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1、基于3S技术的耕地保有量动态监测方法研究张世全1.2张立朝1陈伟强11 信息工程大学测绘学院 郑州 4500022 商丘市国土资源局 商丘 476000摘要:实际耕地保有量是土地管理目标考核的重要依据，对耕地保有量进行动态监测是核实耕地面积的主要手段。以郑州市某区耕地变化动态监测为例，本文通过2005年和2006年两个时相的QUICKBIRD卫星遥感图像作为信息源，基于3S技术探讨了耕地保有量动态监测方法。关键词: 3S技术 耕地保有量 动态监测耕地保有量是国家土地宏观调控和科学决策的依据。国务院明确规定，“以实际耕地保有量和新增建设用地面积作为土地利用年度计划考核、土地管理和耕地保护责任目标
2、考核的依据”。要搞好各级政府工作目标考核，就必须建立耕地信息快速更新机制，全面、准确掌握耕地变化情况，及时、快速获取实际耕地保有量数据，这是当前各级政府及国土资源管理部门亟待解决的一个新课题。本文尝试利用3S技术开展耕地保有量动态变化监测，从而核定实际耕地面积。1.耕地保有量的概念耕地保有量,即耕地总量，是指某个行政区某一年底耕地总数量。等于上一年底的耕地数量,扣除年内各项建设占用耕地的数量和农业结构调整、生态退耕、耕地灾毁等造成减少耕地的数量，加上年内土地开发、复垦和土地整理增加的耕地数量。由此可见，耕地保有量是一个动态数据，要快速、准确地掌握某地的耕地保有量，需要及时掌握耕地的动态变化情况
3、，一是耕地的减少情况，如各项建设占用耕地情况，包括批准占用的和违法占用的耕地，农业结构调整、生态退耕、耕地灾毁等耕地减少情况；二是耕地增加情况，主要指土地开发、复垦和土地整理增加的耕地数量。耕地保有量计算公式：耕地保有量=上一年底耕地总数-年内各项建设占用耕地的数量和农业结构调整、生态退耕和灾毁耕地等减少的耕地数量+年内土地开发、复垦和土地整理增加的耕地数量。2.利用3S技术开展耕地保有量动态监测的任务3S技术在土地利用动态监测中的应用由来已久，其优势得到充分发挥，就耕地保有量进行的动态监测工作刚刚起步，还处在探讨之中。3S技术的作用表现在：RS（遥感）可以实时或准实时地获取耕地动态变化的信息
4、，辨别出耕地变化的图斑，及时对GIS（地理信息系统）进行数据更新。GPS（全球定位系统）可以实时、快速获取耕地变化的位置、面积等信息。GIS主要是对多元时空数据进行综合处理、集成管理、动态存取，作为新的集成系统的基础平台。利用3S技术开展耕地保有量动态监测的主要任务：一是准确掌握耕地的变化情况，包括耕地的位置、面积、变化趋向。二是通过耕地保有量变化的分析，为政府目标考核、土地宏观调控及科学决策提供依据。工作内容包括：发现耕地的变化信息;准确、快速地获取变化信息的数量和特性;将变化信息与历史信息进行空间分析,获得新的耕地现状数据;耕地数据的计算机管理与可视化;方便快捷地输出成果图件。3.运用RS
5、、GIS和GPS技术进行耕地保有量动态监测的思路与方法基本思路：一是采集土地利用本底数据。对QUICKBIRD卫星遥感影像通过几何纠正,影像融合形成融合影像,根据土地分类基准影像数据库,参考15万、11万地形图及正射影像图、土地利用专题图,采用人机交互判译,采集土地利用本地数据。二是土地利用变更信息的提取。根据2006年新时相卫星遥感影像,利用影像融合技术确定变化区域,然后在变换区域内分类,得到土地利用变更信息。三是核查、统计、入库。根据土地利用申报审批资料核实土地利用的合法性,统计土地利用变化的种类与数据,并按年建立数据库。其基本思路如图1。采集2005年土地利用本地数据2006年QUICK
6、BIRD卫星遥感图像耕地变更信息的提取GPS外业测量图1 耕地保有量动态监测的基本思路基本方法：总结目前我国进行土地利用动态监测的方法，主要有两种，即普查和变更调查。一是普查，也就是我们通常搞的土地利用现状调查。在大范围的土地调查中，以航天、航空遥感影像为主要信息源，通过外业调绘和内业处理获得大比例尺的土地利用详查图和统计数据。这种方法获得的成果精度高,但由于费用很高,作业时间长,因此只适合中长期的普查工作,如目前即将开展的第二次全国土地调查,将历时3年，耗资十多个亿。二是变更调查，即在土地普查基础上，进行的年度变更调查工作，这是传统的更新方法。一般是国土资源部门依据工作中掌握的土地变化资料,
7、采取人工野外现场测量修改原图,再清绘重新印刷成图。这种方法的缺点是：变更工作人为干扰大，少报或漏报数据，情况不真实；测量方法落后，变更数据获取速度慢,工作周期长；多次变更、清绘，误差累积，误差大；图件使用率低，一旦发现变化,原来的图件即失去现实性。近年来，随着遥感（RS）、地理信息系统（GIS）和全球定位系统技术（GPS）的发展与应用,给国土资源管理部门提供了耕地动态变化监测新的思路与方法。运用3S技术不仅能及时、快速、准确地发现耕地变化的目标，而且能定位目标、测量面积，统计汇总计算、可视化及输出图件，进行及时的更新。3.1.RS影象提取耕地变化信息遥感是一种非接触地快速、大面积观测地物状态的
8、现代化手段。快速获取与集成耕地变化信息数据,是动态监测的关键。遥感技术经过几十年的发展,已趋成熟。它能快速、动态地提供耕地变化的信息。TM、SPOT等最常用的资源卫星数据,在宏观、中观资源调查中发挥了巨大的作用。随着高分辨率遥感卫星的发展，使得我们很容易的获得高分辨率正射影像。QUICKBIRD卫星遥感图像分辨率很高,我们利用不同时相的卫星遥感数据,可以快速获取耕地变化信息，满足11万的大比例尺耕地数据的更新要求。不同分辨率的遥感卫星影像见图1。图1 不同分辨率的遥感卫星影像3.2.GPS测量耕地变化地块的位置、面积差分GPS技术不仅可以提高单机定位精度,而且可以消除一定的误差,充分提高GPS
9、的测量精度。鉴于土地利用动态监测中野外地形条件复杂多样,测量工作量较大,费用有限,因此采取GPS后处理差分的方法来获取耕地变化地块的空间位置和属性数据，准确测定耕地的位置、面积和形状。3.3.GIS组织、管理、分析空间数据与图形可视化地理信息系统(GIS)具有空间数据的输入与编辑,组织与分析,查询与管理以及制图输出等功能。因此适合用来管理土地利用数据。我国各级国土资源部门正在运用GIS建立各自的土地利用现状数据库、土地登记管理等内容的应用系统。但是,由于目前的GIS几乎都是静态地管理几何数据和属性数据,而耕地管理工作是一个动态的、日常工程,因此,需要选择基于时空数据模型或能表示时间信息的GIS
10、新软件，来管理耕地变化数据，输出耕地现状图和报表等信息。3.4.基于RS、GIS、GPS集成技术的耕地变化动态监测方法(图2)通过上述分析可知,由于分辨率和遥感图像分类准确率等原因,仅仅依靠遥感数据尚不能准确获取耕地利用变化信息,满足不了11万比例尺的动态监测要求。但是利用卫星遥感数据主动地发现耕地利用的变化,却是十分有用。在传统的耕地管理中,仅靠用地申报数据来确定变化,既不能及时、准确地掌握变化的空间位置、属性和数量,对存在的占用耕地不报或少报等现象也无能为力。遥感手段的运用,不仅可主动发现变化,而且排除了人为干扰。但是,目前常用的卫星遥感数据的分辨率尚不能满足11万比例尺的成图要求,必须运
11、用DGPS精确地获取变化的数量信息。由于遥感数据和GPS数据都是以数字方式存贮,因此可以十分方便地输入到GIS系统中,并与土地变更本底数据进行空间分析与集成，通过耕地增加和减少计算出某年底耕地保有量。图2 基于RS、GIS和GPS集成技术的耕地动态变化监测方法4. 应用实例4.1 实验区为了搞好这项工作，我们选择郑州市某区进行试点，以便推广。选择的条件是城乡结合部，有项目建设占用耕地和农业结构调整、生态退耕等减少耕地的类型，有土地开发、复垦和土地整理增加耕地的类型。4.2 GIS本底数据层的建立以2005年底变更后的土地利用现状为基础资料、基础图件和基础数据,全部采用扫描输入,经过编辑,建立土
12、地利用本地数据库。4.3 变化图斑(地块)的识别采用交互式屏幕数字化提取变化区域的方法。采具体做法是:用11万2006年的图像与11万的2005年土地变更后遥感影像进行配准叠加。将叠加后的图像显示在屏幕上,通过人机交互判读发现地块变化,用不同颜色的符号标注出来(包括属性)。判读完成后将结果回放输出,供GPS野外测量使用。实践证明,用遥感影像可以很好地发现耕地利用的变化。对于面积太小,遥感手段不能发现的地块,以用地部门上报数据为准。4.4 GPS数据获取变化地块边界坐标点的获取,是在设定好基准站后即可进行移动站的动态测量,获取变化地块的边界坐标。GPS差分后处理。由于GPS单机定位精度不能满足1
13、1 万制图的要求,所以必须进行差分处理。考虑到县级国土部门的技术条件和经费能力,采用后处理差分处理技术处理移动站的测量值,以求达到较高的精度。4.5 系统的集成与数据的可视化土地利用数据的显示、查询与输出。通过查询工具可以查询某一图斑的面积、图斑号、权属和土地利用类型等信息。例如,在20052006变更图上可以查询任何图斑2006年的面积、图斑号、权属和土地利用类型和2005年的图斑号、权属和土地利用类型。即知道了该图斑2005年的类型,现在变成了哪一种类型。以统计图的方式显示2006年和2005年土地利用面积的变化。制作专题图,并可以打印输出。以2005年变更后的耕地为基数，通过耕地增加和减
14、少计算出2006年底耕地保有量。2006年耕地变化动态监测部分结果如图3。图3 2006年耕地变化监测部分结果（红线范围内标注的为各项建设占用的耕地即减少的耕地）5.结论传统的耕地利用更新和管理方法不符合信息化时代的要求,只有建立基于RS、GIS和GPS技术的耕地动态监测，才能满足耕地保有量动态管理的需要，实现科学地对各级政府土地管理目标进行考核，并且为土地宏观调控和管理提供可靠依据。参考文献:1刘纪远主编.全国土地资源环境遥感宏观调查与动态研究M.北京:科学出版社,1997.2沙志刚.遥感在耕地保护中的应用A.遥感与新世纪C.北京:气象出版社,1999.3黎夏.利用遥感与GIS对农田损失的监
15、测及定量评价方法以东莞市为例J.地理学报，1997,52(3):280-287.第一作者简介：张世全，博士生，主要研究方向为地图学与地理信息系统、国土资源管理。联系电话：Email:zhangshiquan1102更多测绘论文请登录测绘网论文频道查询：http:/ Editors note: Judson Jones is a meteorologist, journalist and photographer. He has freelanced with CNN for four years, covering severe weather from tornadoes to typhoo
16、ns. Follow him on Twitter: jnjonesjr (CNN) - I will always wonder what it was like to huddle around a shortwave radio and through the crackling static from space hear the faint beeps of the worlds first satellite - Sputnik. I also missed watching Neil Armstrong step foot on the moon and the first sp
17、ace shuttle take off for the stars. Those events were way before my time.As a kid, I was fascinated with what goes on in the sky, and when NASA pulled the plug on the shuttle program I was heartbroken. Yet the privatized space race has renewed my childhood dreams to reach for the stars.As a meteorol
18、ogist, Ive still seen many important weather and space events, but right now, if you were sitting next to me, youd hear my foot tapping rapidly under my desk. Im anxious for the next one: a space capsule hanging from a crane in the New Mexico desert.Its like the set for a George Lucas movie floating
19、 to the edge of space.You and I will have the chance to watch a man take a leap into an unimaginable free fall from the edge of space - live.The (lack of) air up there Watch man jump from 96,000 feet Tuesday, I sat at work glued to the live stream of the Red Bull Stratos Mission. I watched the ballo
20、ons positioned at different altitudes in the sky to test the winds, knowing that if they would just line up in a vertical straight line we would be go for launch.I feel this mission was created for me because I am also a journalist and a photographer, but above all I live for taking a leap of faith
21、- the feeling of pushing the envelope into uncharted territory.The guy who is going to do this, Felix Baumgartner, must have that same feeling, at a level I will never reach. However, it did not stop me from feeling his pain when a gust of swirling wind kicked up and twisted the partially filled bal
22、loon that would take him to the upper end of our atmosphere. As soon as the 40-acre balloon, with skin no thicker than a dry cleaning bag, scraped the ground I knew it was over.How claustrophobia almost grounded supersonic skydiverWith each twist, you could see the wrinkles of disappointment on the
23、face of the current record holder and capcom (capsule communications), Col. Joe Kittinger. He hung his head low in mission control as he told Baumgartner the disappointing news: Mission aborted.The supersonic descent could happen as early as Sunday.The weather plays an important role in this mission
24、. Starting at the ground, conditions have to be very calm - winds less than 2 mph, with no precipitation or humidity and limited cloud cover. The balloon, with capsule attached, will move through the lower level of the atmosphere (the troposphere) where our day-to-day weather lives. It will climb hi
25、gher than the tip of Mount Everest (5.5 miles/8.85 kilometers), drifting even higher than the cruising altitude of commercial airliners (5.6 miles/9.17 kilometers) and into the stratosphere. As he crosses the boundary layer (called the tropopause), he can expect a lot of turbulence.The balloon will
26、slowly drift to the edge of space at 120,000 feet (22.7 miles/36.53 kilometers). Here, Fearless Felix will unclip. He will roll back the door.Then, I would assume, he will slowly step out onto something resembling an Olympic diving platform.Below, the Earth becomes the concrete bottom of a swimming
27、pool that he wants to land on, but not too hard. Still, hell be traveling fast, so despite the distance, it will not be like diving into the deep end of a pool. It will be like he is diving into the shallow end.Skydiver preps for the big jumpWhen he jumps, he is expected to reach the speed of sound
28、- 690 mph (1,110 kph) - in less than 40 seconds. Like hitting the top of the water, he will begin to slow as he approaches the more dense air closer to Earth. But this will not be enough to stop him completely.If he goes too fast or spins out of control, he has a stabilization parachute that can be
29、deployed to slow him down. His team hopes its not needed. Instead, he plans to deploy his 270-square-foot (25-square-meter) main chute at an altitude of around 5,000 feet (1,524 meters).In order to deploy this chute successfully, he will have to slow to 172 mph (277 kph). He will have a reserve para
30、chute that will open automatically if he loses consciousness at mach speeds.Even if everything goes as planned, it wont. Baumgartner still will free fall at a speed that would cause you and me to pass out, and no parachute is guaranteed to work higher than 25,000 feet (7,620 meters).It might not be
31、the moon, but Kittinger free fell from 102,800 feet in 1960 - at the dawn of an infamous space race that captured the hearts of many. Baumgartner will attempt to break that record, a feat that boggles the mind. This is one of those monumental moments I will always remember, because there is no way Id miss this.
