空间信息技术在土地利用规划中的应用

空间信息技术在土地利用规划中的应用

刘 杰

(吉林省第一测绘院,吉林四平136001)

摘要:空间信息技术是信息技术的一个方面,它与土地利用规划密切相关。为了使空间信息技术在土地利用

规划中发挥更大的作用,本文分别分析了空间信息技术中摄影测量与遥感(RS) 、全球定位系统( GPS)和地理信

息系统(GIS)在土地利用规划中的作用,在此基础上提出了空间信息技术在土地利用规划中的应用前景。

关键词:空间信息技术; 土地利用规划; 摄影测量与遥感(RS) ; 全球定位系统(GPS) ; 地理信息系统(GIS)

0 引 言

人们通过大自然发出的信息了解物质世界的属性和规律,获取与诠释这种信息的能力,使人们能够理解宇宙。信息技术( IT即Information Technology)是指有关信息的收集、识别、提取、变换、存储、传递、处理、检索、检测、分析和利用等的技术。信息技术由四大支柱技术组成:感测技术、通信技术、计算机技术和控制技术。这四项技术正好覆盖了从信息获取、信息传输、信息处理到信息应用的整个过程。

土地利用规划是对一定区域未来土地利用超前性的计划和安排,是依据区域社会经济发展和土地的自然历史特性在时空上进行土地资源合理分配和土地利用协调组织的综合措施。目前,我国已形成了国家级、省级、市(地)级、县(区)级和乡(镇)级五个层次较完整的土地利用总体规划体系。土地利用规划在引导和控制城乡建设集约合理用地、保护耕地、规范土地开发整理等方面发挥了明显的作用。

空间信息技术,是信息技术的一个方面,它是基于计算机技术和网络通信技术的解决与地球空间信息有关的数据获取、存储、传输、管理、分析与应用等问题的信息系统。它包括地理信息系统(Geographic Information System,GIS) 、遥感(Remote Sensing, RS) 、全球定位系统( Global Positioning System, GPS) (简称3S技术)等一切与地理空间定位有关或具有空间特性的信息系统。在宏观战略决策,自然资源的调查、开发与利用,区域与城市规划和管理,自然灾害预测和灾情监控,工程设计、建设与管理,环境监测与治理等诸多方面,空间信息技术都有着十分广泛的应用。在土地利用规划的数据采集、图形制作以及信息管理等各个环节中,空间信息技术为其提供了强有力的技术支撑。

1 摄影测量与遥感( RS)在土地利用规划中的作用

目前,土地开发整理的进程日益加快,为了加强土地产权的有效监督,实现土地利用现状跟踪管理,建立“以图管地”的土地资源管理新机制,传统的模拟土地利用现状图以及相应的土地管理方法,已无法适应当前信息时代的管理模式以及应用需求。摄影测量与遥感(RS) ,可以给土地信息管理系统提供大量的信息,是现代信息社会土地利用现状数据采集、更新和修正的重要手段。

摄影测量从产生到现在,已经经历了模拟摄影测量、解析摄影测量和数字摄影测量三个阶段。随着数字摄影测量的发展,由影像扫描仪、计算机、数字摄影测量软件及相关输出设备构成的数字摄影测量系统(DPS)必将取代传统的光机型测量仪器[ 1 ] 。

遥感(RS)是应用探测仪器,不与探测目标相接触,从远处把目标的电磁波特性记录下来,通过分析,揭示出物体的特性性质及其变化的综合性探测及技术

[ 2 ] 。遥感主要是通过传感器(遥感器)来接收和记录目标物的电磁波信息,如扫描仪、雷达、摄影机、摄像机、辐射计等。遥感图像具有信息量丰富、形象直观、覆盖面广、宏观全面、多波段、多时相、准确等特性。通过遥感图像,可分析土地利用类别、土地空间格局及其动态变化。在数字摄影测量产生之前,我们认为摄影测量主要使用光机仪器,研究被测物体的几何属性;遥感主要使用计算机,研究物体的物理属性。随着计算机技术、空间技术的迅猛发展,摄影测量步入全数字阶段,遥感进入1 m甚至1 m以下的高分辨率和立体观测后,情况发生了根本的变化,两者的距离越来越小。实际上,“摄影测量(包括影像判读) ”与“遥感”这两个不同的名词指的是存在于两个不同时期的相同学科,遥感就是摄影测量学的发展和补充[ 3 ] 。数字摄影测量的问世,使得利用计算机从航空摄影测量或航天遥感图像上获得GIS数据成为可能。它是从数字影像或数字化影像出发,利用计算机对这些数字影像进行处理和加工,以获得建立GIS所需要的信息。

地理信息系统(GIS)基础信息可以简单分成地形信息(任意点的3维坐标) 、图形信息(专题要素基本图形,即点、线、面)及属性信息。因此,我们通过航片可以生成数字高程模型(DEM)为土地信息系统提供地形信息;生成正射影像并继而在正射影像上进行结构信息提取来提供图形信息;通过影像判读和专题分类提供属性信息[ 4 ] 。

遥感信息具有的宏观性、综合性、周期性、详实性、客观性和时空变化多层性,使其成为中小比例尺土地利用现状图编制的重要信息源,主要是用于土地利用总体规划。这是因为卫星遥感影像一般属于2维处理的范围,尽管利用某些卫星遥感图像可以进行高程测量,但目前尚不是主流。卫星影像解释必须与外业调查相结合,否则很难保证解释质量,并且在卫星影像解释中,人为因素影响较大,对作业员的素质要求高。航空摄影像片主要用于大中比例尺影像地图的编制,在土地利用规划中,主要是用作土地开发整理工程、城市规划等的底图。航空摄影测量主要测量地球表面的几何形态,其精度主要取决于影像质量和测量仪器,人为因素影响相对较小,在一定条件下,质量较易控制。

2 全球定位系统( GPS)在土地利用规划中的作用

全球定位系统(GPS)是利用多颗导航卫星的无线电信号,对地球表面某地点进行定位、报时或对地表移动物体进行导航的技术系统。全球定位系统( GPS)主要用于土地利用规划工程中的空间定位,并能辅助摄影测量和遥感测量。目前, GPS辅助的空中三角测量利用少量的几个控制点或仅利用一个控制点(基准站)即可取得厘米级的定位精度,完全可满足大、中比例尺的测图要求。

随着GPS动态定位技术的不断发展以及新型GPS接收机的不断推出使得动态确定载体姿态的技术有了巨大发展,从而大大开拓了GPS在遥感中的应用领域。目前,GPS已与多种传感器(如合成孔径雷达、机载激光断面测量系统等)组合应用,极大地提高了这类传感器的定位与测量精度。

GPS在摄影测量与遥感中的应用归纳起来主要有如下三个方面[ 5 ] :

1) GPS辅助航摄飞行导航,以实现精确定点航摄;

2)高精度动态像机定位,辅助空中三角测量;

3)与其他传感器组合,确定载体的位置、姿态、速度和加速度。

近几年,国内外有关研究人员在上述几个方面的研究中已取得了突破性的进展。其中最重要的一项研究成果既解决了运动中载波相位模糊度这一难题,又克

服了机载动态GPS应用的主要限制因素,极大地推动了GPS在摄影测量与遥感中的实际应用。GPS在遥感摄影测量方面的广泛应用,对土地的利用规划无疑是一个巨大的帮助。

3 地理信息系统( GIS)在土地利用规划中的作用

基于GIS可以建立土地利用空间信息系统,为土地利用规划提供翔实的资料;借助GIS强大的空间分析能力,可以进行规划设计的择优分析,辅助土地利用规划设计。结合规划设计中的各种应用模型,利用GIS的可视化功能,对规划设计的结果进行模拟显示和分析,对进一步完善规划设计提供信息。目前, GIS在土地利用规划领域的应用和发展趋势主要体现以下几个方面[ 6 ] :

1)规划设计分析

现在GIS在土地利用规划设计中已成功运用。如:土地地类适应性评价、地类规划平衡分析、规划技术指标分析、规划道路网分析、规划方案评价等。GIS的技术支持,加大了分析的深度和广度。

2)辅助土地利用规划设计

运用遥感数据和GIS对地理空间信息强大的管理和分析功能,能准确计算农田规模和环境容量,进行有关土地利用规划设计的各项技术经济指标和生态指标分析,完成土地利用规划中的田面平整、基质改良工程量、与周围环境融洽度等指标计算,从而有效确定各地块利用方向,辅助土地利用规划中各项工程的合理选择。运用GIS技术可以极大提高规划的科学性、准确性和工作效率,正确指导规划的编制和具体规划方案设计。

3)规划设计方案虚拟

虚拟GIS具有观察立体细节的能力,土地利用规划设计者通过虚拟GIS能观察房屋、田块、道路、公共设施等各层实际景观,分析出土地利用的各项效益与弊端,结合GIS数据库实时对房屋、田块,道路、公共设施定位,获得规划设计区域的3维图像。利用VR技术建立相应电脑模型,增强了3维GIS的功能,提高土地利用区域的仿真与模拟精度。规划设计者可对土地利用规划设计进行身临其境的感受,由此作出正确评价和筛选,辅助进行形象思维和空间造型。

4 空间信息技术在土地利用规划中的应用前景

国土资源管理现代化和信息化的主要目标是实现“数字国土”。随着科学技术的发展,空间信息的获取技术向着“三多”和“三高”方向发展,即多平台、多传感器、多角度和高空间分辨率、高光谱分辨率、高时相分辨率。

我国人造卫星和载人航天宇宙飞船的发射成功,又为获取空间信息数据提供了新手段。3S集成技术将为土地资源管理提供更现代化的技术手段,可以及时掌握土地信息基础数据、更新数据库;可以对土地资源进行及时动态监测;可以解决复杂的土地资源规划和管理问题;可以实现大范围的资源共享,促进土地资源电子政务的全面建设; Internet与GIS的结合,可以在Web上发布和出版空间数据,为用户提供空间数据浏览、查询、制作专题地图和分析的功能,促进电子地图发展; GIS与专家系统、神经网络的结合,发展智能GIS和专家GIS是解决仅靠传统GIS无法解决的多层次、多因素、非线性变化的复杂地学问题的主要途径。空间信息技术的发展和在土地资源管理中的广泛应用,有利于早日实现“数字国土”的目标[ 7 ] 。

5 结束语

综上所述,空间信息技术为土地规划和利用提供了一整套原始数据采集、存储、管理、查询检索、处理、分析、应用、显示等功能性服务,并具有对原数据、

原文件的自动备份和对数据库属性数据、图形文件的更新功能。不仅可以实现土地信息的实时更新和土地利用的动态监测,而且可以快速提供多种土地利用及规划方案供领导部门选择,为土地资源调查、制图、土地统计、土地利用的动态监测、土地资源分析及评价等提供必要的技术支持。摄影测量、RS、GPS等技术可以进行土地利用动态监测,获得及时可靠的土地利用数据,更新土地利用信息数据库。利用GIS强大的分析和处理功能,可以对土地利用现状进行分析评价,自动生成土地利用现状分析成果库。可以进行土地利用远景规划和利用类型预测,对土地利用结构进行优化和布局制图。GIS与专家系统( ES)相结合可以进行土地的适宜性评价;利用MAPGIS (地图地理信息系统)建立用地管理查询系统。3S集成技术已成为现代空间信息技术发展的必然趋势,将为土地利用规划更好地服务。 参考文献:

[ 1 ] 李德仁. 摄影测量与遥感的现状及发展趋势[ J ]. 武汉测绘科技大学学报, 2000, 25 (1) : 1 - 61

[ 2 ] 梅安新,彭望琭,秦其明,等. 遥感导论[M ]. 北京:高等教育出版社, 20011

[ 3 ] 王之卓. 从测绘学到Geomatics[ J ]. 武汉测绘科技大学学报, 1998, 23

(4) : 294 - 2961

[ 4 ] 李德仁,周月琴,金为铣. 摄影测量与遥感概论[M ]. 北京:测绘出版社, 20011

[ 5 ] 汪凌. GPS在摄影测量与遥感中应用的现状与趋势[ J ].北京测绘, 1996,

(3) : 7 - 101

[ 6 ] 任伟. 土地整理工程规划设计及3S技术应用[ J ]. 国土资源导刊, 2002,

(2) : 53 - 541

[ 7 ] 张世全,曹广阔,张立朝. 空间信息技术在土地资源管理中的应用[ J ]. 河南国土资源, 2006, (1) : 42 - 431