（农业经济管理专业论文）基于4D技术的土地资源动态监测的研究.pdf

摘要 r 一 ( 土地是人类赖以生存的重要物质基础，土地资源的有限性和可持续发展的战略，要 求我们建立一个高效完善的土地资源动态监测体系，快速准确地提供有关土地资源的全 方位信息，以保障政府决策之用。 在监测体系中，采用何种动态监测的技术方法和手段决定着该体系的效益、效率和 发展。以“3 s ”技术集成为基础的“4 d ”技术为土地资源动态监测提供了科学而有效的 技术方法和手段。) 本文分析阐述了g i s 、g p s 、r s ( 即3 s ) 技术的概念、特点和发展 状况，简要介绍了该技术在土地资源动态监测中的心用情况；分析阐述了d e m 、d o m 、 d r g 、d l g ( 即“4 d ”) 技术的概念、特点和生产技术关键，探讨了该技术的应用领域： 研究并提出了基于“4 d ”技术的土地资源遥感动态峪测的技术方案，通过对技术方案中 主要关键技术的分析讨论，指出了关键技术的实现方法；设计了一个实际应用方案一一 黑龙江省三江平原土地资源遥感动态监测的技术方案：从理论分析和我国的国情看，该 技术方案实施是完全可行的，有效的；文中还从几个不同角度阐述了“4 d ”产品和技术 在土地资源动态监测中有着广泛的应用前景，从而指出了“4 d ”技术作为解决土地资源 动态监测这一问题的有效方法和手段，有实用价值平推广价值。 关键词：土地资源，3 4 d ，动态监测 茎苎塑墨一 r e s e a r c ho fd y n a m i cm o n i t o r i n gf o rl a n dr e s o u r c e sb a s e d o n 4 d t e c h n i q u e s a b s t r a c t l a n di sav i t a l l ys u b s t a n t i a if o u n d a t i o nw h i c hh u m a nd e p e n d so nf o rs u r v i v a l ，t h e f i n i t u d ea n dc o n t i n u a b l ed e v e l o p m e n ts t r a t a g e mo fl a n d r e s o u r c e r e q u i r e u st o e s t a b l i s ha ne f f i c i e n t p e r f e c ts y s t e mo fd y n a m i cm o n i t o r i n gf o rl a n dr e s o u r c e s ，w h i c h f l e e t l y ，a c c u r a t e l yp r o v i d e s t h ea l li n f o r m a t i o nr e l a t e dt ol a n dr e s o u r c e sa n d c a n e n s u r et h eu s ef o rg o v e r n m e n td e c i s i o n - m a k i n g i n m o n i t o r i n gs y s t e m ，a d o p t i n gw h i c ht e c h n i q u em e t h o da n dm e a n so fd y n a m i c m o n i t o r i n gd e c i d e st h eb e n e f i t e f f i c i e n c ya n dd e v e l o p m e n to ft h i ss y s t e m t h e 4 d 。 t e c h n i q u e b a s e do n 3 s t e c h n i q u e i n t e g r a t i o np r o v i d e s s c i e n t i f i ca n de f f e c t i v e t e c h n i q u e m e t h o da n dm e a n s i nt h i s p a p e r ，t h ec o n c e p t i o n ，c h a r a c t e r i s t i c a n d d e v e l o p i n gs t a t u so fg i s g p sa n dr s ( n a m e l y 3 s ) a r ee x p o u n d e da n da n a l y z e d t h ea p p l i e dc i r c u m s t a n c eo ft h et e c h n i q u ei nd y n a m i cm o n i t o r i n gf o rl a n dr e s o u r c e si s b r i e f l yi n t r o d u c e d ；t h ec o n c e p t i o n c h a r a c t e r i s t i ca n dp r o d u c tt e c h n i q u ec r u xo fd e m d o m d r g ，d l g ( n a m e l y 4 d 。) a r ee x p o u n d e da n da n a l y z e d ，t h ea p p l i e df i e l do ft h e t e c h n i q u ei sd i s c u s s e d ；t h et e c h n i q u es c h e m eo fr e m o t ed y n a m i cm o n i t o r i n gf o ri a n d r e s o u r c e sb a s e do n 4 d t e c h n i q u ei ss t u d i e da n da d v a n c e d ，t h er e a l i z a t i o nm e t h o d o fc r u c i a lt e c h n i q u ei si n d i c a t e d ；ap r a c t i c a la p p l i c a t i o ns c h e m ei sd e s i g n e d t h e t e c h n i q u es c h e m eo fr e m o t ed y n a m i cm o n i t o r i n gf o rh e i l o n g j i a n gs a n j i a n gp l a i nl a n d r e s o u r c e s ；j u d g e db y t h et h e o r e t i c a l a n a l y s i s a n ds i t u a t i o no fo u r c o u n t r y ，t h e i m p l e m e n to ft e c h n i q u es c h e m ei sf u l l yv i a b l e v a l i d i nt h e p a p e r , t h ee x t e n s i v e a p p l i c a t i o nf o r e g r o u n do f 4 d p r o d u c t i o na n dt e c h n i q u ei nd y n a m i cm o n i t o r i n gf o r l a n dr e s o u r c e si se x p o u n d e db yd i f f e r e n tp o i n t so fv i e w t h e r e b yi ti si n d i c a t e dt h a t 4 d t e c h n i q u ei sa ne f f e c t i v em e t h o da n dm e a n s f o rs e t t l i n gt h eq u e s t i o no fd y n a m i c m o n i t o r i n gf o rl a n dr e s o u r c e s ，h a sa p p l i e da n dp o p u l a r i z i n gv a l u e k e yw o r d s l a n dr e s o u r c e s ，3 s ，4 d ，d y n a m i cm o n i t o r i n g p o s t g r a d u a t e = m at i a n c h i ， t u t o r , p r o f d o n gd e x i a n m a j o r , l a n di n f o r m a t i o ns y s t e m i i 硕士论文东北农业大学 1 “3 s ”技术及其虚用 “3 s ”燕g i s 、g p s 和r s 的篱称。淹莆现代科技豹发展，“3 s ”汉葵蔷鲁鹊技术特 点日趋紧密结合，综合应用。“4 d ”技术是生产d e m 、d o m 、d r g 萃瑶d l g ( 或d t i ) 遮西种产品技术的简称，它是“3 s ”技术综合应用构一种新形式，在资源和垮境动态鼗 溯和趋势预壤，重大鸯然灾害益溯与预警戳及灾舞荤评髂与减灾对策数剿寇，城枣与经济 发震撬翔、歼发裙管理等方瑶有着广阔翡瘦弱翦景。嚣隽“4 d ”技本在地资源动态 箍测串韵综合斑雳是鞋“3 s ”为鏊础，嚣班在本部分串。将雷先蝴述g i s 、g p s 、r s 的 基本概念，重点在“3 s ”豹技术特点躲结合上避一步讨论其在她资源动态燕测中的综 仑瘦角润愿。 l 。l地理偿患系统( g l s ) 概述及甚嚣发聂状魏 1 1 。1 媲蓬信患系娩瓣定义及分类 地理信息系统( g e o g r a p h i c a li n f o r m a t i o ns y s t e m ) ，簿嚣g i s ，是反映人们赖以生存的 现实世界 资源与环境) 的现势和变迁戆备类空蝴数据及描述这类空间数撰特征的属性， 在计算机软件和硬锌支持下，以一定的格式辕入、痒贮、检索、嶷示期综合分擀的技术 系统。 地理信息系统，是在六十年代开始迅速发展起来的地理学研究掰技术，是多学科交 叉的产物，如果说，地理学的第一代语言是文字描述，第二代语言是地图的话，那么，地 理信息系统可称为她理学的第三代语言用数字 ；式来描述空间实体。地理债息系统 是以地理空间数据库为基础，采用地理模型分析方法，适时提供多种空间的和动态的地 理信息，为地理研究和地理决策服务的计算机技术系统，具有以下方蕊的特征： 具有采集、管理、分析和输出多种地理空间信息的能力，有空间性和动态性。 以地理研究和地理决策为目的，以= i 纽理模型疗法为手段，具有区域空间分析、多 要素综合分析和动态预测能力，产生高层次的地理信息。 由计算机系统支持进行空间地理数据管理，1 沣由计算机程序模拟常规的或专门的 地理分析方法，作用于空间数据，产生有用信息，完成人类难以完成的任务。计算机 系统的支持是g i s 的重要特征，使g i s 得以快速、精确、综合地对复杂的地璞信息进 行空间定位和过程动态分析。 地理信息系统按其内容可以分为三大类： + 专题地理倍息系统( t h e m a t i ci n f o r m a t i o ns y s t e m ) ，是具有有限目标和专业特点的 地理信息系统，为特定的专门目的服务。 + 区域性地理信息系统( r e g i o n a li n f o r m a t i o ns y s t e m ) 主要以区域综合研究和全面 的信息服务为目标，可以有不同的规模，可以按自然分区和流域为单位，也可按行政分 区为不阿的领域、地区服务。许多实际的地理信息系统是介于上述两者之间的区域性专 题地理信患系统，如j e 京市水土流失信惠系统，海南岛土缝评价信息系统，河南省冬小 “3 s ”技术及其应川 麦估产信息系统等。 地理信息系统工具或地理信息系统平台( g i s t o o l ) ，是一组具有图形图像数字 化、存贮管理、查询检索、分析运算和多种输出等地理信息系统基本功能的软件包，即 建立地理信息系统的平台，如国内的g e o s t a r 、国外的a r c l n f o 等。 1 l 2 地理信息系统发展状况 从1 9 6 5 年，w l g a r r i s o n 提出了“地理信息系统”这一术语以来，地理信息系统 的演进大致可分为四个在时间上有重叠的时期其或阶段。第一个时期从6 0 年代到约1 9 7 5 年，这主要是在美国和英国进行的探索或者说是研究前沿阶段，在这个时期，个人的作 用非常重要并对其产生极大影响。第二个时期是从1 9 7 3 年到8 0 年代的早期，这个时期 的正式的实验和国家资助的研究已规章化。从1 9 8 2 年到8 0 年代末，是地理信息系统的 商业化阶段，许多g i s 软件走向商业化市场。9 0 年代开始，开放了系统的初期标准化、 网络以及联网的其它非空间数据库，用户可认识到g i s 是什么，应做什么和能做什么。 我国的地理信息系统的起步较晚，8 0 年代初才斤始小区域的研究。中国地理信息系 统发展的技术基础主要来自计算机辅助制图、计算机技术和遥感技术应用等三个方面， 到目前为止，大体可分为三个阶段： 第一阶段( 1 9 7 8 1 9 8 0 ) ：进行舆论准备，正式提出倡议，开始组建队伍，组织个别实 验研究。 第二阶段( 1 9 8 1 一1 9 8 5 ) ：在理论探索、硬件组台、软件研制、规范制订、区域实验研 究、局部系统建立、初步应用试验和技术队伍培养等方面取得了进步，为在全国范围内 开展地理信息系统的研究和应用莫定了基础。 第三阶段( 1 9 8 现在) ：为初步发展阶段，g i s 作为一个全国性的研究领域，进行 了有计划、有目标、有组织的科学研究和应用实验，并取得了重要的进展和实际的应用 效益。 在地理信息系统中，人们常混淆了地理信息系统、地理信息系统信息库实体和地理 信息系统软件系统这三个概念。地理信息系统软件系统和数据库管理系统所起的作用类 似，是专门为地理信息系统的建立和开发而研制的通用软件系统，是地理信息系统的建 造工具，一个最小的g i s 应包括一定内存的计算机某种g i s 软件，地理数据库，以及 操作系统的技术人员。通常g i s 的软件系统按其主要采用的空间数据结构进行分类： 矢量型的地理信息系统( v e c t o r - b a s e dg i s ) ： 栅格型的地理信息系统( r a s t e r ，b a s e dg i s ) ： 综合型的地理信息系统( i n t e g r a t e dg i s ) ； 矢量模型与栅格模型是一逻辑对偶，传统的矢：t 和栅格数据结构各有其优缺点，矢 量数据结构的优点在于：通过给定唯一的一个逻辑地址使每个物体具有良好的可个体化 特性，并能根据质量或名称使每一个物体具有良好的可选取性，而且具有良好的压缩性， 因面所需存贮空间较小，计算时间适度。它的缺点庄于： ( 1 ) 数据结构的复杂性：( 2 ) 图 形烦琐，阐明几何毗邻和包含关系的开销很大：( 3 ) 较差的定位性能；( 4 ) 把第三维( 高度) 结合进来有困难。而栅格数据结构的优缺点基本上。j 矢量数据结构相反，目前趋向于两 2 堕圭堡塞变j ! 壅些奎兰 ! 壁! 生l 一 种结构并存，这需要设计高效的栅格矢量相互转换算法来支持栅格和矢量统一的系 统，特别是对于微机地理信息系统更具有特殊意义。 此外，近几年出现了新的面向对象的地理信息系统( o b j e c t o r i e n t e dg i s ) ，面向对象 的设计方法是近年来发展起来的一种新的设计技术，其基本思想是将系统所管理的数据， 应用封装机制，按其自然进行分隔。按人们通常的思维进行描述，建立每个对象的领域 模型和联系，既模拟实体信息的内在结构又模拟实体的动作机制。由于其更适合于定义 复杂的地理实体和对复杂的事物直接操作而被接受。目前，g i s 的发展逐渐呈以下几种 趋势： 近几年，随着技术上的成熟，作为地理信息系统中心的空间数据结构和数据发展的 一个重要趋势就是全关系型，也就是要用统的商用数据库管理系统管理空间数据库和 属性数据库。开发全关系的g i s 软件，使g i s 软件能充分利用商用数据库中已经成熟的 众多特性，如内存缓冲、快速索引、数据完整性和一致性保证、并发控制、安全和恢复 机制及分布式处理机制，以便明显地提高g i s 软件 于理空间数据的能力。 以系统为中心逐渐向以数据为中心过渡，将是g i s 发展的又一个重要方向。进入9 0 年代以后，我国开始研究c l i e n t s e v e r 上的g i s 应刖，并已经取得了一定的成果。 网络技术的发展同样使空间数据的快速共享成为可能，分布式计算技术的发展改变 了软件的工作方式。c l i e n t s e r v e r 结构和w e b 的出观，方便了用户，改变了软件的使用 方式，同样，g i s 软件也必须适应这些新技术的发胜，开发分布式的g i s 软件不仅要考 虑到网络应用层协议的设计，而且还必须考虑元数据( 如数据来源、投影方式、坐标系 统、作业方式等) 标准的建设。另外，还必须研究g i s 应用的表示技术。在这种情况下， g i s 软件开发人员不仅是应用软件的开发者，还必须了解系统软件的构造和设计技术。 o p e n g i s 、w e b g i s 的出现正是顺应了这种趋势。o p e n g i s 以不同平台、不周系统之间 的互操作作为特征，极大地扩展了g i s 的规模和范闱：w e g g i s 的出现将使g i s 普及到 千家万户。 1 2 遥感技术概述及发展状况 “遥感”( r e m o t es e n s i n g ) 一词产生于6 0 年代初期，意思是遥远的感知。 人们通常认为：使用某种遥感器，不直接接触被研究的目标，感测目标的特征信息 ( 一般是电磁波的反射辐射或发射辐射) ，经过传输、处理，从中提取人们感兴趣的信息， 这个过程叫做遥感。遥感技术则是实现这种过程所采取的各种技术手段的总称。显然， 大家所熟悉的摄影与空中摄影及摄影测量等都在广义的遥感范畴之中。 遥感技术包括遥感器( 也称传感器) 技术，信息传输技术，信息处理，提取和应用 技术，目标信息特征的分析与测量技术，等等。现代遥感技术是遥感技术，应用光学技 术，无线电电子技术、计算技术等相结合的一门新技术。 1 2 1 遥藤技术系统 1 2 1 1 现代遥感技术系统 现代遥感技术系统一般由四部分组成： “3 s ”技术及其应川 空间信息系统 空间信息系统主要包括遥感平台和遥感器两部分。遥感平台是运载遥感器并为其提 供工作条件的工具。例如人造地球卫星、航天飞机等。遥感器是收集、记录被测目标的 特征信息( 反射或发射电磁波) 并发送至地面接收站的设备。遥感器是整个遥感技术的 核心，体现着遥感技术的水平。在空间信息采集中，通常有多平台信息获取，多时相信 息获取，多波段或多光谱信息获取等几种形式。 地面接收和预处理系统 航空遥感获取的信息，可以直接送回地面并进行一定的处理。航天遥感获取的信息 一般都是以无线电的形式进行实时性地或非实时性地发送并被地面接收站接收和进行预 处理( 又称前处理或粗处理) 。预处理的主要作用是对信息所含有的噪音和误差进行辐射 校正或几何校正，图象的分幅和注记( 如地理坐标刚等) ，为用户提供信息产品，例如光 学图象或计算机用的数字数据磁带。 地面实况调查系统 地面调查系统主要包括在空间遥感信息获取前所进行的地物波谱特征( 地物反射电 磁波及发射电磁波的特性) 测量，在空间遥感信息获取的同时所进行与遥感目的有关的 各种遥测数据的采集( 如区域的环境和气象等数据) 。 信息分析应用系统 信息分析应用系统是用户为一定目的而应用遥感信息时所采取的各种技术，主要包 括遥感信息的选择技术，应用处理技术，制图技术，参数量算和数据统计技术等内容。 1 2 1 2 遥感信息的特点 航天遥感信息除具有黑白航天相片的真实性、j 观性、时间性、影象和地物相似性 的特点外，还有如下特点： 探测范围大。 资料新颖，能迅速反映动态变化。 成图迅速。 收集资料方便，不受地形限制。 由此可见，遥感信息是人们了解自然、认识自然、改造自然、保护环境和保护资源 的重要信息源。遥感信息的上述特点使遥感技术广泛应用于测绘、国土资源调查和监测、 农业生产和环境监测、城乡规划、军事侦察等方面。 1 2 2 遥感技术的发晨状况 遥感技术在2 0 世纪6 0 年代兴起，它是在航天技术、计算机技术、传感技术等的推 动下发展起来的。遥感技术促使摄影测量发生了革命性的变化，它在地学和环境学等方 面得到了广泛应用。至今已经历了从地面遥感( 1 9 世纪初) 、航空遥感( 2 0 世纪初) 到 航天遥感( 2 0 世纪中叶) 三个阶段。 3 0 多年来，各国对遥感技术进行了广泛的研究、实验和应用。高新技术的发展逐渐 融合到遥感技术中来。如成象光谱仪的出现使每个波段的波区变的越来越窄，达到l o n m 以下，波段数达到2 8 8 个，使得光谱信息更加丰富有效反映了地物真实谱貌。传感器 4 堡圭堡墨查! ! 壅些丕堂 ! 塑! ：! 的分辨率也在提高。目前，民用遥感传感器的空间分辨率已由5 m 左右提高到l m 左右， 可全面替代测绘1 ：2 5 0 0 0 比例尺地形图的航摄，又可用于1 ：1 0 0 0 0 比例尺地形图的修 测，在环境和资源探测方面可提供更清晰的空间特征。在遥感数据处理方面计算机硬件 和软件技术的飞速发展使海量遥感数据的同时快速处理成为现实。中继通信卫星的应用 和i n t e r n e t 技术发展，使遥感数据实现实时传输，遥感图象索取、显示、处理和分析实 时化将成为现实。 地理信息系统( g i s ) 的发展和应用，使遥感技术的潜力得到进一步得发挥。遥感图 象与g i s 数据库中的大量背景数据的叠合分析，大人提高了遥感图象的识别能力和可信 度，g i s 还是遥感探测成果的评价和空间分析的一种有效 具。而遥感也是为地理信息 系统数据库更新提供现实信息的最佳手段之一，两者的结合势在必行。全球定位系统 ( g p s j 为遥感图象提供精确的实时定位数据，使得遥感图象的实时几何校正处理和遥 感图象与g i s 数据精确配准成为可能。知识工程技术即所谓专家系统，为遥感图象理解 和自动判度提供了一种基于知识的高水平的分析方法。这些技术与遥感技术的融合，必 将为遥感技术的发展开辟前所未有的美好前景。 1 3 全球定位系统( g p s ) 概述及g p s 测地技术的发展状况 卫星全球定位系统g p s 是“授时与测距导航系统全球定位系统”( n a v i g a t i o n s y s t e m t i m i n ga n dr a n g i n g g l o b a lp o s i t i o n i n gs y s t e m n a v s t a r g p s ) 的简称，这是一 种利用接收g p s 卫星信号实现授时、导航与测地的高新技术。它具有全天候作业、观测 操作方便、布点自由( 无须站点之间通视) 、观测与数据处理自动化程度高，同时提供三 维坐标、定位精度高等特点，能够进行厘米级甚至一苦米级的静态定位、毫微秒级的时间 测量等。对经典测量工作而言，这是一场重大的变革。 1 3 1 全球定位系统( g p s ) 组成 g p s 系统共有三个部分组成，即空间卫星星座、地面监控系统和用户设备： 空间卫星星座：g p s 系统设计共有2 4 颗【作卫星和3 颗备用卫星。工作卫星 均匀地分布在六个相对于地球赤道面的夹角为5 5 。的近似圆形的轨道面上，轨道面之间 的夹角为6 6 。轨道高度约距地面2 0 2 0 0 k m 。这种分布可以保证在地面上的任一点、任 一时刻均可接收到至少4 颗以上的卫星信号。每颗i j 星上装有4 个原子钟，以标准频率 ( l 1 为1 5 7 5 4 2 m h z 、l 2 为1 2 2 7 6 0 m h z ) 为g p s 定位测量提供高精度的时间标准。其主 要作用是接收与存储地面控制站发送的信息，进行沛分的数据处理工作，发射多种信息 的无线电信号共用户导航、定位及接受时使用。 地面监控系统：由五个监控站、一个主控站和三个注入站组成。分布于美国本 土及其他国外空军基地。监控站上装有双频g p s 接收机，原子钟及数据处理设备，对卫 星进行连续跟踪监测，并将初步处理的结果传送给l = 控站。经主控站汇总后，推算卫星 星历，卫星钟差与大气层折射改正参数、提供全球定位系统的时间基准、编制控制命令 等。通过注入站发送给g p s 卫星，保证卫星沿预定轨道运行，并为用户提供具有现势性 “3 s ”技术及其应川 的导航与定位信息。g p s 卫星与地面监控系统是实现定位测量的基础。 g p s 用户设备主要由g p s 接收机、天线、l b 源与电缆等组成。用于导航的接收 机可单机作业。用于测地的接收设备至少需两台接收机组成一个同步观测机组，实现相 对定位测量。其主要作用是接收、存储和( 或) 向数据处理中心传输卫星发送的无线电 信号，实时处理接收到的卫星信息以确定接收机天线的实时位置等。对于测绘工作者而 言，研究g p s 在测绘中的应用主要是研究该系统的川户部分。 1 3 2g p s 定位的基本原理 g p s 定位就是利用g p s 系统来确定待定点的位置( 坐标) 。从定位原理上分，g p s 技术可分为“伪距法”测量和“载波相位法”测量两大类：从定位方法上分，g p s 技术 又可分为“单点定位”与“相对定位”两种。 伪距法定位测量，是根据卫星信号传播到接收机所用的时间( t ) 乘以电磁波的速度 ( v ) ，求出卫星至接收机的距离( s = v t ) 。同时测定i b4 颗卫星至接收机的距离，则分别 以4 颗卫星的位置( 瞬间位置) 为球心，以相应的距离为、# 径作球，这4 个球的交点即 为所求点( 接收机天线) 的位置。相交点当然不止一个，但求一个点的坐标( x ，y ，z ) 只需观测3 颗卫星即可解出，但为了修正接收机的计时误差及其他误差的影响，必须观 测4 颗卫星。由于每颗卫星在任一时刻的位置坐标( x ，y ，z ) 可根据卫星的轨道参数 计算出来，即每颗卫星在任一时刻都可看作一个空问己知点，其原理和空间后方距离交 会法相同，即可解算出所求点的三维坐标。 由于电磁波的传播速度受大气层的影响会有所 1 ( 变，卫星上的时钟与接收机的时钟 不完全同步，因此，所得的距离就不是真正的几何距离，而称之为“伪距”。 载波相位法定位测量，是在地面几个点上同时观测同一组卫星信号到达各接收器的 相位差，经事后处理可获各点之间的相对坐标差。u e 者是在一个点上同时观测多颗卫星 信号，测定出卫星信号与接收机本身信号之间的相位差，经过相应的换算后，计算出所 求点的坐标。 1 3 3 g p s 涮地技术的发展状况 g p s 系统的建立本意在于解决全球范围的导航定位问题，主要用于航海与军事方面。 其优点是能实时提供点位坐标数据。在实际应用中，发现g p s 存在巨大的潜力，促使人 们进行了多方研究探索，围绕着精度、速度与实时性( 也是一种速度上的表现) 等主要 方面，不断开拓、改进、完善，至今，g p s 应用已进入了比较成熟的阶段。 g p s 技术发展可以概括为以下几方面： 接收机的进展 自1 9 8 2 年第一台载波相位接收机问世以来，有效利用了l l 、l 2 两个载波资源，为 高精度g p s 定位提供了硬件基础。现在接收机向轻便型、高精度、实时性、系统集成型 发展。如t r i m b l e 公司生产的4 0 0 0 g e o 手持式g p s 接收机、r t k 测量系统4 0 0 0 t d 、 4 7 0 0 4 8 0 0 g p s 全站仪。 算法上的不断探求 九十年代初使用了整周未知数快速逼近技术f a r a ( f a s ta m b i g n i t yr e s o i n t i o n 6 硕士论文东北农业大学 a p p r o a c h ) 和后来自行求解整周未知数a r o f ( a m b i g u i t y r e s o i n t i o no n t h e f l y ) 技术，进一步改善了接收机的性能。 作业方法的进展 随着接收机和算法上的进步，从观测时间较长的静态测量到快速静态、准动态、动 态测量作业模式逐步满足各种测量作业的需要。极人提高了作业效率。 实时定位技术的进展 为了改善单点精度，引用了差分技术，借以消除钟差，削弱星历误差、电离层时延 误差的影响，后来又引进了移动数据通信技术，在以知点上设立基准站连续观测，通过 无线数据通讯链将伪距改正数，传送给流动站，对流动站观测数据予以修正，借以提高 定位精度。再加上卡尔曼滤波、数据平滑技术，使单点定位提高了亚米级精度。 载波相位测量、差分处理技术、整周未知数快速解算技术以及移动通信技术的融合， 诞生了载波相位实时差分法( r t k 技术) ，g p s 在洲地应用上，在精度、速度、实时性 三方面达到了完美结合。可完成如施工放样、载体姿态与方位的测定，水下地形测量、 耕作机械的导向等方面的应用。 可以预计，r t k 技术将成为g p s 测地技术主流。 1 4 。3 s 4 技术在土地资源利用调查和动态监测中的应用倚述 目前，土地资源动态变化和环境退化数据缺乏已成为制约我国协调发展规划和政府 部门准确决策的主要障碍。以耕地为例：目前国内耕地数据各家各时统计不一，在1 5 亿至2 0 亿间变动，此误差太大，影响国家对重大问题的决策和具体业务的规划，具粗略 统计，目前我国耕地在以每年5 0 0 万亩速度递减，阔家急需及时掌握真实、准确的变化 数据和分布状况。利用r s 、g p s 、g i s 进行土地资源利用调查和动态监测已为人们的所 共识。 1 4 1 r s 技术用于土地瓷淘喇用调查和动态监测 遥感技术是调查土地资源数量、质量、分布的重要手段之一。用r s 技术可以对陆 地地貌、土壤、土壤侵蚀与退化、植被等调查，有天应用成果可详见有关文献资料，在 此不做详述。 全国土地利用调查主要是为了查清土地的数量、质量与分布状况，揭示土地利用规 律，探讨土地合理利用方向和途径，为进行土地利j 目规划、制定农业区划提供依据。全 国土地利用现状详查技术规程将县级土地划分为8 个一级类和4 6 个二级类型，根据 情况可增设三级类型。 利用航空遥感图象进行土地利用调查，与常规方法比较有明显优点。加速调查研 究进程。有利于土地利用分析。提高土地利用。解决了交通不便或行人难至地区 的资料收集难题。 根据航空遥感图象上各种土地利用类型的影象特征及及其分布规律，并参考有关资 料，运用直接判定法、对比法、逻辑推理法或相关综合分析法判定土地利用的属性。 航天遥感图象中m s s 卫片难以满足详查的要求。t m 卫片可显示地面上1 0 m 宽的线 7 ：! 兰垫查垦苎窒坐一 状地物并能较好区分块状地物，小建筑物很难显示，则需实地调查。h r v 卫片分辨率较 高，北京地区实验证明h r v 卫片可适用于1 ：5 0 0 0 0 土地利用现状详查和1 ：2 5 0 0 0 土 地利用图的更新。对h r v 卫片的潜力正在研究和实验中a 利用我国的国土卫星l 、2 号彩色卫片进行土地利用调查，可分辨出2 5 - 3 o m 桥梁， 5 m 宽长形目标，6 7 m 圆形建筑物。已接近土地利川详查要求。有关实验正在进行。 1 9 8 2 年我国利用陆地资源卫星多光谱图象进行的“全国土地遥感调查”，测算了我 国1 5 种土地利用面积，编制了1 ：2 0 0 0 0 0 0 的全国十地利用图和分省各种土地利用图。 1 9 9 2 1 9 9 5 年期间，中科院和农业部组织实施丁全国资源环境宏观调查和动态监测 研究项目。采用了r s 、g i s 技术，建立了国家资源数据库，形成了一套r s 技术宏观资 源调查方法，采用了t m 图象专题制图，对土地资源动态监测取得了初步的研究成果。 实践证明利用r s 技术对国土资源调查、开发利用、动态监测和管理手段是可行的。 1 4 2 g p 8 技术在土地利用调查和动态监铡中的应用简述 g p s 技术的突出优点在于能精确开展定位测量，及时提供变更区域的精确坐标数据， 在土地利用调查中发挥重要作用。是采集初始信息雨i 变更信息的一种现代化手段。 g p s 用于地籍测量。 土地管理的核心是权属管理，权属管理的核心是地籍管理，而地籍测量又是地籍管 理的重要工作之一。 利用g p s 进行地籍测量，与传统的方法相比有很多优越性，主要表现为：第一，测 量精度高。采用载波相位法进行相对定位测量可达到毫米级精度，完全可以满足土地利 用调查中的测量精度要求。第二，测量之间无须通视，给 作带来极大方便。第三，不 受气象条件的限制。g p s 具有全天候的观测能力，作业时间有选择余地。第四，在统一 坐标系中提供三维坐标，可根据实际需要做相应的坐标转换。第五，工作效率高。 在我国，g p s 已广泛用于大地测量、工程测量和地籍测量等工作。如深圳、扬州、 烟台等用g p s 技术建立地籍控制网，并利用g p s 的r t k 技术完成了部分界址点测量和 地籍图的测绘工作。在农村地籍调查中用g p s 进行独立地物定位测量、各种界线测量、 地块边界测量和实时变更测量。由于g p s 定位成果是以三维坐标形式直接提供，所以对 于土地面积量算等工作十分便利。 g p s 技术用于勘界测量。 全国土地利用调查工作中，精确确定境界十分厦要，一方面国境界线是一个国家重 要的象征，必须准确。另方面，从省界、市( 区) 县i 县界乡界、村界等界线是土地 调查工作中各种统计分析的范围指标，如耕地面积总量的变化，均是由村、乡、县、省 的变化量而最终统计出全国的耕地变化总量，同时l 地管理部门和政府决策部门根据耕 地的总量的变化制定有关的土地管理政策。 由于各种境界线走向地区的地形情况般均比较复杂，如沿山脊线、江河中心线等， 通行困难，相邻界址点互不通视，并且两点间距离较长。g p s 定位测量可发挥其优势和 特点，能准确测量出各种界址点的坐标，点与点之间距离可达5 0 k m 以上。r t k 技术的 应用，使得定位测量时间缩短至l 2 分钟，精度可达到厘米级，完全满足技术要求。 8 堡圭鲨塞查韭查些盔堂 ! ! ! ! ：! 一 目前，我国己基本完成了省、市、县的勘界工作，部分国境线和国有林场农场等的 勘界工作正在进行中。g p s 定位测量技术发挥了重要作用。 g p s 数据是土地信息系统( l i s ) 的重要数据来源 g p s 测量成果( 坐标) 是土地利用调查和动态舱测的一种微观的精确数据，据此可 为制作土地调查、利用、规划的各种图件提供准确的定位数据，为各种统计分析提供基 础信息。所以g p s 数据可以方便地进入g i s l i s ，g p s 与l i s 结合，一起应用于土地管 理、土地资源调查及动态监测是将来发展方向。 1 4 3g i s 技术用于在土地赉源管理和动态监测 土地管理是g i s 的应用领域之一，土地管理中涉及到土地的位置、名称、面积、界 限、地价等因素，而且土地的空间特征和属性处于不断变化之中。g i s 技术可以作为土 地数据的管理、更新、评价的有力手段，g i s 对土地管理：i ：作具有十分重要意义。 1 4 3 1 数据 地理信息系统g i s 或土地信息系统l i s 或土地资源信息系统l r i s 的一个重要部分 是数据。要综合利用现有的几何数据和属性数据。没有需另外采集。对于g i s l i s l r i s 而言，现代测量学( 包括g p s ) 定点观测，航空和航天遥感，统计调查等采集的信息f 包 括图形和属性数据等) 均可作为g i s 的数据或信息源 1 4 3 2g i s l i s 系统目标和功能 系统目标主要体现在： 实现土地资源信息的科学管理，提供信息服务 + 实现土地资源的综合分析研究 进行和种资源的综合评价 提供土地资源规划研究和开发的方案 综上所述，g i s f l i s 的目标是为土地资源管理、开发、规划和宏观决策提供信息服务。 系统的目标决定了g i s l i s 系统具有如下一些j ：要功能： 量算与统计。如土地利用状况的分类统计，土地面积量算等。 预测、监测。借助图形和属性信息分析预测和监测土地资源的信息变化量并分 析变化趋势。 + 规划、管理。系统能提供所需的土地利用规划图等和适合日常管理工作。 + 辅助决策。系统在多要素空间数据库的支持下，通过一系列的决策模型，为决 策部门提供科学的决策依据并辅助决策的制定。 1 4 3 3 应用概况 国内情况：g i s 发展始于年代初，1 9 8 0 年以前为技术和人才准备阶段，8 0 年代后即“六 五”、“七五”计划时间进入试验阶段，在专题应用方面了建成了全国1 ：1 0 0 万国土基础 信息系统和全国土地信息系统，1 ：4 0 0 万全国资源和环境信息系统及1 ：2 5 0 万水土保 信息系统等。8 0 年代末到现在，我国的g i s 作为信息产业的重要支柱澎渤发展，基础软 件国产化( 如g e o s t a r 等) 技术水平逐渐接近国外先进水平，有些单项性能已优于国外同类 9 ：! ! ：垫查墨茎壁型 一 软件。全国一批大中小城市( 如北京、天津、上海、深圳等) 已建立了城市g i s l i s 并 已在土地管理和国土资源调查及动态监控工作中发挥了效益。采用g e o s t e r 软件平台 由武汉吉奥信息工程公司研制的“土地变更信息管理系统”即将在广东省1 5 0 余个县市 国土部门投入使用，这些标志着我国地理信息产业已进入了一个新的发展阶段a 国外情况：据美国 杂志统计有8 4 的美联邦政府机构在办公室中 或将要使用g i s 技术，有7 万个以上的地方和州政府部门使用g i s 技术。澳大利亚布里 斯班市以其城市建立了g i s 作为申办奥运的条件；新加坡用7 年时间，到1 9 9 3 年基本 建成了“整体国土资源系统”。 这些说明，g i s 技术已经在土地资源管理等方面得到了广泛的应用，以g i s 为标志 的地理信息产业已成为全球性信息产业的一个重要组成部分，“数字地球”这一观念将完 全改变人类的生产生活方式。 1 5 “3 s ”技术的综合应用是“4 d ”技术的基础 “3 s ”是目前对地观测系统中空间信息获取、存储管理、更新、分析和应用的3 大 支持技术，实现代资源和环境合理利用、动态监测j ，管理的重要技术手段，也是土地资 源动态监测定量化的科学方法之一。 这3 项技术有着各自独立、平等发展的成就： g p s 是以卫星为基础的无线电测时定位、导航系统，可为航空、航天、陆地、 海洋等方面的用户提供不同精度的空间定位数据。 r s 在过去的2 0 年中已在大面积的资源调查、环境监测方面等发挥了重要的作 用。在未来5 年之中还将会在空间分辨率、光谱分辨率和时间分辨率等3 方面，全部出 现新突破。 g i s 技术则被各行业用于建立种种不同尺度的空间数据库和决策等技术系统， 向用户提供着多种形式的空间查询、空间分析和辅助规划决策的功能。 随着“3 s ”研究和的不断深入，人们逐渐认识剑单独运用其中的一门技术往往不能 满足一些工程的需要。事实上，许多领域或项目需璎综合地运用这3 大技术的特长，方 可实现提供给用户所需的对地观测、信息处理、分忻和辅助决策功能。“4 d ”技术可以 说是“3 s ”技术应用的高度集成或综合，对于“3 s ”舀土地资源动态监测综合应用既“4 d ” 系统中： g p s 主要被用于实时、快速地提供土地资源利j 日动态变化的空间数据，并为遥感定 位和d l g 和d r g 等图象的处理提供空间骨架数据。 r s 用于实时或准实地提供监测目标及其遥感图像的语义或非语义信息，发现土地种 种变化，及时对g i s 进行数据更新。 g i s 则是对多种来源( 包括r s 、g p s ) 的时空数捌进行综合处理、生成d e m 和d o m ， 利用d o q 与旧的d r g 和d l g 叠加发现土地种种变化、集成管理、动态存取，作为综 合系统的基础平台，提供g i s 功能为土地资源管理i ：作服务。 通过上述分析可见：“4 d ”技术在土地资源动态监测中的应用是一种充分利用“3 s ” 各自的特点，快速准确而又全面、经济地为人们提供所需的土地资源动态变化信息的综 1 0 雯主望塞壅韭查些盔茎! ! ! ! ：i 合应用新技术。其基本思想是利用r s 提供最新的图像信息，及时发现土地资源种种变 化；利用g p s 提供d l g 、d r g 和r s 等图像信息中的“骨架”信息，并在微观上实时 测量变化区的空间坐标数据：利用g i s 的强大功能，为r s 的图像处理、g p s 的数据处 理、生成“4 d ”、综合分析应用提供技术手段，三者一起紧密结合，可为土地管理部门 提供精确的土地资源信息和动态变化信息、为政府部门辅助决策服务。 ：! 旦：苎查墨茎壁望一 2 “4 d ”技术及其应用 2 1。4 d ”技术基本概念 自1 9 9 5 年起，美国u s g s 在全国推行“4d 技术，中国国家测绘局也已将“4 d ”产 品纳入规模化生产并在全国范围推广。随着遥感技术的进展，尤其是高空间分辨率卫星 影像进入应用化阶段，“4 d ”技术的优势将越来越被发挥。它以栅格数据为主，兼容矢量 数据，通过系列产品显示其优势，被称为是9 0 年代水平的遥感和集成技术。目前，以 3 s 为特征、4 d 为代表的当代测绘体系正在我