胡黎明，蘇達(dá)，王樹(shù)文

（1.天津市測(cè)繪院，天津 300381；2.天津市國(guó)土資源測(cè)繪和房屋測(cè)量中心，天津 300051）

1 引言

近年來(lái)，隨著天津市持續(xù)快速增長(zhǎng)，土地特別是城市用地量逐年增大，土地利用變化頻繁，耕地資源數(shù)量減少，非農(nóng)業(yè)用地大量增加，土地利用及城市用地結(jié)構(gòu)發(fā)生明顯變化。及時(shí)、準(zhǔn)確地掌握城市土地資源的數(shù)量、質(zhì)量、分布及其變化趨勢(shì)，直接關(guān)系到國(guó)民經(jīng)濟(jì)的持續(xù)發(fā)展與規(guī)劃。土地利用督察主要作用是為國(guó)土資源管理提供了現(xiàn)時(shí)基礎(chǔ)資料；檢查土地利用總體規(guī)劃執(zhí)行情況；復(fù)核土地變更調(diào)查數(shù)據(jù)；為土地執(zhí)法檢查提供服務(wù)。

土地利用動(dòng)態(tài)變化監(jiān)測(cè)是指了確保土地利用合理高效，掌握土地利用變化趨勢(shì)，應(yīng)用包括地面調(diào)查、統(tǒng)計(jì)分析和遙感監(jiān)測(cè)在內(nèi)的各種有效手段，對(duì)土地利用的發(fā)展變化及時(shí)加以調(diào)查分析。近年來(lái)遙感技術(shù)（RS）它能快速、動(dòng)態(tài)地提供地球表層的信息，為人們提供高時(shí)間分辨率和空間分辨率的遙感數(shù)據(jù)，滿足城市用地動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)害和督察的時(shí)效性；地理信息系統(tǒng)（GIS）為空間數(shù)據(jù)組織、管理、分析與可視化提供了強(qiáng)大的工具，適合用來(lái)管理土地利用督察數(shù)據(jù)，并具有強(qiáng)大的制圖功能。在完善和服務(wù)土地利用執(zhí)法檢查和監(jiān)測(cè)城市土地利用規(guī)模等方面的督察工作上。充分發(fā)揮遙感和GIS技術(shù)在國(guó)土資源調(diào)查、規(guī)劃、管理、保護(hù)和合理利用中的作用，為執(zhí)法檢查和掌握城市用地規(guī)模和結(jié)構(gòu)等提供一種快速、高效的高科技手段。

2 土地利用動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)的主要方式

土地利用動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)的主要內(nèi)容有：土地資源狀況、土地利用狀況、土地權(quán)屬狀況、土地條件狀況、土地質(zhì)量和等級(jí)狀況等。土地利用動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)的主要方式是土地利用變更調(diào)查和遙感動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)方法。

2.1 土地利用變更調(diào)查

土地變更調(diào)查工作主要是將地類發(fā)生變化的圖版勾繪出來(lái)，將勾繪的結(jié)果與往年的現(xiàn)狀數(shù)據(jù)進(jìn)行疊加分析，根據(jù)疊加分析的結(jié)果明確地類變化部分的流向，從而輸出各種統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，為決策提供依據(jù)。

土地變更調(diào)查管理系統(tǒng)需要完成的主要功能即數(shù)據(jù)輸入、變更分析和數(shù)據(jù)輸出。變更分析是系統(tǒng)的核心，ArcGIS Engine實(shí)現(xiàn)變更圖層和現(xiàn)狀圖層的分割，分割結(jié)果放入過(guò)程庫(kù)中，同時(shí)重新生產(chǎn)被分割圖斑的屬性信息。用戶根據(jù)過(guò)程庫(kù)的結(jié)果生產(chǎn)各種統(tǒng)計(jì)報(bào)表并檢查數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，確認(rèn)無(wú)誤后執(zhí)行圖斑的合并操作將合并過(guò)程庫(kù)中被分割的變更圖斑合并，得到更新現(xiàn)狀的圖斑，更新現(xiàn)狀就是用合并后的過(guò)程庫(kù)數(shù)據(jù)更新原有現(xiàn)狀圖層得到新的現(xiàn)狀圖層，同時(shí)將現(xiàn)狀土地類發(fā)生變化的圖斑存入歷史庫(kù)，便于將來(lái)查詢和回溯。如果更新現(xiàn)狀后發(fā)現(xiàn)有誤操作，用戶可以根據(jù)歷史庫(kù)將現(xiàn)狀數(shù)據(jù)恢復(fù)到初始狀態(tài)。數(shù)據(jù)輸出依據(jù)變更分析的結(jié)果生產(chǎn)各種報(bào)表，調(diào)用Excel控件，實(shí)現(xiàn)各種統(tǒng)計(jì)報(bào)表的自動(dòng)輸出。

多數(shù)情況下一次變更會(huì)涉及到多個(gè)圖層的多個(gè)要素，因此變更前后數(shù)據(jù)的一致性和完整性特別是圖形數(shù)據(jù)拓?fù)涞恼_性非常重要。ArcSDE高級(jí)空間數(shù)據(jù)服務(wù)器是一個(gè)基于數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)并驅(qū)動(dòng)空間數(shù)據(jù)的高效引擎，將空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)放在DBMS中統(tǒng)一管理并支持多用戶并發(fā)訪問(wèn)。結(jié)合這兩者優(yōu)勢(shì)，編程人員可方便的構(gòu)建出土地變更調(diào)查系統(tǒng)。

2.2 遙感動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)

土地利用動(dòng)態(tài)遙感監(jiān)測(cè)是應(yīng)用遙感技術(shù)，對(duì)土地資源和土地利用實(shí)時(shí)宏觀動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，即使發(fā)現(xiàn)實(shí)地變化并作出相應(yīng)的分析。動(dòng)態(tài)遙感監(jiān)測(cè)方法示意圖如圖1所示：

圖1 土地利用動(dòng)態(tài)遙感監(jiān)測(cè)方法示意圖

以下是幾種常用的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)方法：

1）圖像直接比較法

圖像直接比較法是最為常見(jiàn)的方法，它是對(duì)經(jīng)過(guò)配準(zhǔn)的兩個(gè)時(shí)相遙感圖像中像元值直接進(jìn)行運(yùn)算或變換處理，找出變化的區(qū)域。如下為幾種常見(jiàn)的方法：

a)圖像差值/比值法：圖像差值法就是將兩個(gè)時(shí)相的遙感圖像相減或相除。其原理是：圖像中未發(fā)生變化的地類在兩個(gè)時(shí)相的遙感圖像上一般具有相等或相近的灰度值，而地類發(fā)生較大變化時(shí)，對(duì)應(yīng)位置的灰度值將有較大差別。因此在差值/比值圖像上發(fā)生地類變化區(qū)域的灰度值會(huì)與背景值有較大差別，從而使變化信息從背景圖像中顯現(xiàn)出來(lái)。這種方法也可以推廣到植被指數(shù)、水指數(shù)、建筑物指數(shù)、主成分分析第一成分等相減或相除。

b)假彩色合成法：由于地表的變化，相同傳感器對(duì)同一地點(diǎn)所獲取的不同時(shí)相的圖像在灰度上有較大的區(qū)別。在進(jìn)行變化信息的發(fā)現(xiàn)時(shí)，將前、后兩時(shí)相的數(shù)據(jù)精確配準(zhǔn)，再利用假彩色合成的方法，將后一時(shí)相的一個(gè)波段數(shù)據(jù)賦予紅色通道，前一時(shí)相的同一波段賦予藍(lán)色和綠色通道。利用三原色原理，形成假彩色圖像。其中，地表未發(fā)生變化的區(qū)域，合成后圖像灰度值接近，而土地利用發(fā)生變化的區(qū)域則呈現(xiàn)出紅色，即判定為變化區(qū)域。

c)波段替換法

在RGB假彩色合成中，G和B分量用前時(shí)相的兩個(gè)波段，用后一時(shí)相的一個(gè)波段組成R分量，在合成的RGB假彩色圖像上能夠很容易地發(fā)現(xiàn)紅色區(qū)域即為變化區(qū)域。

2）分類后比較法

分類后結(jié)果比較法是將經(jīng)過(guò)配準(zhǔn)的兩個(gè)時(shí)相遙感圖像分別進(jìn)行分類，然后比較分類結(jié)果得到變化檢測(cè)信息。該方法的核心是在分類基礎(chǔ)上發(fā)現(xiàn)變化信息，該方法也是獲取土地利用轉(zhuǎn)移矩陣的過(guò)程。

3 土地利用動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)中的土地執(zhí)法監(jiān)察

土地執(zhí)法監(jiān)察的內(nèi)容是對(duì)土地管理法律、法規(guī)的執(zhí)行情況進(jìn)行督察檢查，并對(duì)違法者實(shí)時(shí)法律制裁。主要包辦兩方面內(nèi)容：一是對(duì)土地行政主管部門是否依法履行職責(zé)進(jìn)行監(jiān)督檢查。二是對(duì)土地所有者和土地使用者是否依法合理利用土地繼續(xù)監(jiān)督檢查，預(yù)防和制止一切違法占地和侵害土地合法權(quán)益的行為。

利用3S技術(shù)構(gòu)建的土地利用執(zhí)法監(jiān)察系統(tǒng)能夠有效的提高執(zhí)法監(jiān)測(cè)工作水平，土地利用監(jiān)測(cè)系統(tǒng)將違法用地的發(fā)現(xiàn)、定性及查處等管理過(guò)程溶為一體利用精確可靠的GPS手持設(shè)備完成違法用地的發(fā)現(xiàn)和實(shí)時(shí)傳輸其信息，接受社會(huì)的廣泛督察。如圖2所示

圖2 利用遙感數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)管理的工作流程

4 土地執(zhí)法監(jiān)察案例

4.1 單期影像數(shù)據(jù)分析

利用ERDAS的影像分類方法，通過(guò)影像監(jiān)督分類的樣本提取（ROI）建立分析模型，對(duì)單期影像進(jìn)行分類，如圖3。

圖3 遙感影像信息分類提取

通過(guò)對(duì)多期影像的分類結(jié)果，設(shè)置分類變化類型，然后進(jìn)行差異對(duì)比分析。分析的結(jié)果進(jìn)行過(guò)濾處理，把小面積的圖斑與大面積圖斑進(jìn)行過(guò)濾、合并，得到相對(duì)較為集中、面積較大的圖斑，并可進(jìn)一步由柵格圖轉(zhuǎn)換為矢量圖，如圖4。

圖4 分類后多期影像對(duì)比分析結(jié)果-綠色變化區(qū)域

通過(guò)半自動(dòng)人工，或是自動(dòng)的方式，分析兩期影像差異圖斑，并實(shí)現(xiàn)其影像特征到空間特征的提取，如圖5。

5 結(jié)束語(yǔ)

圖5 多期影像數(shù)據(jù)對(duì)比差異圖斑識(shí)別-耕地變新增建筑

通過(guò)將GIS與遙感數(shù)據(jù)分析功能的集成，大大提高了土地利用信息平臺(tái)的處理和分析能力。其自動(dòng)半自動(dòng)進(jìn)行的兩期影像的差異提取，大大提高兩期影像變化的識(shí)別率。得到的變化圖斑分布圖、用地類型圖斑分布圖等分析結(jié)果，可以為城市規(guī)劃、土地利用建設(shè)的執(zhí)法督察管理等方面的業(yè)務(wù)提供新的技術(shù)支持。確保土地利用督察工作有據(jù)可循，及時(shí)發(fā)現(xiàn)規(guī)劃執(zhí)行中出現(xiàn)的問(wèn)題，將違法違規(guī)的案件制止于初期，避免重大違法違規(guī)案件的發(fā)生，同時(shí)在新形勢(shì)下需要對(duì)規(guī)劃建設(shè)用地督察工作做出新的探索，將RS、GIS有機(jī)的結(jié)合在一起，充分利用遙感、地理信息系統(tǒng)技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，可以徹底改變當(dāng)前土地宏觀管理信息滯后的被動(dòng)局面。

但是由于受到遙感信息自動(dòng)化提取、影像數(shù)據(jù)存儲(chǔ)管理等技術(shù)的影響，遙感動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)管理系統(tǒng)在遙感影像分類的質(zhì)量、差異圖斑提取的精度及自動(dòng)化程度以及分析模型對(duì)海量影像數(shù)據(jù)的分析支持等方面還有待提高，一些不確定的圖斑需要實(shí)地核查與土地利用規(guī)劃對(duì)比，以確定是否違法。

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