测绘地理信息技术在土地调查监测中的应用

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公绪彬

山东省招远市自然资源和规划局 山东招远265400

摘要

测绘地理信息技术是一种综合性和实用性很强的高科技,它已广泛应用于许多领域,尤其是土地调查监测领域。土地是人类生存与发展的基础性资源,对土地的合理利用与科学管理,直接关系到国家经济的可持续发展与生态环境的可持续发展。因此,准确地进行国土资源调查与实时监测具有十分重要的意义。测绘地理信息技术能够为国土资源科学评价与管理提供强有力的技术支持。测绘地理信息技术应用于国土调查监测,不仅可以提高国土资源管理工作的效率与精度,而且可以服务于国土利用规划、生态保护与城市建设等领域,所以探究测绘地理信息技术在土地调查监测中的应用为当前相关领域的热议课题。


关键词

测绘地理信息技术;土地调查监测;应用探究

正文


在全球化、城市化进程加快的背景下,土地资源面临着越来越大的压力,传统的国土调查方法已不能适应现代国土资源管理对高精度和高效率的要求。测绘地理信息技术以其高分辨率、实时、多维度的特点,逐渐成为解决该问题的重要手段。近几年来,遥感、全球定位系统、地理信息系统(GIS)等测绘地理信息技术的迅速发展与广泛应用,为国土调查提供了更为科学、全面、动态的技术支撑。不仅能为政府部门制定科学的土地管理政策提供科学依据,还能为相关领域研究者提供新的研究思路与技术方法,促进国土资源整体管理水平的提高,具有重要意义。

一、测绘地理信息技术在土地调查监测中的应用优势

(一)高精度数据采集

    传统国土调查多依靠人工进行,受人力、物力、时间等因素的限制,数据获取精度较低。随着测绘地理信息技术的发展,利用高精度卫星定位系统、无人机航拍技术和先进测绘设备等手段,可实现对土地面积、地形地貌等信息的高精度获取[1]。这些高精度数据不仅能为合理利用土地资源提供科学依据,而且能有效降低人为误差,提高资料的可信度与精度。同时,高精度数据的获取还能帮助有关部门更好地掌握土地实际状况,为土地管理与规划提供科学、合理的决策依据。

(二)实时监测与更新

    土地资源具有动态性,传统的静态数据很难反映其实时变化,测绘地理信息技术能够实时监测、更新土地资源状况,使有关部门能够及时掌握国土资源的动态变化,及时发现并解决土地利用中存在的问题。如土地侵占、违章建设等情况可由遥感图像实时监控,相关部门可及时采取措施加以纠正或处置,维护国土资源的健康发展[2]。同时,实时监测更新也能为国土资源中长期规划提供动态数据支撑,增强规划的科学性与可行性。

(三)数据可视化与分析

    传统的土地调查数据大多是以文字、表格等形式呈现,难以直观的印象。测绘地理信息技术是一门新兴的学科,它是一门新兴的学科,这种直观、形象的展示方式,使人们更容易理解和分析。利用数据可视化,可使有关部门对国土资源的分布、利用情况及变化趋势有更清晰的认识,以便更科学、更合理地进行决策。同时,还将为相关部门对土地资源进行多维度分析,如生态环境影响评价、土地利用效率分析等,为土地资源综合管理提供科学依据与决策支持。

二、测绘地理信息技术在土地调查监测中的应用策略

(一)利用遥感技术进行土地覆盖变化监测

    遥感技术是一种利用卫星图像和航拍图像获取大范围地表信息的技术,它能快速、全面地反映地表覆被类型及其变化。高分辨率遥感影像能够精细识别不同类型土地覆被,如耕地、林地、草地、城镇建设用地等,并对其进行动态监测。该技术不仅可以提高国土调查工作的效率,而且可以减少人为干涉与误差,保证资料的客观与准确。在实际应用方面,遥感技术具有多谱、高分辨等特点,是先进的,多光谱遥感图像可以捕捉不同波段地物的光谱特征,从而实现地物的分类与识别。如耕地与林地的光谱反射特征不同,利用多光谱遥感数据可有效区分耕地与林地[3]。以WorldView-3卫星为代表的高分辨率卫星影像资料,可以精确地反映城市建设用地结构、森林树种分布、草地覆盖率等特征。如可应用遥感技术,分析某省2010-2020年土地覆被变化情况。对多年来遥感影像资料进行分析,结果表明,2010年全省耕地面积由2010年的25000平方公里缩减为23,000平方公里,降幅达8%。与此同时,城镇建设用地增长了40%,由2010年的5000平方公里增长到了7000平方公里。研究结果不仅能反映土地利用变化趋势,而且能为政府制定土地管理政策提供科学依据。其中变化检测是遥感监测地表覆盖变化的重要手段,通过对不同时期遥感图像的对比分析,能够快速地识别地表覆被的变化范围。如通过植被指数(NDVI)对比分析,就能检测到植被覆盖的变化情况。通过对2015-2020年遥感数据的分析,某市城市绿化面积增长了15%,表明城市绿化取得了积极的效果。

(二)应用地理信息系统(GIS)进行数据管理和分析

    地理信息系统(GIS)是集数据采集、管理、分析与展示为一体的综合工具,具有重要的理论意义和应用价值。地理信息系统能有效地将多源数据融合起来,生成详细、动态的土地利用图。在此基础上,利用 GIS的空间分析功能,实现土地资源综合评价,找出存在的问题与潜力,为决策者提供科学的土地管理决策支持。地理信息系统应用于国土调查监测领域,首先要解决的是数据收集和集成问题,利用遥感、无人机航拍、全站仪测量等多种方式获取的地理信息,可无缝地导入到地理信息系统平台中[4]。以遥感8号卫星图像为例,结合无人机高分辨率遥感影像,可生成精细的土地利用分类图。通过这种方式,研究者可以直观地了解不同类型地物的分布状况,并对其进行实时更新,以保证信息的准确性和时效性。在数据管理上,利用地理信息系统可构建多层数据库,实现对多源数据的分类与存储;如可建立包含土地利用类型、土壤属性、水文、气象等多维信息的数据库。这样,研究者就能很容易地调用、分析各种类型的数据,开展综合性的研究。以区域土地利用变化为例,利用多期遥感数据,分析区域土地利用变化的时空演变规律,进而评价区域土地利用的合理性与可持续性。此外,地理信息系统具有强大的空间分析能力,利用空间叠合分析,可将不同层面的数据叠加起来,从而发现隐藏在数据背后的规律。如对某一区域土地利用类型与土壤肥力之间的关系进行分析,可为农业部门优化种植结构、提高土地利用率提供科学依据。此外,利用空间内插分析法,可对未测区的土壤特性进行预测,为国土规划提供科学依据。同时,利用地理信息系统具有缓冲区分析、热点分析等功能,识别出存在问题的土地利用区域,并提出有针对性的管理与保护措施。以某市土地利用规划为例,运用地理信息系统技术,对城市土地利用现状进行了详细调查。对2000年与2020年遥感数据进行对比分析,结果表明,城市建设用地增加35%,耕地减少12%。空间分析结果表明,城市建设用地扩展主要集中于土壤肥力较高、适宜农业生产的郊区。基于此,可提出应以高肥力耕地为重点,以避免过度扩张给农业生产带来的负面影响。

(三)采用全球定位系统(GPS)提高数据采集精度

    全球定位系统(Global Positioning System, GPS)是一种利用卫星定位技术进行地面高精度定位与导航的方法。在国土调查中,利用 GPS设备对地块边界及特征点进行精确标定,降低传统测量方法带来的误差,提高调查数据的准确性。另外,GPS还可与全站仪、无人机等其它测绘设备结合使用,提高了数据采集的效率与精度[5]。具体来说,将 GPS技术应用于国土调查中,具有重要的理论和现实意义。利用差分 GPS (DGPS)技术,可将常规 GPS定位精度从几米提升到亚米级乃至厘米级。以某一次国土调查为例,采用RTK-GPS (实时动态差分 GPS)技术,可实现2cm水平、3cm垂向精度的高精度测量,为精确划定陆地边界提供可靠保证。此外,将 GPS技术与地理信息系统(GIS)相结合,可形成功能强大的数据处理与分析平台;如在区域土地利用调查中,利用 GPS获取的地块界线数据,结合遥感影像数据,可以快速、准确地识别出土地利用类型的变化,从而为土地资源规划与管理提供科学依据。另外,GPS技术对全站仪成图也起到了很大的作用,全站仪是将电子测距仪与电子经纬仪相结合而成的一种高精度测量仪器,可与 GPS相结合,有效地完成地形测量及控制点的布设。利用全站仪与RTK-GPS系统相结合的方法,实现了地形复杂、建筑密度大的区域内高精度点测,保证测图数据的精度与完整性。同时 GPS技术也被越来越多的应用于动态监测,在地表布设 GPS监测点,实现了对地块变形、位移的实时监测。如,在矿区地面沉降监测中,布设大量的高精度 GPS监测点,可实时记录地表微小位移的变化,并对其进行分析,从而对潜在的地质灾害进行预警,保障区域的安全生产。

(四)无人机技术在土地调查中的创新应用

    近几年来,无人机技术被越来越多地用于国土调查,无人机可搭载高精度摄像机、激光雷达等测绘设备,实现低空航拍与扫描,快速获取高精度地形地貌信息。该方法不仅可以覆盖常规地面测量无法覆盖的区域,而且大大缩短了数据采集时间,提高了工作效率。另外,还可将无人机采集到的数据实时传送至地面处理与分析,进一步提高陆地监测的实时性与精度。在实际应用方面,本文从三个方面对无人机技术进行了创新性应用,首先是对地形进行精细测绘。以某城市为例,利用搭载激光雷达(LIDAR)的无人机,对全市500平方公里范围内的土地进行了一次全面扫描。利用 LiDAR技术,无人机可以获得厘米级的地表三维点云数据。相对于传统的地基测量方法,无人机采集数据只需一个星期,而传统方法则要花费数月时间。这样就大大提高了测量的效率,并保证数据的完整性和准确性[6]。此外,无人机可动态监测土地利用变化,无人机获取高频数据的能力为动态监测土地利用变化提供了可能。如在某农业县,利用无人机对耕地进行了监控,对不同时间点的航摄图像进行对比分析,可以清楚地看到未利用地复垦、水田转为旱地等耕地的变化。利用无人机获取的数据,可使县政府及时调整农业生产政策,优化用地结构。据统计,使用无人机监测后,全县土地利用率提高15%左右,不合理使用土地造成的经济损失也大大降低。另外,就是在紧急情况下对土地进行调查,当发生洪灾、地震等自然灾害时,无人机可快速飞抵灾区,对灾区进行全方位的地貌扫描,为灾后重建提供有价值的第一手数据。如某洪灾,面积达200平方公里。传统地面调查方法费时费力,且具有较高的危险性。无人机只花几个小时就能完成该片区域的覆盖,并收集大量的数据。利用无人机获取的高分辨图像及激光雷达资料,快速制定灾后重建计划,确保灾区迅速恢复重建。

(五)三维建模技术在土地利用规划中的应用

    三维建模是利用测绘数据生成的三维地形模型,能直观地反映土地利用现状及规划方案。在土地调查监测中,利用三维建模技术能够准确地反映出地形、土地覆被、建筑物分布等信息,为决策者提供科学的土地利用规划依据。在此基础上,利用三维模型对不同规划方案的可行性与影响进行动态模拟与分析,实现土地资源优化配置。具体来说,将三维建模技术应用于土地利用规划中,主要有以下几个方面。首先,利用无人机航测、卫星遥感等技术获取高精度地理空间数据,利用地理信息系统(GIS)技术对数据进行处理与分析,构建精细的三维地貌模型。以某城市为例,利用高分辨率遥感影像与激光雷达(LiDAR)数据,构建1 m分辨率的三维地形模型,展现城市地形、道路网、建筑分布等信息,为综合评价土地利用现状提供科学依据。其次,利用三维建模技术,对不同规划方案的实施效果进行模拟,评价其可行性与影响。以某新区规划为例,采用三维建模技术,对不同用地方案下的建筑布局、道路布局、绿地布局等进行仿真,结合交通流模拟、环境影响评价等技术,对各方案的优劣进行综合评价。结果表明,方案 A的交通便利度、环保效益较好,但需占用一定的耕地;方案 B具有较好的土地利用效率,但对生态环境有较大影响。在此基础上,结合三维建模技术,进行动态仿真与综合评价,最终形成一种兼顾交通便捷、环境保护与土地资源高效利用的优化方案。最后,可利用三维模拟技术对土地利用的变化进行动态监测与管理,采用无人机定期航拍获取地理空间数据,结合三维建模技术,构建土地利用动态监测系统。以此为基础,在前期工作基础上,利用三维地形模型,对城市更新、土地覆被变化进行实时监测,形成详细的变化报告,为国土资源管理部门提供决策支持。数据显示,一年来,该系统已识别出200多个用地变化点,其中约30%为违章建筑,经及时处置,其蔓延势头得到有效遏制。

结束语

测绘地理信息技术应用于国土调查监测,不仅可提高数据采集的精度与时效性,而且可大大提高国土资源管理的科学性与合理性。在此基础上,利用高精度空间数据、遥感影像分析和 GIS技术相结合的方法,全面、客观地反映土地利用现状,为国土规划、资源评价和环境保护等提供可靠的数据支持。未来,随着科技进步与应用范围的不断扩大,测绘地理信息技术必将在国土调查与监测工作中扮演越来越重要的角色可为国土资源可持续利用与科学管理提供更可靠的技术支撑。可促进各个领域的资源整合与信息共享,实现土地管理现代化,推动社会经济持续发展。

参考文献

[1]  杨培,苑亚丽,李东哲.测绘地理信息技术在土地规划和管理中的应用研究[J].城市建设理论研究(电子版),2023,(33):154-156.

[2]  邓希,李伟贤.测绘地理信息技术在土地规划管理领域的应用探究[J].大众科技,2023,25(11):133-135.

[3]于文庆.测绘地理信息技术在全域土地整治与生态修复工程中的应用[J].电子元器件与信息技术,2023,7(09):43-46+54.

[4]马丽.测绘地理信息技术在全域土地综合整治与生态修复中的应用[J].农业工程技术,2023,43(14):64-65.

[5]杨慧.测绘地理信息技术在土地规划管理领域的应用[J].冶金管理,2023,(05):66-68.

[6]汪学君.测绘地理信息技术在土地规划管理领域的应用分析[J].工程与建设,2023,37(01):57-59+166.

 


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