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提要 本文通过对土地利用更新调查的必要性分析，介绍3S技术在土地利用更新调查中的技术路线和应用方法，并提出进行质量控制的措施。
关键词：3S技术；土地更新调查；数据质量
中图分类号：F301 文献标识码：A
随着时间的推移、区域经济的发展、农业产业化结构的调整、造地改田、土地整理、镇乡工业、交通、商住、教育、旅游、水利等各行业各部门对土地的改造、利用程度不断加大，土地利用状况也在不断变化。因此，这就要求土地利用现状调查不能停留在以前的调查资料基础上，必须不断开展土地利用变更调查工作。应用3S技术进行全面的土地利用现状更新调查是得到图、数、实地相一致的土地利用现状基础资料的最优途径。
一、开展土地更新调查工作的必要性
（一）查清土地利用现状的需要。由于土地使用状况变化快，基础资料较难做到图件、数据、实地相一致，不能准确地反映土地利用现状，难以适应新时期土地管理和经济建设的需求。通过土地更新调查，可查清当前土地利用的现状，掌握土地的利用情况，使调查资料保持良好的现势性。
（二）土地利用总体规划修编等工作的需要。目前，正在应用的土地利用总体规划图件等成果反映的是上个世纪末的土地利用状况，至今时隔十多年。在这段时期中，土地利用状况发生了巨大变化，使得规划图中反映的土地利用状况与实地有巨大差异，这给以此图为基础的具体项目供地、土地开发整理工作带来了困难。土地利用总体规划修编工作、土地划分定级及国民经济其他部门都迫切需要更新土地利用现状图等成果。
二、在土地利用变更调查中应用3S技术
（一）3S技术。3S技术主要是指RS（Remote Sensing，遥感）、GPS（Globe Position System，全球定位系统）、GIS（Geographic Information System，地理信息系统）技术。GPS提供实时而准确的定位信息，对于空间数据的确定具有特殊意义；RS技术利用某些仪器设备，在不与被研究对象直接接触的情况下，收集数据，通过处理分析，最后提取和应用有关对象信息，是一种高效的信息采集手段，具有极高的空间时间分辨率；GIS是利用现代计算机图形和数据库技术来输入、存贮、编辑、查询、分析、决策和输出空间图形及属性数据的计算机系统，能够把现实生活中的种种信息有机地与反映地理位置的图形信息结合在一起，可根据查询与分析将信息真实、直观地展现在用户面前，也可将分析决策模型处理结果提交各级管理部门，供他们参考。简而言之，RS发现变化，GPS测量变化区域，GIS统一管理数据。
（二）3S技术应用于土地利用更新调查的技术路线。应用3S技术开展更新调查工作技术路线为：通过RS获取遥感影像，以地形图、像控点及DEM数据作控制，生产正射影像图，以此作为更新调查工作底图；参考各年度土地变更调查、土地利用现状图等资料，采用人工目视解译法对正射影像图进行解译，预判地类界线和线状地物位置，参考原详查资料标绘出权属界线；外业核实所有内业预判信息，对内业判断错误或没有判断出的（根据影像判断不清楚）土地利用信息应用GPS技术进行全野外数据采集；然后，在GIS上对预判成果和外业调查核实的土地利用信息进行处理，完成土地利用现状数据库建设工作。具体工作流程如图1所示。（图1）
（三）3S技术在土地更新调查中的应用方法。原土地详查时的技术手段：利用皮尺丈量地块长宽，利用单辐法进行航片转绘，利用方格法或pc-1500求积仪进行面积量算，用手工方法进行图件编绘等速度慢、精度低，工作效率十分低下，跟不上土地利用总体规划修编等相关工作的需求。并且传统的土地管理中只能被动地由用地部门上报用地数字，存在误报、漏报的问题，而且对于变化地块的空间属性不清楚。目前，传统的技术手段正逐步被以“3S”为代表的高新技术所代替。特别是在土地更新调查与管理上的应用，已成为国土资源管理手段上的新热点，正在形成利用RS（遥感）技术发现土地利用变化信息；利用GPS（全球定位系统）技术快速、准确地获取信息的空间坐标；利用GIS（地理信息系统）技术进行土地利用现状数据库更新与管理的新运行机制。
1、利用RS技术获取遥感影像资料、遥感影像解译技术提取土地利用现状信息。遥感（RS）技术经过几十年的发展，已趋成熟。它能快速、动态地提供地球表层的信息。通过RS获取现势性较强的遥感影像资料，能最直观的反映土地利用现状。应用遥感影像处理技术，对遥感影像进行纠正、色彩平衡等处理后，生成更新调查所需的正射影像图（DOM）。遥感影像解译技术是伴随遥感技术产生的，由于目前遥感影像的计算机自动分类的精度不高，因此在实际应用中较为成熟的还是人工目视解译法。在土地利用更新调查中，充分利用人的经验和专业知识，采用人工目视解译法对遥感影像进行预判并矢量化，可在一定程度上提高更新调查精度，减少外业调查工作量。
2、应用GPS技术准确地获取像控点及土地利用现状信息的空间坐标。全球定位系统（GPS）是新一代以卫星为基础的电子导航系统，可为航空、航天、陆地、海洋等用户提供三维的定时、定位信息。GPS具有定位精度高、实时定位速度快等特点，可以为遥感数据提供空间坐标及建立实况数据库，从而提高了遥感数据分析和管理能力。在更新调查工作中，可采用快速静态定位模式、事后差分模式或实时差分模式来获取像控点和土地利用现状信息的空间坐标。
一般来说，利用高精度的GPS接收机，采用快速静态定位模式获取像控点的空间坐标。而采集土地利用现状信息的空间坐标时，需要选择精度在1m之内、能满足野外动态测量的GPS接收机。目前，测量型GPS接收机中，一般都需要架设基站；基站一般架设在已知控制点，如果没有已知的控制点，也可以用高精度GPS接收机进行长时间的静态观测，求得一个已知点作为控制点。在测量过程中，有的GPS接收机利用VRS网络实现实时差分，有的利用GPRS或CDMA网络实现实时差分，但在没有VRS网络或GPRS网络信号不好时，可以通过事后差分模式进行坐标解算。
3、应用GIS技术进行土地利用现状数据建设。地理信息系统（GIS）是指在计算机软硬件支持下运用系统分析和信息科学的理论，科学管理和综合分析具有空间内涵的地理数据，以提供对规划、管理、决策和研究所需信息的技术系统。GIS具有空间数据的输入与编辑、组织与分析、查询与管理以及制图输出等功能。应用GIS建立土地利用现状数据库，可以快捷地实现面积汇总、数据查询输出、图件编制等功能，改变传统方法带来的不便，并能在一定程度上避免误差。通过GPS、RS获取丰富的信息以及其他的文档信息提供给GIS，GIS利用空间数据库技术可以把图形（图像）与属性数据的管理一体化，并允许存储和分析处理多种性质的数据。现有GIS能够对矢量数据、影像数据和文档进行综合管理，随心所欲地实现各种数据的空间叠加、无缝拼接、分析处理，并按要求进行输出。
4、3S技术集成为后续土地变更调查提供应用技术支撑。进行一次大规模的土地利用现状调查，取得了信息丰富、手段先进、内容详实可靠的成果后，后续变更调查的重要性就凸现出来了。如果不进行变更或变更不到位，再好的成果过若干年也就成为“历史资料”。因此，变更调查必然是国土资源管理部门的日常工作。县级国土资源局不可能设立专门的技术队伍，一般利用常规的测量方法进行变更，这样不仅工作量大、持续时间长，且常常由于各种原因而变更不到位。
高分辨率的卫星遥感数据，如SPOT5（2．5m分辨率）、Ikonos（1m分辨率）、Quick—bird（0．6m分辨率）等已经商品化，我们可以通过一定的渠道方便地购取。获得的影像数据经处理后，与土地更新调查时的数据进行叠加分类，并通过专业软件分析，准确地反映变化的范围、地类、数据等，以达到快速、准确的变更效果。
通过RS技术获取航空航天遥感航片、卫星遥感信息等影像资料，通过坐标投影、换算和正射模型纠正，依据专门的软件制作成不同比例尺的正射影像图。根据土地更新调查的基本要求，航摄比例尺1∶10000、1∶20000的航片，可以制作成1∶5000的正射影像图，航摄比例尺小于1∶25000的，可制作成1∶10000的正射影像图。如果使用卫星数据，SPOT5的数据能制作1∶10000比例的正射影像图，而Ikonos、Quickbird等高分辨率的卫星影像数据，则可生成1∶5000的正射影像图。与传统方法相比，正射影像图具有丰富的色彩、纹理、灰度信息，依据专门的软件可以进行土地利用现状信息的自动提取与辅助分类，如居民地、林地等。这样可以减少大部分的野外实地调查工作量。依据这些预判的信息，进行野外核实，既能保证地类的正确判读，又能提高效率。（图2）
三、提高土地利用更新数据的准确性
数据是科学的基础。一切科学论点都要靠必要的数据来佐证，尤其是自然科学，需要用足够的实验数据和实况调查数据作证据。凡是利用的数据越多，所得的结论的科学性就越强。在利用3S技术进行全面的土地利用现状更新调查过程中，由于空间数据的不确定性，从而将会使得调查数据具有不准确性，产生数据质量问题。如果运用这种有质量问题的数据进行分析，则结果就会不正确，从而可能产生误导作用，甚至产生严重后果。因此，高质量的成果需经过严格的质量控制体系检查，质量控制是土地利用数据库更新及建立土地利用规划基础数据图库项目的重要环节之一，也是该项目得以顺利完成的重要技术保障。
（一）空间数据的不确定性。空间数据的不确定性主要包括三种类型：（1）客观世界固有的不确定性。地球是一个复杂的、开放的巨系统（钱学森，1996），复杂性是客观世界的固有特征。这种不确定性存在于天文领域、自然地理领域、生态环境领域等；（2）人为引起的不确定性，包括认识过程、科学技术的应用、模型、公式计算及操作过程等引起的不确定性，其中以认识过程最为主要，它是科学技术应用、建立模型、公式的基础。在不确定性的总量中，人为引起的不确定性约占70%；（3）空间数据不确定性的其他问题，包括地理数据大多为近似值，很少有真值；地理知识的不完备性；地理分类定义不明、概念不清；虽有明确定义，但很难操作；地理数据很多是衍生数据。
1、RS数据不确定性的来源。（1）数据固有的不确定性。某些地物的波谱带是部分相叠置的，如玉米和大豆，具有确定性和不确定性并存的特征，即具有固有的不确定性；（2）数据获取过程的不确定性。遥感数据的获取过程中有些误差是难以控制的，如大气条件下的不均匀性、变化性与仪器的不稳定性等。有些误差是可以消除或削弱的，如光谱校正与几何校正等，但残存误差是永远存在的；（3）数据处理的不确定性。在几何校正时采用的地面控制点的误差是不可能消除的。影像增强或特征提取、数模转换过程中都会产生新的误差；（4）数据转换和传输过程中的不确定性。不论是从矢量到栅格还是从栅格到矢量的转换，在投影变换的过程、数据的网络传输过程中都会产生新的不确定性；（5）数据分类与信息提取的不确定性。主要包括：类别的不明确、不一致或没有统一的定量指标，分类本身造成的分类误差，数据输入误差及前面所说的各种误差综合，对参考数据理解的误差等引起了分类的误差。
2、GPS测量误差产生的数据质量问题。GPS测量是通过地面接收卫星传送的信息来确定地面点的三维坐标。测量结果的误差主要来源于GPS卫星、卫星信号的传播过程、GPS接收机等地面接收设备和其他因素等。按误差性质分为偶然误差和系统误差。偶然误差主要包括多路径效应；系统误差主要包括卫星的星历误差、卫星钟差、接收机钟差以及大气折射的误差等。其中，系统误差无论从大小还是对定位信息的危害性来讲，都比偶然误差大得多，因此系统误差是GPS测量的主要来源，同时也是空间数据不准确的来源。
3、GIS数据误差来源。由于数据来源众多，因而产生误差的原因也很多，可以综述为三个方面：
（1）自然界的固有属性误差。变化和模糊是自然界的两个固有属性，它们影响着GIS信息的准确表达。例如，草原的范围并不总是确定的，而是向森林或沙漠区域逐渐移动；土壤单元的边界植被类型的划分也常常是模糊的。不同的地理信息有不同的数据结构，地图或其他空间数据产品并不是现实世界的准确描述，空间特征分布的不确定性造成了空间信息的不确定性。
（2）测量的固有属性。利用测量仪器设备进行的任何测量都不可避免地引入误差。这种误差主要受观测条件，即仪器、观测者和外界环境等三方面因素的影响。此外，对于外业调查数据，如环境调查数据或地块区域单元界线的划分，则还取决于调查员的主观判断。
（3）测量结果的表达模型。表达地理信息的数据结构也是一个误差来源。在矢量数据结构情况下，线或边界的表达具有较高的可靠性或精度，尽管在自然界中可能无法精确地辨别它们，在栅格数据结构情况下，用像元表达集合的位置或均值精度较高。而事实上，现实世界中的一些特征是抽象的。例如，为了使所感兴趣的特征在图上易读，需要进行概括和综合，这显然会引入误差和不确定性。此外，不但用于记录测量数据的介质材料本身会引入误差，而且在数据的传输过程中也会引入误差。
（二）质量控制原则
1、质量控制应贯穿作业全过程。土地利用规划基础数据图库作业流程复杂，需经过很多工序方可得到结果，每道工序产生的错误必然会影响最终成果的正确性。为确保成果质量，作业流程中每一工序均进行质量检查。
2、确定明确的质量检查指标。作业过程中每一环节的质量检查均有明确的质量检查指标。有了质量检查指标，才能使通过3S技术收集的数据标准化，准确性高。
3、建立严格的质量验收制度和健全的质量检查组织。严格的质量验收制度和健全的质量检查组织有效地保证了项目在完成时间、成果质量、资料管理等诸多方面的一致，保证在最短的时间内发现问题、解决问题。
（三）质量控制、检查实施办法。为了保证质量检查的组织落实，应建立完善的质量控制体系。每道工序的作业员首先进行自检和互检，然后提交质量检查人员，检查合格后，才允许进入下一工序，最后组织验收。从而保证了成果的质量，避免出现较大的返工现象。
对基础资料的质量控制，对原有图纸进行实地核对，通过相对关系利用钢尺进行查漏补缺；对没有图纸部分，先利用探管仪找出管线实际位置、分别编号，再用全站仪按《城市测量规范》（CJJ8-99）1∶1000图进行实测（全野外数字化），利用GPS进行纠正，确保原始资料的准确度。实测数据（全野外数字测量、摄影测量采集数据）的数字地形图和数字地藉图，地物点（及界址点）对相邻控制点位置中误差以及相邻地物点间的间距中误差不得大于相应比例尺测图规范的规定。实测数据的数字地图其高程注记点和等高线对相邻高程控制点的高程中误差不得大于相应比例尺测图规范的规定，并对原有图纸进行扫描矢量化。
在不确定性传播方面，多数研究集中在地图叠置和多维尺度变换上，应增加对其他许多较为复杂的主要操作研究，尤其要增加对量化数据不确定性传播的研究；建立度量空间数据（RS和GIS等）产品质量的合适指标；寻求有效的不确定性探测和减少方法，尤其是自动的质量控制模型；进行不确定性理论成果转化应用方面的研究，探求计算机评估遥感与GIS产品质量的方法。此外，对GPS的数据处理，经验的积累是很重要的，也是无止境的。
四、结语
3S技术属现代高新技术，科学技术的产生和应用就是为了方便人们的生产和生活，从而提高人们的办事效率，减少劳动量，达到事半功倍的效果，人们可以利用科技产品进行分析和研究。在土地利用更新调查工作中，应用3S技术，并对数据进行质量控制，才能确保基础资料的现势性、准确性和可信度。
（作者单位：湖南师范大学资源与环境科学学院）
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