吳祖程

（1.惠州市惠陽區(qū)國土資源測繪隊，廣東 惠州516211）

土地是人類賴以生存和社會賴以發(fā)展的重要資源，其動態(tài)變化反映了人類利用土地進行生產(chǎn)活動的發(fā)展趨勢[1]。近年來，隨著信息技術(shù)，特別是3S技術(shù)的飛速發(fā)展，可以依靠遙感手段主動發(fā)現(xiàn)變化區(qū)域，運用差分GPS技術(shù)精確獲取土地利用變化的數(shù)量和性質(zhì)，采用GIS管理土地利用的圖形和屬性數(shù)據(jù)[2]。GNSS技術(shù)作為3S技術(shù)之一，在土地利用動態(tài)監(jiān)測中提供了快速和精確的空間定位信息服務(wù)。隨著RTK、VRS等新興定位方式與技術(shù)的發(fā)展，伴隨著CORS站、信標(biāo)站等定位服務(wù)系統(tǒng)的完善，使得GNSS的空間定位信息服務(wù)更加靈活、精確。因而，在土地利用動態(tài)監(jiān)測中，GNSS技術(shù)作為主要的空間定位服務(wù)技術(shù)，與常規(guī)土地變更調(diào)查相比，可以大大提高調(diào)查的精度、效率和實時性。同時，GNSS定位數(shù)據(jù)本身可以和GIS系統(tǒng)進行很好的轉(zhuǎn)換，結(jié)合GIS和RS，可以更好地實現(xiàn)土地利用的動態(tài)監(jiān)測及數(shù)據(jù)庫更新。

1 適宜性分析

1.1 GNSS的發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢

GNSS全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)誕生于20世紀(jì)80年代初，是一個包含GPS、GLONASS、COMPASS和GALILEO在內(nèi)的綜合衛(wèi)星星座系統(tǒng)，可在全球范圍內(nèi)為民用用戶提供全天候、全天時的實時導(dǎo)航定位和定時服務(wù)。隨著衛(wèi)星定位導(dǎo)航技術(shù)與現(xiàn)代通信技術(shù)相結(jié)合，GNSS技術(shù)開創(chuàng)了以導(dǎo)航衛(wèi)星為動態(tài)參考點的空基無線電導(dǎo)航定位技術(shù)的新時代，將測繪定位技術(shù)從陸地和近海擴展到整個海洋和外層空間，從靜態(tài)擴展到動態(tài)，從單點定位擴展到局部與廣域差分，從后處理擴展到實時定位與導(dǎo)航，絕對和相對精度擴展到m級、cm級乃至亞mm級，從而大大拓寬了應(yīng)用范圍。

1.2 GNSS在土地利用動態(tài)監(jiān)測中的應(yīng)用

隨著GNSS技術(shù)的發(fā)展，伴隨著DGPS技術(shù)的進步和局域差分GPS系統(tǒng)的逐步建立，GNSS三維空間定位的高精度、快速度、全天候等作業(yè)特點使其成為獲取現(xiàn)勢空間數(shù)據(jù)的重要手段，并廣泛應(yīng)用于土地資源調(diào)查和空間定位數(shù)據(jù)的采集。主要表現(xiàn)在以下幾個方面：

1）土地利用變更調(diào)查。RS作為土地利用變更調(diào)查的主要數(shù)據(jù)來源，可以反映調(diào)查區(qū)域土地利用的現(xiàn)狀情況。然而，對于小面積的或突發(fā)的有較大影響的變化，RS技術(shù)手段或沒有必要，或反映不出來[3]。這時，就可以用GNSS技術(shù)方便地獲取變化區(qū)域的數(shù)據(jù)，不僅起到對遙感成果野外定位量化的作用，而且是一種獨立的數(shù)據(jù)源[4]。

在利用GPS進行土地利用變更調(diào)查中，選擇合適的GPS機型和測量模式，其測量精度可滿足不同應(yīng)用層次的精度要求。當(dāng)采用RTK或網(wǎng)絡(luò)RTK的數(shù)據(jù)采集方式時，可方便、靈活地得到高精度的土地利用變更數(shù)據(jù)，其精度可達cm級。此外，GPS測量數(shù)據(jù)可直接用于GIS系統(tǒng)，避免了傳統(tǒng)方法多次轉(zhuǎn)繪、清繪帶來的誤差。

2）土地利用執(zhí)法監(jiān)察。相對于土地利用變更調(diào)查，土地利用執(zhí)法監(jiān)察對土地利用動態(tài)監(jiān)測的時效性要求更高。由于我國正處在經(jīng)濟社會轉(zhuǎn)型時期，經(jīng)濟活躍，土地利用變化時刻存在，包括合法的變化也包括非法的變化，土地執(zhí)法監(jiān)察人員通過野外巡查發(fā)現(xiàn)土地利用變化時，需要及時提供變化圖斑的空間位置和范圍。

隨著GNSS和計算機技術(shù)的發(fā)展，手持GPS在土地利用野外調(diào)查中呈現(xiàn)良好的發(fā)展態(tài)勢。GPS/PDA技術(shù)是一項集GPS、GIS和PDA于一體的土地調(diào)查新技術(shù),可以實現(xiàn)快速實測更新GIS數(shù)據(jù)[5]。利用PDA可滿足野外土地變更調(diào)查數(shù)據(jù)存貯及連續(xù)工作的要求，實現(xiàn)土地利用圖件的實時更新。同時，將GPS與DC集成到PDA上，利用GPS實現(xiàn)變更圖斑的測量，解決了變更區(qū)域大、形狀不規(guī)則、周邊沒有明顯地物或控制點不足情況下需布設(shè)控制點進行補測的問題，精度依要求可達m級或亞m級。利用手持GPS集成的DC對野外實景進行拍攝，可作為土地執(zhí)法監(jiān)察的行政執(zhí)法依據(jù)。

1.3 GNSS、RS及攝影測量技術(shù)的比較

RS和攝影測量技術(shù)構(gòu)成了土地利用現(xiàn)狀信息的主要數(shù)據(jù)來源，是土地利用動態(tài)監(jiān)測的有力工具。隨著傳感器空間及時間分辨率的不斷提高，基于RS本身宏觀和大尺度的特點，其反映地物的能力也越來越強。因而，在土地利用動態(tài)監(jiān)測中，遙感數(shù)據(jù)的獲取、處理，很大程度上是獲得土地利用現(xiàn)狀信息的主要渠道。結(jié)合RS和攝影測量的基本原理，利用所得的相片來研究和確定被攝物體形狀、大小、位置、屬性等相互關(guān)系。通俗來講，RS和攝影測量就是要解決測量目標(biāo)在哪里和是什么這2個基本屬性[6]。然而，該方法只能確定地類的相關(guān)位置，對于地類屬性的判別，往往采用人工解譯。對于不確定的或變化地類，仍然需要通過實地考查來準(zhǔn)確獲取地物的地類信息及其范圍。另一方面，由于RS和攝影測量技術(shù)只能分年度或在相隔較長的一個時間段才能運用，而土地利用變化是時刻存在的，相對于土地利用變化RS和攝影測量技術(shù)有長達半年甚至數(shù)年的滯后性。

針對RS和攝影測量在地類判別和實時性上的不足，GNSS憑借其高精準(zhǔn)、實時快速定位的特點，越來越多地應(yīng)用于土地利用動態(tài)監(jiān)測中。同時，伴隨著GPS/PDA技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，實時動態(tài)地收集和存儲地類屬性信息已經(jīng)容易實現(xiàn)。在基于GNSS實時測定變化區(qū)域的封閉邊界的基礎(chǔ)上，采集位置及屬性信息實時存入PDA中，進行存儲和編輯。因此，從土地利用動態(tài)監(jiān)測的數(shù)據(jù)源來說，RS和攝影測量是較大范圍的數(shù)據(jù)獲取方式。而基于GNSS的GPS定位方法，作為RS技術(shù)的輔助定位手段及獨立的數(shù)據(jù)源，很好地解決了小區(qū)域變化范圍及地類屬性數(shù)據(jù)獲取的問題。GNSS與RS的結(jié)合，很好地解決了RS在土地利用動態(tài)監(jiān)測中的不足，實現(xiàn)了從宏觀到微觀尺度對土地利用現(xiàn)狀數(shù)據(jù)的采集和處理。

綜上所述，由于GNSS在空間定位和實時性、準(zhǔn)確性上的優(yōu)勢，其已經(jīng)成為土地利用動態(tài)監(jiān)測在基于RS技術(shù)和攝影測量技術(shù)的土地利用現(xiàn)狀信息的主數(shù)據(jù)源之外的必要補充技術(shù)，是提高土地利用動態(tài)監(jiān)測的精度、準(zhǔn)確度和實時性的必要技術(shù)手段。

2 作業(yè)方法

GNSS測量模式可分為靜態(tài)測量和動態(tài)測量。其中動態(tài)測量又可分為準(zhǔn)動態(tài)測量和實時動態(tài)測量。在土地利用動態(tài)監(jiān)測中，往往采用實時動態(tài)測量模式，即DGPS和RTK模式。

實時動態(tài)測量是一種實時得到高精度測量結(jié)果的測量模式。其具體方法是：在一個已知測站上架設(shè)GPS基準(zhǔn)站接收機和數(shù)據(jù)鏈，連續(xù)跟蹤所有可見衛(wèi)星，并通過數(shù)據(jù)鏈向移動站發(fā)送數(shù)據(jù)。移動站通過數(shù)據(jù)鏈接收基準(zhǔn)站發(fā)射來的數(shù)據(jù)，并在線進行處理，從而得到實時的高精度位置。

基于3S技術(shù)的土地利用動態(tài)監(jiān)測及數(shù)據(jù)庫更新的總體技術(shù)路線由3部分組成，分別是遙感變化監(jiān)測或土地執(zhí)法監(jiān)察野外巡查、外業(yè)調(diào)繪及確界和土地利用數(shù)據(jù)庫更新。雖然遙感數(shù)據(jù)給我們提供了較為準(zhǔn)確和方便的參考基礎(chǔ)，但并不能完全如實地反映土地利用現(xiàn)狀。通過遙感圖像變化檢測或者土地執(zhí)法監(jiān)察野外巡查發(fā)現(xiàn)可疑圖斑之后，往往需要借助GNSS來確定變化區(qū)域的確切坐標(biāo)和輪廓，并實地核對地類屬性，確定變化區(qū)域和圖譜信息。其具體技術(shù)流程見圖1。

圖1 外業(yè)調(diào)繪技術(shù)路線圖

在土地利用動態(tài)監(jiān)測中，GNSS技術(shù)作用環(huán)節(jié)主要是外業(yè)調(diào)繪驗證，包括基準(zhǔn)站的建立、流動站的數(shù)據(jù)采集、變化圖斑邊界確認及屬性采集、GPS坐標(biāo)轉(zhuǎn)換及差分處理等。

3 主要成果及技術(shù)特點

實踐證明，通過3S技術(shù)對實驗區(qū)進行土地利用動態(tài)監(jiān)測，其各項精度和技術(shù)要求均滿足當(dāng)?shù)赝恋乩米兏{(diào)查的技術(shù)規(guī)范。主要表現(xiàn)在：

1）基于GNSS技術(shù)，能很好地實地判定變化地類，實測變化區(qū)域及確定地類屬性，GPS測量數(shù)據(jù)可直接反映在GIS的圖形界面上。利用此項技術(shù)可以實現(xiàn)基于RS和攝影測量技術(shù)的土地利用變更調(diào)查數(shù)據(jù)的精化，一方面提高圖斑空間地理位置、邊界的精度；另一方面可以提高圖斑地類判別的準(zhǔn)確性。變化后的圖斑結(jié)果如圖2所示。

圖2 GNSS實測的變化區(qū)域結(jié)果圖

2）利用手持GPS(GPSPDA)空間定位、數(shù)據(jù)存儲、便攜性的優(yōu)勢，結(jié)合互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，建立土地利用執(zhí)法監(jiān)察動態(tài)巡查系統(tǒng)。以土地利用數(shù)據(jù)庫為平臺和管理中心，手持GPS集成3G通信功能，內(nèi)置SIM卡插槽，直接插入手機卡，就可以實現(xiàn)管理中心與移動手持GPS終端的通訊，實時將手持GPS的地理位置傳回管理中心。土地利用執(zhí)法監(jiān)察野外巡查人員配備手持GPS，實時定位并通過互聯(lián)網(wǎng)傳回管理中心，可以直觀地反映野外巡查的路徑、范圍，便于土地利用執(zhí)法監(jiān)察野外巡查路線的規(guī)劃和工作監(jiān)管。野外巡查人員發(fā)現(xiàn)土地利用變化或者違法用地行為，可以直接利用手持GPS測定圖斑范圍并利用DC拍攝標(biāo)有坐標(biāo)和時間的照片直接通過3G網(wǎng)絡(luò)傳回管理中心，變化圖斑可以實時地顯示在土地利用數(shù)據(jù)平臺上，及時判定變化圖斑的合法性，合法圖斑加入數(shù)據(jù)庫可以作為土地利用動態(tài)監(jiān)測內(nèi)容，非法圖斑可以由土地執(zhí)法監(jiān)察部門立案查處，大大提高了土地利用執(zhí)法監(jiān)察的效率和準(zhǔn)確性。

從空間定位服務(wù)的角度，GNSS技術(shù)引入土地利用動態(tài)監(jiān)測后，使得傳統(tǒng)的手工作業(yè)方式產(chǎn)生了質(zhì)的飛躍，數(shù)據(jù)采集精度更高、即時性更好，可選用的定位方式靈活多樣，保證了數(shù)據(jù)的客觀性和準(zhǔn)確性。此外，調(diào)查過程中的數(shù)字化和信息化，不僅大大簡化了數(shù)據(jù)記錄、整理、錄入的工作，而且還提高了調(diào)查的精度和數(shù)據(jù)采集的客觀性。同時，外業(yè)作業(yè)方式的改變，加快了土地利用動態(tài)監(jiān)測各個環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)流動，保證了土地變更信息的現(xiàn)勢性，實現(xiàn)土地利用的動態(tài)監(jiān)測，為城市土地的使用、規(guī)劃、設(shè)計提供客觀實時的數(shù)據(jù)，并可在此基礎(chǔ)上開展土地資源的動態(tài)監(jiān)測、土地分等定級、耕地保護、土地利用評價等。

4 結(jié) 語

土地利用動態(tài)監(jiān)測是一項技術(shù)性、政策性、法律性較強的工作。GNSS技術(shù)的引入為開展土地利用動態(tài)監(jiān)測、更新土地利用數(shù)據(jù)庫和土地利用執(zhí)法監(jiān)察提供了新的方向。GNSS技術(shù)提高了土地利用動態(tài)監(jiān)測的空間定位精度、地類判別準(zhǔn)確性和動態(tài)監(jiān)測的實時性，從而真正實現(xiàn)了土地利用動態(tài)監(jiān)測。

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