地理信息技术在土地利用和土地覆被变化研究中的应用与发展

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地理信息技术在土地利用和土地覆被变化研究中的应用与发展

沈付晓

(南阳市第五中等职业学校，河南，南阳，473000)

【摘要】Lucc时空信息是Lucc研究的基础，而利用地理信息技术对Lucc时空信息的处理则成为Lucc研究中不

可或缺的手段。地理信息技术的发展对LUcc研究起到了极大的推动作用，本文在分析当前Lucc研究特点的基础上，总结了地理信息技术在LucC研究中的应用实践，并展望Lucc研究对地理信息技术的发展需求。

【关键词】地理信息技术；3s技术；土地利用／土地覆被变化【中图分类号】

F301．2

【文献标识码】

B

【文章编号】

1005一1074(2008)07—0217一02

土地利用／土地覆被变化(简称LuCC)是引起其它全球2．1

地理信息系统(GIs)的应用地理信息系统(cIs)是综

变化问题的主要原因，因此研究土地利用／土地覆被变化及其

合处理和分析空间数据的技术，它的发展为科研和管理决策

驱动力之间的关系，进行其环境效应分析和前景预测，在全球

人员提供了有关区域综合、方案优选和战略决策等方面可靠环境变化和可持续发展研究中具有尤为重要的意义。LUCC

的地理和空间信息。GIs在LucC中的应用主要为：构建时空信息是Lucc研究的基础，而利用地理信息技术对LUCC

LUCc空间数据库；完成空间数据库中信息的集成与处理；实时空信息的处理则成为LUCC研究中不可或缺的手段。3S现LuCC时空信息的空间显示；实现GIS和LUCC模型的集技术的发展对LUCC以及全球变化研究起到了极大的推动作成旧J。在已有的应用中，前三项的应用技术较为成熟，尤其

用，本文在分析当前Lucc研究特点的基础上，总结了地理信

是在“小比例尺、低精度、大范围、调查性”的叫CC动态监测

息技术在LuCC研究中的应用实践，并展望LUCC研究对地

工作中得到了广泛应用。但是，在LUCC的环境效应研究中，理信息技术的发展需求。

实现GIs与Lucc应用模型的集成还需进一步努力。目前，1

当前LUCC研究的特点

LUCC的环境效应研究已经成为LUCC研究的新热点，其对LUCC研究的关键科学问题包括：土地利用现代过程的

GIs的需求体现在：GIs可对使环境因子的空间变化得到更好时空模式及形成演化规律；LUCC的驱动机制及时空分异特

的表达；GIs可为环境数学模型提供详尽的背景环境描述，利征；LuCc与环境变化的耦合机制。科学的发展为Lucc研究用GIs工具能够准确地内插得到模型所需的空间参数；而且，提供了理论和技术保障：地球系统概念的产生，对影响LucC

GIS和LuCC数学模型的集成有助于得到中尺度至大尺度的

的重要过程的逐步认识，更为重要的是地理信息技术的进步、

模型g

计算机计算能力的提高和分析测试手段的进步，为LUCC研

2．2

遥感(RS)技术的应用遥感(Rs)是一种宏观的观测

究提供了强有力的技术支撑。以国际地圈一生物圈计划(IG．

与信息处理技术，指从远距离高空及外层空间的各种平台上，BP)、全球变化人文计划(IHDP)、世界气候研究计划利用可见光、红外及微波等电磁探测仪器，通过摄影或扫描、(wcRP)、生物多样性计划(DIVERSrI'AS)等全球变化研究计信息感应、传输和处理技术来研究地面物体及其与环境相互划的组织实施，使LUCC研究进入了一个新的阶段。

关系的现代技术科学。遥感信息的主要特点是其具有周期与以往相比，作者试图将当前LUCC研究的特点归纳为

性、宏观性、实时性和综合性…。作为一种信息源，遥感技术以下五点：①由主要揭示Lucc的演化规律转变为注重LUcC可以提供土壤、植被、地质、地貌、地形、土地利用和水系水体对环境的影响以及环境的响应研究。②越来越关注人类活动等许多有关下垫面条件的信息，也可以测定估算蒸散发、土壤引起的Lucc，注重自然、人文学科的交叉研究。③空间尺度

含水量和可能成为降雨的云中水汽含量。以遥感为手段获取上区域尺度与全球尺度一起考虑，而且越来越重视LUCC的的上述信息在土地利用动态监测、确定环境模型参数时是十区域表现形式和区域Lucc的情景模拟。④时间尺度上，注分有用的‘2|。

重短时间尺度，特别关注10100年尺度上的LuCc，在此时间2．3

全球定位系统(GPS)的应用¨’

全球定位系统(GPs)

尺度上人类活动的影响最为显著，对人类生存和发展的意义

是NavigationSateUite

7I、IIling粕dR丑llgillg／Global

Positioning

也最为重大。⑤由影响Lucc的单因子研究转变为多因子的

system的缩写，NAVSTAR／GPs的简称，含义为导航卫星测

系统研究，区域性的LUcC综合数学模型不断建立和应用，而时和测夥全球定位系统。它是美国国防部为满足军事部门

在此过程中，对地理信息技术的需求越来越高。

对海上、陆地和空中设施进行高精度导航和定位要求而建立2

地理信息技术在LUCC研究中的应用

的新一代管理系统。它具有定位精度高、实时定位速度快、提目前，地理信息系统(GIS)、遥感(Rs)技术和全球定位系

供三维坐标、操作简便、全天候作业及全球地面连续覆盖等特统(GPS)以其在时空

获取和管理上的有效性，已经在

点pJ。GPs已经被广泛应用于土地现状、土地变更详查中，是LUCC研究的动态监测、区域模型构建以及LUcc与环境响应Lucc研究中获取基本

源的重要手段。GPs采用测码伪

模型研究中得到了广泛应用。

距动态相对定位法对遥感发现的变化区域靶区进行野外定

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跨世纪2008年7月第16卷第7期Crosscentury，June2008，Vol16，No．7

位，精度可达分米和米级，能够满足我国土地变更调查的精度要求。GPs数据转换为数据层后可通过GIs与本底数据进行叠加处理，产生新的现状图，可以进行图件生产、查询显示、分析等功能。GPS与GIs、Rs相结合，可为县级土地资源动态监测和管理提供良好的技术支持。

3LUCC研究对地理信息技术的发展需求

3．1

3S一体化3S技术在LUCC研究中的应用具有

各自的优势，但也存在各自的不足。如CPs町以瞬间产生目标定位坐标，却不能给出定位点的地理属性；Rs可以很好地获取区域面状信息，但受光谱波段，有众多地物特征不可遥感；cIs具有较好的查询、检索、分析和综合处理能力，但数据获取与录入始终是个瓶颈问题。这些不足之处使得3S技术的一体化称为必然趋势。随着IⅢCC研究在研究领域和方法上的不断发展和成熟，其研究对象在广泛性、实时性、准确性、分析、预测等功能I：提出了更高的要求，只有3s集成，构成整体的实时动态系统，才能满足这一需求。其中，CIS是一个核心技术，它需要Rs不断更新其数据库及GPs的支持，是连接I玛与GPs的纽带，同时能够处理各种来源与类型的数据。3S一体化技术是土地利用动态管理的理想技术支撑手段，完全可以进行土地利用信息的实时更新和规划方案的动态调整。将GPs记录数据、RS成像数据、GIs数据及文档资料和数据按照一定的规范格式输入计算机，建立土地利用空间信息库，据此可以求出地物的空间坐标和属性信息。同时，从中快速发现在哪些地区宅间信息发生了变化，得到研究区域内当前城市化过程、耕地面积减少、土地利用变更和生态环境变化等的基本数据和图面资料，进而实现GIs数据库的快速更新，在分析决策模型支持下，快速完成、多元复合分析。3S一体化在Lucc研究中的重要意义在于：可以获得Lucc实时动态信息，适时地进行土地利用信息变更和规划方案的调整，能通过仿真模拟技术对土地利用规划实施跟踪管理和实时调整，为土地资源调查、土地利用动态监测、分析与评价、预测与预警、决策与支持提供技术保证。

3．2

GIS与LUCc模型的集成通用GIs的窄间分析功能

对于目前日趋深入的LUCC研究是远远不够的，因为LUCC有自己独特的专用模型，目前通用的GIS大多通过提供进行二次开发的工具和环境来解决这一问题。如ARc／INF0提供的进行二次开发的宏语言AML。二次开发工具的一个主要问题是它对于普通用户而言过于困难，而GIS成功应用于专门领域的关键在于支持建立该领域特有的空间分析模型，GIs应当支持面向用户的空间分析模型的定义、生成和检验的环境，支持与用户交互式的基于GIs的分析、建模和决策。GIS与Lucc模型的集成必将成为Lucc研究的热点问题之一。

目前实现通用GIs空间分析功能与LuCc专用模型的结合主要有两种途径：①松散耦合式。即除GIS外，借助其他软件环境实现专用模型，其与GIS之间采用数据通讯的方式联系。②嵌入式。即在GIs中借助GIs的通用功能来实现LUCC专用分析模型。上述两种方式总体上对用户定义自己

的专用模型的支持程度都是不够的，目前的CIS离支持实现数据集定义、模型定义、模型牛成和模型检验的全过程仍有较大的距离，实现二者的集成仍需进一步努力。

3．3

多时态地理信息系统(Temporal

GIs——TcIS)研究H1

Lucc时空动态信息中，时I'日J维度是非常重要的角色。对过去LuCC历史信息的重建和对将来LUcc的预测都以时间维度为主体。因此，考虑时间特性的多时态地理信息系统(TGIs)是LUCC研究实践中的需要。传统的地理信息系统只考虑地物的空间特性，忽略了其时间特性，主要是由于技术和设备的。近年来，对GIS中时态特性的研究变得十分活跃，但由于TGIS的基础模型还不成熟，现在还没有一个平台式7rGIs面世。目前，将GIS中的地理空间信息与时间信息集成的作法一般是在现有数据模型基础上扩充，如在关系模型的元组中加入时间，在对象模型中引入时间属性。在这种扩充的基础上如何解决从表示到分析的一系列问题仍有待进一步研究，其困难在于海量数据的组织和存取。

3．4

实现GIS与网络技术的集成时态性是LuCC研究的

特点之一，对LuCc的监测不但需要多个部门配合提供数据共享资源，同时也是一个服务于社会和的共享系统，因此为LUCC研究提供重要空间数据分析、管理功能的GIS集成

在Inteme∥Int啪et之上，对推动LuCC研究走向实践、服务决

策具有重要意义。

目前，在地理学的诸多研究领域都已经尝试开发了针对某项服务的WebGIS，如水土流失调查监测公共信息系统。然而，在LUcc研究领域，虽然越来越多的数学模型被很好地应用于Lucc驱动机制研究、环境响应机制研究等，取得了许多动态的、实效的Lucc信息，但利用WebGIs实现Lucc时空数据及研究结果的网络共享服务仍尚未起步。随着易于集成、可无限扩展的组件式GIS技术的不断成熟，数据库技术对海量数据分析管理的完善和计算机操作系统平台的日益简单实用，相信应用于Lucc研究的webGIs会被逐步实现。比如，可采用ARc／INFD的IMs实现空间数据信息的网上发布，采用ARC／INF0的空间数据引擎SDE和数据库管理系统0racle实现海量分布式地理信息和卫星数据的协同管理。操作系统平台采用日益成熟的windowsNT建立良好的用户平台界面，使用户直接可在IE下实现系统应用，实现开放的、交互的LUCC监测和管理公共信息系统，满足社会各方面的应用需求。

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