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海雁3S在第二次土地调查中的应用.doc

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海雁 第二次 土地 调查 中的 应用
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龙岩学院毕业论文(设计)题目: 3S 在第二次土地调查中的应用 2010年 6 月 1日龙岩学院毕业论文(设计)开题报告2010 年 1 月 8 日论文(设计)题目:3S 在第二次土地调查中的应用姓名 年级 06 级 所在院系 资源工程学院专业 测绘工程 指导教师开展本课题的意义及工作内容:土地调查工作目的是查清当前我国的土地利用情况,随着 3S 技术的不断发展土地调查顺利的展开。3S 的优势在于它为土地调查提供丰富的数据源;科学的管理各种空间数据;方便野外调查;系统管理各种调查成果;提高工作效率;保障调查成果的精度等等。论文的主要内容,在分析土地调查的成果误差来源的基础上,有针对性地对土地调查工作的主要工作流程:地图制作、地类调查、数据库这三大方面进行系统研究。总体安排及进度:3 月 3 日~4 月 10 日:根据所研究课题提炼出论文提纲并收集相关材料;4 月 11 日~4 月 21 日:在导师的指导下完成材料的精选组合并初步形成论文;4 月 22 日~5 月 11 日: 修改完善 论文,完成论文编写;5 月 13 日~5 月 31 日:论文定稿,论文提交,答辩准备。课题预期达到的效果:在这次论文的编写中,通过老师的指导,材料收集及整理,我会对 3S 技术有了更深的了解,同样我会认识到随着 3S 技术的不断发展,它将在越来越多的领域中发挥作用,本论文只是 3S 技术在土地调查中的一个内容中的作用做了基本介绍。指导教师意见:签名:3S 在第二次土地调查中的应用【摘要】论文以连江县城土地调查为例,主要研究 3S 技术在土地调查工作中的应用,有针对性地对土地调查的主要工作流程:底图制作、地类调查、数据库构建等开展研究。采用遥感影像图作为调查地图,建立了详尽的地类解译标志,建立了合理的土地利用数据库结构。主要成果如下:1、系统分析了以遥感影像图作为调查地图,根据影响图的特征在室内判读影像图的方法,并且介绍一些外业调查的准备工作,以提高工作效率。2、由于遥感影像图与实地情况有差别,而地类调查具有现势性,所以提出了一些结合 GPS 的外业补测的方法。3、介绍了数据库的结构、作用,并且入库前要做的准备工作。4、重点讲述了外业调查的数据入库时所要的一些操作,在 CASS 上的基本操作原则,转入数据库时要注意的问题,所要做的一些基本的检查过程及问题的基本解决方法。5、最后把各个区域拼接起来形成完整数据库所要注意的接边问题。【关键词】土地调查 遥感 数据库The Application of 3S Technology in Lianjiang Land Investigation Resource engineering institute Major in Engineering of Surveying and MappingNo. 2006090201 Name:Cai Haiyan Tutor:Chen Shaojie【Abstract】By analyzing the Land Survey in Lianjiang, the main content of the paper is the application of 3S in the land survey work. The article researches systematically on three main parts: the base map production, land investigation and the database.The remote sensing image is used as Survey Map; detailed interpretation signs are established; rational land-use database architecture is established.Main results are as follows:1. Method of interpretation maps indoors on the basis of the Image Map Features are analyzed systematically,which uses the remote sensing image as survey map. Some Preparations of Field investigation are also introduced to improve efficiency.2. Methods of field data collection conbined with GPS are proposed due to the differences between the the remote sensing image and the Reality ,and to keep such investigation “fresh”.3. Introducing the Database structure, function, and the Preparations before inputing the data.4. Describing the process of inputting the data of fieldwork .and basic operating principles on CASS in detail .The matters needing attention during the prosess are also pointed out 5. Explaning how to connect the data from each region seamlessly and make up a complete database.【Key words】 Land Survey Remote Sensing Database目录1 绪论 ....................................................................................................................................................................11.1 选题背景和依据 .....................................................................................................................................................11.2 国内外土地调查的 3S 技术研究现状 .................................................................................................................11.3 研究目的及主要内容 ............................................................................................................................................22 3S 技术与土地调查中应用概述 ......................................................................................................................22.1 遥感(RS ) ............................................................................................................................................................22.1.1 遥感(RS)简介 ..........................................................................................................................................22.1.2 遥感(RS)在二调中的应用 ......................................................................................................................32.2 全球定位系统(GPS) .........................................................................................................................................32.2.1GPS 简介 .......................................................................................................................................................32.2.2GPS 在二调中的应用 ...................................................................................................................................32.3 地理信息系统(GIS) ..........................................................................................................................................32.3.1GIS 简介 ........................................................................................................................................................32.3.2GIS 在二调建库中的应用 ............................................................................................................................33 城镇地类调查的实施 .......................................................................................................................................43.1 遥感影像作为调查底图 ........................................................................................................................................53.1.1 准备工作 ......................................................................................................................................................53.1.2 室内解译 ......................................................................................................................................................53.1.3 外业— 实地核实和补充调查 ......................................................................................................................63.1.4 遥感影像的判读特征 ..................................................................................................................................63.1.5 遥感影像解译的方式 ..................................................................................................................................63.1.6 连江县遥感影像判读为例 ..........................................................................................................................73.2 GPS 技术在地物补测中的应用 ...........................................................................................................................83.3 基于 GIS 技术的数据库研建 ...............................................................................................................................83.3.1 利用 GIS 软件组织空间数据 ......................................................................................................................83.3.2 数据库的结构设计 ......................................................................................................................................93.3.3ArcGIS 工具软件在建库中的应用 ..............................................................................................................93.4 城镇地类调查成果 ............................................................................................................................................154 总结 .................................................................................................................................................................17致谢 .....................................................................................................................................................................18参考文献 .............................................................................................................................................................181 绪论随着第一次全国土地调查完成以来,经济社会快速发展,城乡面貌发生了很大变化,可是原有的土地信息已经很难满足新形势下节约用地的需要。掌握真实准确的土地基础数据,是实行最严格土地管理制度的迫切需要,对全面落实科学发展观,完成“十一五”规划的任务,守住全国耕地不少于 18亿亩这条红线具有重要意义。于是新一轮土地调查是必要的,查清城乡每一块土地特别是基本农田的具体情况,建立和完善我国土地调查、土地统计和土地登记制度,实现土地的信息化、网络化管理,开展社会化服务,满足经济社会发展和国土资源管理的需要。1.1 选题背景和依据全国第二次土地调查于 2007 年 7 月 1 日全面启动,于 2009 年完成。调查的主要任务包括,农村土地调查、城镇土地调查、基本农田调查,并建立土地利用数据库和地籍信息系统,实现调查信息的互联共享。其中以地理信息系统 GIS、遥感技术 RS、全球定位技术 GPS,简称为 3S 技术为代表的一批高新技术已经日趋成熟;运用该技术开展第二次全国土地调查能大大提高土地信息获取的效率和准确性,使土地信息的获取、存储、更新、传输和共享服务等手段更趋完善。此外,多年来国家已经开展的全国土地利用现状调查、土地资源概查、土地利用动态遥感监测等一系列土地调查工作,形成了覆盖全国区域的系列基础图件和资料。另外,全国目前有一半左右的省份开展了土地利用更新调查工作,更新调查为第二次全国土地调查工作的全面开展和及时完成奠定了基础。土地调查工作随着 3S 技术的不断进步而得以顺利开展,3S 的优势在于为土地调查提供丰富的数据源;科学地管理各种空间数据;2方便野外调查;系统管理各种调查成果;为土地调查的顺利开展提供便利;提高工作效率;保障调查成果精度等等。1.2 国内外土地调查的 3S 技术研究现状早在二十世纪三十年代,国外就开始利用航空摄影测量进行区域范围内土地调查与制图的研究。接下来人们开始探讨利用遥感资料进行大范围土地覆盖和土地利用制图的可行性,包括发展适用于遥感数据特点的土地分类系统及分类方法问题。随着卫星观测技术和计算机技术的迅猛发展,卫星遥感技术有可能在较大的地理区域内进行土地覆盖的详查与制图。进入八十年代以后人们已在洲际范围内利用气象卫星数据进行土地覆盖的研究,并取得了有效的成果。近二十年来随着全球环境演变研究的深入开展,世界范围内才开始综合进行土地利用/覆盖变化 (LUCC)研究。在国外,发达国家土地资源利用的调查与土地利用管理工作是分开进行而且利用“3S”技术进行土地资源调查的研究主要集中在对遥感影像的分类、处理及信息提取上,如:遥感影像的分类算法、图像信息提取、混合像元分类、多传感器多时相多波段分类等等。中国的遥感监测工作起步较晚,从“六五”才开始采用航空遥感与航天遥感相结合的方法进行土地资源利用调查的应用研究,完成了土地利用制图的工作。中国在“九五”期间将“遥感、地理信息系统及全球定位系统技术”作为国家科技攻关重点项目,应用于资源、环境、灾害等监测工作中。时至今日,国土资源部已利用遥感监测及遥感图片开展了多次对开发区、及部分城市新增建设用地等情况监测,并取得了良好的效果。早期的土地调查在技术上受到了遥感数据源和计算机软硬件条件等诸多因素的制约。随着卫星和 GIS 技术的蓬勃发展,3S 技术为土地调查提供了坚实的技术支持。运用遥感技术能快速获取土地利用信息,解决土地利用分布广,变化快等问题,而随着存储技术、网络技术和 GIS 软件技术的逐步深入,存储信息的问题也逐渐得到改善,GIS 能管理、分析和综合多源、多时态、多层次土地调查信息,它的核心是将空间信息和属性信息有机结合在一起,通过对空间数据的处理和分析,对土地利用现状进行有效地空间分析。GIS 技术的进步及其相关软件的成熟为管理土地调查数据、建设数据库、开展决策分析提供了有力的分析工具。1.3 研究目的及主要内容第二次全国土地调查是国务院部署的重大国情国力调查,是加强土地管理和调控的一项重要基础工作。自 2007 年 7 月 1 日全面部署启动以来,各地认真组织,扎实推进,调查工作总体进展顺利。但还存在工作进展不平衡、少数地区调查工作进展滞后、对上报土地调查数据有顾虑等问题。上述问题不解决,将直接影响下一步工作的进度和质量。为按时、保质完成第二次全国土地调查工作,全国土地调查领导小组已经协调相关部门制定了一系列的法律、规范和国家标准,如《中华人民共和国国家标准土地利用现状分类》 、 《中华人民共和国土地管理行业标准土地利用数据库标准》 、 《城镇地籍数据库标准》 、 《第二次全国土地调查成果检查验收办法》 、 《第二次全国土地调查成果国家级核查技术规范》等等。3S 技术在土地调查过程中发挥了巨大的优势,大大节省了土地调查的经费投入,保障了土地调查的成果精度。本文以标准和规范为参照,从技术的角度来研究 3S 技术在土地调查中的应用。一、3S 技术及其在土地调查中的应用3S 技术是遥感技术(Remote sensing,RS)、地理信息系统(Geography information systems,GIS) 和全球定位系统(Global positioning systems,GPS)的统称,是空间技术、传感器技术、卫星定位与导航技术和计算机技术、通讯技术相结合,多学科高度集成的对空间信息进行采集、处理、管理、分析、表达、传播和应用的现代信息技术。土地调查是以查清土地的数量、质量、分布、权属、利用现状、动态变化和规律的一项技术和管理措施。土地利用现状的常变特性要求及时对土地利用现状进行动态监测和数据更新。计算机与网络技术、RS、GPS 与 GIS 技术的迅猛发展,改变了传统的土地资源调查、监测、评价与研究工作方式,带动土地资源管理进入到现代化、科学化的新时代。将“3S”高新技术与国土资源现代化管理相结合,发展直接服务于土地资源管理的“3S”产业化技术与方法体系,形成航天、航空遥感与地面调查相结合的土地资源动态遥感监测技术体系,并与土地资源变更调查相结合,3制定出统一的土地资源动态遥感监测技术标准与规范是非常必要的。二、3S 技术在地类调绘中的应用“3S”技术在土地调查中有着广泛的应用,虽然不同的地区采用的模式不尽相同,但GIS、RS、GPS 这 3 种技术手段的工作原理基本上是一致的 :利用 RS 发现变更地块,GPS 作为 RS 的辅助手段进行野外测量,二者所获取的变更信息导入 GIS,GIS 利用空间数据库技术可以把图形(图像)与属性数据的管理一体化,并允许存储和分析处理多种性质的数据。现有 GIS 能够对矢量数据、影像数据和文档进行综合管理,随心所欲地实现各种数据的空间叠加、无缝拼接、分析处理,并按要求进行输出。2 3S 技术与土地调查中应用概述2.1 遥感(RS)RS 是指从高空或外层空间接收来自地球表层各类地物的电磁波信息,并通过对这些信息进行扫描、摄影、传输和处理,从而对地表各类地物和现象进行远距离控测和识别的现代综合技术。2.1.1 遥感(RS)简介遥感技术已经在很多的领域发挥了重大的作用。例如,在大比例尺的遥感图像上,可以直接统计烟囱的数量、直径、分布以及机动车辆的数量、类型,找出其与燃煤、烧油量的关系,求出相关系数,并结合城市实测资料以及城市气象、风向频率、风速变化等因数,估算城市大气状况。同样,遥感图像能反映水体的色调、灰阶、形态、纹理等特征的差别,根据这些影像显示,一般可以识别水体的污染源、污染范围、面积和浓度。另外,利用热红外遥感图像能够对城市的热岛效应进行有效的调查。2.1.2 遥感(RS)在二调中的应用RS 用于实时、快速地提供大面积地物及其周边环境的几何与物理信息及各种变化参数,其对地观测的海量波谱信息为目标识别及科学规律的探测提供了精确的定性和定量数据,RS 是获取土地信息的主要手段,具有极高的空间和时间分辨率。未来的遥感技术将向多种传感器、多级分辨率、多光谱段和多时相为一体的方向发展,并将与 GPS、计算机等技术更好地结合,从而以更快的速度、更高的精度和更大的信息量来获取对地观测数据。遥感的影像图的还可以作为地类调查的底图。2.2 全球定位系统(GPS)GPS 是美国从 20 世纪 70 年代开始研制,于 1994 年全面建成,具有海、陆、空全方位实时三维导航与定位能力的新一代卫星导航与定位系统。GPS 是由空间星座、地面控制和用户设备等三部分构成的。2.2.1GPS 简介GPS 测量技术能够快速、高效、准确地提供点、线、面要素的精确三维坐标以及其他相关信息,具有全天候、高精度、自动化、高效益等显著特点,广泛应用于军事、民用交通(船舶、飞机、汽车等) 导航、大地测量、摄影测量、野外考察探险、土地利用调查、精确农业以及日常生活(人员跟踪、休闲娱乐)等不同领域。42.2.2GPS 在二调中的应用GPS 主要用于实时、快速地提供目标的空间位置,具有定位的高度灵活性和高精度、快速度、提供 3 维坐标、全天候作业、操作简便以及全球连续覆盖等特点,已成为获取现势空间数据的重要手段,广泛应用于土地资源调查和空间定位数据的采集。GPS 在土地调查中主要应用于控制测量,变更图斑空间信息记录和外业补测工作。2.3 地理信息系统(GIS )GIS(Geographic Information System) ,即地理信息系统,是利用现代计算机图形技术和数据库技术,用以输入、存储、编辑、分析、显示空间信息及其属性信息的地理资料系统。2.3.1GIS 简介GIS 是一个专门管理地理信息的计算机软件系统,它能分门别类、分级分层地去管理各种地理信息;将它们进行各种组合、分析、再组合、再分析等;还能查询、检索、修改、输出、更新等。地理信息系统还有一个特殊的“可视化”功能,就是通过计算机屏幕把所有的信息逼真地再现到地图上,成为信息可视化工具,清晰直观地表现出信息的规律和分析结果,同时还能在屏幕上动态地监测“信息”的变化。地理信息系统技术现已在资源调查、数据库建设与管理、土地利用及其适宜性评价、区域规划、生态规划、作物估产、灾害监测与预报、精确农业等方面得到广泛应用。2.3.2GIS 在二调建库中的应用在土地调查中,GIS 软件主要用于完成内业工作,如基础信息的录入与汇总、编辑与整理、数据转换、调绘成果转绘、土地面积量算、线状地物和零星地类面积扣除、田坎系数测定、坡度图制作与耕地坡度分级、各项成果图制作、表格数据统计输出等。3 城镇地类调查的实施“3S”技术 3S 技术是遥感技术(Remote sensing,RS)、地理信息系统(Geography informationsystems,GIS)和全球定位系统(Global positioning systems,GPS)的统称,是空间技术、传感器技术、卫星定位与导航技术和计算机技术、通讯技术相结合,多学科高度集成的对空间信息进行采集、处理、管理、分析、表达、传播和应用的现代信息技术。随着技术不断的发展,在越来越多的领域中发挥了重要的作用。本次调查对象为福州市连江县,连江县位于福建省东部沿海,福州市东北部,东临台湾海峡,西与晋安区接壤,南与马尾区相连,北与罗源交界。县城总面积约 20 平方公里,主要地形为平原和小丘陵,敖江从县城南部自西向东方向穿过(敖江:为福建省独流入海的第六大河流) 。城区地势平坦,属亚热带海洋性季风气候,常年温暖湿润、雨量充沛、四季常青,全年无霜期达 326 天,年均气温在16~20℃,年均日照数为 1700~1980 小时,年均降水量为 900~2100 毫米,年相对湿度约 77%。其包括建成区包括凤城镇、敖江镇、江南乡东至敖江镇毗屯村、浦下村;西至敖江镇小湾村;南至江南乡魁岐村;北至敖江镇上山村。面积约 20km2,具体见图 3-1。5图 3-1 连江遥感图3.1 遥感影像作为调查底图3.1.1 准备工作室内解译前收集与调查区域有关的资料,如以往的土地调查资料、土地利用数据库、交通资料、水利资料等,作为室内判读的参考资料。将原有的数据库与遥感影像进行对照比较,判读,标识出变化信息,如图 3-2 所示:6图 3-2 变化信息图图中的紫色为变化的线状地物,红色区域为变化的块状地物。3.1.2 室内解译运用各种解译方法,依据建立的解译标志在调查底图上,依据影像对权属界线进行调整标绘。从影像中判读各种地类并标绘,对影像不够清晰或室内无法判读的地类,以及线状地物宽度,由野外补充调查。3.1.3 外业—实地核实和补充调查外业核实之前,首先要计划核实和路线、重点内容,做到心中有数,既要对内业解译内容进行全面核实和补充调查,保证成果质量,又要突出重点,提高工作效率,发挥内业解译的作用。73.1.4 遥感影像的判读特征像片上的地物影像与实际地物目标在形状大小、色调、阴影、纹理、布局和位置等特征有着密切的关系,我们就是根据这些特征去识别和解译各种地类,这些特征称之为判读特征或判读标志不同地类的影像由于几何特性和物理特性,地面分辨率的不同所构成的判读特征有很大差异。(1)影像形状特征影像的形状是指地物在调查底图上表现出来的外部形态、结构和轮廓,一般来说,地物顶部形状与其在调查底图上的影像是相同的或是相似的,从地物的外形就可以识别其影像人工地物通常呈现出较规则几何形状,如房屋,机场,操场等。(2)影像大小特征调查底图上的影像除去形状特征外,还有大小之分。在同一调查底图上,根据地物影像的形状及其大小,可以较准确地识别出不同的地类如厂房和居民地,池塘和湖等,它们在其他特征上没有什么区别,可是从大小上可以判断。(3)影像色调和色彩特征由影像的色调、色彩所构成地物的影像特征是解译常用而又重要的解译标志,不同地类在影像上会呈现出深浅不同的色调和色彩,影像的色调和色彩决定于物体的颜色、亮度、含水量等。由于人眼分辨色彩的能力比分辨黑白影像的能力高得多,因此采用彩色影像调绘比黑白影像调绘具有易识别地类的优势。(4)影像阴影特征阴影对突出地面物体的解译很有帮助,但是有时阴影也会对判别地物造成不好的影响。阴影中分为本影和落影。落影就会对解译造成不良影响,如高大建筑物有时会遮盖小的地物,山体的阴影可能会误认为有植被覆盖等。而本影对解译工作有帮助,如汽车未被太阳直射的部分形成的影子,加强了汽车的立体感。因此,在解译有阴影的地物时,一是要仔细分析解译,二是要到实地确认,以保证调绘的准确和精度。(5)影像相互关系位置特征根据实地物体之间的相互关系,通过对影像的分析判别,解译那些影像不清晰的地物。通过判断它们的相互逻辑关系可以确定属性值,如水田中要有水渠。3.1.5 遥感影像解译的方式本次调查主要采用是室内目视解译和直接利用已有土地利用数据库与调查底图套合解译及标绘。(一)目视解译目视解译方法主要有直判法对比法邻比法动态对比法逻辑推理法这几种方法在具体工作中很难完全分开总是交错在一起的只不过在解译过程中某一方法占主导地位而已具体如下:(1)直判法指直接通过遥感影像的解译标志,就能确定地物存在和属性的方法。一般具有明显形状、色调特征的地物和自然特征,例如高速路,河流,森林等均可以采用直判法辨认。(2)对比法指将要解译的遥感影像与另一已知的遥感影像应当在种类相同、成像条件、季相等条件基本相同情况下进行对比分析,以获取判译结果。(3)邻比法在同一幅遥感图像或相邻遥感图像上进行邻近比较,从而区分出不同地物的方法,称为邻比法。这种方法通常只能将地物的不同类型界线区分出来,但不一定能识别地物的属性。只用邻比法时,要求遥感图象的色调或色彩保持正常邻比法最好是在同一图像上进行。(4)动态对比法
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