本底背景条件和动态变化等重要信息，有利于建立人与自然协调发展的经济和社会和谐发展模式。国家尺度土地资源信息还可提供农业、林业、环保、规划等其他部门使用。此外，国家尺度土地资源本底数据和动态数据还是地学、环境、人文等相关领域研究的重要基础数据，可直接参加科学数据共享，为相关科学研究服务。

参考文献

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“3S”系统是GIS,RS,GPS的简称，即地理信息系统、遥感及全球定位系统的总称。作为空间信息处理的这三个技术系统，在空间信息管理中各具特色，均可独立完成自身的功能。同时，它们所能解决的问题之间又有很多关联性，在解决问题的功能上又各自存在着优点和不足。因此三者的结合和集成已成为空间信息系统的发展方向，也是空间科学发展的必然趋势。在“3S”系统中，GIS具有较强的空间查询、分析和综合处理能力，但获取数据困难；RS能高效地获取大面积的区域信息，但受光谱波段的限制，且数据定位及分类精度差；GPS能快速地给出目标的位置，对空间数据的确定具有特殊意义，但本身通常无法给出目标点的地理属性。因此，只有三者结合起来形成一个有机系统，实现各种技术的综合，才能发挥更大的作用。

一、全球定位系统（GPS）

GPS（Global Positioning System）是建立在无线电定位系统、导航系统和定时系统基础上的空间导航系统。它以距离为基本观测量，通过同时对多颗卫星进行伪距离测量来计算接收机的位置。由于测距是在极短时间内完成的，故可实现动态测量。GPS主要由空间导航卫星、地面监控站组和用户设备三部分组成。

1.GPS卫星

GPS卫星由21颗工作卫星和3颗备用卫星组成。工作卫星分布在6个轨道面内，卫星轨道面相对地球赤道面的倾角为55°，每个轨道平面配置3颗卫星，每隔一条轨道平面配备一颗备用卫星，轨道的平均高度约为20200km，卫星运行周期为11小时58分钟。因此，在同一测站上，每天出现的卫星分布图相同，只是每天提前几分钟。每颗卫星对地球的可见面积为地球总面积的38%，每颗卫星每天约有5小时在地平线上。同时位于地平面上的卫星数目最少为4颗，最多为11颗。这样的空间配置，可保证在地球上任何时间、任何地点至少可同时观测到4颗卫星，加上卫星信号的传播和接收不受天气的影响，因此，GPS是一种全球、全天候的连续实时导航定位系统。

2.地面控制系统

GPS的地面监控部分由5个监控站、3个注入站和1个主控站组成。监控站是数据自动采集中心，它包括双频GPS接收机、高精度原子钟、传感器及计算设备，它主要为主控站提供各种观察数据。主控站是系统管理和数据处理的中心，其主要任务是用监控站和本站提供的观测数据计算卫星的星历、卫星钟差和大气延迟修正参数，提供全球定位系统时间基准，并将这些数据传到注入站，调整卫星运行轨道，启动备用卫星等。注入站将主控站推算出的卫星星历、钟差、导航电文等控制指令注入到相应卫星的存储系统，并监测注入信息的正确性。

3.用户设备系统

用户设备系统包括GPS接收机、天线、计算设备和相关软件。用户设备的核心是GPS接收机，以利用定位卫星提供信号来得到位置、时间、运动方向、速度等信息。接收机按功能分为GPS导航接收机和GPS接收机两种，按接收信号方式分并行和串行接收机。并行接收机具有多个信道，每个信道追踪一颗卫星，并解调各信道信号；串行接收机只有一个信道，利用内部切换逐步处理各个卫星信号。

二、“3S”技术

1.GIS与RS的结合

遥感与地理信息系统是近年来迅速发展起来的空间信息获取和处理的新技术，已广泛应用于资源与环境管理各个领域。遥感信息具有周期性、动态性、信息丰富、获取效益高，可直接以数字方式记录传送等特点；GIS（地理信息系统）则是具有高效的空间数据管理和灵活的空间数据综合分析能力的计算机技术系统，二者相结合，既可保证GIS具有高效稳定的信息源，也可以对遥感信息进行实时处理、科学管理和综合分析，实现监测、预测和决策的目的，这是空间技术发展的必然趋势。二者的结合主要有以下方面：

（1）从地理信息系统本身的角度出发，随着其应用领域的开拓和深入，首先要求存储大量的数据，通过不断的积累和延伸，从而具备反映自然历史过程和人为影响的趋势的能力，揭示事物发展的内在规律。但是，地理信息系统数据库几乎只是通过地图数字化建立起来的，用户不能接触到原始资料及其有关信息。

（2）地理信息系统为了保持系统的动态性和现势性，它还要求及时地更新系统中的数据。这是因为一切事物都处在发展变化之中，而地理信息系统中存储的信息只是现实世界的一个静态模型，需要及时、定时地更新。遥感作为一种获取和更新空间数据的强有力手段，能及时地提供准确、综合和大范围内进行动态监测的各种资源与环境数据，因此遥感信息就成为地理信息系统十分重要的信息源，尤其是大范围的以统计为主的地理信息系统。当前遥感的应用也正经历着一场质的转变，它正逐渐从单一的遥感数据的分析应用向多波段、多时相的分析应用过渡，从静态分布向动态过程预测过渡，从定性调查到定量分析过渡。

2.RS与GPS的结合

从GIS的角度看，GPS与RS都可看作为数据源获取系统。然而GPS和RS既分别具有独立的功能，又可以互相补充完善对方，这就是GPS和RS结合的基础。

（1）GPS的精选定位功能克服了RS定位困难的问题。在没有GPS以前，地面同步光谱测量、遥感的几何校正和定位等都是通过地面控制点进行大地测量才能确定，这不但费时费力，而且当无地面控制点时便无法实现，从而严重影响数据实时进入系统。而GPS的快速定位为RS数据实时、快速进入GIS系统提供了可能。也就是说，借助GPS可使RS迅速进入GIS分析系统，保证了RS数据及地面同步监测数据获取的动态配准。

（2）利用RS数据实现GPS定位遥感信息查询。

（3）利用GPS形成的新技术，如GPS气象遥感技术，利用GPS卫星和接收机之间无线电信号在大气电离层和对流层中的延迟时间，可了解电离层中电子浓度和对流层中温度湿度等大气参数及其变化情况。因而目前建立和正在建立的全球许多GPS观测网将是提供大气参数的一个重要新数据源，对天气预报尤其是短期天气预报将发挥巨大作用。

3.GPS与GIS的结合

GPS和GIS的结合，不仅能取长补短使各自的功能得到充分的发挥，而且还能产生许多更高级的功能，从而使GPS和GIS的功能都迈上一个新台阶。

通过GIS系统，可使GPS的定位信息在电子地图上获得实时的、准确的、形象的反映及漫游查询。通常GPS接收机所接收的信号无法输入底图。若从GPS接收机上获取定位信息后，再回到地形图或专题图上查找，核实周围地理属性，该工作十分复杂，而且花费时间长，在技术手段上也是不合理的。如果把GPS的接收机同电子地图相配合，利用实时差分定位技术，加上相应的通信手段组成各种电子导航和监控系统，可广泛用于交通、车船驾驶及科学种田等方面。

GPS可为GIS及时采集、更新或修正数据。例如在外业调查中通过GPS定位得到的数据，输入给电子地图或数据库，可对原有数据进行修正、核实，赋予专题图属性以生成专题图。

三、喀斯特资源与环境研究中的“3S”技术

喀斯特地区自然条件复杂，环境差异特殊，给开发、治理、保护的决策与实施造成极大困难。例如，喀斯特峰丛峡谷和峰丛洼地地区，由于地表破碎、切割幽深、可进入性差，使用遥感技术研究环境现状及其演化趋势甚为必要。高质量的信息能给我们提供资源优化开发、利用与环境保护的基础和依据。因此，提高决策科学化水平的关键在于掌握高质量的信息。利用遥感与地理信息系统这一高新技术建立资源环境信息系统，在知识经济与信息化时代的今天，不仅是在喀斯特地区通过建立人口、资源、环境、经济系统动态监测与评价运行模型，提出在具有喀斯特特色的多目标优化决策理论模式，其经验对全国同类喀斯特地区也有指导意义。

1.喀斯特资源与环境数据库建设

自从20世纪90年代以来，“3S”技术之间的密切结合，共同发展，在全球和区域资源与环境动态监测、趋势预报，重大自然灾害监测预报以及灾情评估与减灾对策，城市经济开发区的规划、开发与管理，全球环境变化等方面发挥了科技的先导作用。“3S”技术在喀斯特资源与环境数据库建设上主要体现在以下几方面：

（1）基本数据库建设，包含了行政区划、交通运输、地形地貌、碳酸盐岩、地势坡度、社会经济、区域人口、民族、交通、城镇以及区域外其他信息等基本数据库。

（2）资源与环境信息系统，首先涉及的内容是资源，在考虑喀斯特资源在自然界中的空间位置、资源的属性、用途、开发利用条件等，对喀斯特地区的不同类型资源建立相应的数据库，如土地资源信息数据库（土壤、水田、旱地、耕地、坡耕地等）、陆地水资源数据库（流域、水系、水量、水质等）、生物资源数据库（森林、灌丛、草地、陆生动物、水生动物等）、气候资源数据库（气温、降水、风力等）、旅游资源数据库（风景名胜区、自然保护区、客源市场等）、矿产资源信息数据库（煤炭、石油、天然气、黑色金属、有色金属、稀土元素及非金属等）。

（3）生态环境数据库建设，如环境条件数据库（地质构造、地貌类型、坡度、降水、气温等）、环境质量数据库（生态环境质量类型，如污染源等）、环境灾害数据库（水土流失、石漠化、滑坡、泥石流等）、环境污染数据库（污染源、污染监测、污染影响等）、环境保护与环境管理等数据库（环境规划、环境治理、生态恢复等）。

2.利用“3S”技术的分析与应用模型

（1）多年遥感数据分析：采用多时相、多波段的遥感数据对喀斯特地区遥感在资源及环境方面的应用与解译方法和模式研究。

（2）地理信息系统的建立与分析：GIS的设计模型、系统的建立、数据库的研究与建立、数据库的发展、计算机辅助制图研究及开放地理信息系统与互 *** 作技术。

（3）“3S”技术的集成研究与应用：各种资源卫星、气象卫星与航空、地面观测、物探数据的复合和分析；解决RS数据、GPS数据与GIS的接口，增强遥感及GPS信息处理分析能力，并反馈用于地理信息系统的更新；向智能化方向发展，改进应用系统的数据管理，提高识别能力与解译水平。

（4）喀斯特资源环境评价预测规划模型：资源环境的控制系统模型、资源环境的数学规划模型、资源环境的开发与分配模型等。

（5）喀斯特资源环境空间决策支持系统：资源环境的空间分布模型、资源环境的持续利用策略、资源环境的总体态势与对策等。

3.“3S”技术在贵州典型喀斯特区域的研究及应用示范

（1）喀斯特地貌与洞穴信息系统研究。贵州喀斯特地貌与洞穴信息系统研究，以“3S”技术为基础的新型空间信息管理系统，将为喀斯特地貌与洞穴数据资料查询、发生分布规律、空间相关关系、潜在资源开发、部门辅助决策和把贵州的洞穴信息走向“信息高速公路”等方面作出重要的贡献，具有重大的理论意义和社会经济价值。该研究是将全贵州的喀斯特地貌与洞穴（群）从整个面上进行计算机统计分析，以1:5万地形图为基础，从发育分布规律方面建立相关信息库，其中包含了洞穴的洞口海拔高程、洞穴长度、发育方向、岩性、水洞的流量以及经纬度坐标等参数。以GIS技术为平台进行数据处理，并采用其相应的集成技术GPS和RS进行洞穴的地址纠正及匹配，提高信息的可靠性，建立一个动态的贵州喀斯特地貌与洞穴信息系统。此外，应用“3S”技术研究喀斯特地貌与洞穴，从统计的角度，从大量的信息资料上研究喀斯特地貌与洞穴的成因（洞穴的形成与水、岩石、地质构造运动有关），洞穴的形成蕴含有大量古气候、古水文地质及构造运动的信息，数理统计分析能更有效地揭示这些信息，为研究贵州地区地质构造运动、河流的下切、侵（溶）蚀喀斯特地貌与洞穴成因提供有力证据。在此基础上，得出洞穴的分布规律及要素间的相关关系，并为贵州喀斯特地貌与洞穴的开发、利用及保护等提出建议。

（2）喀斯特地区水土流失监测系统研究。土壤侵蚀是土地退化的根本原因，也是导致生态环境恶化的重要因素。中国是世界上水土流失最严重的国家之一。近几年来，水土流失状况仍呈加剧趋势，不断出现的洪涝灾害，对水土保持工作提出了更高的要求。在GIS支持下的遥感技术，同时结合GPS野外调查，是目前普遍采用的国内外最先进的大面积水土流失调查、评价方法，可用来了解、掌握水土流失现状，并完善相关的技术方法，为水土流失的防治提供可靠的技术资料。贵州省水土流失监测系统研究是在“3S”技术的支持下完成的贵州省多年水土流失空间分布及分地（市）、县（市）数据库，利用多时相的遥感TM影像对水土流失情况进行解译，可以得出不同年分的水土流失空间分布并预测其发展趋势，特别是在喀斯特地区，地形地貌复杂，水土流失破坏性大，生态环境趋于恶劣，与其他地区相比，在解译和监测上有着较大的特殊性，利用“3S”技术成功地解决了这一难题，为贵州省的水土保持规划及生态环境建设提出了相应的治理对策及合理建议。

（3）喀斯特土地石漠化研究。以完成空间定位的TM卫星影像数据为基础，进行TM卫星影像数据的多光谱信息提取，获得喀斯特地区石漠化的空间分布状况，结合喀斯特地貌分布，对典型区域的石漠化解译结果进行验证，完成喀斯特地貌与土地石漠化的空间分布数据库。喀斯特石漠化状况的研究在贵州已有较长时间，但迄今为止，由于研究条件所限，技术手段不统一等原因，石漠化状况面积、分布等数据不够统一。项目首次采用“3S”作为技术支持，利用多学科结合的优势进行综合性的相关分析，以统一的标准对贵州石漠化现象及成因、对策进行研究，技术方法严密、客观，避免了传统方法进行这类大面积研究中人力物力投入过大、标准难以控制等带来的弊病。对贵州喀斯特地区石漠化问题做专项研究，通过应用多时相（1959年、1979年、1995年）、多波段、多平台的遥感数据，在大量野外GPS技术调查验证的基础上编制研究区域不同年代的喀斯特土地石漠化图；利用GIS对数据资源进行分析、处理，旨在查明贵州喀斯特石漠化的现状、分布及发展趋势，分析土地石漠化的主要原因、发生机制和演变过程。本项研究采用目前最先进的监测、评价技术，以地理信息系统技术为支撑，以遥感资料为主要信息源，同时采用野外GPS调查验证，结合由地形图派生的坡度图，由区域地质图派生出喀斯特与非喀斯特及石山半石山的石漠化背景图。采用植被覆盖、土壤背景、地面坡度等决定石漠化的主要因素，参考降水量、降雨强度等有关因素建立石漠化定量分析模型，应用现代建模技术进行石漠化强度评价和调查制图；结合行政区划，得到全贵州省喀斯特地区各地（市）、县（市）石漠化空间分布图和数据。

（4）喀斯特地区国土资源综合调查与数据库建设：①喀斯特地区林业资源与生态信息数据库建设，以TM遥感影像数据、DEM数据、土地利用数据为基础，建立分布式与集中式相结合的林业资源与生态信息共享数据库，实现属性数据的空间化与网络化共享（数据资源内容包括：林业资源信息，森林资源数据，省级森林资源空间分布数据，森林灾害数据，森林生物多样性数据库，林产市场发展数据等；林业生态环境信息，省、县级生态环境背景数据，重点县生态环境现状数据，生态建设规划属性数据与空间数据，重点生态工程信息数据，资源与生态环境基础数据，常用树种、草种数据等）②喀斯特典型地区国土资源环境信息平台建设及其应用，喀斯特典型地区国土资源环境空间数据库建设，以TM卫星遥感影像为数据源，以地形图为空间定位基础，对TM图像进行空间定位，由人工对定位遥感影像进行解译，获取全省土地利用状况分布空间数据，建立分布式与集中式相结合的国土资源信息共享数据库群；③喀斯特典型地区人口、社会经济数据的空间化及数据库建设，以喀斯特典型地区人口及社会经济统计数据为基础，建立该地区人口、社会经济数据库，利用相关空间数据处理手段，处理这些统计数据，使其能够与其他空间数据，如国土资源调查空间数据，在同一平台上实现有机集成。在此基础上，建立该地区的人口、社会经济数据库。

另外，还可进行自然保护区和风景名胜区信息系统及生物资源信息系统等工作。

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