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關鍵詞:土地資源管理;“3S”技術;發(fā)展趨勢
長期以來,落后的土地管理技術一直制約著我國土地管理工作的深入開展,尤其是現(xiàn)勢實時動態(tài)信息的缺乏,阻礙了土地利用信息的及時變更和規(guī)劃方案的適時調整川。隨著土地資源管理信息化水平的不斷提升,土地資源管理對土地資料獲取、空間信息分析、土地利用動態(tài)監(jiān)測、圖形圖像處理和數(shù)字制圖的要求也相應提高?!?S”技術以其在空間信息獲取與管理方而的優(yōu)勢和特點,使土地資源管理數(shù)字化、信息化、可視化、智能化的實現(xiàn)成為可能。本文對“3S”技術在土地資源管理中的應用現(xiàn)狀進行總結,并對其應用前景與發(fā)展趨勢進行展望。
一、“3S”技術
“3S”技術即指遙感技術(RS)、地理信息系統(tǒng)技術(GIS)和全球定位系統(tǒng)技術(GPS),是目前對地觀測系統(tǒng)中空間信息獲取、存貯、管理、更新、分析和應用的三大支撐技術。隨著現(xiàn)代科技的不斷發(fā)展,三者以其不同的技術特點和功能互補,在實際應用中的結合日趨緊密。GPS主要用于實時、快速提供目標的定向定位信息;RS用于實時或準實時地提供目標及其環(huán)境信息,以發(fā)現(xiàn)地球表面的各種變化,及時更新GIS數(shù)據庫;GIS集成系統(tǒng)的基礎平臺,可對多源時空數(shù)據進行C合處理、動態(tài)存儲、集成管理和分析決策,形成一個完整的閉環(huán)控制系統(tǒng)。
(一)遙感探測技術
遙感即在不直接接觸的情況下,對目標或自然現(xiàn)象進行遠距離感知的一種探測技術,是指在高空和外層空間的各種平臺土,運用攝影儀、掃描儀和雷達等傳感器獲取地表信息,通過數(shù)據傳輸、處理,研究地面物體形狀、大小、位置、性質及其與環(huán)境相互關系的一門現(xiàn)代化技術科學。自20世紀60年入使用以來,遙感技術發(fā)展迅速,現(xiàn)己廣泛應用于土地資源調查與規(guī)劃、自然災害防治、氣象觀測預報、農作物估產、環(huán)境動態(tài)監(jiān)測等領域。近年來,傳感器技術、數(shù)據通信技術和航空航天技術的發(fā)展,為遙感由定性向定量、靜態(tài)向動態(tài)轉變創(chuàng)造了新的契機。
(二)地理信息系統(tǒng)
地理信息系統(tǒng)由計算機系統(tǒng)、地理數(shù)據和用戶組成,通過對地理數(shù)據的集成、存儲、檢索、操作和分析,生成并輸出各種地理信息,從而為土地利用、環(huán)境監(jiān)測、資源管理、交通運輸、城市規(guī)劃、工程設計以及政府各部門行政管理提供決策服務。GIS由計算機硬件和系統(tǒng)軟件、數(shù)據庫系統(tǒng)、數(shù)據庫管理系統(tǒng)、應用人員和組織機構等4個子系統(tǒng)構成。GIS不但能夠管理海量空間信息,供瀏覽、查詢,還可對其進行空間分析,以探析空間實體間的相互關系,分析和處理一定區(qū)域內分布的現(xiàn)象和過程,該技術正沿著衛(wèi)星系統(tǒng)性能改進、接收機性能改進和導航定位方法完善3個方向發(fā)展。
(三)全球定位系統(tǒng)
GPS是由地面控制系統(tǒng)、空間和用戶裝置等部分組成的空間衛(wèi)星導航定位系統(tǒng)。GPS具有全天候全球覆蓋、高精度、多用途、定位速度快、自動化程度高、抗干擾性能好、保密性強和經濟效益高等特點。目前,GPS己經成功地應用于航空攝影測量、運載工具導航和管制、地殼運動監(jiān)測、工程變形監(jiān)測和資源勘察等多個方面。
二、“3S”技術在土地資源管理中的應用
(一)土地利用現(xiàn)狀調查
國外有關利用“3S”技術進行土地利用現(xiàn)狀調查的研究主要集中在遙感影像分類、處理及信息提取等方面。我國依次經歷了一次詳查、變更調查、更新調查(拋開己有調查成果,重新開展的土地資源調查)和第二次全國土地調查等多次全國范圍內的土地利用現(xiàn)狀調查。我國學者對于“3S”技術在土地利用現(xiàn)狀調查中的應用研究,應用GIS進行農業(yè)土地利用適宜性評價,通過對比適宜農業(yè)土地利用區(qū)域和現(xiàn)實土地利用區(qū)域的空間分布差異,獲得農業(yè)土地利用潛力區(qū)空間分布情況。
(二)土地利用動態(tài)監(jiān)測
土地利用動態(tài)監(jiān)測,即將不同時相(至少兩個時相)的土地利用數(shù)據進行對比,從空間和數(shù)量分析其動態(tài)變化特征和未來發(fā)展趨勢。早期的土地利用研究以定性研究為主,20世紀70年代地球資源衛(wèi)星的發(fā)射成功獲取了遙感圖像多光譜與多時相數(shù)據,為土地利用變化的動態(tài)監(jiān)測和定量分析提供了基礎資料,極大地促進了土地利用研究。土地利用動態(tài)監(jiān)測中,RS發(fā)現(xiàn)變化,GPS測量變化區(qū)域,UIS統(tǒng)一管理數(shù)據與傳統(tǒng)外業(yè)調查方式相比,在時效性和準確性方而具有明顯優(yōu)勢。
(三)土地利用總體規(guī)劃
20世紀70年代以來,隨著全球特別是發(fā)達國家人口-資源-環(huán)境-發(fā)展(PRED)問題日益突出,西方國家對土地利用規(guī)劃研究的重視程度逐漸提高,并且在土地利用規(guī)劃中運用“3S”技術、系統(tǒng)科學、決策理論等理論方法,取得了顯著的成果。在計算機技術和數(shù)理統(tǒng)計等數(shù)學方法的支持下,土地規(guī)劃研究實踐中復雜數(shù)學模型的建立和求解成為現(xiàn)實,土地規(guī)劃的定量化研究逐漸增強,土地規(guī)劃的科學性、工作效率和精確度得到提高。
(四)土地整理
土地整理是以保護耕地為主要特征的國土整治措施,是按照土地利用規(guī)劃或城市規(guī)劃所確定的目標和用途,對土地利用狀況進行調整改造、綜合整治,提高土地利用率和產出率,改善生產、生活條件和生態(tài)環(huán)境的過程。土地整理是一項復雜的系統(tǒng)工程,“3S”技術以其強大的功能和良好的適應性為土地整理工作提供了堅實的技術支撐。
三、展望
“3S”技術在土地利用現(xiàn)狀調查、土地利用動態(tài)監(jiān)測、土地利用總體規(guī)劃和土地整理等土地資源管理領域當中的應用徹底改變了我國傳統(tǒng)的土地管理方法和模式,優(yōu)化和完善了我國當前土地管理的方式和內容。
關鍵詞:測繪技術;土地管理;應用
中圖分類號:P208 文獻標識碼:A
測繪技術為國家提供具體和綜合性的地理信息,在國民經濟發(fā)展過程中占有重要地位。隨著科學技術的不斷更新,測繪技術也不斷完善和進步,被廣泛的應用在土地資源的管理過程中,比如土地以資源調查、科學研究、土地開發(fā)利用、城鄉(xiāng)規(guī)劃以及災害預測等,為了國家的土地管理的宏觀決策等提供必要的地理信息和資料。因此,本文就測繪技術在土地資源管理中的應用展開論述。
一、測繪技術分析
測繪技術主要包括測量和地圖制圖,測量就是獲取地球表面的自然形態(tài)、人工形態(tài)、社會要素分布情況以及變化規(guī)律、空間位置等地理信息等;地圖制圖就是將這個信息數(shù)據進行科學合理的分析和處理,進行另一種利用和表達的形式。隨著科技的進步,新的測繪技術也得到發(fā)展,主要遙感(RS)、地理信息系統(tǒng)(GIS)以及全球地位系統(tǒng)(GPS),根據地面的特點和界限,采用一定的測量技術,獲得反映地面基本情況的位置信息,為工程建設規(guī)劃設計提供必要的資料;同時,測繪技術研究的范圍已經擴展到整個地球的外層空間,研究對象也從靜態(tài)對象向動態(tài)對象發(fā)展,信息獲得的量既包括宏量,也包括微量,逐漸向自動化、遙控化以及數(shù)字化的方向發(fā)展。
(一)遙感技術
遙感簡稱RS,對目標物不是進行直接的接觸,只是在距離比較遠的遙感平臺上使用遙感器,接受物體發(fā)射或者反射的電波信號,同時進行及時記錄,并傳送到地面,經過詳細的信息處理、分析以及進行實地試驗,從而有效的服務用戶,在通常情況下,把信息進行接收、處理、分析以及應用的過程被稱為遙感技術,具有信息豐富、持續(xù)性以及獲取周期短等優(yōu)勢,尤其是空間分辨率比較和圖像清晰,比較廣泛的應用在自然災害的防治、環(huán)境問題動態(tài)監(jiān)測以及氣象氣候觀測預報等。
就目前而言,我國人口、資源以及環(huán)境矛盾比較突出,如何有效的保護土地資源是社會比較關注的問題,因此必須對土地資源進行真實準確的掌握。在實際的土地資源管理過程中,遙感技術可以進行及時的進行動態(tài)監(jiān)測和分析,對土地資源進行準確的監(jiān)測和管理,為土地資源的科學合理的規(guī)劃、管理以及開發(fā)提供必要的基礎資料。
(二)地理信息系統(tǒng)
地理信息系統(tǒng)(GIS)主要利用計算機技術,由相應的硬件和軟件組成,采用空間支持數(shù)據進行管理、處理、分析和建模,從而有效解決非常復雜的規(guī)劃和管理以及決策問題。地理信息系統(tǒng)的對象,在通常情況下主要包括地位、圖形、遙感圖像以及屬性的數(shù)據等,對一定地理區(qū)域分布的現(xiàn)象進行分析和處理。
由于計算機、網絡以及空間技術的發(fā)展,對地理信息系統(tǒng)的發(fā)展起到重要的推動作用,在城市規(guī)劃、交通運輸以及資源調查和公共設施管理發(fā)揮了重要的作用,獲得了比較良好的社會效益、經濟效益和生態(tài)效益。同時利用地理信息系統(tǒng)技術在快速的建立各種土地資源的數(shù)據庫,將空間圖形和屬性數(shù)據進行有效結合,實現(xiàn)數(shù)據和圖形的一體化,保證土地資源數(shù)據的建庫、分析、管理等。
(三)全球地位系統(tǒng)
全球地位系統(tǒng)(GPS)具有全天候和實時性的三維導航定位能力的衛(wèi)星導航系統(tǒng),主要包括以下內容:地面控制部分有主控站、地面天線、監(jiān)測站以及通訊設備等,空間部分包括使用衛(wèi)星和備用衛(wèi)星,裝置部分包括接收機和衛(wèi)星天線促成。整個全球地位系統(tǒng)具有全天候、全覆蓋、高精度、應用廣、功能多以及快速高效的特點,GPS技術應用十分廣泛,主要包括地形測繪、國界測定、山體測高以及測量板塊和工程建設等,對促進社會管理和發(fā)展發(fā)揮了重要的作用。
隨著GPS RTK技術的發(fā)展,可以對相位觀測值進行實時動態(tài)的定位。這種系統(tǒng)通常主要包括以下部分:GPS信號接收部分,實時數(shù)據傳輸部分以及實時數(shù)據處理部分等,具有作業(yè)時間相對較短和效率高的特點,能夠精度定位到厘米,被廣泛的應用在資源調查和地質勘探等。
二、測繪技術在土地資源管理的中的應用
土地資源調查就是根據現(xiàn)有調查成果的基礎上,充分利用衛(wèi)星和航空攝影的影響,在滿足國家相關土地資源的相關技術的規(guī)定,采用新的分類系統(tǒng),對整個土地資源進行全面有效的調查,保證土地利用的圖像、數(shù)據保持一致,實現(xiàn)我國土地資源管理的信息化、規(guī)劃化以及社會化。
(一)測繪技術在土地資源調查中的利用
在進行城市和農村土地資源調查過程中,首先要采用遙感技術獲得必要的影像資料,有效完整影像和圖件制作的基礎工作;然后進行實地的外業(yè)調查,同時進行相關信息的匯總和統(tǒng)計;最后對相關數(shù)據進行管理和更新,建立土地管理的動態(tài)監(jiān)測體系,其中遙感技術及時高效的獲取土地資源的變化信息,地理信息系統(tǒng)能夠對數(shù)據進行自動的管理和編輯,在很大程度上解決面臨的工作量大、工序多以及數(shù)據分析難度大等問題,全球地位系統(tǒng)能夠對及時有效采集土地資源的空間位置。
(二)測繪技術在土地資源規(guī)劃中的應用
土地資源合理規(guī)劃進行土地管理重要的基礎工作,其內容涉及土地的位置、數(shù)量、質量以及價值等。在進行土地資源規(guī)劃審計過程中,要做好相關信息的收集、整理和分析工作,為可使用土地和不可用土地的分類提供借鑒,確定各類用地的范圍和界限。
測繪技術保證了土地規(guī)劃的準確性和高效性以及實時性,通過遙感技術可以直接獲得土地信息,對數(shù)據、圖像進行科學有效的處理,能夠準確反映相應的土地信息;利用地理信息系統(tǒng)可以建立土地資源管理的空間信息系統(tǒng),為土地資源的科學合理的規(guī)劃提供必要的資料,從而幫助土地管理部分進行長遠規(guī)劃和預測,實現(xiàn)土地資源的優(yōu)化配置,完成整個布局制圖,同時還會對規(guī)劃設計的結構進行模擬分析,不斷完善和優(yōu)化土地資源的規(guī)劃設計。
(三)測繪技術在土地資源勘測定界中的應用
土地資源勘測定界就是指對土地進行合理的征用、劃撥、轉讓和開發(fā)、整理等,根據實際情況對土地的定范圍和位置進行界定、測繪,從而準確的為土地管理部分提供準確的基礎資料,具體包括對土地進行權屬調查、測繪和撰寫相應的調查報告,分為外業(yè)的調查和測量、內業(yè)整理和歸檔等步驟。
在進行土地測定的外業(yè)調查過程中,可以采用GPS RTK技術首先進行合理的定位,將基準站的已知和觀測的數(shù)據發(fā)送到流動站,同時還要對全球定位系統(tǒng)的數(shù)據進行采集,從而可以形成差分觀測值,根據地位原理計算出相關的三維坐標,采用這種技術具有操作簡便和觀測時間短以及精度高的優(yōu)點。在進行土地勘測內業(yè)過程中,可以采用地理信息系統(tǒng)和數(shù)據庫技術向結合的方式進行定界的測量和管理,這樣就可以保證從外業(yè)到內業(yè)數(shù)據的一致性,實現(xiàn)數(shù)據處理的自動化,保證統(tǒng)計的精確性,便于以后查詢。
(四)測繪技術在進行土地動態(tài)監(jiān)測中的應用
進行土地資源的動態(tài)監(jiān)測,可以及時的發(fā)現(xiàn)土地的利用狀況以及變化等信息。建立新的測繪技術體系中,通過遙感技術解譯的矢量數(shù)據的地理坐標,利用全球地位系統(tǒng)進行精確定位,就能對不確定的解譯成果進行精確的核實和查詢,從而有效提高結果的精確性和可靠程度。首先利用遙感技術發(fā)現(xiàn)和搜集土地利用的變化信息,同時利用GPS技術確定信息變化的數(shù)量和特征,并且進行分型,然后利用GIS技術對土地的相關數(shù)據進行可視化管理,不斷對數(shù)據庫進行更新,最后把土地的動態(tài)變化結果制成圖。
另外,在進行土地資源執(zhí)法監(jiān)察過程中,采用測繪技術在很大程度上可以幫助執(zhí)法人員能夠及時有效準確的發(fā)現(xiàn)違法用地的情況,便于土地管理部門進行巡查和出發(fā),實現(xiàn)對土地資源管理的數(shù)字執(zhí)法。
三、結語
綜上所述,測繪技術在進行土地資源管理和規(guī)劃過程中發(fā)揮了重要的作用,使得土地開發(fā)管理工作更加科學、實用和準確。因此,在實際的土地管理過程中,要不斷采用先進的快捷的測繪新技術,從而更好的做好土地規(guī)劃和管理工作。
參考文獻:
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關鍵詞:高分辨率遙感影像;向對象分類;衛(wèi)片執(zhí)法
中圖分類號:P237 文獻標識碼:A
現(xiàn)階段,隨著國民的持續(xù)增長、城市化進程的不斷推進以及人口的激增,導致了我國的土地資源違法利用問題日益突出。事實上,這一問題的出現(xiàn)為我國的土地資源管理帶來了諸多的問題。為了更好地推動衛(wèi)片執(zhí)法的進行,有關部門逐漸加強了面向對象的高分辨率遙感影像分類技術的使用,并在實際的運用過程中取得了卓越的成效。
一、面向對象以及面向對象分類方法的概述
1.面向對象的概念
事實上,面向對象的概念是由Baatz、Schape針對傳統(tǒng)基于像元的分類方法進行影像特征分類時存在的不足提出的。與傳統(tǒng)的影像特征分類不同的是,這類的劃分方法能夠從高分辨率遙感影像中挖掘出重要的時空信息,并提取高分辨率遙感影像信息關鍵。
這種分類方法的主要操作流程是通過對高分辨率遙感影像進行多角度地切割,并由此得到相應的同質對象,其后再根據相關的要求,提取目標地物的多特征信息諸如,地物光譜、形狀、紋理、陰影、灰度、空間位置等。最后再依托模糊分類方法,將上述所提取的信息進行分類統(tǒng)計,從而最終實現(xiàn)了對于遙感影像進行分類以及目標地物的提取。
2.面向對象分類方法的概述
與傳統(tǒng)的基于像元的分類方法不同,面向對象的影像分類方法放棄了傳統(tǒng)的基于單個像素的操作,而逐漸轉向以圖像對象作為處理的單元。事實上,由于影像對象都具有較強的相對獨立性,且都可以分解出諸多的有用信息,因而這種技術方法的使用就能夠高效地推動相關分類環(huán)節(jié)的展開。
此外,作為面向對象分類中的重要環(huán)節(jié),目標地物解譯對影像的分類提取具有前瞻性。這里,筆者就目標地物解譯的操作進行簡單地敘述:在目標地物解譯的過程中,需要按照像元物理光譜的特性將影像劃分為若干區(qū)域,并在此基礎上形成以對象為單元的影像對象。事實上,由于影像對象是分類工作的必要前提,所以在對高分辨率遙感影像進行切割時參照了相關的時空信息,并最終實現(xiàn)了在進行分類的過程中對于“椒鹽噪聲”的規(guī)避。
與傳統(tǒng)的基于像元為單位的分類相比,面向影像對象的分類往往具有較高的完整性與連續(xù)性。基于這一特性就使得目標地物分類的精確度較高。而這也就導致了面向對象的分類方法逐漸獲得相關部門的青睞,并在實際的運用過程中獲得了卓越的成效。這里筆者將傳統(tǒng)基于光譜、基于專家知識決策樹與面向對象分類方法進行對比,從而突出面向對象的分類方法的優(yōu)越性。具體內容見表1。
二、基于面向對象的高分辨率遙感影像分類衛(wèi)片執(zhí)法
所謂的“衛(wèi)片”指的就是衛(wèi)星遙感影像圖片。具體說來是指那些利用衛(wèi)星遙感影像監(jiān)測、信息處理與分析、GIS等技術手段制作的疊加了監(jiān)測信息及相關要素后制作而成的專題影像圖片。
而衛(wèi)片執(zhí)法指的就是借助衛(wèi)片的疊加比較,從而對某一地區(qū)的土地利用、礦產勘查開采等情況進行監(jiān)督管理。其具體的做法就是借助衛(wèi)星遙感監(jiān)測以及相關技術繪制某一地區(qū)的遙感影像圖片,并將該地區(qū)前后兩個不同時段的影像圖片進行疊加分析,從而能夠了解到該地區(qū)的土地利用、資源開采、地質災害等情況。事實上,這種技術方法的實施,簡化了對于土地資源管理的過程,提高了國土資源管理的效率,并最終提高了相關精細化管理的水平。
目前,基于面向對象的高分辨率遙感影像分類衛(wèi)片執(zhí)法主要體現(xiàn)在3個方面,筆者對此做了具體的闡述。
一是相關的執(zhí)法部門利用衛(wèi)片進行相關的執(zhí)法活動,能夠快速、有效地檢查、發(fā)展國土資源、礦產資源的非法開采情況。此外,由于衛(wèi)片檢查執(zhí)法更加全面,能夠有效地彌補在日常巡查執(zhí)法中尚未發(fā)現(xiàn)的違法行為,從而有效地提高了相關執(zhí)法的效率。
二是通過衛(wèi)片技術的使用,能夠幫助相關部門對一定區(qū)域內的國土資源開發(fā)利用情況進行直觀地了解,并對相關開發(fā)的合法性進行評估和分析,從而能夠以此為基礎,對該地區(qū)的國土資源管理秩序進行評估和堅定,并最終為后續(xù)的相關問責提供了依據。以江蘇省的國土資源管理為例,由于面向對象的對象的高分辨率遙感影像分類技術的發(fā)展,使得遙感影像的精確程度進一步提高,從而方便了相關部門對于土地資源的監(jiān)控。圖1為使用高分辨率遙感技術下的江蘇省某區(qū)域的遙感圖。
三是通過衛(wèi)片執(zhí)法,能夠對日常的執(zhí)法監(jiān)察進行監(jiān)督,從而確保日常的執(zhí)法活動的效率的提高。由于通過衛(wèi)片技術進行相關的執(zhí)法活動,能夠適時、高效地對某一地區(qū)的土地利用情況進行監(jiān)督管理。基于此就可以將衛(wèi)片執(zhí)法的結果與日常的執(zhí)法報告等情況進行對比,從而能夠有效地對該地區(qū)的日常執(zhí)法監(jiān)管效果進行檢測,并最終實現(xiàn)了對于日常執(zhí)法工作的監(jiān)督,并推動了相關執(zhí)法方式的高效轉變。
結語
近年來,隨著城市化的推進以及國民經濟的持續(xù)穩(wěn)定增長,使得國家的土地資源日趨緊張。在這樣的背景下,為了更好地推動國土資源的管理工作,相關部門逐漸加強了衛(wèi)片執(zhí)法的實施。本文主要對面向對象的高分辨率遙感影像分類在衛(wèi)片執(zhí)法中的應用與作用進行了相關的分析與探討。筆者認為,該技術的運用,能夠有效地減少對于國土資源管理的時間、任務重、人力、物力和財力資源,并在此基礎上提高相關的管理要求。事實上,隨著衛(wèi)片執(zhí)法技術的不斷發(fā)展以及運用,我國的國土資源管理工作獲得了長足的發(fā)展。
參考文獻
[1]尹展,張建國,李宏斌.面向對象分類技術在高分辨率遙感影像信息提取中的應用研究[J].測繪與空間地理信息,2013(8):61-63.
1.土地資源管理與課堂教學
土地資源管理是以經濟學、法學、管理學、土地資源學為基礎,以公共管理理論為核心,以信息技術、規(guī)劃等為手段的多學科緊密聯(lián)系的綜合性學科。土地資源管理專業(yè)也以培養(yǎng)掌握國土資源知識及現(xiàn)代規(guī)劃管理理論與方法,受過“3S”等現(xiàn)代空間信息技術訓練的復合式應用型專門人才為目標。目前土地資源管理專業(yè)的課堂教學與其自身“綜合性”的特征差距明顯,主要體現(xiàn)在以下方面:
(1)課堂教學系統(tǒng)性不足。土地資源管理是一門綜合性的學科,但目前的課堂教學由于教學條件、課程學時等諸多因素的影響很難體現(xiàn)課程間的系統(tǒng)性,特別是現(xiàn)代信息技術與土地管理學核心理論的聯(lián)系。學生不能理解課程間緊密的聯(lián)系性,學習過程中普遍存在盲目性,更難“學以致用”。
(2)課堂教學與實際脫節(jié)。目前的課堂教學以保證知識的完整性為首要目標。學生在被強制接受知識點后,很難完全理解,更難活學活用。例如,土地資源管理中的測量學、遙感原理與應用、GPS原理與應用、不動產評估等專業(yè)性、實踐性強的課程,學生第一次都很難接受基礎理論和方法。課堂教學難以體現(xiàn)“教、學、實踐”一體化,有時甚至嚴重脫節(jié)。
(3)課堂教學內容滯后。信息時代知識更新的速度遠遠超過教材的更新。即使最新的教材包括了當前時代的優(yōu)秀理論和技術,教師在課堂教學時也很難講授這些內容,更難生動形象地教學。學生經常只是模糊地接受了這個概念,很難達到教學效果。
2.3D GIS技術的教學優(yōu)勢
3D GIS是從數(shù)據結構到空間查詢再到建模分析建立在三維數(shù)據模型基礎上的地理信息系統(tǒng)。3D GIS技術包括了計算機圖形技術、三維可視化技術、虛擬現(xiàn)實技術、空間分析等多項技術。它突出的“浸沒感、交互性、構想性” 特點受到了教育工作者的廣泛關注。3D GIS技術在課堂教學的優(yōu)勢主要表現(xiàn)在以下三個方面:
(1)提供仿真環(huán)境。利用3D GIS技術使學生全身心地投入三維虛擬現(xiàn)實教學環(huán)境,引導學生正確認知,拓寬認知。通過3D GIS技術不僅可以再現(xiàn)真實存在的環(huán)境,也可以按需求構建和分析未存在的環(huán)境,為生動教學、交互式學習、理論聯(lián)系實際提供了技術保證。
(2)提供信息服務的平臺。課堂教學不是快餐,不能教完即扔,學會即忘。多樣的教學素材需要管理,陳舊的內容需要更新,重點的知識需要鞏固,學科理論的系統(tǒng)性更需我們不斷發(fā)現(xiàn)和完善。3D GIS作為空間信息的平臺,恰好為我們提供了這樣的服務,尤其滿足地球學科相關專業(yè)空間信息教學管理的需求。
(3)提供綜合性的輔助手段。3D GIS作為一個綜合性的研究領域,它是多項現(xiàn)代高新技術的綜合。虛擬現(xiàn)實技術使得我們?yōu)閷W生提供知識的浸沒感;三維空間交互技術使得我們能輕松加強課堂互動;三維可視技術使得我們更容易引導學生思考,激發(fā)學習興趣。
因此,3D GIS技術是解決土地資源管理專業(yè)課堂教學1.1節(jié)若干問題的有效手段。3D GIS技術作為信息領域研究的熱點,或一種嶄新的教學手段都值得我們重點關注和研究。
二、基于3D GIS的教學系統(tǒng)建設
與傳統(tǒng)的多媒體教學手段不同,基于3D GIS技術的課堂教學不只需要一個簡單的PowerPoint或播放器環(huán)境,而必須以一個完整的基于3D GIS的教學系統(tǒng)為基礎。本文下面以面向土地資源管理專業(yè)基于3D GIS的教學系統(tǒng)建設和應用探討基于3D GIS技術的課堂教學。
1.系統(tǒng)建設原則
(1)合理規(guī)劃,分步實施。土地資源管理專業(yè)既涉及核心的管理學理論,又包含諸多現(xiàn)代技術理論。土地資源管理專業(yè)教學資源的共享性、課程間緊密的聯(lián)系性要求基于3D GIS教學系統(tǒng)的設計不能只針對某一門課程,應面向土地資源管理專業(yè)教學大綱所有課程合理、統(tǒng)籌地規(guī)劃,否則將會造成重復建設或巨大教學資源的浪費。系統(tǒng)宜分為基礎應用模塊與專業(yè)教學模塊?;A應用模塊即提供國土空間信息瀏覽、查詢、管理、基本分析的功能,專業(yè)教學模塊則基于應用模塊在教學資源共享的原則下按各課程特點用于課堂教學和學生實驗或課后練習。同時,為節(jié)約系統(tǒng)開發(fā)費用、縮短開發(fā)周期,宜采取分解目標、分期實施的策略建設系統(tǒng)。
(2)選擇重點,注重實踐。土地資源管理專業(yè)是一門理論性、實踐性強的綜合學科?;?D GIS技術的課堂教學只是土地資源管理專業(yè)課堂教學的一種有效手段。它只能解決一部分問題,更需要現(xiàn)有多種教學手段的有效配合。基于3D GIS的課堂教學更適宜實驗、綜合設計、技術性課程的教學。因此,面向土地資源管理專業(yè)的3D GIS教學系統(tǒng)建設應有針對性,采取集中資源優(yōu)先建設實驗性、技術性課程。通過“開發(fā)―試驗―修正―試驗”的模式,保證教學系統(tǒng)的實用性,避免過分強調形象和仿真而忽略教學實用。
(3)面向網絡,突出互動。3D GIS技術的交互性主要體現(xiàn)在用戶對模擬環(huán)境內物體的可操作程度和從環(huán)境中得到反饋的自然程度。例如,學生通過三維漫游而體會到土地的自然屬性。而結合網絡服務的3D GIS技術更能使教與學的環(huán)節(jié)自然統(tǒng)一。通過網絡服務,教師可以及時解答學生學習過程的疑難,3D GIS教學系統(tǒng)更成為教師獲取教學反饋的重要渠道;通過網絡服務,3D GIS教學系統(tǒng)不再局限于課堂教學,更是學生課后訓練,知識鞏固的工具。
2.系統(tǒng)設計與開發(fā)
面向土地資源管理專業(yè)的3D GIS教學系統(tǒng),即以若干典型土地區(qū)域為研究區(qū)域,集成并整合土地基礎地理(如矢量圖、歷史影像、DEM等)、自然屬性信息(如土壤質地、厚度、鹽漬化等)、經濟社會資料(如基準地價、土地利用規(guī)劃等)等教學資源,通過三維建模和教學仿真工具開發(fā),建成基于仿真真實環(huán)境的教學平臺。
根據上述內容,教學平臺宜采用三層C/S結構體系,即數(shù)據層、邏輯層和應用層。其中數(shù)據層主要用來存儲各類教學資源,如基礎地理數(shù)據、土地專題數(shù)據、三維仿真模型等;邏輯層主要針對土地教學平臺業(yè)務邏輯進行實現(xiàn),如土地教學資源的存取、交換與管理;應用層實現(xiàn)土地教學平臺的教學具體應用,主要包括數(shù)據瀏覽、數(shù)據查詢、數(shù)據管理、常用工具、專題教學模塊,等等。
3D GIS平臺的選擇是3D GIS教學系統(tǒng)建設的基礎。目前比較著名、常用的3D GIS平臺有Google Earth(谷歌公司)、Virtual Earth(微軟公司)、Skyline Globe(Skyline 公司)、ArcGIS 3D(ESRI公司)、SuperMap(超圖公司)?;?D GIS效果和推廣性,本文推薦使用Skyline、Google Earth或Virtual Earth平臺。
三、基于3D GIS的土地教學與試驗
本文以基準地價系數(shù)修正法的教學為例,利用試驗系統(tǒng)中地價評估教學模塊,探討基于3D GIS的教學平臺進行面向土地專業(yè)的課堂教學。
首先,課堂教導學生根據系統(tǒng)中基準地價級別圖確定基準地價。例如,某宗地屬于住宅三級地,查表得其基準地價為1430元/平方米。
其次,課堂教導學生如何確定宗地修正系數(shù)。第一步,通過系統(tǒng)定位待評估宗地位置,了解評估對象基本屬性,通過空間場景模擬使學生思考確定宗地修正因素;第二步,教導學生基于以上思考仔細填寫評估報告中核心數(shù)據表模板,正確給予勘察結論。借助系統(tǒng)本例中主要修正因素確定如下:①區(qū)域地籍。通過查詢模塊中的位置查詢獲取宗地屬性。本例中宗地所在區(qū)域位于某市南山區(qū),緊鄰該市主干路紅旗路,宗地內有一棟7層南北朝向磚瓦結構樓房。②產業(yè)集聚狀況。通過常用工具模塊中水平距離測量工具量算得到待估宗地距該市新世紀廣場商業(yè)中心3700米,距離農貿市場、醫(yī)院 400米,距離學校、幼兒園1500米。③基礎設施條件。通過信息瀏覽模塊中飛行漫游和全視圖工具,確定該區(qū)域基礎設施情況達到紅線外七通(即通路、通電、通訊、通上水、通下水、通燃氣、通熱力)。④交通條件。通過信息瀏覽和測量模塊,確定評估對象距紅旗路西側60米,周邊有多路公交線路,得到結論此地段交通便捷。⑤環(huán)境條件。分析環(huán)保數(shù)據確定該地區(qū)車流量大,有一定噪音及廢氣污染,環(huán)境條件一般。
最后,教導學生計算修正后的價格。
關鍵詞:測繪;3S技術;國土資源;應用
土地資源是國家最最重要的資源之一,國家土地資源的利用,必須堅持合法有效利用,堅持科學合理利用,堅持節(jié)約可持續(xù)利用。這是落實科學發(fā)展觀和構建社會主義和諧社會的要求,是落實保護資源、堅持可持續(xù)發(fā)展的基本國策的需要,以促進經濟社會和資源、環(huán)境的協(xié)調發(fā)展。近年來隨著經濟建設和社會各項事業(yè)的快速發(fā)展,特別是城市化、工業(yè)化進程以及農業(yè)結構調整步伐的進一步加快,各地土地利用現(xiàn)狀發(fā)生了很大變化。加強土地資源規(guī)劃、管理、保護和合理利用的需要,也是適應新時期經濟社會發(fā)展對土地資源管理基礎資料提出的新要求。
1 測繪工作概況
1.1測繪技術的概念
測繪是測量和地圖制圖的簡稱。測量就是獲取反映地球及其表面自然與人工形態(tài)、社會要素的形狀、大小、數(shù)量、位置、方向、分布狀況、相互關系、變化規(guī)律、區(qū)域空間結構的地理信息數(shù)據。地圖制圖是將這些數(shù)據經處理、分析或綜合后加以表達和利用的一種形式。具體來講,按作業(yè)先后順序,測繪包括測定和測設兩部分。按工作日的和服務對象不同,測繪可分為基礎測繪和專業(yè)測繪兩部分。
1.2 基礎測繪
基礎測繪是指為國民經濟和社會發(fā)展以及為國家各個部門和各項專業(yè)測繪提供基礎地理信息而實施測繪的總稱?;A測繪必須在全國或局部區(qū)域按國家統(tǒng)一規(guī)劃和統(tǒng)一技術標準進行。
1.3專業(yè)測繪
是指產業(yè)部門為保證本部門業(yè)務工作所進行的具有專業(yè)內容的測繪的總稱。專業(yè)測繪應采用國家測繪技術標準或者行業(yè)測繪技術標準。專業(yè)測繪包括地籍測繪、工程測繪、礦山測繪、房產測繪等。
1.4 地籍測繪
是對地塊權屬界線的界址點坐標進行精確測定,并把地塊及其附著物的位置、面積、權屬關系和利用狀況等要素準確地繪制在圖紙上和記錄在專門的表冊中的測繪工作。地籍測量的成果包括數(shù)據集(控制點和界址點坐標等)、地籍圖和地籍冊。
2 關于“3S”測繪新技術的應用
所謂“3S” 技術是指遙感(RS)、地理信息系統(tǒng)(GIS)和全球定位系統(tǒng)(GPS)及其集成技術的統(tǒng)稱。這種高技術的集成利用可以有多種方式:GPS 與GIS 的集成可用于自動導航、自動駕駛、農田作業(yè)管理、公安救護消防等方面指揮調度等等;GPS 與RS 的集成可用于自動定時數(shù)據采集、環(huán)境監(jiān)測、災害預測等方面;RS 與GIS 的集成可用于全球及區(qū)域變化監(jiān)測、空間數(shù)據自動更新等。3S 整體集成應用將更為廣泛,3S 的集成,使得測繪、制圖、地理信息分析、宏觀管理、規(guī)劃和科學決策相互融合,成為快速而實時的空間信息分析和決策支持工具。
(一)遙感(RS)技術
遙感(Remote Sensing)的含義是在遠離目標、與目標不直接接觸的情況下判定、量測并分析目標的性質。遙感的基本原理主要就是利用從目標反射、輻射或散射的電磁波,對目標進行信息采集、分類、成像。這里指的遙感(RS)包括衛(wèi)星遙感和航空遙感所獲取的衛(wèi)星影像和航空攝影影像數(shù)據資料。遙感技術(RS)具有信息豐富、全天候、多光譜特性、信息獲取周期短等優(yōu)勢,特別是高分辨率遙感影像圖像清晰,空間分辨率高,廣泛應用于土地利用更新調查、土地利用動態(tài)監(jiān)測,農村產權調查等工作中。
(二) 地理信息系統(tǒng)(GIS)技術
地理信息系統(tǒng)是指在計算機軟硬件支持下,對具有空間內涵的地理信息,按照空間分布以一定的格式輸入、存貯、查詢、分析、更新、圖形編輯、數(shù)據庫管理、顯示與輸出和數(shù)據綜合分析的計算機技術系統(tǒng)。它可以用于地理信息的動態(tài)描述,通過時空構模,分析地理系統(tǒng)的發(fā)展變化和演變過程,從而為咨詢、規(guī)劃和決策提供服務,其應用領域已遍及與地理空間有關的絕大多數(shù)領域。目前國內常用的地理信息系統(tǒng)軟件主要有ArcGIS、MapGIS 和SuperMap 等。
(三) 全球定位系統(tǒng)(GPS)技術
全球定位系統(tǒng)是以人造衛(wèi)星為基礎的無線電導航系統(tǒng)。原來指美國國防部研制的國防導航衛(wèi)星系統(tǒng),該系統(tǒng)由位于距地球20200 km 空間高度的六個軌道面上的24 顆衛(wèi)星組成,為全球范圍的用戶提供全天候、連續(xù)、實時、高精度的三維位置、三維速度以及時間數(shù)據。當今隨著俄羅斯GLONASS 系統(tǒng)的開發(fā),歐洲伽里略衛(wèi)星定位計劃實施以及我國的積極參與,全球定位系統(tǒng)的概念也在變化,它泛指利用衛(wèi)星技術,實時提供全球空間地理坐標的系統(tǒng)。由于GPS 測量結果是WGS 84 坐標系下的三維地理數(shù)據,彼此之間相關性強,容易實現(xiàn)數(shù)據共享,經坐標變換和數(shù)據格式轉換后可實現(xiàn)與地理信息系統(tǒng)的無縫結合,實現(xiàn)內外業(yè)緊密結合,減少了不必要的中間過程,避免了傳統(tǒng)方法的多次清繪、轉繪等帶來的誤差。因此,GPS 技術的應用,可以提高調查的精度和速度,節(jié)約人力、物力,降低成本。
(四) “3S”集成技術的應用
目前“3S”技術以其各自的優(yōu)勢在土地更新調查中得到了廣泛的應用,但也存在一些不足。如RS 技術和GPS 技術可以快速準確地獲得土地變化信息和高質量的空間數(shù)據和屬性數(shù)據,卻難以進行分析、統(tǒng)計和建庫,GIS 技術可以完成數(shù)據處理和建庫卻不能獲取土地利用現(xiàn)狀變化的相關數(shù)據。因此綜合應用GPS、RS、GIS 技術,發(fā)揮各自的優(yōu)勢,使之構成完整的、系統(tǒng)的、實時的和動態(tài)的“3S”集成技術,形成對土地更新調查進行數(shù)據采集、處理、分析、管理、輸出以及更新的技術系統(tǒng)。以RS 快捷、實時、高效地獲取土地利用變化調查信息,GPS 技術快速準確采集土地利用變化圖斑的空間位置,GIS 技術對采集的數(shù)據進行編輯實現(xiàn)數(shù)據管理自動化,實現(xiàn)了土地利用更新調查信息實時、快速、準確、高精度的數(shù)據采集和數(shù)據管理的自動化、現(xiàn)代化,較好地解決了以往土地利用更新調查中工作量大、工序多、工效低、精度不高、數(shù)據分析難度大、成果輸出不方便等問題。
3 “3S”技術在土地資源管理中的應用
人多地少是我國的基本國情,隨著社會和經濟的發(fā)展,土地資源的稀缺性更加凸現(xiàn),土地資源的形勢十分嚴峻。采用“3S”技術既是我國土地資源管理工作面臨的當務之急,也是促進我國經濟可持續(xù)發(fā)展和社會全面進步的重要手段。目前,第一次全國土地調查已經廣泛采用“3S”技術、數(shù)據庫技術、網絡技術等手段,為大范圍實時準確地獲取土地利用現(xiàn)狀數(shù)據及動態(tài)更新提供重要信息源,為國土資源管理提供重要的基礎數(shù)據平臺。
(1)土地利用現(xiàn)狀變更調查?!?S”技術廣泛應用于土地利用現(xiàn)狀變更調查工作中,采用GPS定位、遙感影像判讀獲取土地利用現(xiàn)狀變化信息,由年終匯總的動態(tài)變更調查,發(fā)展為及時變更、及時上圖,確保調查成果符合數(shù)據、圖件和實地一致的要求。
(2)宅基地勘測。宅基地勘測的目的在于進一步完善農村土地調查及升記成果,實現(xiàn)地籍調查的全覆蓋,為城鄉(xiāng)一體化的現(xiàn)代化地籍管理模式打下數(shù)據基礎。在宅基地勘測工作中,利用GPS技術對依法批準的宅基地進行實地測繪;對村民住宅是否按照批準的面積、位置和要求使用土地進行實地檢查,利用G IS技術對農村宅基地調村民住宅是否按照批準的面積、位置和要求使用土地進行實地檢查,利用GIS技術對農村宅基地調查成果進行統(tǒng)一的數(shù)據庫管理,更好地為社會主
義新農村建設服務。
(3)基本農田保護。保護基本農田是貫徹“十分珍惜、合理利用土地和切實保護耕地”基本國策而采取的一項特殊措施。“3S”技術的廣泛應用,尤其是手持GPS / PDA技術的應用,對基本農田保護目標責任制的實施和監(jiān)管提供了技術支撐,從而簡化了基本農田定期巡查工作流程,提高了基本農田劃區(qū)定界的工作效率,也有利于基本農田保護目標責任制的實施和工作質量的監(jiān)管。
(4)土地利用總體規(guī)劃實施監(jiān)管。土地利用規(guī)劃實施監(jiān)管是一項復雜的系統(tǒng)工程,需處理的信息量大、數(shù)據關聯(lián)復雜,從基本圖的制作、各類數(shù)據的提取、資料的使用與歸檔到日常的管理等工作都相當繁瑣。沒有現(xiàn)代技術體系的支持,該項工作的開展存在困難。目前,土地利用總體規(guī)劃的實施與監(jiān)管正在形成利用RS技術發(fā)現(xiàn)土地利用變化信息;利用GPS技術快速、準確地獲取變化信息的空間坐標;利用GIS技術進行土地利用現(xiàn)狀數(shù)據庫更新與管理,利用網絡技術進行公示與交流的新型運行機制。
(5)土地執(zhí)法巡查檢查。在土地執(zhí)法巡查中,應用RS技術實現(xiàn)“天上看”,即利用兩個不同時段的衛(wèi)星遙感影像數(shù)據進行對比,可以快速、準確地提取近期國土開發(fā)利用的動態(tài)信息。因此,衛(wèi)星遙感監(jiān)測就像天眼,時時監(jiān)測著國土的變化,國土資源應用遙感技術手段已由階段性的工作轉變?yōu)槌B(tài)性工作,在國土執(zhí)法檢查的預防和警示違法方面發(fā)揮著重要的作用,再與日常動態(tài)巡查相結合,可以最大限度地做到早發(fā)現(xiàn)、早制止違法行為,把土地礦產違法行為消滅在萌芽狀態(tài)。通過遙感發(fā)現(xiàn),結合地面手持GPS/PDA技術,實現(xiàn)“地上查”。即利用集成GPS定位、無線數(shù)據通訊、電話語音通訊、錄音、錄像、拍照等功能于一體的智能移動終端,開發(fā)國土資源移動執(zhí)法信息系統(tǒng),實現(xiàn)執(zhí)法現(xiàn)場的準確定位、執(zhí)法信息實時快速采集、執(zhí)法信息的網絡通訊等特定功能,支撐基于遠程傳輸技術的移動式現(xiàn)場執(zhí)法。即時定量查清一些建設用地增長過快,違規(guī)違法用地、濫用耕地等行為。應用GIS技術,可以實現(xiàn)“網上管”?;诨A地理數(shù)據、遙感影像數(shù)據、土地利用現(xiàn)狀和規(guī)劃數(shù)據及礦業(yè)權數(shù)據等,建立適用于國土資源執(zhí)法監(jiān)察綜合數(shù)據庫,應用GIS技術構建統(tǒng)一的國土監(jiān)管平臺,結合GPS/PDA巡查技術,形成“天上看、地上查、網上管”三位一體的國土資源數(shù)字化監(jiān)管體系。
4 測繪科技的高速發(fā)展及其廣泛應用
隨著“數(shù)字地球”和“數(shù)字城市”概念的迅猛推廣和深入人心,解決落后的城市空間數(shù)據基礎設施建設與快速發(fā)展的技術系統(tǒng)之間的矛盾已經到了刻不容緩的境地。數(shù)字攝影測量與遙感技術的發(fā)展與應用,為解決空間數(shù)據采集與提取提供了有效手段。地圖制圖學已從傳統(tǒng)的地圖繪制發(fā)展成為運用現(xiàn)代計算機技術與網絡信息通信技術相結合的綜合地理信息工程學。當前世界科技發(fā)展最活躍的三大領域是生物工程、納米技術與測繪科學。隨著電了技術和計算機技術的高速發(fā)展,以3S特別是GPS為中心的測繪科學的發(fā)展突飛猛進,一日千里。科技的發(fā)展又反過來對測繪觀念造成猛烈沖擊,經典的測繪手段甚至理論迅速被3S技術及相關理論所取代。下面從測量手段和成果兩方面對傳統(tǒng)測繪和現(xiàn)代測繪作一比較:
(1)傳統(tǒng)測繪測量手段:經偉儀三角測量,皮尺鋼尺量距、經偉儀導線、小平板儀大平板儀、水準儀測圖,水準測量、三角高程測量等,手動跟蹤陀螺儀定向。測繪成果:多為紙質地形圖。