1應用實例

　　1.1實驗區選取

　　根據國家“九.五”重點科技攻關項目的部署，專門設立了一個專題來研究“縣級資 源與環境動態監測技術示範”，經過區劃選取XX市郊區縣作為城鄉接合部類型的示範，重 點研究RS、GIS和GPS集成技術在土地資源動態監測中的應用。

　　XX市郊區地處北溫帶內陸干旱區農牧過渡帶，是XX市城區及其周邊郊區的總稱。 由于城市迅速擴展，郊區的非農業用地增加，地類比較復雜，而且變化較快。如何迅 速地掌握城鄉接合部土地利用的變化發展趨勢，一直是XX市規劃管理土地局著手解決的問 題。選擇該地區作為縣級資源與環境動態監測技術示範區，一方面順應了地方需求；另一方 面郊區地勢相對平坦，對GPS野外測量有利，與南方相比作物種類相對簡單，用遙感手段發 現變化相對容易。此外，郊區縣土地詳查成果質量較高。

　　1.2　GIS本底數據層的建立

　　郊區總面積2205.9 km2，土地詳查工作于1992年完成，通過自治區驗收評為優秀成果。 全區調查圖幅按1：1萬標準分幅為126幅。全部采用掃描輸入，經過編輯，建立土地詳 查歷史數據庫。

　　1.3　變化圖斑（地塊）的識別

　　1.3.1　遙感數據處理及其與土地詳查數據的配準

　　選取2024年09月23日XX市地區的TM圖象，選擇3、5、4三個波段進行影像增強，對照1：1萬 地形圖選取21個地物點作為影像幾何糾正的控制點，進行幾何糾正。采用雙線性體內插法對 灰度值重采樣，將土地詳查數據庫中的1：1萬的1992年土地利用數據與遙感影像進行配準疊加。

　　1.3.2　變化區域的識別

　　由于傳統的土地管理中只能被動地由用地部門上報用地數字，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現變化區域，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驗和知識，采用交互式屏幕數字化提取變化區域的方法。具體做法是︰將疊加後的圖象顯示在屏幕上， 通過人機交互判讀發現地塊變化，用不同顏色的符號標注出來(包括屬性)。判讀完成後將 結果回放輸出，供GPS野外測量使用。

　　在郊區縣前明鄉的試點證明，用TM遙感影像可以很好地發現土地利用的變化。該鄉實 際變化地塊為106處，通過遙感手段發現98處，其中有10塊是人工手段難于發現而借助遙感 手段較易發現。對于面積太小，遙感手段不能發現的地塊，以用地部門上報數據為準。

　　1.4　GPS數據獲取

　　1.4.1　GPS選型

　　目前市場上的GPS接收機按用途大致可以分為導航型、測地型和授時型等幾類。還沒 有專門為地籍測量目的生產的GPS接收機，因此我們選用的GPS接收機屬于導航型。生產GPS 接收機的廠家有數十家，國內市場上銷售的有Trimple、Magellan、Garmin、Novtel等，它們生產的GPS接收機各有特點。考慮到土地動態監測的需要，應該符合以下要求︰
　　? 定位精度較高，差分處理後必須達到米級；
　　? 接收機內存必須足夠大，才能滿 足野外動態測量的要求；
　　? 操作簡便，易于掌握；
　　? 差分處理軟件功能強，除了能夠進行高精度的差分處理外，還要提供和常用GIS軟件的數據接口。

　　根據以上原則，課題組經過認真比較，選取Magellan公司ProMark X-CM型GPS接收 機。該機是目前比較先進的GPS接收機，接收L1載波和C/A碼觀測量，可通過載波相位和偽距碼定位。能夠進行載波相位差分測量和偽距碼差分測量，提供從厘米級到米級(<2m)的 差分定位精度。該機內存4兆，能連續觀測記錄數據30小時(偽距碼)和8小時(載波相位)，對野外連續作業十分有利。

　　1.4.2　基準站的建立

　　在XX市郊區前明鄉試點中運用3台ProMark X-CM型GPS接收機，其中一台作為基準站 ，另外2台作為移動站進行測量。基準站必須是一已知坐標點，基準站的測量時間段必須包 含移動站的測量時間段，這樣才有足夠的數據供差分計算時使用。在郊區前明鄉試點中，基準站選在地勢相對較高，周圍沒有遮擋的烈士陵園附近的GPS測繪控制點。 如果不能找到合適的已知準確坐標的已知點(如測繪控制點)，可以運用GPS接收機進行靜態定位作較長時間的觀測，求取一已知點，然後以此點作為基準站。

　　1.4.3　變化地塊邊界坐標點的獲取

　　在設定好基準站後即可進行移動站的動態測量，獲取變化地塊的邊界坐標。將GPS天線架設在一輕便的天線支撐竿上，手持GPS接收機沿變化地塊邊界移動一周即可。可以是步行，也可以以自行車、摩托車或汽車作為載體。

　　在實際測量中可能因為對現場不熟悉，雖然圖上發現了變化但難于在野外找到該變化地塊。解決的辦法一是請當地熟悉情況的人員做向導；另一種辦法是在室內發現變化後在GIS系統中獲取變化圖斑中心的地理坐標值，在野外如果難于確定變化區域，就起用GPS的導航功能，引導測量人員到達被測地塊的大致位置。

　　在測量中不僅要獲取變化地塊的空間坐標，而且要記錄下變化地塊的屬性變化。屬性 編碼可直接輸入GPS接收機，最多為72個字符。在測量前應該對所有待測地塊進行編號以免 測量中遺漏。此外，移動站測量過程中應該隨時保持和基準站的聯系，萬一基準站出現問題 ，通知移動站暫停工作。

　　1.4.4　GPS差分後處理

　　由于GPS單機定位精度不能滿足1：1萬制圖的要求，所以必須進行差分處理。考慮到縣級土 地部門的技術條件和經費能力，采用後處理差分處理技術處理移動站的測量值，以求達到2～5m的精度。後處理差分技術主要依靠軟件來進行差分糾正值和觀測量的解算，MAGELLAN公司隨機提供MSTAR差分處理軟件。

　　1.5　系統的集成與數據的可視化

　　1.5.1　集成平台的選擇

　　考慮到縣(市)級用戶的財政能力和易于掌握使用的要求，在軟硬件選型過程中，根據以下幾個原則︰
　　? 能夠滿足研究項目的技術要求；
　　? 系統穩定性能好，用戶易于掌握、使用和 維護；
　　? 在經費上能夠承受，便于推廣；
　　? 易于集成現有的各種軟硬件資源；
　　? 開發周期不宜太長。

　　根據上述5點要求，經過大量調查工作，初步確定如下︰

　　軟件環境。在WINDOWS95環境下，以ARCVIEW為集成平台，以視化GIS軟件、圖像處理軟件和自行開發的軟件為支撐，利用宏語言、VB、VC++等程序設計語言，開發和集成各功能模塊，建立動態監測系統的軟件環境。

　　硬件構成。硬件包括GPS接收機，微機(486以上)和各種輸入、輸出設備(打印機、噴墨 繪圖機)。

　　由于目前國外商用GIS軟件的價格比較高，因此課題組正在尋求國產自主版權的GIS軟件為支 撐平台。

　　1.5.2　GPS數據的坐標轉換

　　由于我國的土地、地形測量是以北京54坐標系為參照，而GPS測量數據是以WGS84地心坐標系 作為參照，這兩個坐標系所采用的參考橢球體不同，因此必須進行坐標轉換。不同的研究目的對坐標轉換的精度要求也不一樣。由于差分GPS的工作區域相對于GPS控制網來說要小，一 般在50*50平方公里以內。因此采用在二維平面上進行相似變換的方法。
　　(1) 當工作區內有足夠的已知WGS84和北京54坐標的情況時，可計算坐標轉換的7參數或3參 數（旋轉參數、尺度參數和平移參數）進行坐標轉換。
　　(2) 當工作區內有3個已知WGS84和北京54坐標的控制點時，可根據下式計算WGS84到54坐 標系的轉換參數x54=δx+k1x84+k2y84　y54=δy+k1y84+k2x84式中δx、δy、k1和k2為轉換參數，多余的1個點用作檢驗。
　　(3) 在只有一個已知點的情況下，可用基準站的地心坐標與該點的北京54坐標之差作為平 移常數，但這樣轉換精度較低。
　　(4) 當控制點精確的WGS84坐標無法獲取時，可以在基站輸入該點的北京54坐標進行差分 計算，結果是WGS84與北京54坐標的一個混合體，稱為“偽54”坐標，它與真54坐標之間存在一個誤差。如果坐標轉換精度要求不高而又無法獲得控制點的精確地心坐標（WGS84）時 ，這種方法也是可行的。在XX市郊區縣GPS野外測量中，我們采用多個公共點計算WGS84地 心坐標到北京54坐標的轉換7參數，用基準站WGS84坐標進行差分，然後將差分結果從WGS84 坐標系轉換到54坐標系，得到移動站測量結果的真54坐標值，同時運用基準站的54坐標直接進行差分，得到偽54坐標值，二者差值在1米以內。 證明在難于獲得足夠的公共點時，直接用基準站的54坐標進行差分，其結果能夠滿足土地利用動態監測的精度要求。

　　由于我國1：10 000的農村地籍圖是按3°帶高斯-克呂格投影到二維平面直角坐標系下，所以GPS測量數據必須進行投影才能與GIS數據進行匹配。在本項目中我們開發一個功能模塊， 其主要功能是讀入MSTAR輸出的差分數據，完成精確投影轉換和數據格式轉換，輸出Arc/Inf o能夠接收的GEN格式。

　　1.5.3　GPS數據與土地詳查歷史數據的空間復合分析。

　　GPS測量數據必須轉換成GIS數據格式，比如生成Arc/Info的Coverage才能和土地詳查數據進 行空間疊加分析。

　　野外獲取的GPS數據經MSTAR軟件差分處理後可輸出如下格式的數據:IDNOi, Bi, Li(i=1，2，…，n)式中IDNO為坐標對序號，B、L分別為經度和緯度經過投影坐標轉換將WGS84坐標系下的GPS數據轉換到北京54坐標系下，再將數據寫到Ar c/Info系統可以讀取的格式。這樣我們就得到了1998年的土地利用變化數據圖層。將變化圖 層在Arc/Info環境下與1991年的土地詳查數據進行空間疊加分析，得到新的土地利用現狀圖層。該圖層的屬性表中每個數據項具有時間屬性，分別代表1991年和1998年的屬性變化 。通過查詢工具可以查詢每一空間目標（地塊）在不同時段的屬性，如土地利用類型、權屬、圖斑編號等。對不同時段的相同屬性進行合並就得到新時段的現狀圖。

　　土地利用數據的顯示、查詢與輸出ARCVIEW桌面制圖系統具有從空間數據（矢量和柵格）顯示、查詢、統計和制圖輸出等一系 列功能。由于它是基于WINDOWS環境，所以操作簡便，可用資源豐富。經過我們初步開發，通過熱鍵連接方式將多媒體功能加入系統中。前明鄉的試點工作已經做到︰
　　? 通過查詢工具可以查詢某一圖斑的面積、圖斑號、權屬和土地利用類型等信息。例如， 在1991～1998變更圖上可以查詢任何圖斑1998年的面積、圖斑號、權屬和土地利用類型和199 1年的圖斑號、權屬和土地利用類型。即知道了該圖斑1991年的類型，現在變成了哪一種類型。
　　? 用熱連接鍵查詢某一圖斑的聲音或圖像、文字信息。
　　? 對屬性數據庫的常規管理，如字段增刪、記錄修改等。
　　? 以統計圖的方式顯示1998年和1991年土地利用面積的變化。
　　? 制作專題圖版，並可以打印輸出。
 
2　基本結論

　　遙感動態監測不僅是土地管理部門的重要工作內容，而且直接關系到區域國民經濟的持續發 展。傳統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(GIS)技術得到了長足的發展，全球定位系 統(GPS)從1993年以來在各個領域的應用發展很快。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監測的實用技術，是一個值得進一步研究的課題。通過在XX市郊區的實驗，基本上建立了基于RS、GIS和GPS技術的土地動態監測新方法。該方法與傳統方法相比較具有以下優點。
　　(1) 運用遙感可以主動發現土地利用的變化信息，提取變化地塊的大致區域；而傳統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，增加了監測的客觀性。此外， 運用TM數據成本低，能夠較好地發現變化區域，尤其是非農業用地。在XX鄉試點中，全鄉 1991年到1998年共有變化地塊106塊，其中通過遙感手段發現98塊，發現率為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，測量操作簡便。拿在XX鄉 試點中采用的ProMark X-CM GPS接收機為例，測量精度在2～5 m以內，這是傳統方法無法比擬的。
　　(3) 與傳統成圖方式相比，GIS的優勢是公認的。最重要的一點是數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揮重要的作用，擯棄傳統卡片的管理方式。
　　(4) GPS測量數據和遙感數據都是以數字方式存儲，可以直接輸入GIS系統成圖，避免了傳統 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監測工作，為土地變更調查和登記提供了一個新的手段。與傳統方法相比較，不僅提高了數據獲取的精度，而且大大地提高了工作效率。

本文章來源于︰中國勘察測繪網