3S集成技术在土地卫片执法检查中的应用研究

李 曌 刘 令

（1.东华理工大学 江西南昌 330013；2.重庆市巫山县国土事务所 重庆市 404700）

0 引言

经济发展和人口增长导致土地资源违法利用问题日益突出。经济高速发展地区，人口密集地区和城乡结合区，土地的违法和不合理利用已成为耕地数量减少，环境质量退化的主要因素。加之土地沙漠化，盐碱化和自然地质灾害等因素，土地资源危机已是不争的事实，因此，保护土地资源刻不容缓。长期以来，落后的土地利用监测技术方法一直是制约我国土地资源监管事业发展的瓶颈因素，因此，迫切需要新技术手段来满足对土地资源信息的快速、准确获取，动态监测，空间信息分析，图形图像处理和数字制图的要求。

贯彻落实保护基本农田的国策，利用土地卫片执法检查，是职能部门对土地资源宏观调控和控制新增建设用地的重要手段。开展2012年度土地卫片执法检查工作，发现并查处全县境内违法用地行为，同时评估此地区国土资源管理秩序状况，以达到加强对土地利用情况的全面、持续监管，促进各地依法依规管地用地，做到集约节约用地，严格保护耕地，维护国土资源管理良好秩序的目的。

1 3S技术支持的可靠性

在近半个世纪的发展中，遥感技术在社会经济建设中发挥了重大的作用。传感器技术水平不断提高，RS 获取高空间分辨率、高时间分辨率及高波普分辨率影像数据十分方便。目前，主流卫星遥感图像有TM 和SPOT 图像，但是日本卫星图像，印度卫星图像，俄罗斯的航天遥感图像，IKONOS-2 等都逐渐进入用户的视野。土地卫片执法监测所需数据应具备现势性强，实时性快的特点，遥感获取的数据不仅满足上述要求，而且具备信息量大，种类多的优势。

全球定位系统全天候、连续、实时、高精度地采集目标物体的三维坐标数据、速度以及时间数据。美空军于2012年10月4日从福罗里达空军基地成功发射了第三颗GPS2F。GPS2F 采用了改进的原子钟技术和更安全的抗干扰军用信号。在社会实践应用方面，GPS-RTK 终端接收设备生产商已把终端接收机的二星系统升级到了三星系统，即加入了北斗卫星导航定位系统，进一步提高了野外测量的效率和质量。土地卫片执法检查过程中，疑似违法或违法图斑的定位准确是信息准确不可缺少的内容之一。GPS 准确的导航和精确的定位为土地卫片执法检查过程中采集定性和定量的各种信息特征提供了保障。

地理信息系统对多途径来源的空间数据进行动态存取，综合处理，集成管理。GIS 在硬件和软件的支持下，建立空间数据库，友好的人机交互界面引导数据的编辑，空间分析和信息表达，最终为决策者提供服务。GIS 分析功能不足的劣势正在随着科学技术的发展与创新逐渐扭转，而且向着系统化、动态化和智能化发展。土地卫片执法检查所需的各种比例尺的栅格和矢量图件、实地采集的地块属性数据都可以在GIS中进行科学的管理。

2 准备基础数据

全县1:10000 土地利用现状图；土地勘测定界图（如果有批文的建设项目）；2010,2011年全县遥感影像数据；土地利用变更调查信息成果。

3 工作区地理环境介绍

巫山县位于重庆市最东端，三峡库区腹心，素有“渝东门户”之称。县境东西最大距离61.2公里，南北最大距离80.3公里。总面积2958 平方公里左右，耕地面积40274公顷左右。巫山县地形十分复杂，南北高中间低，最低海拔仅73.1米，最高海拔2680米，立体气候特征明显。巫山属亚热带季风性湿润气候，年均温度18.4C°左右。

4 3S 在土地卫片执法检查中应用的基本流程

RS 获取工作区域高分辨率的不同时相的影像图，基于专业的图像处理软件系统，对比分析得出疑似违法或违法图斑。利用GPS的导航和定位功能进行图斑的野外核查，并测量出相关地类的面积数据，根据土地利用变化前后的图形和属性数据，确认是否违法。组织相关影像，图形和属性数据在GIS 软件系统的支持下分类建立空间的和非空间的数据库。

①将全县2010年、2011年两个时相的遥感影像图进行预处理。图像经过校正达到以下目的∶辐射校正纠正由于遥感检测系统，大气散射和吸收等原因引起的图像模糊失真，分辨率和对比度下降等辐射失真；几何校正纠正由于搭载传感器的遥感平台飞行姿态的变化，地球自转、地球曲率等原因引起的图像几何位置畸变。根据实际需求进行图像增强处理，包括彩色增强、空间域增强和频率增强。配准、比例尺变化、统一坐标系（80 西安坐标）都是图像预处理过程不可缺少的步骤。见图1。

②将两个时相的影像图叠加对比分析并分别套合1:10000 土地利用现状图 （80 西安坐标）对比分析，经目视判读解译得到疑似违法图斑，利用GIS 软件（Arcgis）的图形编辑系统制作矢量图斑分布图。见图2。

图1 图斑分布图

图2 现状图套合

③外业实地核查∶以图斑分布图为基础资料，华测GPS-RTK（三星系统）作为定位测量工具。输入图斑中心点坐标，运用RTK测设功能确定图斑的准确地理位置。运用RTK测定功能获取疑似违法地块的界址点坐标（高斯投影80 西安坐标）。在准确定位的前提下，依据国土资源部下发的文件要求，调查疑似违法图斑的利用现状、权属、覆被变化前的用途、变化原因等信息，并填写表格。见图3。

图3 GPS 实测面积图

④将所有调查数据信息成果录入土地卫片执法检查GIS 管理系统，并建立栅格图像数据库（卫星遥感、航空遥感），矢量图形数据库，属性信息数据库，土地利用现状变更信息数据库等。根据调查的数据信息，结合GIS的编辑功能和分析功能最终确定疑似违法监测图斑是否违法，并以可视化的形式统计各项信息成果供决策部门参考处理。见图4。

图4 基本技术作业流程图

5 成果分析

表1 确认违法图斑统计表

图5 违法信息统计图

从表1中可以看出，2012年度卫片执法检查313个疑似违法监测图斑中，确认违法用地的图斑有10个。其余303个属非违法用地图斑的原因有∶（1）农村宅基地上新修房屋；（2）农用附属设施用地；（3）土地利用变更信息没有及时更新。对比2010年度、2011年度，2012年度确认违法图斑百分比和违法占用耕地面积都成递减的变化趋势，由此可以得出结论∶土地卫片执法检查对于控制新增建设用地，保护耕地资源不流失起到了明显的监管作用。天上看（RS），地上查（GPS），网上管（GIS）的高新信息管理体系应用于土地资源管理和监测是非常必要的。

6 前景展望

相比传统的土地违法监测方法，3S 集成技术应用于土地卫片执法检查过程的优越性有几个方面:（1）快速获取土地利用动态变化的信息，缩短执法检查周期；（2）处理海量地理空间数据，上报数据成果结果准确率高，减轻工作人员的工作负担；（3）主动地将变化信息与历史信息对比、分类、分析，并衍生出新的相关信息；（4）决策者可以依据逻辑关系强、可视化的成果数据与图件作出决策。

土地卫片执法检查过程中涉及的数据信息复杂丰富，具有很强的地域性、空间性、时序性和动态性。目视判读解译的方法存在解译结果因人而异，客观性受到一定质疑的缺点，而且技术人员劳动作业强度高。研究科学的计算模型，将是未来解决上述问题的途径。将科学的计算模型引入计算机，使计算机可以自动或人机交互半自动地进行遥感图像解译、分类、信息提取。

土地卫片执法检查GIS 管理系统的设计缺少一个与其他相关土地资源管理系统在线链接，缺少系统结合的接口。如果设计这样一个接口，可以使各系统间重复使用有效资源数据，充分发挥各自系统的优势。

虽然3S技术应用于国土资源管理过程中，还有许多方面需要专家、技术研究人员在未来努力地研究创新，但是我们可以确信的是，3S 集成技术应用前景和发展趋势一片光明。

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