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談“３Ｓ”技術在土地利用總體規劃中的應用
摘要:本文從遙感技術(RS)、全球定位系統(GPS)和地理信息系統(GIS)三個方面分析了“3S”技術在土地利用總體規劃中的重要作用,由此展望了“3S”技術在土地利用總體規劃中的應用前景。
關鍵詞:土地利用總體規劃;遙感;全球定位系統;地理信息系統
“3S”技術是基于計算機技術和網絡通信技術的解決與地球空間信息有關的數據獲取、存儲、傳輸、管理、分析與應用等問題的信息系統,其包括攝影測量與遙感(Remote Sensing, RS)、地理信息系統( Geographic Information System, GIS) 、和全球定位系統(Global Positioning System, GPS) (簡稱“3S”技術)。土地利用總體規劃是對一定區域未來土地利用超前性的計劃和安排,是依據區域社會經濟發展和土地的自然歷史特性在時空上進行土地資源合理分配和土地利用協調組織的綜合措施。“3S”技術為土地利用總體規劃的數據采集、圖形制作及信息管理等多個環節提供強有力的技術支持。
一.攝影測量與遙感(RS) 在土地利用總體規劃中的作用
攝影測量從產生至今,已經歷了模擬攝影測量、解析攝影測量和數字攝影測量三個階段。隨著數字攝影測量技術和設備的不斷完善和發展,數字攝影測量系統(DPS)必將取代過去傳統的光機型測量儀器。遙感是不與探測目標相接觸,應用探測儀器,從遠處把目標的電磁波特性記錄下來,再通過分析揭示出物體的特性性質及其變化的綜合性探測及技術。
當前,傳統的模擬土地利用現狀圖及其相應的土地管理模式,根本無法適應現在信息化的管理模式及應用需求。隨著土地開發利用的速度日益加快,為了實現土地利用現狀動態管理、加強土地產權的有效監督、建立“以圖管地”的土地資源管理新模式,已成為土地資源管理工作的迫切要求。攝影測量與遙感技術可以給土地信息系統(LIS)提供大量的相關信息,是信息時代土地利用現狀數據采集、更新和修正的重要手段。
隨著計算機技術、信息技術、空間技術的迅猛發展,攝影測量進入了全數字時代,遙感技術進入1m以內的高分辨率和立體觀測階段,攝影測量與遙感技術的差異不斷減小。事實上,“攝影測量(包含影像判讀)”與“遙感”這兩個名詞指的是不同時期的同一學科,遙感是攝影測量學的補充與發展。數字攝影測量的出現,使得通過計算機處理從航空攝影測量或航天遙感圖像上獲得GIS數據的想法得以實現。它是將數字影像或數字化影像通過計算機進行處理和加工,以獲取建立GIS所需的相關信息。
GIS基礎信息可以分為地形信息、圖形信息和屬性信息三類。因此,通過航片可以生成數字高程模型(DEM),為土地信息系統提供所需的地形信息;還能從航片生成正射影像,從正射影像提取結構信息以提供圖形信息;同時通過對航片影像的判讀和專題分類,為土地信息系統提供屬性信息。
航空攝影像片主要用于編制大中比例尺影像地圖,在土地利用總體規劃中,主要用作城市規劃和土地開發整理工程等的工作底圖。航空攝影測量主要測量地球表面的幾何形態,其精度主要取決于測量儀器和影像質量,人為影響因素相對較小,在一定條件下,測量工作質量較易控制。遙感信息具有綜合性、宏觀性、客觀性、周期性和時空變化多層性等特性,這些特性使其成為編制中小比列尺土地利用現狀圖的重要信息源,主要用于土地利用總體規劃。這是由于衛星遙感影像通常屬于二維處理的范圍,盡管某些衛星遙感影像可以進行高程測量,但目前這一技術還未成熟完善。衛星影像解譯還必須與外業調查相結合,否則解譯質量很難符合要求,同時在衛星影像解譯過程中,人為影響因素較大,要求作業員有較高素質。
二.GPS在土地利用總體規劃中的作用
GPS是利用多顆導航衛星的無線電信號,對地球表面某一地點進行定位、報時或對地表移動物體提供導航的技術系統。GPS能輔助攝影測量和遙感測量,在土地利用總體規劃中主要用于空間定位。當前,GPS輔助的空中三角測量利用少量的幾個控制點或僅利用一個控制點(基準點)即可將定位精度控制在厘米級精度,完全能滿足大、中比例尺的測圖要求。
隨著GPS接收機硬件技術的不斷完善以及GPS動態定位技術的不斷發展,使得動態確定載體姿態的技術有了巨大進步,因而大大增強了GPS在遙感中應用領域的作用。目前,GPS已與多種傳感器(如機載激光斷面測量系統、合成孔徑雷達等)配合使用,從很大程度上提高了這類傳感器的測量與定位精度。GPS在攝影測量和遙感中的應用主要有三個方面:第一,高精度動態相機定位,輔助空中三角測量;第二,輔助導航航攝飛行,以實現航攝的精確定點;第三,與其它傳感器配合,確定載體的位置、速度與加速度、姿態。
近些年,國內外相關研究人員在上述三個方面的研究中已取得了突破性進展。這些進展中最重要的一項是克服了機載動態GPS應用的主要限制因素,同時又解決了運動中載波相位模糊這一難題,極大地促進了GPS在攝影測量與遙感中的實際應用。GPS在攝影測量和遙感方面的廣泛應用,對土地利用規劃無疑有巨大幫助作用。
三.GIS在土地利用總體規劃中的作用
當前,GIS在土地利用總體規劃中應用和發展趨勢主要體現在以下幾個方面:
(一)規劃設計分析
目前,GIS已普遍應有于土地利用總體規劃設計中,如:規劃技術指標分析、土地地類適應性評價、地類規劃平衡分析等。通過GIS提供的信息技術支持,增強了分析的廣度和深度。
(二)輔助土地利用總體規劃設計
通過遙感數據和GIS強大的地理空間信息管理和分析功能,能便捷、準確地計算農田規模和環境容量,能快速地對土地利用總體規劃的各項生態指標和經濟指標進行分析,能高效地完成土地利用總體規劃中的基質改良工程量、田面平整等指標計算,從而有效確定各地塊利用方式,輔助土地利用總體規劃合理選擇各項工程。GIS技術的應用極大提高了規劃的準確性、科學性和工作效率,正確客觀地指導規劃的編制和規劃方案設計。
(三)規劃設計方案虛擬
虛擬GIS具有觀察立體細節的功能,土地利用總體規劃設計者通過虛擬GIS能直觀觀察田塊、房屋、道路等各層虛擬景觀,進而分析土地利用的各項效益與弊端,通過結合GIS數據庫可實時對田塊、房屋、道路等地物定位,獲得規劃設計區域的三維圖像。利用VR技術建立相應的三維模型,提高土地利用區域的模擬仿真精度,增強了三維GIS的功能。規劃設計者可通過三維模型對土地利用總體規劃設計進行更為直觀的感受,輔助進行形象思維和空間造型,由此做出更為正確的評價和篩選。
四、“3S”技術在土地利用總體規劃中的應用前景
“3S”技術不僅為土地規劃和利用提供一整套數據采集、存儲、管理、查詢、處理、分析、應用等功能性服務,而且具有對原數據、原文件的自動備份和對數據庫圖形文件、屬性數據的更新功能。“3S”技術必將為土地資
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