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掌握手詳細的土地資源變化情況是各級政府制定國土資源規(guī)劃和開發(fā)政策的基本依據(jù)?？h和縣級市是我國進行區(qū)域資源開發(fā)的基層行政單位，是制定區(qū)域 發(fā)展規(guī)劃的基本地域單元。依靠現(xiàn)代科技手段和條件、改進和提高土地資源動態(tài)檢測水平和質(zhì)量，己成為我國縣級以上地方政府實施有效的土地資源宏觀政策管理的 迫切需要。

以遙感、地理信息系統(tǒng)、定位系統(tǒng)（GPS）技術(shù)為代表的空間信息技術(shù)，為實現(xiàn)上述目標(biāo)提供了技術(shù)基礎(chǔ)。其中，遙感信息具有覆蓋地域廣，獲取周期 短的特點；地理信息系統(tǒng)是管理、分析空間數(shù)據(jù)、建立空間模型和地學(xué)信息輸出的有效工具；定位系統(tǒng)則提供滿足實際生產(chǎn)工作精度要求的測量數(shù)據(jù)。關(guān)于 山地GPS野外測量和數(shù)據(jù)處理方面的研究是項目主要工作目標(biāo)之一。本文結(jié)合工作實踐，嘗試性地總結(jié)在我國南方典型山區(qū)開展GPS野外測量工作的方法和經(jīng)驗。

土地利用變化動態(tài)監(jiān)測工作原理

項目總體實施技術(shù)路線如圖 1所示，在地理信息系統(tǒng)技術(shù)支持下，利用衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)（ TM圖像數(shù)據(jù)）、與原土地利用數(shù)據(jù)進行復(fù)合分析，提取工作區(qū)土地利用變化區(qū)域（或可稱為變化‘靶區(qū)’）數(shù)據(jù)，進而利用定位系統(tǒng)技術(shù)對變化區(qū)域進行精確 測量，獲取滿足 1： 10 000制圖精度要求的土地利用現(xiàn)狀數(shù)據(jù)，實現(xiàn)對土地利用數(shù)據(jù)庫的更新。GPS測量工作發(fā)揮了承上啟下的關(guān)鍵性作用：

• 獲得高精度土地資源變化數(shù)據(jù)，由遙感變化信息的較低空間分辨率提高到滿足大比例尺制圖要求的數(shù)據(jù)精度標(biāo)準(zhǔn)；
• 由于遙感監(jiān)測分類體系通常于土地利用一級類型，只有借助于GPS實地測量，方能獲得滿足大比例尺制圖要求的土地利用二級類型用地信息。 GPS測量數(shù)據(jù)因此成為應(yīng)用于土地資源動態(tài)監(jiān)測領(lǐng)域的新型空間數(shù)據(jù)源；并且，GPS測量數(shù)據(jù)作為地表地物采樣數(shù)據(jù)，能夠有效地支持室內(nèi)遙感圖像處理工作和 多源數(shù)據(jù)復(fù)合分析工作。

GPS測量原理說明

野外GPS測量工作采用了“后處理測碼偽距差分動態(tài)定位方澎，與實時差分動態(tài)定位的主要區(qū)別是，流動站和基準(zhǔn)站之間沒有采用無線數(shù)據(jù)實時傳輸?shù)姆?式；動態(tài)定位采用測碼偽距為基本觀測量，流動點與基點的接收機同時測量來自相同GPS衛(wèi)星的導(dǎo)航定位信號，在野外測量工作結(jié)束后將兩站的同步測碼觀測量下 載到計算機進行求差，最終獲得野外工作站定位數(shù)據(jù)的校正值。應(yīng)指出的是，利用測碼偽距的不同線性組合（單差或雙差）進行動態(tài)定位，必須至少同步觀測4顆衛(wèi) 星，這是對流動站和基準(zhǔn)站接收機記錄的導(dǎo)航電文數(shù)據(jù)有效性的基本要求，如果不能滿足該條件，則造成數(shù)據(jù)后處理過程中出現(xiàn)數(shù)據(jù)無效或錯誤的情況。

工作區(qū) GPS基準(zhǔn)站的選址主要考慮到以下因素：

• 仁和區(qū)行政區(qū)域長寬各約為60 km和40 km，項目組在位于中部的仁和鎮(zhèn)地區(qū)選擇合適的制高點建立全區(qū)的基準(zhǔn)站。由計算可知，如果移動站離基準(zhǔn)站距離在 100 k m以內(nèi)，差分動態(tài)定位精度可達到米紉，因此可以基本滿足全區(qū)測量工作的精度要求。
• 基準(zhǔn)站接收天線安置點遠離無線電發(fā)射臺、高壓輸電線、霓紅燈等強電磁場輻射源，以避免對GPS衛(wèi)星信號的干擾。
• 天線安置點視場開闊，周圍無明顯障礙物。

GPS基準(zhǔn)站坐標(biāo)的測定采用從已知點（國家三級測繪控制點）的引點方式、通過后處理靜態(tài)差分計算獲得，坐標(biāo)精度達到厘米級。

工作區(qū)基本情況

1、基木地形特征

攀枝花市仁和區(qū)為縣級行政區(qū)。地理范圍為101。22’ E－101”56’ E，26”02’ N－26”48’ N。全區(qū)面積約為1720 km‘。該區(qū)地形屬中國西南部典型山地，全區(qū)地面平均海拔高度為1592 m，區(qū)內(nèi)海拔點（ 926 m）與點的相對高差為 1989 m；地形平均坡度為 13”，其中坡度在0－ 10度間的區(qū)域約占全區(qū)面積的31.1%，11－24度的區(qū)域約占50.9%，＞25度的區(qū)域約占全區(qū)面積的18%。

2、 山區(qū)GPS測量工作特點

山區(qū)地形起伏、地形情況復(fù)雜是造成實際工作各個環(huán)節(jié)中各種困難和問題的主要原因，并且突出表現(xiàn)在以下幾方面：

• 野外作業(yè)勞動強度高，工作量大；
• 對變化地塊進行現(xiàn)場定位耗費大量時間，造成賣際測量時間僅為每天有效工作時間的 30%－40%；并且定位偏差的出現(xiàn)率較高（其中存在 GPS單機非差分定位精度不高的因素） ；
• 對變化地塊邊界進行測量的過程中，復(fù)雜的地形條件往往阻礙對變化地塊邊界進行閉合測量；野外測量工作的困難程度遠遠超過預(yù)想情況；
• 由于地形對衛(wèi)星信號的阻擋，造成流動站記錄的導(dǎo)航電文數(shù)據(jù)不能滿足后處理計算要求而導(dǎo)致差分計算錯誤，無法獲得高精度測量數(shù)據(jù)；或者造成GPS數(shù)據(jù)局部失真，經(jīng)過差分處理后的數(shù)據(jù)表現(xiàn)出結(jié)構(gòu)紊亂的特征，數(shù)據(jù)有效性大大降低。

上述問題和困難，一方面說明了山地客觀條件對野外GPS測量作業(yè)的制約和影響，同時也表明，為適應(yīng)山地測量的特殊環(huán)境條件井克服困難，必須經(jīng)過反復(fù)實踐和總結(jié)經(jīng)驗教訓(xùn)，提出適合山地特殊情況的GPS測量方案。

野外GPS測量準(zhǔn)備工作

GPS野外測量準(zhǔn)備工作主要包括數(shù)據(jù)資料和測量儀器、實施方案制定等方面。

1、數(shù)據(jù)資料和測量儀器的準(zhǔn)備

野外工作數(shù)據(jù)資料和儀器裝備細目見表1。其中變化地塊圖斑圖是利用遙感圖像監(jiān)督分類數(shù)據(jù)與土地利用圖數(shù)據(jù)（矢量數(shù)據(jù)）復(fù)合處理得到的變化地塊矢量數(shù)據(jù)，井與原土地利用數(shù)據(jù)復(fù)合疊加的打印圖（比例尺為 1： 10000）。

GPS野外作業(yè)共采用四臺（套）GPS測量儀器，其中一臺作基準(zhǔn)站，三臺作移動測量用機，分別裝備三個野外測量組。對GPS接收儀器的基本性能要求主要包括：

• 支持“后處理測碼偽距差分動態(tài)定位方澎（包括對硬件和隨機軟件性能的要求）；
• 應(yīng)具有較大的內(nèi)存，以保證野外長時間測量工作的連續(xù)進行，例如具有4兆內(nèi)存就可以保證10小時的連續(xù)數(shù)據(jù)記錄；
• 經(jīng)過后處理獲得的測量數(shù)據(jù)精度必須滿足 1： 10 000比例尺地圖的制圖要求。

此外，野外作業(yè)應(yīng)選擇合適的作業(yè)時間，其中主要考慮到遙感圖像時相、當(dāng)?shù)刂脖患竟?jié)生長情況和當(dāng)?shù)貧夂蛱攸c等因素。測量時間應(yīng)與遙感圖像時相接近，植被生長季相特征接近或符合遙感解譯信息，同時避免惡劣氣候條件對野外作業(yè)制約情況的出現(xiàn)。

2、 GPS測量工作實施方案

測量工作以鄉(xiāng)鎮(zhèn)為單位開展，原則上各測量組獨立完成對一個鄉(xiāng)地界內(nèi)全部變化地塊的測量任務(wù)。各鄉(xiāng)鎮(zhèn)提供必要的交通工具，井指派熟悉本鄉(xiāng)鎮(zhèn)土地開發(fā)情 況的土地管理人員參加測量組。一般情況下，每個測量組包括四名人員（不包括駕駛員），分別來自北京大學(xué)、仁和區(qū)計劃局、國土局和當(dāng)?shù)剜l(xiāng)政府四個單位。北京 大學(xué)技術(shù)指導(dǎo)組負責(zé)：組員GPS儀器操作和實地測量技能培訓(xùn)、野外作業(yè)現(xiàn)場技術(shù)指導(dǎo)、測量數(shù)據(jù)后處理工作及監(jiān)督測量數(shù)據(jù)質(zhì)量；仁和區(qū)計劃局和國土局等負 責(zé)：野外作業(yè)向?qū)?、土地利用現(xiàn)場判斷、對變化地塊邊界進行GPS測量和協(xié)調(diào)日常工作安排。

GPS野外測量工作方法

野外測量工作方法的具體制定主要包括日常任務(wù)計劃、變化地塊邊界GPS測量方法和現(xiàn)場數(shù)據(jù)記錄三個方面。

1、通過綜合分析遙感圖像、地形圖、變化圖斑圖、土地利用圖、交通線等資料，預(yù)先計劃和協(xié)調(diào)各測量組每天工作任務(wù)，以進一步提高工作效率。例如，如果變化地塊相對集中在鄉(xiāng)鎮(zhèn)交界附近，即可以越界測量，而對較大面積的變化區(qū)域應(yīng)采取多個測量組協(xié)同工作的方式。

2、變化地塊邊界測量方法

首先，對變化地塊的定位采取“三圖井用”的方法，即利用變化圖斑圖、原始土地利用圖和地形圖綜合定位的方法。具體地，根據(jù)變化圖斑圖提供的變化地塊 經(jīng)緯度數(shù)據(jù)、利用GPS儀器進行導(dǎo)航和粗略定位（一般情況下GPS單機非差分賣時定位精度＞30 m），通過事先將變化地塊位置轉(zhuǎn)繪到土地利用圖和地形圖上（三種圖紙比例尺都為 1：10 000），現(xiàn)場將所在位置地形特征和地物分布結(jié)構(gòu)特征與兩圖進行對比印證，幫助測量組確定目標(biāo)地塊的具體位置。由于地形圖具有豐富的地名和地形細節(jié)信息， 在有效減少定位所需時間的同時，可以避免無謂的體力損耗。變化地塊定位工作可由當(dāng)?shù)赝恋毓芾韺I(yè)工作者（國土局技術(shù)人員和鄉(xiāng)鎮(zhèn)土地管理員）負責(zé)，他們一般 具有豐富的土地資源調(diào)查經(jīng)驗，熟悉當(dāng)?shù)氐匦?、地貌特點。

其次，考慮到山地復(fù)雜地形對衛(wèi)星信號的影響，測量過程中應(yīng)隨時檢查GPS儀器衛(wèi)星信號接收狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)問題及時處理，另外可以采用與GPS機體分離的天線，在減少人體對衛(wèi)星信號干擾的同時，在測量中保持天線高舉的狀態(tài)，能在一定程度上避免地形起伏造成的影響。

第三，由于沿目標(biāo)地塊邊界行走以采集完整邊界數(shù)據(jù)（本文中簡稱為“走測”）的一般方式顯然不能適合山地特殊情況，因此有必要改進具體測量方法。原則 上必須保證GPS數(shù)據(jù)采集的合理性和數(shù)據(jù)有效性，同時充分利用己有的土地利用圖數(shù)據(jù)，因為土地利用數(shù)據(jù)更新工作無疑是要建立在原始土地利用數(shù)據(jù)基礎(chǔ)之上。 仁和區(qū)土地利用圖作為土地資源基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，對土地資源利用近況的反映是基本正確的，尤其是基本農(nóng)田類數(shù)據(jù)比較準(zhǔn)確，這就有效地支持了研究組制定以下山地 GPS測量改進方案：

• 山地復(fù)雜地形經(jīng)常限制和阻礙測量人員對變化地塊邊界進行閉合性測量，在這種情況下，可以考慮采用“局部測量”或“分段測量”的方法（見圖3中 A，B例情況）。例如魚塘的局部邊界可能無法通過，地塊局部邊界因地勢險峻或深谷阻隔而無法連續(xù)測量，等等。如果采用這種方法，首先要在現(xiàn)場記錄表中明確 說明，并對后處理數(shù)據(jù)進行閉合編輯。采用這種方法，同一個變化地塊邊界將由兩個以上的GPS測量數(shù)據(jù)共同構(gòu)成。
• 變化邊界線測量＂法。在特定情況下可以采用這種測量方法。林地砍伐、草地侵蝕林地的情況，只需測量林地與草地的分界線；又如D例林地砍伐為草地情況，也只需測量林地與草地的分界線。采用該方法存在前提條件，即除被測邊界外，變化地塊其余邊界兩側(cè)現(xiàn)有地物 類型應(yīng)一致，或變化地塊其余邊界與土地利用圖上原地塊邊界吻合（均須經(jīng)過現(xiàn)場核實）。
• 土地利用空間變化還存在其他形式。例如原草地圖斑中林地地塊已消失而變?yōu)椴莸?，即原圖斑被“吞并”，則只需現(xiàn)場驗證即可；當(dāng)?shù)卮笠?guī)模的非耕地開發(fā)，兼井原有分散耕地井向外擴張，內(nèi)部原異類地塊也被吞井，此種情況下只需測量外部擴張邊 界。王曉棟、崔偉宏專門撰文分析了土地利用各類多邊形變化的情況，提出多邊形變化空間模型，對野外GPS測量作業(yè)具有指導(dǎo)意義。當(dāng)然，變化面積大、變化結(jié) 構(gòu)更加復(fù)雜的情況在賣際工作中普遍存在，例如非耕地開發(fā)區(qū)域內(nèi)部仍然存在其他地物類型，這就既要測量外邊界，又要測量內(nèi)部可能存在的變化地塊邊界。因此， 實際測量工作的難度和勞動強度往往是事先難以想象的。
• 實際工作中經(jīng)常發(fā)現(xiàn)走測路線往往逐漸偏離目標(biāo)地塊邊界，而巳往往小于實際變化地塊范圍。這類問題的出現(xiàn)主要有兩方面原因：一是山地復(fù)雜地形干擾 測量人員的走測路線。由于山地起伏地形和復(fù)雜地物對測量人員視線的阻擋和誤導(dǎo)，以及深谷、溝壑等地形難以通過，加之如果僅靠人為估計行走距離，主觀估計往 往大于賣際測量的路線長度和范圍，無疑會導(dǎo)致測量人員經(jīng)常偏離賣際變化地塊邊界；二是在走測過程中，測量人員井不能采用有效可靠的方式判斷是否與目標(biāo)地塊 邊界發(fā)生偏離。

根據(jù)以上分析，在測量變化地塊邊界之前，應(yīng)首先在附近地形制高點上觀察目標(biāo)地塊的地理范圍和地形特征，大體確定具體測量方式和行走路線側(cè)量時，如果 地形比較復(fù)雜，應(yīng)加派一人在地形制高點上與走測人員遙相呼應(yīng)，及時提供路線選擇信息井確保走測路線不偏離。另外，走測人員應(yīng)能夠熟練使用GPS儀器提供的 定點和路徑導(dǎo)航功能，預(yù)先輸入能夠控制變化地塊邊界基本范圍和形狀特征的導(dǎo)航控制點，由數(shù)個控制點構(gòu)成預(yù)設(shè)的測量基本導(dǎo)航路徑。在走測過程中，可切換至 GPS導(dǎo)航狀態(tài)，根據(jù)導(dǎo)航信息實時確定行走方向和路線。

3、工作現(xiàn)場數(shù)據(jù)記錄

• 野外測量數(shù)據(jù)和資料記錄的載體主要包括GPS測量儀器、測量數(shù)據(jù)記錄表以及變化地塊記錄表等各種表格。現(xiàn)場數(shù)據(jù)記錄是否準(zhǔn)確和完備，直接影響到測量數(shù)據(jù)的室內(nèi)后處理工作和數(shù)據(jù)質(zhì)量，因此，必須制定一套合理的野外調(diào)查資料和測量數(shù)據(jù)書面記錄標(biāo)準(zhǔn)。包括：
• 變化地塊圖斑圖須附有 10秒或 5秒為間隔的經(jīng)緯度網(wǎng)格?，F(xiàn)場定位數(shù)據(jù)及相關(guān)信息，如 GPS測量起始點位和終止點位數(shù)據(jù)記錄、照片拍攝點位數(shù)據(jù)、拍攝方向的方位角記錄和其他定位觀察信息，都應(yīng)盡量記錄在該圖中。上述記錄不僅在現(xiàn)場工作過程 中有助于工作人員對各種情況的了解和判斷，更有助于事后數(shù)據(jù)資料的整理和分析。
• 測量數(shù)據(jù)記錄表除記錄測量數(shù)據(jù)文件名、測量地塊屬性以及地形描述（主要針對是否為陰坡地形）以外，還應(yīng)記錄測量數(shù)據(jù)是否閉合，必要時記錄和注明構(gòu)成同一被測地塊邊界的所有測量數(shù)據(jù)文件。
• 在山地特殊情況下，線性和點位測量數(shù)據(jù)將不可避免地大量產(chǎn)生。對于非閉合的線性數(shù)據(jù)，須記錄GPS測量起始點位和終止點位數(shù)據(jù)；在描述沿走測路線兩側(cè)地物類型時必須注明觀察方位角。對于點位數(shù)據(jù)，還要記錄觀察點位與目標(biāo)地物之間距離。

以上規(guī)定基本上是從室內(nèi)數(shù)據(jù)整理的角度出發(fā)而制定的現(xiàn)場數(shù)據(jù)記錄具體格式要求。

GPS數(shù)據(jù)室內(nèi)預(yù)處理工作

GPS測量數(shù)據(jù)預(yù)處理是指采用GPS數(shù)據(jù)正式更新土地利用數(shù)據(jù)庫之前對GPS原始數(shù)據(jù)的處理過程，該項任務(wù)是在地理信息系統(tǒng)支持下完成的，井大體可以分為三個階段：

1、由GPS測量儀器下載接收數(shù)據(jù)，利用GPS廠商隨機提供的動態(tài)差分處理軟件，對基準(zhǔn)站和移動站數(shù)據(jù)進行后處理，獲得高精度的測量數(shù)據(jù)。在該階段 出現(xiàn)的主要問題是：如果流動站或基準(zhǔn)站接收機記錄的導(dǎo)航電文數(shù)據(jù)中缺失對相同衛(wèi)星的接收記錄，就會造成后處理過程中發(fā)生數(shù)據(jù)無效或計算錯誤的情況；而且理 論上可以認為這種情況是不可恢復(fù)的。

2、按特定格式要求將測量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換輸出；井將屬于WGS84坐標(biāo)系的GPS經(jīng)緯度數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)成我國北京54坐標(biāo)系的方里網(wǎng)數(shù)據(jù)，與土地利用基本數(shù)據(jù)庫賣現(xiàn)地理空間的匹配。

3、對GPS測量數(shù)據(jù)進行編輯，包括閉合處理、賦屬性、數(shù)據(jù)裁剪、合井等操作，目的是提供有效的GPS測量數(shù)據(jù)，滿足土地利用基本數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)更新質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。

結(jié)論

在地方開展規(guī)模性的GPS測量工作具有重要的示范性意義。一方面在國土資源管理領(lǐng)域引入*的測量技術(shù)手段，提高工作效率和質(zhì)量；另一方面也加3S”一體化空間信息技術(shù)在我國基層單位普遍應(yīng)用樹立了具體典型。

山區(qū)GPS野外測量實踐表明：必須針對土地利用空間變化具體特點采取靈活多變的測量方法，并且充分利用原土地利用圖數(shù)據(jù)。與常規(guī)土地測量工作相比， 其主要優(yōu)勢是能夠獲取高精度的測量數(shù)據(jù)以及測量操作簡便，但是在工作強度、時間和成本方面似乎井不具備在其他地形條件下GPS測量工作通常所具有的明顯優(yōu) 勢。

硬件設(shè)備性能直接影響野外測量工作質(zhì)量和效率。野外定位精度直接影響測量工作效率和GPS測量數(shù)據(jù)質(zhì)量。如果具備條件，可以考慮采用“實時動態(tài)差分方法”實施野外測量作業(yè)。

在利用T M遙感數(shù)據(jù)獲取“變化靶區(qū)”信息的數(shù)據(jù)條件下， GPS測量工作的地位當(dāng)然。但是，考慮到商業(yè)衛(wèi)星遙感圖像分辨率日益提高的發(fā)展趨勢，在山區(qū)土地資源監(jiān)測領(lǐng)域中GPS技術(shù)未來應(yīng)用趨勢和地位變遷，還令人拭目以待。

信息標(biāo)題：南方山區(qū)土地利用GPS野外測量方法

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