引言

經(jīng)濟(jì)技術(shù)迅速發(fā)展以及人口劇增和城市化進(jìn)程加快，造成了耕地減少、土地退化、資源短缺、生態(tài)環(huán)境惡化等諸多問題，耕地作為人類獲得食物的主要基地，自然成為這種矛盾焦點(diǎn)，是否有足夠的土地來生產(chǎn)未來人口所需要的糧食比任何時期都更為急迫地被提上議事日程，如何協(xié)調(diào)保護(hù)與占用之間的關(guān)系是當(dāng)前國家面臨的嚴(yán)峻問題之一。

近些年來，黨和國家領(lǐng)導(dǎo)人對耕地保護(hù)十分重視，并將其放在民族生存與發(fā)展的角度來考慮，指出：“保護(hù)耕地是事關(guān)社會主義建設(shè)全局的大事”，“保護(hù)耕地就是保護(hù)我們的生命線”。國家先后制定了一系列重大政策、法律，一再強(qiáng)調(diào)要切實(shí)保護(hù)耕地。黨的十六大提出全面建設(shè)小康社會，加快推進(jìn)社會主義現(xiàn)代化進(jìn)程的宏偉目標(biāo)之后，耕地保護(hù)工作將面臨經(jīng)濟(jì)發(fā)展、人口增長、生態(tài)環(huán)境等多種壓力。

因此耕地保護(hù)工作應(yīng)當(dāng)堅持實(shí)事求是、與時俱進(jìn)、開拓創(chuàng)新的辯證原則，不斷豐富完善保護(hù)理念，創(chuàng)新保護(hù)機(jī)制，構(gòu)建新的保護(hù)體制，走有中國特色的耕地、生態(tài)、經(jīng)濟(jì)協(xié)調(diào)的、可持續(xù)發(fā)展的道路。“耕地動態(tài)監(jiān)測”就是對耕地進(jìn)行了全面性的調(diào)查，掌握了其數(shù)量、質(zhì)量、利用現(xiàn)狀等各種信息后，監(jiān)測耕地資源動態(tài)變化的過程，模擬區(qū)域耕地的時序演變，體現(xiàn)耕地“質(zhì)”與“量”的演化規(guī)律，把握耕地資源保護(hù)的“度”，為耕地保護(hù)提供宏觀決策支持。

二、耕地保護(hù)的3S動態(tài)監(jiān)測

3S集成技術(shù)在國土資源保護(hù)中發(fā)揮著重要作用，3S技術(shù)強(qiáng)大的空間數(shù)據(jù)處理分析和表達(dá)能力為解決這一問題提供了技術(shù)。3S集成是指三種技術(shù)與其他相關(guān)技術(shù)有機(jī)地集成在一起，是一種有機(jī)的結(jié)合、在線的連接、實(shí)時的處理和系統(tǒng)的整體性，主要依靠遙感（RS）、全球定位系統(tǒng)（GPS）作為信息獲取的技術(shù)手段，依靠地理信息系統(tǒng)（GIS）作為時間、空間和屬性系統(tǒng)處理和分析手段。RS數(shù)據(jù)可以迅速地進(jìn)入GIS分析處理系統(tǒng)，使我們可以動態(tài)地分析地表某類現(xiàn)象的變化。來自GPS接收機(jī)精確的位置信息可以幫助航空像片的幾何校正和鑲嵌，保證了RS數(shù)據(jù)及地面同步監(jiān)測數(shù)據(jù)獲取的動態(tài)配準(zhǔn)，使它們動態(tài)進(jìn)入GIS數(shù)據(jù)庫。

（一）系統(tǒng)構(gòu)成

在3S監(jiān)測系統(tǒng)中，RS數(shù)據(jù)是監(jiān)測土地資源成敗的主要因素，是構(gòu)成監(jiān)測系統(tǒng)的重要組成部分，系統(tǒng)的核心是GIS數(shù)據(jù)庫，各類空間數(shù)據(jù)經(jīng)過糾正、轉(zhuǎn)換、處理后都以某種格式存放在數(shù)據(jù)庫中。在形式上，這些信息分為數(shù)字、文字和圖形等類，分別存放在數(shù)據(jù)庫和圖形庫里;在內(nèi)容上，這些信息包括土地利用現(xiàn)狀、土壤、氣候、水等資料，從而構(gòu)成龐大的數(shù)據(jù)庫和圖形庫群體。GIS使用查詢、顯示、分析、決策功能進(jìn)行搜尋、迭加、篩選等，便可實(shí)現(xiàn)土地利用動態(tài)監(jiān)測，為管理部門提供決策支持服務(wù)。

（二）耕地動態(tài)監(jiān)測流程

1.本底數(shù)據(jù)的獲取

進(jìn)行耕地變化監(jiān)測必須建立基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫，其中的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)主要是耕地及其他用地的多邊形矢量數(shù)據(jù)和地塊的屬性數(shù)據(jù)，包括圖幅號、地塊編碼、地類名稱、地類編碼、地塊面積和其他屬性。建立一個區(qū)域基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫，最簡單的方法是采用計算機(jī)的文件系統(tǒng)。文件系統(tǒng)同樣具有數(shù)據(jù)管理、存取、檢索、查詢、建檔和數(shù)據(jù)更新的功能。

精化基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫時，可以根據(jù)區(qū)域現(xiàn)有的數(shù)據(jù)源選擇以下方法：（1）用SPOT圖像和TM圖像將同一年的SPOT全色圖像（最好是冬季且無雪覆蓋的圖像）和適當(dāng)季節(jié)的TM圖像（3，4，5波段）融合處理，提取土地覆蓋類型的空間數(shù)據(jù)。（2）用中比例尺航空像片將比例尺1∶3.5萬的近期（2年之內(nèi)）航空像片用100～200μm的步距數(shù)字化，經(jīng)過處理取得正射糾正的影像，和當(dāng)年的TM（3，4，5波段）融合處理，提取土地覆蓋類型的空間數(shù)據(jù)。（3）TM圖像與GPS測量相結(jié)合將TM（3，4，5波段）合成，與基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫中現(xiàn)有的空間數(shù)據(jù)疊加，檢測變化后，用差分GPS測量方法進(jìn)行實(shí)地修測。

2.航天衛(wèi)星遙感圖像的處理和分析

對土地利用進(jìn)行動態(tài)監(jiān)測必須依靠多光譜衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)來發(fā)現(xiàn)土地覆蓋類型的變化。對土地覆蓋類型的變化檢測，根據(jù)理論和經(jīng)驗(yàn)應(yīng)選用TM的3，4，5波段進(jìn)行處理。圖像處理包括預(yù)處理，不同質(zhì)的融合或同質(zhì)圖像不同波段的合成，以及圖像的判讀分析。

3.差分GPS測量數(shù)據(jù)的獲取與處理

用差分GPS測量方法進(jìn)行土地覆蓋類型變化的實(shí)地檢測，包括GPS地物測量的外業(yè)工作和差分GPS測量數(shù)據(jù)的后處理。通過對GPS數(shù)據(jù)與耕地現(xiàn)狀調(diào)查利用數(shù)據(jù)復(fù)合分析處理后，對原數(shù)據(jù)庫進(jìn)行更新。這樣就可以對這個數(shù)據(jù)庫內(nèi)的資源進(jìn)行分析研究和利用，切實(shí)把握住耕地減少的根本原因，剎住源頭。

三、3S技術(shù)在唐山耕地保護(hù)中的應(yīng)用

現(xiàn)就唐山市耕地保護(hù)利用3S技術(shù)監(jiān)測，特別是煤炭工業(yè)對耕地影響監(jiān)測，進(jìn)行研究探討。

（一）研究區(qū)現(xiàn)狀
唐山市地處華北平原，處在環(huán)渤海經(jīng)濟(jì)圈開發(fā)帶中心位置。市區(qū)地形復(fù)雜，地貌多樣，有山地、丘陵、盆地、平原等類型。位于華北平原東北部，土壤肥沃，四季分明，雨量集中在夏季，旱情嚴(yán)重。該區(qū)在區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造上，位于板塊交接帶上，地殼運(yùn)動活躍，1976年曾發(fā)生7.6級大地震。

唐山市的煤礦經(jīng)過百年開采，對豐富的鐵礦、石灰石等資源的群采，已形成6000hm?2的采空區(qū)和21400hm?2的采煤塌陷區(qū)，也使生態(tài)環(huán)境遭到嚴(yán)重破壞，嚴(yán)重破壞了地表自然形態(tài)、建筑物和農(nóng)田，由此引起的水土流失、耕地減少、植被破壞等問題愈益突出。其地貌土地利用狀況使得用3S技術(shù)在RS數(shù)據(jù)獲取與圖像處理，GIS內(nèi)業(yè)處理，GPS野外工作等方面有很強(qiáng)的代表性。

（二）3S技術(shù)的應(yīng)用

3S 技術(shù)在煤礦環(huán)境監(jiān)測與治理中的應(yīng)用，已經(jīng)積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)。其具體模式是：利用RS影像環(huán)境信息源，通過圖像處理，提取要素，進(jìn)行GPS輔助的外業(yè)調(diào)查，獲取煤礦環(huán)境信息。在GIS的支持下對環(huán)境進(jìn)行評價。通過多時相、多波段、多尺度遙感影像信息與常規(guī)環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)的符合與動態(tài)比較，研究煤礦環(huán)境的演變趨勢。利用3S技術(shù)進(jìn)行煤礦環(huán)境監(jiān)測與治理的典型方案如煤礦大氣污染，煤礦環(huán)境的綜合評價，地面塌陷監(jiān)測，煤礦環(huán)境規(guī)劃等。

1.用于煤礦環(huán)境數(shù)據(jù)信息的監(jiān)測

遙感是采集環(huán)境信息的主要技術(shù)手段，根據(jù)衛(wèi)星遙感影像，經(jīng)過圖像處理，可以獲取礦區(qū)生態(tài)環(huán)境變化的基本數(shù)據(jù)和圖像資料，獲得大氣污染狀況、土壤污染、破壞和鹽漬化進(jìn)程、水土流失狀況、植被破壞與生態(tài)環(huán)境演變惡化狀況、地下及地表水體的污染等方面的數(shù)據(jù)和信息。GIS數(shù)據(jù)采集模塊可將用常規(guī)方法觀測到的環(huán)境數(shù)據(jù)輸入環(huán)境信息數(shù)據(jù)庫，與遙感環(huán)境信息進(jìn)行復(fù)合和疊加，實(shí)現(xiàn)煤礦多源環(huán)境信息的統(tǒng)一管理。例如彩紅外遙感影像可監(jiān)測固體廢棄物引起的生態(tài)環(huán)境變化，用熱紅外遙感調(diào)查工業(yè)熱流(污水、廢氣等)對水體和周圍環(huán)境的污染，可監(jiān)測城市、工礦的“三廢”排出狀況。

2.土地資源動態(tài)監(jiān)測

采礦生產(chǎn)對土地資源的影響是一個動態(tài)的過程，如何根據(jù)采礦生產(chǎn)的進(jìn)行，實(shí)時監(jiān)測土地資源的破壞情況、預(yù)測影響區(qū)域，進(jìn)而確定征地范圍，優(yōu)化征地方案，組織礦區(qū)土地復(fù)墾，是一個典型的土地資源動態(tài)監(jiān)測與決策支持過程，綜合利用3S技術(shù)可以勝任這一任務(wù)。最為有效的監(jiān)測方法則是將遙感和GIS集成的監(jiān)測方法，并發(fā)揮GPS技術(shù)在獲取土地利用變化空間數(shù)據(jù)方面的優(yōu)越性。

3.土地復(fù)墾

土地資源可持續(xù)利用要求“開源”與“節(jié)流”并重，對廢棄地進(jìn)行土地復(fù)墾是開源的重要措施。唐山因?yàn)楣�業(yè)生產(chǎn)而生成的土地挖損、塌陷、壓占等方面的問題特別嚴(yán)重。以煤礦為例，采煤塌陷地已累計達(dá)20平方公里，據(jù)預(yù)測，隨著煤炭的不斷開采，今后每年還將新增2400畝塌陷地壓占大部分耕地。土地資源特別是耕地資源浪費(fèi)嚴(yán)重，進(jìn)行土地復(fù)墾是“開源”的重要措施。將以遙感、GIS、GPS為主體的3S集成技術(shù)應(yīng)用于礦區(qū)土地復(fù)墾的規(guī)劃、工程實(shí)施、監(jiān)測、評價等方面，對耕地保護(hù)具有重大意義。

4.應(yīng)用于開采沉陷監(jiān)測和治理

對塌陷區(qū)的動態(tài)監(jiān)測和治理，若采用常規(guī)的技術(shù)手段（如地形測量）甚至航空攝影測量是難以勝任的。我們采用GPS作控制點(diǎn)定位測量，利用法國SPOT衛(wèi)星遙感圖像資料以及不同時相的彩色紅外和黑白全色航空遙感像片，進(jìn)行計算機(jī)幾何糾正和圖像處理，得到紅、綠、藍(lán)3色的假彩色多波段匹配圖像，不同色調(diào)可以反映開采塌陷區(qū)的積水狀態(tài)和歷史變化，運(yùn)用GIS系統(tǒng)進(jìn)行統(tǒng)計分析，制作專題圖等。