ＧＰＳ技术在获取土地利用空间变化数据中的作用

    邵晓茹

    摘要：准确地、定量地把握土地利用及其变化状况具有重要的意义，介绍全球定位系统在土地利用动态监测中的双重作用和技术，通过对土地利用变化类型分析，简化GPS测量的野外工作量。

    关键词：土地利用变化全球定位系统变化类型

    全球范围内社会经济的发展需求与相对不足的资源及脆弱、恶化的生态环境的矛盾，使得社会、经济的进一步发展面临困境。“全面、及时地掌握资源环境的基本状况是在全球范围内探讨人类社会持续发展的前提条件”。1997年国务院决定“土地管理部门要抓紧建立全国土地管理动态信息系统，采用现代化技术手段，加强对全国土地利用状况动态监测”。

    1全球定位系统在土地利用动态监测中的双重作用

    近年来，随着空间技术的发展，遥感和地理信息系统己先后被运用干土地利用动态监测工作中。理论上，遥感技术用干实时地或准实时地提供目标及其环境的语义或非语义信息，发现地球表面的各种变化，及时地对GIS进行数据更新。GIS则是对多种来源的时空数据进行综合处理、集成管理、动态存取，作为新的集成系统的基础平台，并为智能化数据采集提供地学知识。实际操作中，土地利用动态监测工作主要包括遥感图像解译、绘制解译图、比较参照不同期的解译图和专题图以发现变化、数字化图件、建立静态信息系统进行信息生产和管理。在传统技术路线中，用遥感技术发现了变化区域之后，对变化区域的定量确定仅靠对遥感判释图上的区域界限进行量测。遥感图像的成像机理、图像分类方法自身固有的误差和其他误差（如绘图误差）使得遥感判释图上的区域界限是仅具有示意性和相当模糊度的界限。尤其是对大比例尺图件，源干卫片的变化区域界限精度太低。因此，在靠遥感手段基本确定土地利用变化区域之后，对变化区域的准确测定是非常必要的。

    全球定位系统（GlobalPositioning System，简称GPS）是以人造卫星组网为基础的无线电导航系统。原来指美国国防部批准研制的国防导航卫星系统，该系统由24颗卫星组成，为全球范围用户提供全天侯、连续、实时、高精度的三维位置、三维速度以及时间数据。随着俄罗斯GLONASS系统的开发，全球定位系统的概念也在变化，它泛指利用卫星技术，实时提供全球地理坐标的系统“。在实际应用中， GPS主要用干实时、快速地提供目标，包括各类传感器和运载平台的空间位置。这样GPS由干定位的高度灵活性和常规测量技术无法比拟的高精度，成为测量学科中的革命性变化．这样GPS为准确把握土地利用变化区域提供了技术支撑。

    另外，GPS数据对遥感信息也是一个必要的、有益的补充。遥感手段对积累性的变化经过一段时间后反应比较明显。对一个市县级行政区来说，明显的、大面积的变化区域可以通过卫片大致确定。而对干小面积的或突然发生的有较大影响的变化，卫片上或反映不出来，或没有必要用遥感手段确定。这时就可用GPS接收机在野外很方便地获取变化区域的数据并对动态监测信息系统数据库进行更新。所以， GPS不仅起到对遥感成果野外定位的量化作用，而且也是一种独立的数据源。各种遥感手段和GPS技术各有特点，它们对土地利用动态监测信息系统数据库的贡献也各不相同。

    2全球定位系统应用于土地利用变化区域的准确定位

    GPS静态对地定位时，精度可达毫米级，用干大地测量、板块运动监测等动态对地定位时，精度可达厘米、分米和米级，应用干卫星、火箭、导弹、飞机、汽车等导航定位之用。不同的GPS接收机精度不同、工作方式不同，价格也有较大差别。一般未说，一个市县级行政区的土地利用变化区域边界定位，对GPS接收机主要有以下几点要求：（l）精度达到5m。5m在1：0000图件上相当干0．5mm，精度再高己没有意义。（2）动态测值。静态测值方式耗时太长，无法保证数据的时间准确性。（3）事后处理方式的GPS接收机比实时处理方式的GPS接收机经济得多，而且事后处理所需时间井不长，对所获数据的时间准确性没有太大影响。

    达到以上条件的GPS接收机的价格对县级土地部门完全能够接受。如美国麦哲伦公司（Magellansystem Co叩。ration）的ProMark-X-CM GPS接收机（重约0．85kg）在移动方式下（MobileMode方式：每秒记录一个数据）精度可达2m。两台同型号的ProMark－X－CMGPS接收机可形成一个”工作外，价格大约八万元人民币。用户在野外可以将一台GPS接收机放在控制点作为基准站，携带另一台GPS接收机作为移动站围绕土地利用的变化区域走（步行、骑车或慢速开着机动车）一遍，即可获取有关数据。事后可在Wind。WS95环境下用随机的GpS软件MSTARZ．of对数据进行以下处理：（l）建立一个newsessicn，输入名称及所在目录。（2）选取Mobile Mode方式（另有SubmeterMode、Pseudorng Mode、Cent。eterMode方式）。（3）输入控制点经纬度坐标。（4）在通讯菜单下将基准站GPS内存中的数据卸载下未得到 CAR文件（Carris phase文件），将移动站 GPS内存中的数据卸载下未得到 MOB文件（m chile文件）。（5）将唯一的 CAR文件加入到 Confteuration菜单下的 Control Files中，将一个或多个MOB文件加入到Remote Files中。（6）选Computer菜单项，即可得到计算结果（为D IF文件）。处理过程的步骤 1、步骤 2、步骤 3、步骤 5基本没有多少时间消耗，步骤 4是最耗时的，卸载 3600个点数据（大约一小时的数据获取量）的 M OB文件约需 10分钟。步骤 6的计算过程只需大约100秒。选定MSTARZ．of的PlotPositionFises菜单项，移动站的运动轨迹可以显示在屏幕上，并可放大查询每一点的具体信息。MSTARZ．of的Conversion功能可将记录各点位置坐标的DIF文件转换为ARC／INFO、ARC／VIEW、ASCⅡ等多种格式，以利干数据共享。从价格、精度、效率等方面看来， GPS作为一种成熟的技术，己经可以全面投入土地利用监测工作的主战场。

    3土地利用变化类型分析

    为了规范GPS外业数据采集工作方式，需要分析土地利用变化类型，从地理信息系统角度说是建立多边形空间变化的概念模型，这对GPS工作方式从理论上更加完善，从实践上更加优化是非常必要的。这也是将未进一步建立时空模型的基础之一。给出两个概念：一个多边形发生了变化，从变化后的角度看，将此多边形称作母多边形。多边形发生变化后，原母多边形范围内所有的多边形，称作原母多边形的于多边形。这里将土地利用变化类型归纳为：（l）多边形分裂、分裂后的各于多边形与其母多边形的相邻多边形无合井关系。这种类型又可细分为岛形、饼形、环形、全形等四种倩况。（2）单个儿多边形分裂，其于多边形与其母多边形相邻多边形的于多边形有合井关系。单向扩张型有一个特例：一个多边形被另一个多边形完全吞并。

    GIS矢量数据的操作要基干对实体边界的确认。GPS提供数据的一个直接原则是提供变化区的封闭记录。将这项原则结合（1）、（2）所讨论的多边形空间变化的类型，可进一步将采集GPS数据的工作量减少。对岛形变化，要提供岛形边界。对饼形变化，提供形成饼形实体的径向边界。对环形变化，提供环的内外边界。对全形和吞并形，不用再测数据。对单向扩张形、相互扩张形，提供子多边形边界中并非母多边形边界组成的弧段。这句话其实也可以概括所有的变化类型。

    4结论

    a.准确把握我国土地利用现状及其变化具有重大意义。在这项工作中， GPS技术不仅能对遥感技术成果进行量化，而且是一种独立的数据源。

    b.分析土地利用变化类型，能有效减少GPS测量的野外工作量。

    C.空间技术的支撑是空间信息系统，空间信息系统的核心是数据，数据的特点是对整个儿空间体系将产生影响。GPS技术作为主要的数据来源之一，其高时间精度特点对传统静态GIS提出了挑战，将极大推动多时态GIS的研究，其高空间精度的特点对遥感技术也产生巨大影响。

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