毕业设计论文-RS在土地利用监管中的应用.docx

毕业论文题目: RS在土地利用监管中的应用 学 院： 资源工程学院 专 业： 测绘工程 学 号： 二0一六年六月三日RS在土地利用监管中的应用【摘要】随着科技的进步与城市建设的快速发展，违章建筑和违法用地等现象越来越严重，土地利用愈来愈缺乏合理性，使其得不到高效利用，影响了当地的经济发展，传统的土地利用监管手段已经满足不了对这一现象的监测。为了使其土地利用得到高效快速运转，得到合理利用，及时发现问题，必须利用新技术来提高土地利用的监管。文章根据三明市土地利用监测资料介绍了遥感技术在土地利用中的监测，遥感技术与土地利用监管的有机结合，分析存在的优缺点，做出总结，针对存在问题提出一些建议。【关键词】土地利用；遥感技术；遥感监测；监管目录1引言.31.1研究背景.31.2研究内容.31.3研究意义.32土地利用监测.42.1土地利用调查概述.42.2土地利用监测方法.43遥感技术.43.1遥感技术的发展.43.2遥感技术的特点.54遥感技术在土地利用监测中的应用.64.1遥感技术的优势. .64.2监测分析. .65存在问题和提出建议.95.1存在问题.95.2建议.106结束语.10参考文献.11致谢词.131 引言1.1研究背景自上世纪80年代开始，城市化的蓬勃发展、人口数量的不断扩张和经济的腾飞，都使得土地问题越来越棘手。由于土地作为不可再生资源和国家对于土地供给量的限制，城市化发展在中国已达到了一个转折点，已经无法持续依靠征用耕地作为城市建设发展的模式，同时，市场经济利益也使得土地利用发生了显著的变化，造成大量土地利用效率低、效益不佳，土地退化、污染日益严重，土地供需矛盾日益严重，耕地保护情况越发棘手，对国家粮食安全产生了重大的影响，限制了经济的发展。近十几年来，人地的矛盾愈演愈烈，土地资源闲置浪费和低效利用现象层出不穷。截至2015年9月底，从2010年到2014年间全国各级政府批准建设用地累积供应221.22万公顷，其中，未开工项目用地达56.43万公顷、未按期开工超过1年构成闲置土地面积25.8万公顷，分别占供地总面积的1/4和1/101。中国作为人口数量庞大的国家，随着人口的持续增加，可利用的土地资源也相对愈来愈少，除此之外，其他种种原因造成部分地区土地利用的信息数据特征不够明显，如土地利用数据的现势性不强，无法满足土地利用监管的各项管理工作的深入开展，因此，土地利用问题也备受关注，不仅因为人口的增多使其相对减少，还因为土地利用是个经济问题，土地资源的低效利用和闲置浪费现象的存在在很大程度上影响了经济的发展，是影响经济效益的重要原因之一。所以，使土地资源能够及时做出调整，得到高效率和合理的利用，为服务经济社会发展提供助力已经成为迫切的问题。1.2研究内容土地监管是土地制度维护，土地关系调整，土地利用合理组织的一项重要措施。土地利用的合理性和合法性，是有效利用土地的必要条件。而土地利用是人类通过与土地所进行物质、能量和价值、信息的交流、转化为物质商品和服务的经济活动过程，从而影响该地区的经济。遥感技术能够定期地得到实时地物特征信息，并获得大量的信息。遥感技术的投入应用将使得土地利用监管“如虎添翼”，为检查土地利用规划、计划实施情况提供了可参考的数据，及时将土地利用信息提供给有关部门，使土地利用达到最合理化、最高利用率。1.3研究意义随着新科技的不断发展，对现有RS(遥感)技术进行充分的利用，查清并确定各种土地利用的分类面积、分布情况和利用现状，并对土地利用生产进行因地制宜的指导以及土地利用的规划和区分，使其得到合理化、高效率地使用，从而促进当地的经济发展。并对遥感技术在其中的作用，以及应用过程中存在的问题进行分析、提出建议。2 土地利用监测2.1土地利用调查概述土地利用是指人类利用土地的自然属性的方式方法和目的意图，是将人类劳动与土地结合，从而获得物质商品和服务的经济活动。科学水平越高，对土地利用的认识就越深，所以土地利用调查是个技术问题，同时，作为最基本的生产要素之一，土地与其他要素相互结合、相互作用，通过生产过程产生相应的经济效益，因此它也是个经济问题。土地利用是决定土地功能的过程，它是根据质量特性和土地需求决定的。由于土地资源具有很强的区域性的特性，土地利用方式依据土地资源类型和自然状态形式来决定，加上人类对土地的需求是各种各样的，因而产生的土地活动也是多样化的，这些都会导致因国家、区域的不同使得土地利用状态也不尽相同，要了解各个区域的土地利用状态就要对土地利用进行调查 2 。土地利用调查是一个国家或地区定期或不定期的对其土地利用状况的动态变化进行监视、测量测定，用来确定当地当前土地利用图的编制、各种土地利用分类、土地利用面积及其空间分布，了解土地利用存在、开发和利用的问题，总结经验和教训，提出合理利用土地的建议和意见。通过这种土地利用的变更调查不仅可以使地籍信息数据保持最新的状态信息，还可以提高数据的准确性、纠正以前的错误，并逐步完善地籍内容。其调查内容包括：各类利用土地的自然环境、社会和经济条件；各类土地利用的发展演变；各类土地利用的数量、质量和分布规律；分析土地利用现状、发现存在的问题和总结教训经验，提出土地利用的发展方向、途径和潜力；对土地利用现状图的编制；调查区域内土地总面积和各种土地面积测算等。2.2土地利用监测方法土地利用的方法有多种，在过去十几年的土地详细调查的工作中，数据的采集和获取主要依靠航空摄影测量技术获得，这种方法对于大面积的初始土地利用数据的获取非常有效和经济。但是，如果这种方法被用于每年的土地利用动态监测，就显得没有优势，因为这种做法不仅成本高，而且周期也长。传统的方法一般依赖于人工野外实地调查，利用发现的变化信息进行空间测量和面积量算，以上一年度的土地利用现状图为工作地图，按照地域划分、权属的区划、地类图斑逐一判读，实地比对，然后经外业调查补测、内业修改等各项流程与步骤得到。一般外业调查补测是在纸质的工作地图上简易补测，例如目视比较法、截距法、距离交会法、直角坐标法、简易补测法、平板仪测量法等方法3。然而，随着城市建设的快速发展，传统方法的缺点也越来越明显，已不能满足经济社会发展的需要。传统方法的缺点：测量方法落后，无法主动对土地利用现状进行监测；受人为因素影响大；获取土地利用的变更数据慢，多次清绘后有误差积累；原来的图件在土地利用信息发生变化后即会失去现势性；平板仪等测量工具无法连续测量整个边界，只能对拐点进行测量，而且难以将其精确地标绘到原详查底图上。因此，随着科技的发展，我们便放弃传统方法的使用，运用新的监测技术，即遥感技术，它克服传统方法是缺点，准确快速地发现土地利用的变化并获取数据，更科学有效地进行土地利用的监测。3 遥感技术3.1遥感技术的发展遥感技术是从远距离感知目标反射或自身辐射的电磁波、可见光、红外线，对目标进行探测和识别的技术。现代遥感技术主要包括信息的获取和接收、记录与传输、存储和处理等环节。1961年，在美国国家科学院和国家研究理事会的资助下召开的“环境遥感国际讨论会”为遥感作为一门新兴的独立学科奠定了基础，并获得飞跃般的进步。我国在上世纪80年代初首次将遥感技术应用到土地资源管理中4。1996年，我国进行的全国重点城市的建设用地规模的监测使遥感技术在土地利用管理中应用和推广被推向了高潮。1999年，进行了对全国重点城市地区的土地利用变化现状、耕地在新增建设用地征用下状况的连续、多周期、多目标的遥感监测。遥感技术在参与宏观调控和经济形势分析，以及国土资源各项管理工作中占据了紧要地位5。2007-2009年，动态遥感技术为土地调查、变化检测及土地监测等工作提供了准确的基础数据。2010年，在全国土地年度变更调查中，遥感技术在土地利用监管中发挥了举足轻重的作用，对建设用地的增多、耕地和农用地渐少的情况进行了有效的监测。遥感技术的进步主要展现为：多平台、多传感器、多角度和高分辨率、高光谱分辨率和高时相分辨率的数据获取技术；不依赖地面控制的对地定位；自动化和智能化的遥感数据处理；实时化多时相影像数据自动查找地表覆盖的变化 6。3.2遥感技术的特点3.2.1大面积的同步观测在土地资源调查的过程中，能够同时获取大面积的数据是非常需要的，而利用遥感技术进行观测则可以为同步获取信息提供最佳方法。遥感平台的高度决定其视角的范围大小，平台越高视角越宽广，可以同步观测到的面积也就越大，一些重要地物的宏观空间分布规律也更容易被发现和找到。例如，一个区域的陆地卫星图像，可达甚至超过3万平方公里，约我国海南岛的面积那么大，在56min内即可探测完成，实现大面积的对地同步观测。3.2.2时效性由于卫星是绕着地球在固定轨道上运动，卫星能够在经过地球上空的某片区域时对该区域内的目标物或地物进行数据的采集，这些最新获取的信息数据就被用来对原有资料和数据进行更新；遥感技术可以在短时间内多次对相同的领域进行探测，并从中发现事物的各种动态变化。遥感平台的高度是导致其观测周期不同的原因。例如，陆地卫星以45天或每16天为周期对同一地区重复观测；NOAA气象卫星每天可以对同一地区进行2次观测；地球同步轨道卫星可以每30min对地观测一次。而传统的地面调查用几年甚至更长时间才能获得的大范围内土地利用动态变化的数据，利用遥感技术只需要一段很短的时间即可完成。且遥感所获得的数据具有的现势性比常规方法所得到的数据的现实性更强，这对于探测地球上土地资源不同时段的动态变化是很重要的。3.2.3数据具备综合性和可比性地物的地质、地貌、土壤、植被、水文等特征可以通过遥感获得的电磁波特性数据较综合地反映出来。由于可按要求设计遥感的探测波段、成像方式、成像时间、数据记录等，因此获得的数据会具有同一性或相似性。又考虑到新的传感器和信息记录都可向下兼容，因此数据具有可比性。3.2.4信息获取受限少地球上有多种多样的地形地貌，然而有很多地方不是人类可以轻易到达的，这些地方的环境极度恶劣条件特别艰苦，如沙漠、沼泽、高山峻岭、冰川等。而遥感技术的应用使其不受地面条件的影响，可以方便及时地获取各种信息资料和数据。3.2.5获取信息方法多、信息量大遥感信息数据的采集是不同的，根据任务要求的不同，选用的遥感仪器和波段也是不一样的。如利用可见光波段进行地物探测；紫外线波段主要用来监测碳酸盐岩的分布和油污染；红外线可用于军事方面，探测火山、地质构造等；微波波段还具有一定穿透能力，能透过土壤等表层覆盖物，还能够进行全天候的工作。遥感技术获取的信息量非常大，若以美国陆地卫星获取的多波段扫描影像为例，一共有7个波段，像素的分辨率为30*30m，每一个波段包含38023666个像元点，一幅标准的图像总共包括七个波段，则像元点的个数为26616万个。4 遥感技术在土地利用监测中的应用4.1遥感技术的优势遥感信息是地表各种地物要素的真实写照，充分显示出了各类土地利用的特点和空间分布。土地利用动态遥感监测能够对土地利用变化状况进行实时的、定期的监测，对土地利用总规划及年度用地计划的实施情况进行检核，并着重对每年土地利用变更汇总信息数据进行检核，为国家宏观决策提供较可信和准确的土地利用变化状况的信息数据，同时对特殊的目标物或地物进行常规的、周期较短的监测，尤其是违法建筑用地和涉及违法用地的地区，从而为不合理的土地利用、查处违法用地行为以及处置突发事件提供依据，并且可提供基于实际影像的可精准测量的、可作为基础信息的土地利用动态监测结果，以便国土资源管理部门进行土地的监管。所以，与传统的土地利用调查监测方法相比，遥感监测技术有着很多优势。（1）遥感监测直观实时。卫星遥感监测技术准确实时地进行土地利用状况的监测，为贯彻的国土资源监管新思路提供了强有力的科技支撑，使“以图管地”的方法成为现实。同时也为快速决策土地利用规划、管理、保护提供了技术保障。（2）精度的保证。与传统的方法相比，遥感监测技术在很大程度上排除了人为因素的干扰，使其精度也更具保证。 （3）效率的提高、遗漏概率变小。在复查土地利用变更调查数据的准确度的同时，采用遥感监测数据对土地利用调查工作进行针对性的辅助，这样，既节约了变化地块的查找时间，还提高了作业效率、保证了调查结果的可靠度。根据国土资源管理部门现有的关于土地利用的信息，能够较准确地发现各地地块土地利用情况是否有发生变化，发生变化的土地会被提取为监测图斑，遗漏的概率较小。（4）更具经济性和实用性。采用高分辨率的遥感监测技术在大范围空间条件下获取土地利用变化数据，与常规的调查方法相比，耗费更少的人力和物力，显得更加的经济和实用。4.2监测分析4.2.1遥感监测遥感监测，就是利用遥感技术，不需要采样就进行区域性的目标物或现象的跟踪测量，而能获取信息并且对其进行判读的高自动化的监测技术。图斑是指单一地类地块，以及被行政线、土地权属界线或线状地物分割的单一地类地块。遥感的监测图斑如图4-1所示，图中红色线为此图斑的范围线。土地利用遥感监测是以遥感监测技术为手段，利用时效性强的高分辨率遥感影像图作为基础，以上一年度或前时相的遥感影像图作为对照，对地类进行判读和预处理，从而快速获得土地利用变化信息，并对其进行核查，最终确定土地利用变化现状，为及时、快速作出土地利用调整提供依据。图4-1 遥感监测图斑4.2.2图斑监测以将乐县为例为准确掌握2015年度全国土地利用变化情况，依据中华人民共和国土地管理法、土地调查条例等各项有关法律法规，在第二次全国土地调查及上年度全国土地变更调查成果的基础上，开展2015年全国遥感监测工作7，对2015土地利用状况做出适度的调整。开展遥感监测图斑外业核实及建设用地变更调查是监管土地利用合理的必要手段，利用国家下发用地管理信息(国家下发的遥感监测成果为准的以县市为单位的图幅较大不易于操作)，开展土地利用现状变更调查，按照乡镇为单位作分幅处理，然后制作比例尺为1:7000或1:6000的外业底图，利用这些外业底图对各监测图斑进行逐一外业调查，调查年度内每一块变化土地的利用类型、范围、权属和面积等实际情况并进行实地核查每一块遥感监测图斑，按要求如实填报遥感监测核实记录表，开展变更工作。对监测图斑中实地发生建设的，按照实地情况变更为建设用地、设施农用地或按照临时用地上图；对经实地调查现场已拆除并恢复原地类的监测图斑，维持原地类不做变更；对土地整治实施推填土，或影像伪变化的监测图斑，维持原地类不做变更，在核实记录表中如实说明情况。（对2015年度遥感影像未反映的新增建设用地变化地块，除已取得合法用地手续，并在部监管平台备案的，暂不纳入本年度进行变更）对遥感监测图斑进行现场核查时，用相机拍下每个图斑所对应地块的实地情况，特别是图斑内未建设的地方，照片将被作为举证材料对图斑的范围进行调整和补充调查。调绘实地建设范围和图斑内未建设的范围以及土地利用现状，遥感监测图斑的变化情况进行确认。如：（1）按照实际情况，将实地中已经建设的图斑分为建设用地、设施农用地或临时用地变更；（2）实地为水泥平整地的图斑，按照建设用地变更。（3）在监测图斑中，一部分为已建房屋，另一部分为土质平整地的，提供未建设土质平整地的照片作为举证材料；（4）实地为推填土图斑的，则提供现场未建设的实地照片作为举证材料；（5）实地为伪变化的图斑，提供现场实地照片作为举证材料。并填报表4-1遥感监测核实记录表中（部分）的相关数据。图4-2为将乐县的一小部分遥感图斑的信息记录表，它是由国家下发的。遥感监测图斑信息核实记录表的图斑数量、顺序均以国家下发为准，表头不得随意修改、表间内容也不得随意修改和删减。表4-1 遥感监测核实记录表（部分） 中心点坐标 时相 序号 行政代码 监测图斑号 图斑类型 监测面积（亩） X Y 前 后12345678910监测图斑个数： 监测图斑面积合计：图4-2 将乐县遥感监测图斑信息记录表图中字母所表示的含义：“JCBH”表示监测图斑编号，即图斑号；“TBLX”表示图斑类型；“XZB”表示中心点坐标X； “YZB”表示中心点坐标Y；“JCMJ”表示监测面积；“BGDL”表示变更地类；“BGFW”表示变更范围；“WBGLX”表示未变更类型；“BZ”表示备注。图斑类型中代码所代表的含义：“2”表示图斑类型中第二大类。前时相影像为被植被覆盖或存在明显非建设迹象，后时相影像有发生明显建设推填土现象。“3B”表示图斑类型第三大类中的B类。前时相影像有明显建设推填土痕迹或为低矮建筑构筑物，后时相影像是无法确定为住宅小区、工厂、高层建筑、集中建设的农村居民点、学校、运动场、机场等大型建设项目，以及其建设地基，具有或疑似彩钢特征的建设项目、零散分布的农村居民点，以及已建设项目内部新建或扩建的附属绿地、广场、停车场的明显建设特征。 “1B”表示图斑类型第一大类中的B类。前时相影像有植被覆盖或明显非建设迹象，后时相影像是不能确定为住宅小区、工厂、高层建筑、集中建设的农村居民点、学校、运动场、机场等大型建设项目及可确定为其建设地基的建设特征，具有或疑似彩钢特征的建设项目、零散分布的农村居民点，以及已建设项目内部新建或扩建的附属绿地、广场、停车场的明显建设特征。 “7A” 表示图斑类型第七大类中的A类。前时相影像因为未建或动土在建而有植被覆盖或没有明显建设，后时相影像是基本建成的、表现为路面已完成硬化、水泥浇筑或铺油等基本具备通车条件的道路而有明显道路的特征。“1F”表示图斑类型第一大类中的F类。前时相影像有植被覆盖或明显非建设痕迹，后时相影像是简易的疑似设施农用地或简易临时建筑的明显建设特征。遥感图斑监测的信息提取是将本年度与上一年遥感正射影像叠加对比，按照统一的图斑提取原则和要求，参考上一年度土地利用调查数据库等基础资料分类提取新增建设用地图斑。其信息提取遵循8;前时相影像未建设，后时相影像已发生推填土或已形成建（构）筑物的地块。包括：（1） 前时相影像有植被覆盖或非建设用地特征，后时相是存在明显建筑迹象（如地基、建筑物等）；（2） 前时相有植被覆盖或明显非建设用地特征，后时相是已发生推填土；（3） 前时相有推填土特征，后时相存在明显建筑迹象。如图4-3和图4-4、图4-5和图4-6，分别是将乐遥感监测中图斑1和图斑33变更前后的土地利用变化对比图。 图4-3 将乐前时相遥感监测图斑1 图4-4 将乐后时相遥感监测图斑1 图4-5 将乐前时相遥感监测图斑33 图4-6 将乐后时相遥感监测图斑将两个前后时相的遥感影像叠加在一起，采用人工对前后时相遥感影像目视解译的方法，并参考前时相的土地调查数据库等基础资料，然后进行人工判读，通过图斑变化的判读来识别地物类型、空间分布位置、形状、面积等属性特征是否发生了变化，发生变化的图斑被提取为疑问图斑，并进行外业核查。如图4-3和图4-4的图斑1的前后时相进行判读后，发现图斑发生变化，经过外业核查，发现图斑1所在地块发生过推填土，此地块的土只是被推平并没有成为其他类型用地，还是被归为耕地；而图4-5和图4-6经过人工判读之后，发现图斑发生变化，提取为疑问图斑，并暂时认定此图斑所在的地块上的土地利用从耕地变成了城镇用地，于是，对疑问图斑进行了外业核查，经核查证实，图4-6中红色线范围内被分成两部分，并分别标有33的字样，其中面积较大的部分已经成为了城镇建设用地，而细细长长的黄色部分没有成为城镇建设用地，还是耕地。通过将遥感技术应用于土地利用监管中去，利用遥感监测图斑发现土地利用是否发生变化，并加强对关键区域的监测9，然后及时做出相应的土地利用调整，是使土地利用合理、高效的关键。5 存在问题和提出建议5.1存在问题5.1.1耗费大量人力、时间由于要判断影像上是不是有明显建筑物的痕迹，而现在的机器设备还没有达到如此高智能化的程度，因此，只能对遥感影像采用人工判读的方法来确定疑问图斑，而人工判读需要将前后两个不相同时相的遥感影像叠加放在一起，然后按照一定的空间分布依次进行判读，所需的时间很多，需要用到大量的人力，使得工作的效率不高。5.1.2监测成果存在误差（1）人为差异。人工作业受各种因素的干扰，图斑的对照、实地发生变化的图斑的外业核查都有可能因为各种原因而被忽略遗漏。 （2）监测成果精度差异。全国遥感监测在土地利用监管中的应用按各地的人口、经济情况、地理位置等因素划分监测区域，每个监测分区的遥感影像分辨率又不尽相同，因此，不同地方的遥感影像便存在着不同程度的清晰度的区别。而监测图斑的最小面积受影像分辨率的影响也会有所不同，甚至因为影像分辨率低从而造成一些小面积的新增建设用地没有被监测到。这些小面积遥感影像模糊或者直接没被监测出来的影像便造成外业底图不清晰甚至部分遗漏，对外业调查造成影响。随着时间的加长，这些各方面原因造成的问题也会慢慢累积，导致数据库中的建设用地比实际上的建筑用地少，使信息数据失去了原有的真实客观性，从而也会给土地利用监管带来不方便，使有关部门在这些情况在无法合理进行土地利用调整，导致无法高效率进行土地利用。5.1.3技术人员方面技术人员对其处理软件的不熟练甚至是不熟悉，不能对遥感监测影像进行处理、制作和出图以及不能很好地进行后续的内业处理和外业核查，都对土地利用的调查造成了影响，在处理环节上浪费了很多时间。5.1.4工作人员的态度不积极国家下发遥感监测成果给各地区是辅助各地区开展土地利用变更调查，了解土地利用现状，然而在实际过程中却有一些地方存在着只对遥感监测图斑进行调查、更新，对遥感监测图斑外的其他图斑实行不闻不问的态度，这种做法会使土地利用变更数据失去真实的客观性。5.2建议为了充分发挥遥感技术在土地利用监管中的作用，文章提出了几点建议：（1）正确的理解国家下发的遥感监测成果的目的，合理正确的使用其进行土地利用的变更调查不能简单地根据遥感监测图斑确定变更的范围，要进行实地的核查。（2）加强有关部门的规范，工作人员按照部统一组织、统筹安排、各司其职，数据维护采用谁提供谁维护的原则，这样更能提高各有关部门的积极性、端正认真对待的态度，提高数据的正确性、完整性。（3）加强对工作人员的培训，遥感监测的内业处理以及监测成果的处理制作和出图等都是要具体的人工操作的，不管哪个环节出错，都会造成调查成果的错误、影像调查成果失真。而这就要求工作人员的技术要达标、够水准。加强技术人员的软件操作培训以及对监测成果的处理能力的培训是必要的手段，只有这样才能减少错误、误差并且节省遥感监测成果处理的时间。6.结束语改革开放的大力度推进，经济社会发展步伐的加快，土地利用方式的不断变化，原有资料已不能满足经济建设的需要，遥感技术投入到土地利用监管中发挥了举足轻重的作用，遥感监测技术具有精度高、及时快速、直接客观的特点，又具备能够补充由人为造成的偏差的优点。基于遥感的土地利用动态监测方法在土地利用监管中起到保证土地资源规范利用的重要作用，是土地关系调整、土地合理、高效利用的重要技术手段。而这也说明进一步的推广和研究RS技术，将更有效地推动土地利用的调查技术方法，更及时有效的避免由于土地利用的不合理性所造成的经济损失。参考文献1 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Analyzing Land Use Change of Small Towns based on RS Technology: A Case Study in Huanghua TownJ. Resources Science, 2006, 28(5):68-75.Application of Remote Sensing Technology in Land Use RegulationResource engineering institute Major in Engineering of Surveying and MappingNo. 2012092512 Name: Meiling Huang Supervisor: Gaoxing zhangAbstract: With the rapid development of science and technology and the progress of urban construction, the phenomenon of unauthorized construction and illegal land use becomes more and more serious. Land use is becoming more and more unreasonable decreases the effi