国家级国土资源信息获取与更新技术体系建设探讨

(中国土地勘测规划院，北京，100035)

在分析和阐述国家级国土资源信息的基本概念、功能、现有获取方式和存在问题的基础上，提出了获取和更新国家级国土资源信息以满足国家级国土资源宏观管理目标的技术难点、技术体系和工作基础条件。研究表明，建立全国范围的国土资源信息获取与更新技术体系迫在眉睫。其目标是建立全国范围的国土资源调查监测背景数据库和动态数据库，形成基于多元信息支撑的土地利用/覆盖信息获取和动态更新技术体系，为国土资源宏观管理提供更加有效的数据支持。国家级国土资源信息获取与更新技术体系的各项条件已经具备，该体系的建设对国家的可持续发展具有战略意义。

关键词:信息获取与更新；全国范围；土地资源；后台数据库

1之前

土地资源信息反映了区域土地利用/覆盖状况，是地理空间信息的重要内容之一，具有时间尺度和空间尺度的特征。不同的管理目标和方法决定了管理所需的土地资源信息的不同空间尺度。获取相应比例尺的土地资源信息是各级土地资源管理机构进行土地资源管理的基础(见图1)。国家尺度的国土资源信息可以理解为反映全国覆盖范围(或重点区域)并满足国家层面决策的土地利用/土地覆被数据信息。其精度要求在1:65438+万~ 1:400万之间，信息量可满足国家级土地资源宏观管理对耕地、建设用地、生态保护用地等主要土地资源类型数量的要求。

图1土地资源管理对数据空间尺度的要求

获取全国范围土地资源信息的方法通常包括抽样调查和综合调查，实施方法包括自上而下的调查模式和自下而上的调查模式。中国科学院在20世纪80年代、90年代中期和265438+20世纪初三次利用TM/ETM ++影像进行全国土地利用/土地覆盖遥感调查，基本构建了全国资源环境遥感宏观空间动态数据库[1 ~ 2]。自1999以来，国土资源部开展了50万人口以上城市土地利用动态遥感监测，为土地执法提供了有力保障[3]。上述基于遥感技术的全国调查都是自上而下的抽样调查。目前，在国土资源调查管理方面，我国国土资源调查技术体系的主体仍采用自下而上的调查方法，即全国范围的数据由地方各级土地管理机构采集处理，再由县-市-省-国逐级汇总形成。主要代表调查有全国土地详查和年度土地变更调查[4-5]。相比较而言，自上而下的方法具有调查速度快、成本低的优点，可以避免人为的数据偏差，但获得的数据细节有限；自下而上的调查方法可以获得更全面的数据，但调查周期长，成本高，调查结果质量受人类活动影响较大。近年来，随着信息技术的快速发展，我国利用“3S”技术获取国土资源信息的能力不断增强[6 ~ 7]。集土地利用变更调查、县级土地利用数据库建设、城镇土地利用动态遥感监测为一体的国土资源信息获取技术体系不断完善，在一定程度上满足了当前国家对国土资源宏观管理的需求。但是，由于我国幅员辽阔，受经济技术条件的限制，特别是对国土资源管理的国家目标认识不够深入，我国在获取国家尺度的国土资源信息方面还存在很多问题。例如，国家级国土资源空间信息权威背景数据库尚未建立，适合遥感技术信息快速获取的国家级国土资源分类标准和信息采集方法研究不够深入，农田监管所必需的有效数据综合更新机制尚未提上日程，当前国土资源宏观管理急需的国家级国土资源有效信息严重缺乏。

本研究在充分利用第一次全国土地资源调查、50万人口以上城市土地利用动态遥感监测、年度土地变更调查、1∶1万县级土地利用数据库建设、基础数据更新调查的基础上，采用自上而下和自下而上相结合的方法，以中高分辨率遥感影像为基础数据，以多尺度数据合成、多数据融合和数据采样为核心，构建全国范围的国土资源信息获取与快速更新技术体系，实现为国土资源宏观管理提供持续信息和技术支撑的目标。

2目标和技术难点

2.1目标

国家级国土资源信息获取与更新技术体系的建设目标包括三个方面:建立国家级国土资源信息库，形成国家级国土资源信息背景数据库，构建技术体系，集成多种技术下的国家级国土资源数据更新技术体系。具体内容是:

(1)建立国家级国土资源信息数据库，每五年更新一次。在多种历史数据的基础上，利用中高分辨率遥感影像(TM/ETM++、SPOT、中巴资源卫星等)建立国家级国土资源信息背景数据库。)为主要信息来源，并在全国范围内重点地区每二至三年更新一次，每五年更新一次。国家尺度国土资源信息背景数据库包括遥感正射影像数据、土地利用/覆盖矢量数据、行政区划矢量数据、土地利用区划等基础背景数据，能够满足国家尺度耕地保护、基本农田保护、建设用地监测和生态环境保护的需要。

(2)形成建设国家级国土资源信息背景数据库的技术体系。以1996结束的全国土地详查数据为基础，以该时期的TM、ETM++和中巴资源卫星、SPOT影像数据为背景，充分利用土地详查数据和“数字国土”工程1∶1万土地利用矢量数据等历史数据和资料，通过数据提取、数据制图综合、基于知识的信息提取和数据挖掘技术，建立以新增土地利用/覆盖分类为主要内容的矢量数据库和多源遥感正射影像数据库，形成建设国家级国土资源信息背景数据库的技术体系。

(3)集成多种技术的国土资源数据更新技术体系。深入研究和应用多时相遥感影像对比分类与解译方法[8]、土地利用矢量图斑控制下的土地覆盖分类[9]、多时相数据表达、多时相数据挖掘与知识发现等关键技术问题，形成基于多种技术集成的国家级国土资源信息更新技术体系，为国家级国土资源数据更新提供技术支撑。

2.2技术困难

(1)国家级国土资源信息获取与更新技术体系建设目标确定。获取国家级国土资源信息的目的不同于各级国土资源管理机构为日常国土资源管理而开展的土地利用综合调查和数据库建设，也不同于土地执法的高分辨率影像城市土地利用动态遥感监测。研究目的:建立国家级土地资源信息获取与更新技术体系，建设国家级土地资源信息背景数据库和动态数据库，为国土资源部及时提供耕地、建设用地、生态用地等重要土地资源的数量、质量和分布信息，为国土资源参与国民经济宏观调控政策的制定服务。 为中央政府做出社会经济可持续发展决策服务，为科学研究提供国家级国土资源信息。

(2)全国大比例尺国土资源调查的信息分类、精度要求和成果与相关调查相协调。现代遥感技术是国家级国土资源调查信息获取的核心，其信息分类原则上应尽可能满足国家级国土资源监管的需要。同时，应充分考虑利用遥感数据源进行土地利用/土地覆盖类型识别的能力，扬长避短，减少大量的实地调查和核实工作。本次研究重点关注耕地、建设用地、生态用地等重要土地资源状况。原则上，国家级土地信息分类侧重于以反映土地覆被为主要特征的土地利用/土地覆被分类，而不是采用传统的土地利用分类标准。国家比例尺国土资源信息精度以10 ~ 30m之间的遥感影像为数据源，调查精度为1:65438+万，全国数据精度为1: 50万。全国大比例尺土地资源调查分类数据在耕地、建设用地等重要类型上与其他土地资源调查一致，其他类型只是参考数据。

(3)可以快速提取背景信息和综合信息的来源。鉴于背景数据的重要性，可以选择国家级土地资源调查信息的背景数据作为基础数据，充分利用县级1: 5万土地利用格网图、1: 1万“数字土地”工程数据库、现有TM、ETM++等。通过数据提取、数据制图综合、基于知识的信息提取和数据挖掘技术，建立以新的土地覆盖分类为主要内容的矢量数据库和多源遥感正射影像数据库。

(4)利用高分辨率遥感影像进行数据抽样统计和验证技术。为了提高土地资源信息获取的精度，尽可能减少野外调查的工作量，需要在利用中高分辨率遥感影像获取土地利用/覆盖综合信息后，选择一定区域作为样带，充分利用城市土地利用动态监测成果——高精度遥感正射影像作为检查标准和数据解译验证校正的依据，建立中高分辨率影像的土地利用/覆盖分类数据转换系数。

(5)利用多元信息挖掘技术快速更新信息。利用早期土地利用数据、地形数据、土壤和植被数据，可以有效提高土地利用动态遥感监测变化发现和类型识别的精度，具有重要的实际应用价值。综合应用与地学相关的多种背景信息进行数据挖掘，可以实现全国范围内国土资源信息的快速更新。

3技术路线

本研究的技术特点是技术综合性和客观有效性。技术的综合表现为:将综合应用多种遥感数据、县级土地利用数据、全国1∶50万土地利用数据、中科院系统土地利用数据和全国土地利用变更数据，以遥感技术、多元数据融合、数据抽样统计验证和数据挖掘为核心技术，形成多学科的土地利用/覆盖信息获取与更新技术体系。客观有效性表现为:基于土地利用/覆盖分类，解译标志主要由现有知识和信息建立；分类结果的验证主要依靠典型样区的高分辨率影像，充分利用多年动态遥感监测积累的大量数据，不注重实地验证以减少工作量。主要技术路线主要包括五个方面:①国家尺度的国土资源信息分类、数据来源和调查精度研究；②获取多信息支持下的全覆盖土地资源背景信息；③利用高分辨率遥感影像检查和分析典型样带的解译数据；④利用多元信息挖掘技术快速更新信息；⑤综合信息应用与服务。(整体技术路线图见图2)。

图2多媒体空间数据库系统的结构

4工作基础和支持条件

4.1开展了大规模的土地利用动态遥感监测。

我国国土资源系统开展了大规模的土地利用动态遥感监测，调查监测的组织方法和工作流程日趋成熟和完善。例如，从1996到1997，原国家土地管理局利用TM和SPOT数据对119城市扩展进行调查和监测。从1999开始，国土资源大调查项目开始利用TM、ETM ++和SPOT数据监测50万人口以上城市的土地利用变化。2002年以后，遥感监测项目开始使用高精度的2.5米SPOT影像作为主要遥感数据源，大大提高了遥感监测精度。此外，新一轮国土资源大调查已开始利用SPOT、IKNOS、IRS、Quick-Bird和航空遥感数据更新中国县级土地利用基础图件和数据。2002年，国土资源部首次启动了北京周边资源与生态环境遥感监测工程。该项目利用TM或ETM ++和SPOT遥感数据对环京52个县的土地利用、土地退化和生态环境建设进行监测[10]。上述基于遥感的土地利用调查与监测实践，为国家级土地资源信息获取与更新技术体系建设提供了宝贵经验。

4.2深入开展土地资源遥感监测技术研究。

中国在多方面开展了土地资源遥感技术的深入研究。在遥感监测技术研究方面，“土地利用动态监测技术与方法示范研究”开创了利用SPOT和TM遥感数据快速监测土地利用变化的产业化工艺流程，实现了特定地块的遥感监测，快速发现土地覆盖/利用变化，发展了以影像图形阵列代替单个控制点的影像校正技术和无DEM支持的卫星影像校正技术，完善了自动化手段与人工目视解译相结合的土地利用变化信息提取方法。在成像光谱技术研究方面，国家863项目“成像光谱技术在土地动态监测中的应用”可以利用成像光谱技术高光谱分辨率的特点，增加土地利用类型识别的程度和精度，利用成像光谱技术进行土地类型识别和土地质量监测的研究具有创新性，具有重要的理论价值[11]。在县级土地利用/土地覆盖快速数据库建设研究中，我院技术人员多次参与中科院组织的土地利用遥感监测项目，对典型地区多源遥感数据支持的县级土地利用/土地覆盖动态数据库建设进行了深入研究[8]，积累了丰富的经验。该项目所需的技术基本具备，只需要进一步的技术集成。

4.3系统建设已具备坚实的数据基础。

大比例尺国土资源调查项目取得了丰富的数据成果，为国家级国土资源信息获取与更新技术体系建设提供了坚实的数据基础。目前，国家级已完成2000多个县的土地详查，1∶5万县级土地利用格网库建设积累了大量原始数据，为国家级背景遥感解译提供了详实信息。土地利用动态遥感监测项目完成了1999至2004年的土地利用动态遥感监测数据集，获得了700多景卫星TM数据、2300多景SPOT1/2/4卫星数据、513景SPOT5卫星数据、5景资源2数据、6景SAR数据和630幅航空照片。耕地后备资源调查评价项目完成了西部大开发土地资源调查评价数据库和中国耕地后备资源调查评价数据库两个数据库的建设任务。国土资源基础图件和数据更新项目完成了广东省佛山市南海区、广州市十区等试点城市的数据更新成果。全国土地利用数据库建设项目已在1000多个县取得了土地利用数据库成果。这些数据成果为国家级国土资源信息获取与更新技术体系的建设奠定了坚实的数据基础。

4.4基础软硬件系统建设

通过多年努力，全国土地数据中心数据整合集成的土地数据存储硬件、基础软件(Oracle10 g，Unix)和GIS软件基本满足要求，土地数据存储网络系统初步建立，土地数据存储应用管理系统开发即将完成。国家土地数据中心还积极参与科技部科技共享建设。土地数据分中心正在建设中，将成为国土资源科学数据中心的三个分中心之一。近年来，中国土地勘测规划院先后启动了土地遥感监测数据集成应用、土地利用数据质量检查软件、土地数据入库管理系统等开发项目。这些软件系统具有数据质量检查、数据集成和集成管理的功能模块，可以批量整合数据资源，将方便全国范围国土资源信息获取和信息更新的数据集成和信息挖掘，大大提高工作效率。

5应用前景和展望

中国是一个人口众多的发展中国家，耕地资源急剧减少、矿产资源枯竭、能源短缺、生态环境恶化已成为影响国家可持续发展的核心问题。为了落实最严格的耕地保护政策和党中央利用土地资源有效参与国民经济宏观调控的决策，研究和建设全国范围的土地资源信息获取与更新技术体系具有重要的现实和长远意义。国家级国土资源信息获取与更新技术系统的建设，将改变国家层面的国土资源宏观管理模式，为国家利用国土资源进行国民经济宏观调控提供更加准确、客观的数据，改变当前国家级国土资源缺乏空间数据、耕地监管过于依赖逐级上报统计数据的被动局面，也能有效评估地方上报数据的真实性。在国家有限的持续资金投入下，国家宏观决策所需的土地资源信息将可持续提供。国家级国土资源信息获取与动态更新技术体系还可以提供生态环境保护所必需的生态背景条件、国土资源动态变化等重要信息，有利于建立人与自然协调发展的和谐经济社会发展模式。国家尺度的国土资源信息也可以提供给农业、林业、环保、规划等部门使用。此外，国家尺度国土资源背景数据和动态数据也是地学、环境、人文等相关领域研究的重要基础数据，可以直接参与科学数据共享，服务于相关科学研究。

参考

【1】刘继元，张增祥，庄大方。20世纪90年代中国土地利用变化的时空特征及原因。地理研究，2003，22(1):1 ~ 11。

[2]刘继元、庄大芳、张增祥等。中国土地利用时空数据平台建设及其支撑的相关研究。地球信息科学，2002，4 (3): 3 ~ 7。

[3]中华人民共和国国土资源部。土地利用动态遥感监测图集。北京:科学出版社[M]，2000

[4]李渊。中国国土资源。北京:中国迪达出版社[M]，2000年。

[5]国土资源部地籍管理司。2004年全国土地利用变更调查报告。北京:中国迪达出版社[M]，2005。

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张定祥，李显文，杨继红，等。基于影像光谱数据和高分辨率影像的土地利用数据库更新试验研究。农业工程学报，2004 (6): 272 ~ 276

[10]王静，郭旭东，王秀莲，等。环京地区资源与生态环境遥感监测研究。遥感信息，2003，2: 23 ~ 27。

[11]“成像光谱技术在土地动态监测中的应用”课题组。成像光谱技术在土地动态监测中的应用。北京:地质出版社[M]，2005