1應(yīng)用實例
1.1實驗區(qū)選取
根據(jù)國家“九.五”重點科技攻關(guān)項目的部署，專門設(shè)立了一個專題來研究“縣級資 源與環(huán)境動態(tài)監(jiān)測技術(shù)示范”，經(jīng)過區(qū)劃選取XX市郊區(qū)縣作為城鄉(xiāng)接合部類型的示范，重 點研究RS、GIS和GPS集成技術(shù)在土地資源動態(tài)監(jiān)測中的應(yīng)用。
XX市郊區(qū)地處北溫帶內(nèi)陸干旱區(qū)農(nóng)牧過渡帶，是XX市城區(qū)及其周邊郊區(qū)的總稱。 由于城市迅速擴(kuò)展，郊區(qū)的非農(nóng)業(yè)用地增加，地類比較復(fù)雜，而且變化較快。如何迅 速地掌握城鄉(xiāng)接合部土地利用的變化發(fā)展趨勢，一直是XX市規(guī)劃管理土地局著手解決的問 題。選擇該地區(qū)作為縣級資源與環(huán)境動態(tài)監(jiān)測技術(shù)示范區(qū)，一方面順應(yīng)了地方需求；另一方 面郊區(qū)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(fā) 現(xiàn)變化相對容易。此外，郊區(qū)縣土地詳查成果質(zhì)量較高。
1.2 GIS本底數(shù)據(jù)層的建立
郊區(qū)總面積2205.9 km2，土地詳查工作于1992年完成，通過自治區(qū)驗收評為優(yōu)秀成果。 全區(qū)調(diào)查圖幅按1∶1萬標(biāo)準(zhǔn)分幅為126幅。全部采用掃描輸入，經(jīng)過編輯，建立土地詳 查歷史數(shù)據(jù)庫。
1.3 變化圖斑（地塊）的識別
1.3.1 遙感數(shù)據(jù)處理及其與土地詳查數(shù)據(jù)的配準(zhǔn)
選取1996年8月4日XX市地區(qū)的TM圖象，選擇3、5、4三個波段進(jìn)行影像增強(qiáng)，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(jìn)行幾何糾正。采用雙線性體內(nèi)插法對 灰度值重采樣，將土地詳查數(shù)據(jù)庫中的1∶1萬的1992年土地利用數(shù)據(jù)與遙感影像進(jìn)行配準(zhǔn)疊加。
1.3.2 變化區(qū)域的識別
由于傳統(tǒng)的土地管理中只能被動地由用地部門上報用地數(shù)字，存在誤報、漏報的問題 ，而且對于變化地塊的空間性質(zhì)不清楚。采用遙感手段則可以主動發(fā)現(xiàn)變化區(qū)域，空間位置 一目了然？紤]到目前遙感影像的計算機(jī)自動分類的精度不高和充分利用人的經(jīng)驗和知識，采用交互式屏幕數(shù)字化提取變化區(qū)域的方法。具體做法是：將疊加后的圖象顯示在屏幕上， 通過人機(jī)交互判讀發(fā)現(xiàn)地塊變化，用不同顏色的符號標(biāo)注出來(包括屬性)。判讀完成后將 結(jié)果回放輸出，供GPS野外測量使用。
在郊區(qū)縣前明鄉(xiāng)的試點證明，用TM遙感影像可以很好地發(fā)現(xiàn)土地利用的變化。該鄉(xiāng)實 際變化地塊為106處，通過遙感手段發(fā)現(xiàn)98處，其中有10塊是人工手段難于發(fā)現(xiàn)而借助遙感 手段較易發(fā)現(xiàn)。對于面積太小，遙感手段不能發(fā)現(xiàn)的地塊，以用地部門上報數(shù)據(jù)為準(zhǔn)。
1.4 GPS數(shù)據(jù)獲取
1.4.1 GPS選型
目前市場上的GPS接收機(jī)按用途大致可以分為導(dǎo)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(chǎn)的GPS接收機(jī)，因此我們選用的GPS接收機(jī)屬于導(dǎo)航型。生產(chǎn)GPS 接收機(jī)的廠家有數(shù)十家，國內(nèi)市場上銷售的有Trimple、Magellan、Garmin、Novtel等，它們生產(chǎn)的GPS接收機(jī)各有特點？紤]到土地動態(tài)監(jiān)測的需要，應(yīng)該符合以下要求：
、 定位精度較高，差分處理后必須達(dá)到米級；
、 接收機(jī)內(nèi)存必須足夠大，才能滿 足野外動態(tài)測量的要求；
、 操作簡便，易于掌握；
、 差分處理軟件功能強(qiáng)，除了能夠進(jìn)行高精度的差分處理外，還要提供和常用GIS軟件的數(shù)據(jù)接口。
根據(jù)以上原則，課題組經(jīng)過認(rèn)真比較，選取Magellan公司ProMark X-CM型GPS接收 機(jī)。該機(jī)是目前比較先進(jìn)的GPS接收機(jī)，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(jìn)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(jī)內(nèi)存4兆，能連續(xù)觀測記錄數(shù)據(jù)30小時(偽距碼)和8小時(載波相位)，對野外連續(xù)作業(yè)十分有利。
1.4.2 基準(zhǔn)站的建立
在XX市郊區(qū)前明鄉(xiāng)試點中運(yùn)用3臺ProMark X-CM型GPS接收機(jī)，其中一臺作為基準(zhǔn)站 ，另外2臺作為移動站進(jìn)行測量；鶞(zhǔn)站必須是一已知坐標(biāo)點，基準(zhǔn)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(shù)據(jù)供差分計算時使用。在郊區(qū)前明鄉(xiāng)試點中，基準(zhǔn)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(zhǔn)確坐標(biāo)的已知點(如測繪控制點)，可以運(yùn)用GPS接收機(jī)進(jìn)行靜態(tài)定位作較長時間的觀測，求取一已知點，然后以此點作為基準(zhǔn)站。
1.4.3 變化地塊邊界坐標(biāo)點的獲取
在設(shè)定好基準(zhǔn)站后即可進(jìn)行移動站的動態(tài)測量，獲取變化地塊的邊界坐標(biāo)。將GPS天線架設(shè)在一輕便的天線支撐竿上，手持GPS接收機(jī)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(xiàn)場不熟悉，雖然圖上發(fā)現(xiàn)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(dāng)?shù)厥煜で闆r的人員做向?qū)；另一種辦法是在室內(nèi)發(fā)現(xiàn)變化后在GIS系統(tǒng)中獲取變化圖斑中心的地理坐標(biāo)值，在野外如果難于確定變化區(qū)域，就起用GPS的導(dǎo)航功能，引導(dǎo)測量人員到達(dá)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(biāo)，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(jī)，最多為72個字符。在測量前應(yīng)該對所有待測地塊進(jìn)行編號以免 測量中遺漏。此外，移動站測量過程中應(yīng)該隨時保持和基準(zhǔn)站的聯(lián)系，萬一基準(zhǔn)站出現(xiàn)問題 ，通知移動站暫停工作。
1.4.4 GPS差分后處理
由于GPS單機(jī)定位精度不能滿足1∶1萬制圖的要求，所以必須進(jìn)行差分處理？紤]到縣級土 地部門的技術(shù)條件和經(jīng)費能力，采用后處理差分處理技術(shù)處理移動站的測量值，以求達(dá)到2～5m的精度。后處理差分技術(shù)主要依靠軟件來進(jìn)行差分糾正值和觀測量的解算，MAGELLAN公司隨機(jī)提供MSTAR差分處理軟件。
1.5 系統(tǒng)的集成與數(shù)據(jù)的可視化
1.5.1 集成平臺的選擇
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(jù)以下幾個原則：
、 能夠滿足研究項目的技術(shù)要求；
、 系統(tǒng)穩(wěn)定性能好，用戶易于掌握、使用和 維護(hù)；
、 在經(jīng)費上能夠承受，便于推廣；
、 易于集成現(xiàn)有的各種軟硬件資源；
⑤ 開發(fā)周期不宜太長。
根據(jù)上述5點要求，經(jīng)過大量調(diào)查工作，初步確定如下：
軟件環(huán)境。在WINDOWS95環(huán)境下，以ARCVIEW為集成平臺，以視化GIS軟件、圖像處理軟件和自行開發(fā)的軟件為支撐，利用宏語言、VB、VC++等程序設(shè)計語言，開發(fā)和集成各功能模塊，建立動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)的軟件環(huán)境。
硬件構(gòu)成。硬件包括GPS接收機(jī)，微機(jī)(486以上)和各種輸入、輸出設(shè)備(打印機(jī)、噴墨 繪圖機(jī))。
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(chǎn)自主版權(quán)的GIS軟件為支 撐平臺。
1.5.2 GPS數(shù)據(jù)的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換
由于我國的土地、地形測量是以北京54坐標(biāo)系為參照，而GPS測量數(shù)據(jù)是以WGS84地心坐標(biāo)系 作為參照，這兩個坐標(biāo)系所采用的參考橢球體不同，因此必須進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換。不同的研究目的對坐標(biāo)轉(zhuǎn)換的精度要求也不一樣。由于差分GPS的工作區(qū)域相對于GPS控制網(wǎng)來說要小，一 般在50*50平方公里以內(nèi)。因此采用在二維平面上進(jìn)行相似變換的方法。
(1) 當(dāng)工作區(qū)內(nèi)有足夠的已知WGS84和北京54坐標(biāo)的情況時，可計算坐標(biāo)轉(zhuǎn)換的7參數(shù)或3參 數(shù)（旋轉(zhuǎn)參數(shù)、尺度參數(shù)和平移參數(shù)）進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換。
(2) 當(dāng)工作區(qū)內(nèi)有3個已知WGS84和北京54坐標(biāo)的控制點時，可根據(jù)下式計算WGS84到54坐 標(biāo)系的轉(zhuǎn)換參數(shù)x54=δx+k1x84+k2y84 y54=δy+k1y84+k2x84式中δx、δy、k1和k2為轉(zhuǎn)換參數(shù)，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(zhǔn)站的地心坐標(biāo)與該點的北京54坐標(biāo)之差作為平 移常數(shù)，但這樣轉(zhuǎn)換精度較低。
(4) 當(dāng)控制點精確的WGS84坐標(biāo)無法獲取時，可以在基站輸入該點的北京54坐標(biāo)進(jìn)行差分 計算，結(jié)果是WGS84與北京54坐標(biāo)的一個混合體，稱為“偽54”坐標(biāo)，它與真54坐標(biāo)之間存在一個誤差。如果坐標(biāo)轉(zhuǎn)換精度要求不高而又無法獲得控制點的精確地心坐標(biāo)（WGS84）時 ，這種方法也是可行的。在XX市郊區(qū)縣GPS野外測量中，我們采用多個公共點計算WGS84地 心坐標(biāo)到北京54坐標(biāo)的轉(zhuǎn)換7參數(shù)，用基準(zhǔn)站W(wǎng)GS84坐標(biāo)進(jìn)行差分，然后將差分結(jié)果從WGS84 坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換到54坐標(biāo)系，得到移動站測量結(jié)果的真54坐標(biāo)值，同時運(yùn)用基準(zhǔn)站的54坐標(biāo)直接進(jìn)行差分，得到偽54坐標(biāo)值，二者差值在1米以內(nèi)。 證明在難于獲得足夠的公共點時，直接用基準(zhǔn)站的54坐標(biāo)進(jìn)行差分，其結(jié)果能夠滿足土地利用動態(tài)監(jiān)測的精度要求。
由于我國1∶10 000的農(nóng)村地籍圖是按3°帶高斯-克呂格投影到二維平面直角坐標(biāo)系下，所以GPS測量數(shù)據(jù)必須進(jìn)行投影才能與GIS數(shù)據(jù)進(jìn)行匹配。在本項目中我們開發(fā)一個功能模塊， 其主要功能是讀入MSTAR輸出的差分?jǐn)?shù)據(jù)，完成精確投影轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換，輸出Arc/Inf o能夠接收的GEN格式。
1.5.3 GPS數(shù)據(jù)與土地詳查歷史數(shù)據(jù)的空間復(fù)合分析。
GPS測量數(shù)據(jù)必須轉(zhuǎn)換成GIS數(shù)據(jù)格式，比如生成Arc/Info的Coverage才能和土地詳查數(shù)據(jù)進(jìn) 行空間疊加分析。
野外獲取的GPS數(shù)據(jù)經(jīng)MSTAR軟件差分處理后可輸出如下格式的數(shù)據(jù):IDNOi, Bi, Li(i=1，2，…，n)式中IDNO為坐標(biāo)對序號，B、L分別為經(jīng)度和緯度經(jīng)過投影坐標(biāo)轉(zhuǎn)換將WGS84坐標(biāo)系下的GPS數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換到北京54坐標(biāo)系下，再將數(shù)據(jù)寫到Ar c/Info系統(tǒng)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(shù)據(jù)圖層。將變化圖 層在Arc/Info環(huán)境下與1991年的土地詳查數(shù)據(jù)進(jìn)行空間疊加分析，得到新的土地利用現(xiàn)狀圖層。該圖層的屬性表中每個數(shù)據(jù)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(biāo)（地塊）在不同時段的屬性，如土地利用類型、權(quán)屬、圖斑編號等。對不同時段的相同屬性進(jìn)行合并就得到新時段的現(xiàn)狀圖。
土地利用數(shù)據(jù)的顯示、查詢與輸出ARCVIEW桌面制圖系統(tǒng)具有從空間數(shù)據(jù)（矢量和柵格）顯示、查詢、統(tǒng)計和制圖輸出等一系 列功能。由于它是基于WINDOWS環(huán)境，所以操作簡便，可用資源豐富。經(jīng)過我們初步開發(fā)，通過熱鍵連接方式將多媒體功能加入系統(tǒng)中。前明鄉(xiāng)的試點工作已經(jīng)做到：
① 通過查詢工具可以查詢某一圖斑的面積、圖斑號、權(quán)屬和土地利用類型等信息。例如， 在1991～1998變更圖上可以查詢?nèi)魏螆D斑1998年的面積、圖斑號、權(quán)屬和土地利用類型和199 1年的圖斑號、權(quán)屬和土地利用類型。即知道了該圖斑1991年的類型，現(xiàn)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(shù)據(jù)庫的常規(guī)管理，如字段增刪、記錄修改等。
、 以統(tǒng)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，并可以打印輸出。
2 基本結(jié)論
遙感動態(tài)監(jiān)測不僅是土地管理部門的重要工作內(nèi)容，而且直接關(guān)系到區(qū)域國民經(jīng)濟(jì)的持續(xù)發(fā) 展。傳統(tǒng)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(tǒng)(GIS)技術(shù)得到了長足的發(fā)展，全球定位系 統(tǒng)(GPS)從1993年以來在各個領(lǐng)域的應(yīng)用發(fā)展很快。但是如何運(yùn)用RS、GIS和GPS等高新技 術(shù)建立大比例尺土地利用動態(tài)監(jiān)測的實用技術(shù)，是一個值得進(jìn)一步研究的課題。通過在XX市郊區(qū)的實驗，基本上建立了基于RS、GIS和GPS技術(shù)的土地動態(tài)監(jiān)測新方法。該方法與傳統(tǒng)方法相比較具有以下優(yōu)點。
(1) 運(yùn)用遙感可以主動發(fā)現(xiàn)土地利用的變化信息，提取變化地塊的大致區(qū)域；而傳統(tǒng)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(jiān)測的客觀性。此外， 運(yùn)用TM數(shù)據(jù)成本低，能夠較好地發(fā)現(xiàn)變化區(qū)域，尤其是非農(nóng)業(yè)用地。在XX鄉(xiāng)試點中，全鄉(xiāng) 1991年到1998年共有變化地塊106塊，其中通過遙感手段發(fā)現(xiàn)98塊，發(fā)現(xiàn)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(yè)，測量操作簡便。拿在XX鄉(xiāng) 試點中采用的ProMark X-CM GPS接收機(jī)為例，測量精度在2～5 m以內(nèi)，這是傳統(tǒng)方法無法比擬的。
(3) 與傳統(tǒng)成圖方式相比，GIS的優(yōu)勢是公認(rèn)的。最重要的一點是數(shù)字地圖可以十分方便、 快捷進(jìn)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(fā)揮重要的作用，擯棄傳統(tǒng)卡片的管理方式。
(4) GPS測量數(shù)據(jù)和遙感數(shù)據(jù)都是以數(shù)字方式存儲，可以直接輸入GIS系統(tǒng)成圖，避免了傳統(tǒng) 方法中多次轉(zhuǎn)繪、清繪帶來的誤差。
(5) 運(yùn)用3“S”集成技術(shù)可以較好地完成縣級1∶10000比例尺的土地資源動態(tài)監(jiān)測工作，為土地變更調(diào)查和登記提供了一個新的手段。與傳統(tǒng)方法相比較，不僅提高了數(shù)據(jù)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(wǎng)