3S在耕地保护动态监管中的关键技术

3S在耕地保护动态监管中的关键技术

覃文琳

广西国土资源规划设计集团有限公司 广西 南宁 530000

摘要：耕地为农业生产提供了前提，在粗放型的发展模式下，耕地资源浪费的问题屡见不鲜，耕地总面积持续降低，很多农民无地可种或者耕地质量偏低。为减少这一方面的问题，国家在历年来越来越重视耕地保护，陆续出台了相应的政策和法律法规，但为实现耕地保护和动态监管，需强化3S技术在这些工作中的应用，发挥技术优势，让有关部门可以掌握各个区域内的耕地资源使用情况。基于此，本文重点分析了耕地保护动态监管中3S的关键技术，有利于指导耕地资源保护和利用。

关键词：耕地保护；3S技术；动态监管；关键技术

近年来，随着国家对自然低效资源管理提出的新要求，耕地保护应该成为重点关注的方面，长期以来，有关部门在耕地保护方面都投入了大量的资源和精力，但因为工作理念滞后且方法缺失，耕地保护并未发挥其实效，耕地浪费、破坏的现象还依旧存在。在信息技术不断发展的今天，应通过信息技术的使用实现耕地保护的动态监管，形成新的耕地保护工作模式，特别是3S技术以其独有的技术优势，可以在耕地保护动态监管中发挥其作用，在未来需加大耕地保护中的3S技术应用。

1.耕地保护的3S动态监管概述

3S技术为信息时代的技术产物，主要为遥感、全球卫星定位、地理信息系统技术，这些技术的综合应用，可采集和处理地理、土地方面的大量信息。在耕地保护中，要利用3S技术实现动态跟踪和管理，需构建完善的信息管理、处理和分析系统，使有关部门在耕地保护和利用中，可由信息管理、处理和分析系统来采集和集成全部的信息，进而掌握区域内的土地、地质环境、国土资源的变化情形，以了解到的这些信息作为耕地保护策略制定的依据。耕地保护中的3S技术应用时，RS数据直接接入了GIS系统，这种系统接入方式下，有关人员可从时间、区域角度对RS数据加以分析与处理，掌握这些数据的变化规律与趋势^[1]。GNSS接收装置的配置，可对有关的位置信息加以掌握，借助软件完成对航空系统的几何矫正、镶嵌，使RS数据与地面同步检测数据可自动匹配，所处理后的一系列信息，上传到GIS数据库。

1.1耕地保护系统的构成

3S技术支持下所构建的耕地保护系统，其中的RS可直接感知区域的耕地情况，结合耕地保护系统的构成，GIS子系统是其中的关键构成部分，这一子系统特有的功能，决定了在耕地动态监测时，系统可自动对空间数据加以纠正、转换，在数据满足了数据库要求后，自动存储于GIS数据库，数据库具备数字、文字、图形的分类功能。由于GIS的这种数据存储、处理和转换功能，使得在耕地保护中的动态监管中，人们可获得完整、准确的土地利用现状、土壤情况、气候条件等数据，构建数据库、图形库^[2]。此外，GIS系统的可视化功能，使有关的耕地、土壤信息可直观呈现在工作人员面前，让他们以这些信息为参考，制定更为科学的耕地保护策略。

1.2耕地的动态监测

耕地保护动态监管的难度较大，为清晰了解不同时期耕地资源的变化趋势，动态监测方面的技术要求较高。为促进动态监测目标的实现，有关部门需构建完善的耕地数据库，在该数据库内应包含全面的耕地信息，如多边形矢量数据、各地块属性数据，且数据库还需依据监测的标准与要求，开展地块编码、地类名称标注、地块面积计算，在耕地数据库建设时，可利用计算机文件管理系统来完成。

由于数据库内包含的数据总量庞大且种类繁多，为保障数据库建设水平，使数据库在数据集成发面发挥其应有的作用，在建设时应适当精简数据库，提高数据库使用的便捷性。比如，要对现有数据源加以选择，利用SPOT图像、TM图像对同一年的SPOT全色图像加以融合，在有需要的情况下，直接选择适当季节TM图像加以融合、提取土地覆盖类型的空间数据，对于2年以上的航空影像图片，实施数字化处理，获得正射纠正影像，将此影像与TM数据融合，得到土地覆盖类型方面的信息。

2.3S在耕地保护中的应用流程

2.1影像处理

得到了监测区域的遥感影像后，需对这些影像实施专业化处理，包含正射影像制作、增强图像分辨率两个步骤。关于正射影像的制作，可以按照几何校正、图像配准、影像处理的步骤来实施，具体处理需注意以下方面：（1）几何校正，在这一处理环节，首先需根据监测区域内的耕地保护要求，确定投影模式，在此基础上掌握原始影像、校正底图的坐标关系；结合地面控制点，形成文件；由专人负责地面控制点点位精度的检查与校正，一旦精度达不到要求，需结合现场情况，重新进行控制点的选取；构建几何校正数学模型，在原始影像的几何校正中，应选择恰当的方式^[3]。（2）图形配准，几何校正环节所得到的遥感影像图，与现场情况可能会存在一定的偏差，在不同的图像之间，需开展图片配准，从根本上控制误差。（3）影像增强处理，在耕地监测过程中，地物特征信息是由传感器采集的，所采集到的这些信息，在影像上以灰度形式出现，一旦不同地物特征之间的灰度差相对较小，辨认困难，需通过影像增强的方式，提高影像分辨率，使目标地物与周围地物影像间的反差更为明显。

2.2新增耕地的提取

按照对新增耕地来源的分析，可借助ArcGIs在土地利用现状数据库内，精准标准出监测区域内的土地类型，如荒草地、裸地等，提取出不同地块的范围线，叠加到已经处理好的遥感影像图中，也就可对提取的地块加以精准分析。首先，对未利用地来说，在监测和数据提取时可将最新的土地变更调查数据库作为前提，提取监测范围内的其他草地、裸地等适宜农业生产的未利用地，开展坡度数据拓扑处理，叠加未利用地图斑、坡度数据，确定未利用地图斑的坡度级别属性。其次，残次林地与低效园地，从土地变更调查数据库中提取出林地、园地的范围线，将这些信息与遥感影像图叠加，参考坡度、岩性、地质、生态环境的郁闭度，尽量避开生态敏感区，筛选适宜开发成耕地的残次林地与低效园地。

2.3外业调查

勾绘有新增耕地潜力图斑的遥感影像图作为外业调查底图使用，安排有关人员深入到现场开展调研，核查新增耕地潜力图斑，主要要进行实地种植情况、地形坡度、土壤类型、表层质地、土层厚度、岩石露头度的检查，在得到了这些信息后，综合评价新增耕地的开发价值。对于新增耕地界线不明显、在图上无法调绘的图斑，可利用GPS-RTK确定空间位置。当采用GPS-RTK实施测量时，要在现场进行基准架的布设，一般可将基准架布设在已知点或者未知点上，尽可能选择视野开阔、周边无信号反射物的地方；转化参数求取时，可利用监测区域附近至少两个控制点，获得坐标转换的四参数，也可直接利用CORS完成测量；测量新增耕地范围线；绘制范围线。

3.3S耕地动态监管中的关键技术

3.1基于RS遥感技术国土资源综合管理

RS是3S技术中的重要技术，此技术应用后，可在远距离不接触物体的情况下得到完整且准确的信息，在信息技术日渐进步的今天，遥感技术逐步成熟，波普分辨率与空间分辨率都相对较高，重访周期大大缩短，时间分辨率也相对较高。在耕地保护中的RS技术，由于技术的这些特点，可以获得耕地的实时信息，得到的图像清晰度更高，有关人员可实现对数据和图像的利用。国土资源综合管理中，一般会使用多期遥感卫星影像数据，在时空模型下，建立遥感影像数据库，此数据库建成后，可存储各个阶段的数据，在耕地保护工作中，需要哪个时期的数据，可直接在此数据库中调取，动态掌握耕地利用、保护的信息^[4]。此外，所建立的遥感影像数据库，其中包含了多层次的储存体系，可以外部需求为基准，进行地质信息的发布，方便用户对某一区域的数据展开分析，对一定时间周期内的数据变化加以精准把握。对农村耕地保护工作来说，多期遥感卫星数据下所构建的专有数据库，可让有关部门的相关岗位人员，可以实时进行多时影像数据等的获取，根据区域内的耕地信息，调整耕地保护与利用策略。

3.2差分GNSS高精度定位进行项目外业实地核查

GNSS技术也时耕地保护动态监管方面的核心技术，结合这一技术的特点，此项技术在导航定位中应用最多也最为有效。网络技术在当前进入了相对成熟的发展阶段，以网络技术为基础的GNSS技术，具备全方位、全时段的定位功能，定位效率高、精度准。农村耕地保护的动态监管中，也需将GNSS技术充分应用起来，比如，可以配备带有GNSS定位功能的PDA设备，在耕地保护的东塔监管中，此设备可完成抽查与动态巡查，一旦发现耕地开发和利用方面的问题，或者其他的可疑情况，设备可立即对这些情况拍摄照片，照片中包含有位置信息。

3.3 GIS空间数据拓扑自动检查和入库技术

在实施耕地保护的过程中，空间数据是重要的参考信息，由于空间数据的信息量庞大，需注重空间数据的科学管理，通过管理工作让相关部门、人员掌握耕地的空间情况。关于耕地的空间数据管理，可将ArcSDE作为数据库引擎，构建连续的空间数据模型，通过客户-服务器体系的建立，为用户并发访问、同一数据的操作提供便捷^[5]。在数据库内融入了RDBMS后，不论是空间还是非空间数据，不仅可高效访问，还可开展一系列的操作。在耕地管理的过程中，需将GIS技术应用到数据库中，达到对GIS的高效处理，检查坐标数据并修复耕地数据，将最终所修正的数据同步到业务审批系统，在这种数据集成下，系统可自动对入库数据加以分析与检查。为避免入库数据不完整、不正确的情况，需在同步时加强检查，确保要素拓扑结构的正确性，将一些重复性的要素删除。

3.4异构网络实现省市县一体化监管

耕地保护动态监管中，异构网络技术也是关键的技术，需在此项技术支持下构建省市县一体化监管体系，使得在耕地保护与监管的过程中，可利用相同的地图、地理信息公共服务平台数据。系统借助网闸开放到前置机，使用web service保持数据交换、共享的统一化，构建国土资源监管业务模型、时空数据分析模型，在把握了监管需求护，立即进入耕地保护状态，开展数据挖掘与对比，组建专有的技术平台，此平台兼具监管、预警与分析功能，可对耕地保护的全部要素、流程加以动态化管控。一体化监管体系投入运行后，网络层面上要借助各级国土管理部门的内网、互联网，这些网络环境是前提，在互联网条件下，不同级别的网络之间，需保持互联互通，实现数据同步。在软硬件配置方面，包含有服务器、防火墙、数据库与GIS软件的各级子系统。

结束语：

耕地保护是自然资源部门的重点工作，但在当下技术不断进步的今天，原先的耕地保护工作模式无法满足现阶段的工作需求，特别是在耕地保护动态监管中，需加大3S技术的使用，发挥技术优势，全面提高耕地保护动态监管的整体水平，实现耕地资源的合理保护与利用。

参考文献：

[1]卢江妹.3S技术精准化调查在第三次土地调查中的应用研究[J].地矿测绘,2020,3(2):2.

[2]连恒,蒋大鹏,赵映秋,等.基于"3S"的陕西省永久基本农田划定成果核查方案研究[J].安徽农业科学,2018,046(010):210-211.

[3]杨智谋,赵宇鸾,薛朝浪.岩溶区山—坝系统土地利用演化及其空间分异特征[J].中国农业资源与区划,2020,41(7):10.

[4]赵筱青,李思楠,谭琨.城镇-农业-生态协调的高原湖泊流域土地利用优化[J].农业工程学报,2019,35(8):13.

[5]马泉来,卫华鹏,王小玉,等.河南省南太行地区土地利用及生态服务价值变化[J].水土保持通报,2020,40(5):8.