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谈“３Ｓ”技术在土地利用总体规划中的应用
摘要:本文从遥感技术(RS)、全球定位系统(GPS)和地理信息系统(GIS)三个方面分析了“3S”技术在土地利用总体规划中的重要作用,由此展望了“3S”技术在土地利用总体规划中的应用前景。
关键词:土地利用总体规划;遥感;全球定位系统;地理信息系统
“3S”技术是基于计算机技术和网络通信技术的解决与地球空间信息有关的数据获取、存储、传输、管理、分析与应用等问题的信息系统,其包括摄影测量与遥感(Remote Sensing, RS)、地理信息系统( Geographic Information System, GIS) 、和全球定位系统(Global Positioning System, GPS) (简称“3S”技术)。土地利用总体规划是对一定区域未来土地利用超前性的计划和安排,是依据区域社会经济发展和土地的自然历史特性在时空上进行土地资源合理分配和土地利用协调组织的综合措施。“3S”技术为土地利用总体规划的数据采集、图形制作及信息管理等多个环节提供强有力的技术支持。
一.摄影测量与遥感(RS) 在土地利用总体规划中的作用
摄影测量从产生至今,已经历了模拟摄影测量、解析摄影测量和数字摄影测量三个阶段。随着数字摄影测量技术和设备的不断完善和发展,数字摄影测量系统(DPS)必将取代过去传统的光机型测量仪器。遥感是不与探测目标相接触,应用探测仪器,从远处把目标的电磁波特性记录下来,再通过分析揭示出物体的特性性质及其变化的综合性探测及技术。
当前,传统的模拟土地利用现状图及其相应的土地管理模式,根本无法适应现在信息化的管理模式及应用需求。随着土地开发利用的速度日益加快,为了实现土地利用现状动态管理、加强土地产权的有效监督、建立“以图管地”的土地资源管理新模式,已成为土地资源管理工作的迫切要求。摄影测量与遥感技术可以给土地信息系统(LIS)提供大量的相关信息,是信息时代土地利用现状数据采集、更新和修正的重要手段。
随着计算机技术、信息技术、空间技术的迅猛发展,摄影测量进入了全数字时代,遥感技术进入1m以内的高分辨率和立体观测阶段,摄影测量与遥感技术的差异不断减小。事实上,“摄影测量(包含影像判读)”与“遥感”这两个名词指的是不同时期的同一学科,遥感是摄影测量学的补充与发展。数字摄影测量的出现,使得通过计算机处理从航空摄影测量或航天遥感图像上获得GIS数据的想法得以实现。它是将数字影像或数字化影像通过计算机进行处理和加工,以获取建立GIS所需的相关信息。
GIS基础信息可以分为地形信息、图形信息和属性信息三类。因此,通过航片可以生成数字高程模型(DEM),为土地信息系统提供所需的地形信息;还能从航片生成正射影像,从正射影像提取结构信息以提供图形信息;同时通过对航片影像的判读和专题分类,为土地信息系统提供属性信息。
航空摄影像片主要用于编制大中比例尺影像地图,在土地利用总体规划中,主要用作城市规划和土地开发整理工程等的工作底图。航空摄影测量主要测量地球表面的几何形态,其精度主要取决于测量仪器和影像质量,人为影响因素相对较小,在一定条件下,测量工作质量较易控制。遥感信息具有综合性、宏观性、客观性、周期性和时空变化多层性等特性,这些特性使其成为编制中小比列尺土地利用现状图的重要信息源,主要用于土地利用总体规划。这是由于卫星遥感影像通常属于二维处理的范围,尽管某些卫星遥感影像可以进行高程测量,但目前这一技术还未成熟完善。卫星影像解译还必须与外业调查相结合,否则解译质量很难符合要求,同时在卫星影像解译过程中,人为影响因素较大,要求作业员有较高素质。
二.GPS在土地利用总体规划中的作用
GPS是利用多颗导航卫星的无线电信号,对地球表面某一地点进行定位、报时或对地表移动物体提供导航的技术系统。GPS能辅助摄影测量和遥感测量,在土地利用总体规划中主要用于空间定位。当前,GPS辅助的空中三角测量利用少量的几个控制点或仅利用一个控制点(基准点)即可将定位精度控制在厘米级精度,完全能满足大、中比例尺的测图要求。
随着GPS接收机硬件技术的不断完善以及GPS动态定位技术的不断发展,使得动态确定载体姿态的技术有了巨大进步,因而大大增强了GPS在遥感中应用领域的作用。目前,GPS已与多种传感器(如机载激光断面测量系统、合成孔径雷达等)配合使用,从很大程度上提高了这类传感器的测量与定位精度。GPS在摄影测量和遥感中的应用主要有三个方面:第一,高精度动态相机定位,辅助空中三角测量;第二,辅助导航航摄飞行,以实现航摄的精确定点;第三,与其它传感器配合,确定载体的位置、速度与加速度、姿态。
近些年,国内外相关研究人员在上述三个方面的研究中已取得了突破性进展。这些进展中最重要的一项是克服了机载动态GPS应用的主要限制因素,同时又解决了运动中载波相位模糊这一难题,极大地促进了GPS在摄影测量与遥感中的实际应用。GPS在摄影测量和遥感方面的广泛应用,对土地利用规划无疑有巨大帮助作用。
三.GIS在土地利用总体规划中的作用
当前,GIS在土地利用总体规划中应用和发展趋势主要体现在以下几个方面:
(一)规划设计分析
目前,GIS已普遍应有于土地利用总体规划设计中,如:规划技术指标分析、土地地类适应性评价、地类规划平衡分析等。通过GIS提供的信息技术支持,增强了分析的广度和深度。
(二)辅助土地利用总体规划设计
通过遥感数据和GIS强大的地理空间信息管理和分析功能,能便捷、准确地计算农田规模和环境容量,能快速地对土地利用总体规划的各项生态指标和经济指标进行分析,能高效地完成土地利用总体规划中的基质改良工程量、田面平整等指标计算,从而有效确定各地块利用方式,辅助土地利用总体规划合理选择各项工程。GIS技术的应用极大提高了规划的准确性、科学性和工作效率,正确客观地指导规划的编制和规划方案设计。
(三)规划设计方案虚拟
虚拟GIS具有观察立体细节的功能,土地利用总体规划设计者通过虚拟GIS能直观观察田块、房屋、道路等各层虚拟景观,进而分析土地利用的各项效益与弊端,通过结合GIS数据库可实时对田块、房屋、道路等地物定位,获得规划设计区域的三维图像。利用VR技术建立相应的三维模型,提高土地利用区域的模拟仿真精度,增强了三维GIS的功能。规划设计者可通过三维模型对土地利用总体规划设计进行更为直观的感受,辅助进行形象思维和空间造型,由此做出更为正确的评价和筛选。
四、“3S”技术在土地利用总体规划中的应用前景
“3S”技术不仅为土地规划和利用提供一整套数据采集、存储、管理、查询、处理、分析、应用等功能性服务,而且具有对原数据、原文件的自动备份和对数据库图形文件、属性数据的更新功能。“3S”技术必将为土地资
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