基于3S的土地資源信息獲取、處理和信息服務(wù)系統(tǒng)的研制.doc

基于3S的土地資源信息獲取、處理和信息服務(wù)系統(tǒng)的研制袁占良 王留召 張子平河南理工大學(xué)測(cè)繪與國(guó)土信息工程學(xué)院 454000Email:摘要：針對(duì)土地資源信息空間分布、動(dòng)態(tài)變化性強(qiáng)的應(yīng)用需求，研究基于3S的土地資源空間信息獲取、整合加工處理、科學(xué)化管理和有效服務(wù)的實(shí)用技術(shù)體系，及時(shí)準(zhǔn)確地把握涉及土地資源動(dòng)態(tài)變化信息等一系列迫切問(wèn)題，保證土地資源的科學(xué)管理與合理保護(hù)，促進(jìn)國(guó)民經(jīng)濟(jì)與信息資源可持續(xù)發(fā)展，推動(dòng)空間信息技術(shù)的創(chuàng)新和技術(shù)應(yīng)用的產(chǎn)業(yè)化，為相關(guān)行業(yè)的3S應(yīng)用提供借鑒。關(guān)鍵詞：3S 土地資源 信息系統(tǒng)Abstract: In view of application demands for spatial distribution, strongly dynamic change of land resources information, studies practical technical system of land resources space information acquisition, conformity processing, the scientific management and the effective service based on 3S, accurately assure a series of urgent questions involves the land resources dynamic change information and so on, guaranteed the land resources scientific management and reasonable protection, promotes the national economy and the information resources sustainable development, impels innovation of the space information technology and the technical application industry, provides the model for the correlation profession in 3S application.Key words: 3S; Land Resources; Information System1. 引言國(guó)土資源是國(guó)脈所系、民生所依，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展中處于十分重要的地位。為更好地開(kāi)展國(guó)土資源工作，江總書(shū)記在2002年召開(kāi)的中央人口資源環(huán)境工作座談會(huì)上明確指出，“要廣泛應(yīng)用先進(jìn)技術(shù)，特別是信息技術(shù)，不斷提高國(guó)土資源工作的信息化水平”。通過(guò)信息網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)建設(shè)，可以使各部門(mén)協(xié)同開(kāi)展工作，共享信息資源，實(shí)施有效管理，減少?zèng)Q策失誤；通過(guò)信息服務(wù)系統(tǒng)建設(shè)，可以建立國(guó)土資源部門(mén)與人民群眾直接溝通的渠道，為社會(huì)提供方便快捷的信息與服務(wù)，推進(jìn)政務(wù)公開(kāi)和廉政建設(shè)。為此，建立基于3S和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的土地資源空間數(shù)據(jù)快速獲取、信息提取、處理及共享系統(tǒng)，形成實(shí)用化技術(shù)流程，可以向國(guó)土資源管理和社會(huì)提供方便快捷的實(shí)時(shí)信息服務(wù)，并對(duì)相關(guān)行業(yè)的信息化建設(shè)起到示范作用，實(shí)現(xiàn)土地資源的可持續(xù)利用和社會(huì)化服務(wù)。2. 土地資源管理的現(xiàn)代需求20世紀(jì)70年代以來(lái)，計(jì)算機(jī)與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、空間信息獲取技術(shù)（RS）、GPS與GIS技術(shù)的迅猛發(fā)展，改變了傳統(tǒng)的土地資源調(diào)查、監(jiān)測(cè)、評(píng)價(jià)與研究工作方式，帶動(dòng)土地資源管理進(jìn)入現(xiàn)代化、科學(xué)化的新時(shí)代1。(1) 3S技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用積累了豐富的土地資源數(shù)字化信息(2) 基于INTERNET的在線信息服務(wù)使國(guó)土資源信息共享服務(wù)方式發(fā)生了根本性的變化 (3) 空間數(shù)據(jù)基礎(chǔ)設(shè)施、“數(shù)字地球”和空間信息柵格（SIG）等概念的提出正在把國(guó)土資源信息化推向新的高度隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、3S等空間信息應(yīng)用技術(shù)的快速發(fā)展，國(guó)家基礎(chǔ)信息化體系在大多數(shù)西方發(fā)達(dá)國(guó)家已經(jīng)基本完成，并為政府、企業(yè)等不同階層提供服務(wù)?！?S”技術(shù)與虛擬現(xiàn)實(shí)（VR）、大型分布式GIS技術(shù)、海量網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)與互操作管理技術(shù)、知識(shí)挖掘（DM）技術(shù)與國(guó)家信息基礎(chǔ)設(shè)施（NII）建設(shè)的結(jié)合，一個(gè)龐大的“數(shù)字地球”正在逐步向人們走來(lái)。伴隨全球信息化已形成的競(jìng)爭(zhēng)格局，對(duì)于我們國(guó)家而言，最大限度地利用信息資源和現(xiàn)代信息技術(shù)，避免在國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)中受制于人，是我國(guó)經(jīng)濟(jì)與社會(huì)發(fā)展和國(guó)家安全的必然需要。上述技術(shù)問(wèn)題的解決需要我們充分依靠國(guó)家科技攻關(guān)對(duì)3S前沿技術(shù)研究的支持作用，把國(guó)土資源領(lǐng)域作為3S及其與網(wǎng)絡(luò)集成技術(shù)5的應(yīng)用與推廣的基地，通過(guò)基于大型3S和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的土地資源空間數(shù)據(jù)快速獲取、信息提取、處理及共享應(yīng)用中的關(guān)鍵技術(shù)或技術(shù)集成，形成實(shí)用化技術(shù)流程，促進(jìn)土地資源的深度開(kāi)發(fā)和廣泛應(yīng)用，為土地資源信息數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化奠定基礎(chǔ)，推進(jìn)“電子政務(wù)”，全面提高國(guó)土資源管理的現(xiàn)代化水平和信息社會(huì)化服務(wù)水平， 使國(guó)土資源管理工作水平有新的飛躍，同時(shí)反過(guò)來(lái)進(jìn)一步發(fā)展和完善3S技術(shù)體系，并對(duì)相關(guān)行業(yè)的3S應(yīng)用起到示范作用。3. 關(guān)鍵技術(shù)研究針對(duì)土地利用動(dòng)態(tài)變化監(jiān)測(cè)的需求，開(kāi)發(fā)多源遙感數(shù)據(jù)綜合處理用于土地利用信息快速提取的技術(shù)2，包括SAR數(shù)據(jù)與光學(xué)遙感數(shù)據(jù)融合方法、高分辨率遙感數(shù)據(jù)與成像光譜數(shù)據(jù)融合方法、輕型飛機(jī)載遙感成像系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理技術(shù)及與其他遙感數(shù)據(jù)綜合處理技術(shù)。結(jié)合已有的土地變更調(diào)查基礎(chǔ)圖件（或數(shù)據(jù)庫(kù)），研究多源遙感數(shù)據(jù)和地面手段獲取數(shù)據(jù)綜合用于變化信息提取的技術(shù)、研究基于GPS的外業(yè)調(diào)查技術(shù)和GIS支持下的矢柵一體化圖件更新技術(shù)，研究土地資源空間數(shù)據(jù)處理與更新技術(shù)、空間數(shù)據(jù)的輸入、建庫(kù)技術(shù)流程。3.1. 自動(dòng)化、智能化多源遙感數(shù)據(jù)融合及信息獲取技術(shù)土地資源調(diào)查，尤其是土地利用調(diào)查與監(jiān)測(cè)中，需要充分利用各種遙感數(shù)據(jù)對(duì)地表覆蓋識(shí)別能力的優(yōu)勢(shì)，集成多種信息源，多源遙感數(shù)據(jù)融合處理是綜合多種遙感數(shù)據(jù)的有效應(yīng)用4，其核心技術(shù)包括：（1）多光譜、高分辨率、SAR及成像光譜數(shù)據(jù)的融合以及高精度自動(dòng)配準(zhǔn)理論、方法；（2）遙感數(shù)據(jù)和已有土地利用調(diào)查數(shù)據(jù)、地面調(diào)查數(shù)據(jù)的定量化融合算法與技術(shù)；（3）基于多源時(shí)空遙感數(shù)據(jù)或遙感數(shù)據(jù)與非遙感數(shù)據(jù)的變化信息自動(dòng)提取技術(shù).3.2. 3S一體化地面數(shù)據(jù)獲取及圖件快速更新技術(shù)為解決土地利用圖件快速更新，滿足土地資源管理對(duì)實(shí)時(shí)土地利用信息需要，需要突破的關(guān)鍵性技術(shù)是：（1）網(wǎng)絡(luò)支持的掌上GPS信息采集與變更調(diào)查成圖技術(shù)；（2）3S”一體化數(shù)據(jù)采集與自動(dòng)成圖技術(shù)；（3）基于3S提取的土地利用與覆蓋圖斑與土地利用已有圖斑的集成、配準(zhǔn)與協(xié)調(diào)；（4）GIS支持下利用提取的變化信息自動(dòng)更新土地利用基礎(chǔ)圖件的矢柵一體化方法。3.3. 多元、海量空間數(shù)據(jù)的集成技術(shù)土地資源信息中涉及到文本、圖形、圖像、聲音和影像等各種資料，分別歸于屬性數(shù)據(jù)、圖形圖像數(shù)據(jù)和空間拓?fù)鋽?shù)據(jù)等不同性質(zhì)的數(shù)據(jù)類型，數(shù)據(jù)具有海量特點(diǎn)。為了提高 GIS軟件對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)管理的效率，減少軟件內(nèi)部數(shù)據(jù)通信的復(fù)雜性，勢(shì)必要將各類數(shù)據(jù)有機(jī)地集成起來(lái)3。如何處理好這些數(shù)據(jù)的相互兼容，使其協(xié)調(diào)工作顯得十分重要。（1）利用數(shù)據(jù)庫(kù)引擎的集成方法：通過(guò)關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)管理空間數(shù)據(jù)，可大大拓展空間數(shù)據(jù)的容量，使海量空間數(shù)據(jù)庫(kù)得以存放在關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)中。通過(guò)擴(kuò)展磁盤(pán)陣列等方式，能夠充分發(fā)揮關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)海量數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和索引技術(shù)，海量數(shù)據(jù)無(wú)須分塊，就可作為一個(gè)整體放置在數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)中。 （2）另一種方式是采取根據(jù)超文本 (Hypertext)發(fā)展而成的超圖(Hypermap)方案的數(shù)據(jù)集成，將各類數(shù)據(jù)成功地建立起強(qiáng)有力的鏈接，實(shí)現(xiàn)不同類型數(shù)據(jù)的集成管理。3.4. 土地資源信息多維可視化技術(shù)可視化是土地資源信息管理與服務(wù)系統(tǒng)的重要功能，一個(gè)沒(méi)有可視化功能的信息管理系統(tǒng)是不完全的，開(kāi)發(fā)出復(fù)雜的可視化軟件將三維國(guó)土信息呈現(xiàn)給用戶已成為必然趨勢(shì)。但實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)尚需在三維重現(xiàn)技術(shù)及時(shí)空數(shù)據(jù)處理技術(shù)方面進(jìn)行攻關(guān)。3.5. 土地資源信息三維重現(xiàn)技術(shù)實(shí)現(xiàn)土地資源信息的三維可視化，必須首先要對(duì)三維顯示的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)模型有深入研究，將GIS與虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的結(jié)合，在此基礎(chǔ)上選擇合適的顯示算法實(shí)現(xiàn)大范圍空間景觀的快速重建。隨著遙感技術(shù)的發(fā)展，土地資源信息空間數(shù)據(jù)由早先的模擬形式逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字形式，并且形成一個(gè)龐大的數(shù)據(jù)群。目前對(duì)這些數(shù)據(jù)的數(shù)字化和三維可視化處理，在小范圍的區(qū)域內(nèi)，已經(jīng)產(chǎn)生了許多重建算法。但重建景觀的真實(shí)感技術(shù)尚處于探索階段，特別是對(duì)于海量空間數(shù)據(jù)、深度數(shù)據(jù)的可視化處理。3.6. 土地資源信息的時(shí)空模型技術(shù)土地資源信息在日常使用過(guò)程中，數(shù)據(jù)的變更經(jīng)常發(fā)生，需要實(shí)施版本控制以保證數(shù)據(jù)的有效性，并避免混亂。四維（空間時(shí)間）GIS系統(tǒng)，也稱時(shí)態(tài)GIS，通過(guò)對(duì)時(shí)間維的描述，借助可視化方法可直觀地表達(dá)土地資源空間信息的動(dòng)態(tài)變化，制作隨時(shí)間變化的動(dòng)態(tài)地圖，用于涉及時(shí)空變化的現(xiàn)象或概念的可視化分析。時(shí)間的表達(dá)并不是四維 GIS的目標(biāo)，四維GIS強(qiáng)調(diào)的是利用時(shí)空分析的工具和技術(shù)來(lái)模擬動(dòng)態(tài)過(guò)程，探究和挖掘隱含于時(shí)空數(shù)據(jù)中的信息和規(guī)律，這就要求必須建立規(guī)范化的時(shí)空數(shù)據(jù)模型。時(shí)空數(shù)據(jù)模型的核心問(wèn)題是研究如何有效地表達(dá)、記錄和管理現(xiàn)實(shí)世界的實(shí)體及其相互關(guān)系隨時(shí)間不斷發(fā)生的變化。這種時(shí)空變化表現(xiàn)為三種可能的形式，一是屬性變化，其空間坐標(biāo)或位置不變；二是空間坐標(biāo)或位置變化，而屬性不變，這里空間的坐標(biāo)或位置變化既可以是單一實(shí)體的位置、方向、尺寸、形狀等發(fā)生變化，也可以是兩個(gè)或兩個(gè)以上的空間實(shí)體之間的關(guān)系發(fā)生變化；三是空間實(shí)體或現(xiàn)象的坐標(biāo)和屬性都發(fā)生變化。4. 結(jié)束語(yǔ)系統(tǒng)主要應(yīng)用于土地資源信息化建設(shè)和相關(guān)土地資源調(diào)查、監(jiān)測(cè)與評(píng)價(jià)工作當(dāng)中，為“土地資源調(diào)查與監(jiān)測(cè)”等重大工程提供服務(wù)。(1) 推動(dòng)土地資源行業(yè)的信息化建設(shè)，提高國(guó)土資源管理的科學(xué)化和現(xiàn)代化水平，推進(jìn)政務(wù)公開(kāi)；(2) 促進(jìn)與國(guó)土資源行業(yè)相關(guān)的信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)，特別是國(guó)產(chǎn)GIS產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展，促進(jìn)與國(guó)土資源行業(yè)有關(guān)的其他行業(yè)信息化建設(shè)；(3) 為土地資源電子政務(wù)打下良好的基礎(chǔ)6；(4) 對(duì)其他行業(yè)的信息化建設(shè)起示范作用。系統(tǒng)的應(yīng)用將使政府部門(mén)及時(shí)了解和掌握全國(guó)土地資源現(xiàn)狀和動(dòng)態(tài)變化信息，實(shí)現(xiàn)土地資源管理主流程的信息化7，大幅度提高土地資源管理工作現(xiàn)代化的水平，同時(shí)推動(dòng)土地資源信息社會(huì)化服務(wù)，使其它部門(mén)、企業(yè)和公眾能夠便捷、有效地獲得所需的土地資源基礎(chǔ)信息，促進(jìn)房地產(chǎn)、礦業(yè)和其它資源環(huán)境產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。參考文獻(xiàn) 1 鐘耳順,王爾琪. 集成化國(guó)土資源信息系統(tǒng)研究與應(yīng)用J. 地理信息世界, 2004,(1) 2 趙文吉,宮輝力. 基于WebGIS技術(shù)的吉林省國(guó)土資源信息系統(tǒng)J. 地理信息世界, 2003,(6) 3 李裕偉. 國(guó)土資源信