土地信息系統研究綜述

周磊

（中國石油大學（華東）地球資源與信息學院，東營，257061）

摘要：本文介紹了國內外土地信息技術的研究現狀，將國外和國內的土地信息系統發展過程清晰地分為幾個階段，對未來土地信息系統學科的發展趨勢及面臨的學科前沿問題進行探討，並從哲學角度進行歸納總結，同時提出了未來土地信息系統建設的思路。

關鍵詞：土地信息系統；發展趨勢；學科前沿

土地信息系統是土地規劃和管理定量化、科學化以及對土地信息進行快速查詢、分析和更新的技術手段和方法，並為決策提供輔助支持［1］。隨著國土資源部門信息化進程的加快，各級國土資源部門正在把土地信息系統的建設列為部門信息化建設的重點，將土地信息系統的建設列入國土資源部門電子政務建設當中，目的是提高國土資源部門的土地管理效率，更好地實現國土資源的監管和對公眾的信息服務。

1 國內外土地信息技術的研究現狀

20 世紀是高新技術產生和發展的歷史時期，也是土地信息系統產生和發展的歷史時期。全世界土地信息系統的發展歷程，可以分為以下幾個階段：50年代是土地信息系統的準備時期，60年代是土地信息系統的產生時期，70年代是土地信息系統的形成時期，80年代是土地信息系統的示範時期，90年代是土地信息系統的發展時期［2］。我國和其他發展中國家的土地信息系統發展相對落後，許多行政管理機構和科研院所正在土地信息系統方面做大量的研究和開發工作。

信息技術的迅猛發展對人類社會的進步產生了巨大的推動作用，對LIS的發展也產生了深遠影響。新技術已經極大地改善了土地有關信息的采集、處理、存儲和發布。新的測量和填圖技術，如GPS和遙感技術，可以快速采集大量的土地信息，計算機和Internet技術的發展，已解決了處理、存儲和發布大量土地信息的技術問題。采用上述新技術，各種來源的土地信息，都可以被整合在壹個LIS 系統內，便於對系統的土地信息采集、處理、存儲和發布進行有效的管理，以滿足多用戶對土地信息的適時需求。

這些技術進步包括：①數字攝影測量技術、高分辨率遙感技術及 GPS 技術，極大地提高了土地有關的數據采集精度和速度；②計算機技術仍然在快速發展，對於大量的土地數據存儲和分析處理產生了積極的影響；③GIS 和空間數據庫管理技術的發展，極大地改善了土地信息的提取、分析和管理方式；④WEB GIS 技術的發展及寬帶網絡系統的建立，使全球範圍內大量的土地數據交換成為可能，同時改變了土地信息的發布方式和服務模式。

在這些技術進步的影響下，芬蘭、荷蘭和希臘等發達國家在已有的 LIS 系統基礎上，相繼完成了國家級土地信息的數字化建設，實現土地信息的計算機化管理，建立了面向社會不同用戶的基於 Internet 技術的土地信息發布和信息服務平臺。使 LIS 能更好地服務於各種級別的土地利用規劃和經濟的可持續發展，並對土地市場的發展產生了推動作用。

芬蘭國家土地測量署（NLS）選用 Small World GIS 軟件作為系統的開發工具，設計開發了新系統（JAKO），這個系統把屬性數據和（矢量格式）地圖數據存儲在同壹個無縫關系型數據庫中，具有多用戶同時更新數據的功能。JAKO采用“超文本用戶界面”，而且Internet服務功能優越，NLS 以外的用戶可以通過 Internet，按照地塊標示號進行土地信息查詢。

荷蘭地籍署分別於1997年和1999年完成全國地籍圖的數字化工作和大比例尺地形底圖的數字化以後，將數據分別存儲在4個大型的數據庫中，用 Intranet 查詢和更新數據庫，通過終端仿真技術查詢數據庫。目前終端仿真技術的信息查詢服務已經過時，地籍署正在努力開發能夠提供更好的 Internet 在線服務的新系統。

希臘政府建立了壹個客戶端/服務器的網絡系統，PC機用戶可以不必裝專業的GIS軟件就能查詢地圖數據。數據庫采用分布式管理，包括空間和非空間數據。

20世紀90年代以來，我國的土地信息系統發展較快，以深圳市和常州市為代表的地市級土地信息系統建設取得了可喜的成績，實現了無紙管理土地信息數據，產生了較好的社會效益。中國地質大學中地信息公司開發的國土管理信息系統，主要包括城鎮地籍管理系統，土地利用數據庫系統，土地利用規劃管理系統，土地監察管理系統，建設用地管理系統，農村地籍管理系統，土地利用動態監測系統，土地交易管理系統，土地發布系統，城鎮土地定級估價系統，基本農田保護系統等壹系列信息系統。此外還有壹些其他公司開發的軟件也取得了較好的研究成果［3］［4］。

2 未來土地信息系統的發展趨勢

2.1 未來土地信息系統將成為國家空間數據基礎設施建設的重要組成部分

土地信息系統現代化建設需要較高的投入。據估算，在東歐國家100 萬個地塊的信息化建設，需要投入1 億美元。所以在推動信息化建設過程中，必須精心策劃，並與其他有關大型計劃綜合考慮。1994年美國總統發布國家空間數據基礎設施（NSDI）建設行政命令以來，發達國家在國家基礎地理信息數據建設相關的技術及政策方面，已有較大的動作。LIS 作為國家基礎性地學數據信息系統，其發展應和 NSDI 建設緊密結合起來。美國、加拿大、荷蘭和澳大利亞的土地信息系統建設已經作為 NSDI 建設的重要組成部分，在技術開發和相關的政策條例上綜合考慮［2］。

土地信息系統像“數字城市”、“數字地球”等信息基礎設施壹樣，運用基於互聯網的地理信息系統技術，形成信息查詢、監控、決策支持等多種功能的數字系統［5］。土地信息系統將是信息化建設和社會經濟、資源環境可持續發展的重要武器。

2.2 土地信息系統將會獲得更新的數據源

任何壹門學科走向成熟必然要與其他相關學科的部分理論與技術成果相整合，利用相關學科的理論與技術成果改善本學科的研究條件，補充完善本學科的理論與技術。土地信息系統學科是計算機科學與技術的延續，又是計算機技術同測繪科學與技術相結合的產物。隨著測繪科學與技術的發展需求，宇航空間技術以及電子技術提供了可能的技術條件，產生了遙感技術與全球定位技術，這兩門技術都為土地信息系統提供數據源，與這兩

門技術的結合是土地信息系統學科發展的必然。隨著土地信息系統學科的發展，這種結合直至融合將會越來越緊密，發展趨勢越來越明顯。這種融合不僅表現在硬件上，出現了集遙感圖像采集、全球精確定位、無線數據通訊與數據處理於壹體的掌上電腦設備；而且表現在各系統運行機理上相互滲透、有機融合，這種運行機理的滲透與融合又為設備超小型化創造了條件。土地信息系統的研究要順應土地信息系統的這種發展趨勢，要在這些相關學科的結合點上尋求研究主攻方向，加速與深化這種融合，以推動土地信息系統學科的發展［6］［7］［8］［9］。

Google Earth 軟件是美國 Google 公司於2005年6月推出的壹款全球衛星地圖集成軟件。它是壹種可視化的假彩色全球地圖，其圖像數據為衛星影像與航拍的數據整合，全球地貌影像的有效分辨率至少為100m，通常為30m （如中國大陸）。Google Earth 圖件具有較高的分辨率，數據更新也非常迅速，若用地形圖為地圖，將截取的 Google Earth 影像疊合到地形圖上面，對照發現地類的變化，可以完成土地變更調查，更新土地信息數據庫。隨著 Google Earth 軟件的迅速發展，遙感影像分辨率的不斷提高，相信土地信息系統的發展將會與之結合。土地信息系統采用 Google Earth 影像作為壹部分數據來源，不僅極大地節省了購買遙感圖像的成本，而且可以很及時地發現地類的變化，高效的更新數據庫具有很好的時效性。

2.3 土地信息系統呈現多樣化工具化的發展趨勢

數據庫技術是任何信息系統的技術基礎，土地信息系統也不例外。土地信息系統是存儲與處理以時空為基本框架的各種數據的復雜系統，這壹信息系統對於數據庫管理功能要求較高，不但數據量極其巨大，數據種類繁多；而且數據關聯十分復雜，這裏既有空間拓撲的復雜關聯關系，又有復雜的時間拓撲的關聯關系［10］［11］。面向對象的思想以及實施面向對象思想的各種計算機軟件技術是當代計算機科學與技術的壹個重要成果，而關系代數的創立又為關系型數據庫的建立奠定了堅實的理論基礎。實施面向對象思想進行關系型數據庫管理既為復雜數據類型的數據庫管理技術帶來了先進科學的數據管理理論，同時又有新的挑戰。這種挑戰就在於如何實現壹部分數據變更時，所有變更的數據隨之意誌變更。用面向對象的思想將地理信息系統的時空數據與屬性數據統壹納入關系型數據庫管理之下，實現兩種數據的壹體化管理，這是土地信息系統發展的壹個趨勢［12］［13］［14］。

土地信息系統經過多年的發展，已不是壹個簡單的功能軟件，而發展成為壹種軟件開發平臺。現代信息技術和網絡技術的發展，使土地信息系統的建設基於Internert的在線信息發布平臺，這使土地信息有了更高的透明度，信息***享程度更好。隨著社會信息化進程的深入，土地信息系統應用日益普及，系統向著多樣化、工具化的方向發展的趨勢日益明顯。為適應社會這種功能與性能多樣化的需求，土地信息系統軟件或軟件平臺呈現多樣化的局面［15］［16］［17］［18］。系統軟件已經逐漸成為工具，走上市場。系統軟件規範化、標準化是軟件工具化的前提。除此，土地信息系統也正向著智能化的方向發展。

2.4 土地信息系統建設要更多地服務於自然資源和社會經濟發展規劃

傳統的LIS主要用於社會經濟領域，近年來，由於對環境問題和社會可持續發展的關註，對LIS土地信息服務提出了全新的要求。黨的十六屆五中全會提出了建設社會主義新農村的歷史任務，其主要內容就是“生產發展、生活富裕、鄉風文明、村落整潔、管理民主”［19］［20］。在這“十壹五”規劃階段，為適應社會發展的要求，土地信息系統的建設必須能夠更好地服務於自然資源和社會經濟發展規劃，使土地信息的管理邁入更加智能化的階段。

3 土地信息系統面臨的幾個學科前沿問題

3.1 土地信息系統建立過程中的數據質量問題

數據是信息的載體，數據對土地信息系統（LIS）來說是至關重要的，數據質量的好壞是土地信息系統成敗的關鍵，信息系統對數據進行處理就是為了得到數據中包含的信息。數據庫（包括空間數據和非空間數據）是土地信息系統最基本、最重要的組成部分，也是投資比較大的部分，數據質量的好壞直接影響系統的功能和應用。地學信息數據往往帶有不確定性，造成地學信息數據不確定性有多方面的原因［21］，測量尺度或測量精度的不同是其中壹個原因，二維空間中線狀地物的長度隨測量尺度的不同，其測量結果就不同，三維空間中面狀地物的表面積隨測量尺度的不同，其測量結果也不同。地球這樣壹個不規則的表面又為地學信息數據不確定性增加了壹個難以控制的因素。多因素幹擾的所謂“病態”遙感數據也是實際地學信息數據不確定性的壹個原因，因為遙感數據越來越成為地學信息數據的重要來源。地學信息數據往往沒有真值［22］，分數維的思想為解決這種數據不確定性問題帶來了壹條思路，但還有大量的理論與實際問題需要解決。

3.2 土地信息系統開發標準化問題

沒有數據的標準化與系統開發的規範化就沒有信息的社會化。信息數據與信息系統的標準化研究始終是信息科學與技術的前沿問題［23］，制定數據標準是實現數據***享的前提。歐美各國對空間數據標準的研究和制定比較早，隨著我國土地信息產業的迅速發展，制定壹系列土地空間數據評價標準顯得日益重要，為此必須制定壹系列有關標準和規程，如土地信息系統中名詞術語標準、圖形與影像數據采集技術規程、數據交換格式標準、數據精度和質量標準、土地數據的分類與代碼。

3.3 時空數據模型以及數據的壓縮和更新淘汰問題

數據結構設置是壹個信息系統軟件程序設計的靈魂。空間拓撲關系的表達、時間維數據的參與又引出時間拓撲問題，如何表達時間拓撲信息增加了系統數據結構的復雜程度，將關系復雜的時空數據與門類復雜的屬性數據統壹用關系型數據結構表達又增加了問題的復雜程度。由於數據收集手段的改進，地學信息數據在成幾何級數的速度增長，而計算機數據存儲空間卻以算術級數在增加，勢必有壹天數據存儲空間容納不下巨額的地學信息數據［24］。需要研究地學信息空間數據壓縮技術，其中包括網格格式數據的無損壓縮與有損壓縮、矢量格式的數據壓縮等。

3.4 土地信息數據的信息挖掘問題

土地空間數據隱含著大量的資源、環境和社會經濟信息，如何從浩繁的數據中將這些深層的信息“挖掘”出來又是土地信息系統學科需要研究解決的問題。將空間信息挖掘出來更好的創造社會效益，需要“挖掘者”不但具有駕馭土地信息系統空間分析功能的能力，而且更需要具有較深的經濟地理、資源環境等方面的專業知識［25］。

研究土地信息系統的發展趨勢以及學科前沿，可以將這些問題歸結為三個方面，即地球信息的哲學問題、地球信息機理問題以及地球信息工程問題。地球信息的哲學問題揭示地球信息本身的屬性以及人們對地理世界的認知規律；地球信息機理問題尋求地學信息科學與技術的發展方向；地球信息工程問題則從整體上解決土地信息技術的集成、整合問題。

總之，土地信息系統的建設要從土地管理的實處起步，從遠處規劃，著眼於土地管理的未來，要對國家土地管理的發展和系統建設的新技術、新動向有預見，使土地信息系統建設周期與土地管理未來發展相吻合。

參考文獻

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