测绘地理信息技术在乡村建设中的应用探讨
摘要:乡村振兴是促进农村经济发展、改善农民生活和实现城乡共同发展的重要举措,其建设与发展离不开科学技术的支撑。随着测绘技术发展迅速,新技术层出不穷,用途越来越广。但是,目前测绘新技术在乡村振兴中的应用还不够明确,针对此问题,文章通过对测绘新技术进行简单概述,重点探讨了测绘地理信息技术在乡村土地管理、农业发展和自然资源监测三个方面的应用,以期能为乡村振兴工作提供有效的技术支持和决策参考。
关键词:乡村振兴;测绘新技术;土地管理;农业发展;生态环境
文章编号:1674-7437(2024)05-0228-03 中国图书分类号:P204 文章标识码:A
在全球化背景下,农村地区作为现代社会的重要组成部分,其发展状况直接关系到国家的稳定和社会的进步。乡村振兴战略作为一项国家级的重大决策部署,旨在推动农业现代化,实现农业强、农村美、农民富的目标,是新时代全面深化改革的重要举措之一。在这一战略的推动下,测绘地理信息技术凭借其在空间数据获取、处理和分析方面的独特优势,被广泛应用于乡村规划设计、土地资源管理、农业生产发展以及生态环境保护等多个领域,成为实现乡村振兴的重要技术支撑。因此,提升普通群众对测绘新技术及其应用的理解,拓展测绘技术在新农村建设中应用的领域,对于提升乡村规划和管理水平、推动乡村振兴战略的有效实施、实现可持续发展和全面建设美丽乡村的目标具有重要意义[1-2]。
1 现代测绘地理信息技术
现代测绘地理信息技术的迅猛发展,推动着测绘地理信息技术的边界不断拓展,为获取高精度、高效率的地理信息提供了可能。其中,地理信息系统(GIS)、无人机(UAV)航测、LiDAR技术、高光谱遥感技术和InSAR技术等是目前应用最为广泛的现代测绘技术,主要介绍如下[3]。
地理信息系统(GIS)。GIS技术是一种集成了地理空间数据采集、存储、管理、分析和可视化展示等多种功能的信息技术。它将地理位置信息与属性数据相结合,通过空间分析和地图制图等手段,帮助人们理解和解释地理现象、模拟和预测地理过程,从而制定决策和规划。GIS技术的核心是地理空间数据的采集和管理,应用各种传感器、测量设备和遥感技术,获取地理空间数据,并通过数据模型和数据库管理系统对数据进行存储和管理,再应用空间分析、网络分析、地理统计等方法,对地理空间数据进行挖掘、分析和模拟,探索地理规律和关联。
无人机(UAV)航测技术。无人机航测技术是指利用无人机进行航空摄影测量和遥感数据获取的技术。无人机通过搭载各种传感器,如高清相机、激光雷达、热像仪等进行高空飞行,采集地表的影像、点云和其他遥感数据,用于地图制图、地形测量、资源调查、环境监测等应用。目前最常见的应用是搭载相机进行正射影像图制作和构建测区倾斜摄影实景三维模型。
LiDAR技术。LiDAR技术是利用激光器发射脉冲激光束,通过测量激光束从目标物体反射回来的时间和强度信息,来获取目标物体的距离、位置和形状等信息,具有高精度、高分辨率和快速获取数据的特点,被广泛应用于地形测绘、城市规划、建筑设计、环境监测、自动驾驶等领域。此外,由于LiDAR能够发射不同波段的脉冲激光,可以穿透植被,直接获取地表三维点云数据,建立高精度数字地面模型(DEM)。
高光谱遥感技术。高光谱遥感是指具有高光谱分辨率的遥感科学和技术,利用高光谱传感器,可以在可见光、红外和近红外等多个波段范围内收集地表反射和辐射的能量。每个波段对应一个光谱带,通过分析由光谱带组合形成的高光谱图像,可以获取地表物质的光谱特征,进而推断出地表上的物质组成、含量、质地等信息。
InSAR技术。InSAR技术,全称为合成孔径雷达干涉,是一种使用两幅或多幅合成孔径雷达(SAR)图像对地表进行精确测量的遥感技术。该技术能够检测地表的微小形变,具有高精度、全天候、全天时和对恶劣天气条件具有较强的适应性等特点,广泛应用于地质灾害监测、环境变化研究和城市建设等领域。在乡村建设中主要应用于地质灾害监测和土地沉降监测,通过监测地表变形和沉降情况,可以提前预警地质灾害。
2 测绘地理信息技术在土地管理中的应用
2.1遥感技术在土地资源调查与分类中的应用
遥感技术可以快速获取大量的土地资源信息,辅助决策者进行土地规划、土地利用评估、生态环境监测等工作。首先,通过卫星、航空或无人机等遥感平台获取高分辨率的遥感影像数据,并对遥感影像进行预处理,包括去除大气、几何校正、辐射校正等,提高影像的质量和准确性。其次,利用遥感影像数据提取土地资源的特征信息,如植被指数、土地覆盖类型、土地利用状况等。最后,利用机器学习算法、图像处理技术等方法对提取的特征进行分类,将土地划分为不同类别,再基于分类结果对土地资源进行调查与分析,包括土地利用评估、土地规划、生态环境监测等。此外,还可以通过比较不同时间段的遥感影像数据,了解土地利用变化情况,为土地资源的合理开发和保护提供科学依据[4]。
2.2倾斜摄影测量技术在土地优化配置中的应用
应用无人机摄影测量技术可以构建测区实景三维模型。借助实景三维模型提供的精确地理数据和基础量测功能,规划人员可以在实景三维模型上直接进行土地利用调查和分析,获取土地类型、土地覆盖、土地利用强度等重要信息;也可以进行地形分析和地貌测量工作,获取高程模型、坡度、坡向等信息。根据土地的地形特征和水文条件,确定适宜的土地利用方式,提高土地的生产力和可持续发展能力。此外,还可以通过定期进行倾斜摄影测量,获取土地利用变化的时空数据,包括土地扩张、农田面积变化、城市化进程等,帮助决策者了解土地利用变化的趋势和影响,制定相应的政策和措施,进而保护土地资源,推动土地资源可持续发展。
2.3无人机航测技术在权属界定中的应用
土地权属界定与管理是土地管理工作的重要组成部分,它直接关系到土地资源的正当利用和土地纠纷的有效解决。早先应用全球定位系统(GPS)和电子全站仪等测量设备即可获得准确的土地权属界线数据,但由于这种方式工作效率低、人工成本高,目前已被无人机航测技术所取代。基于无人机航测技术建立测区正射影像图,再以正射影像数据作为底图,在影像上对地块进行矢量化,并在数据库中加载土地的位置、面积、权属等基础信息,通过记录土地的交易、变更、利用等动态信息,可以提高地块矢量化的精度,缩短权属界定工期,为全国的土地确权按时完成提供技术保障。除了用于土地所有权的确认外,无人机航测技术还能够被用来创建精确的实景三维模型。通过使用专业软件,例如EPS,可以在这些三维模型上进行房屋的矢量化数据收集,从而生成高精度的地籍图。此外,在颁发产权证书的过程中,可以把不同视角的三维模型印制到产权证书上,使得证书上展示的房屋结构和属性信息更加清晰明了。
3 测绘地理信息技术在农业发展中的应用
3.1无人机在非法作物巡查中的应用
农村地区人口分布较为稀疏,废弃院子较多,不但为非法种植罂粟提供了隐秘条件,同时也增加了缉毒工作的难度。由于非法作物,如罂粟,通常具有与周围正常农作物不同的生长特性和光谱特征。因此,无人机可以通过多光谱传感器获取相关数据,根据植被指数计算和异常检测识别出非法作物,再结合导航系统和地理信息系统技术,将获取的数据与地理坐标进行关联,实现非法作物的空间分布分析和边界提取。缉毒人员通过对无人机实时传输的视频资料进行分析,能够更准确、高效地识别出罂粟种植地点。这不仅提高了巡查罂粟种植的成功率,还大幅度提升了工作效率,为打击非法种植罂粟活动提供了有力支持。
3.2GIS技术在智慧农业中的应用
在新型智慧农业建设中,应用GIS可以整合和分析各种空间数据和属性数据,为农田资源的有效利用提供决策支持。利用GIS系统,可以将农田的地理信息与气候、产量、种植历史等数据相结合,打造一个多维度的农田信息数据库。不仅能够揭示农田现状,还能为未来的农田改良和种植计划提供科学依据。此外,GIS系统可以搭载各类传感设备,实时监测农作物的生长情况,包括生长速度、叶绿素含量、植被指数等,以便及时发现农作物生长的异常情况,进而采取相应的管理措施。在农产品流通环节中,GIS技术可以将农产品的生产地、加工厂、物流节点等信息与地理位置关联起来,实现农产品的全程可追溯管理,提高农产品的质量和安全性,增强消费者对农产品的信任度[5]。
3.3高光谱技术在农作物管理方面的应用
高光谱技术在农业方面应用广泛。首先,高光谱技术可以用于农作物健康监测和病虫害检测。通过采集农田中的高光谱图像数据,可以获取不同波段的光谱信息,从而分析农作物的生长状态和健康状况;其次,高光谱技术可以用于农作物品质检测和营养评估,通过对高光谱图像数据进行分析,可以评估农作物的品质和营养含量,判断水稻的成熟度,或者评估蔬菜的营养成分含量,从而指导农民的种植管理和采收决策。此外,土壤的光谱特征与其质地、水分含量、养分含量等有关,通过高光谱图像数据的分析,可以评估土壤的质量和养分状况,有助于农民合理施肥和调整土壤管理策略。
4 测绘地理信息技术在自然资源监测中的应用
4.1无人机航测技术在森林火灾监测中的应用
无人机航测技术在森林火灾监测中的应用是通过无人机搭载的热红外传感器和可见光传感器,获取高分辨率的图像数据,从而实现对火点、火线和烟雾等火灾迹象的准确识别和定位。热红外传感器能够探测火灾产生的热辐射,通过测量地表温度变化,快速确认火源位置和火势扩展情况。可见光传感器则可以提取森林植被的生理指标,评估森林的健康状况和火灾风险。再应用图像处理和分析技术,利用火点检测算法,可以自动识别和定位火灾点,并生成火点热力图。同时,结合地理信息系统技术,将火点位置与地理坐标进行关联,进一步提高火灾监测的准确性和可视化程度。此外,还可以利用时间序列图像数据,监测火灾的发展趋势和变化情况;基于历史火灾数据和环境因素,建立火灾风险评估模型,对潜在的火灾危险区域进行识别和预测。
4.2移动式三维激光扫描技术在农林调查中的应用
绿化三维量是指对农村或区域绿化覆盖的三维空间特性进行量化的指标,不仅包括了植被的水平覆盖面积,也涵盖了植被的高度和体积,能够更全面地反映一个区域的绿化程度和植被的立体结构。绿化三维量的计算通常需要借助遥感技术、GIS(地理信息系统)以及现场实测数据等多种手段,从而获取精确的植被分布和结构信息,对于乡村规划、生态评估和环境监测等方面具有重要意义。运用移动式三维激光扫描技术获取测区植被点云信息,能够为研究树干、树冠形状、材积、生物量等提供可靠的数据资料,形成基于三维激光测绘系统的测树技术体系,进而为森林资源的动态监测奠定基础。三维绿量作为绿化指标突破了原有二维绿化指标的局限性,体现出整个测区的生态效益水平,能够准确地描述乡村森林的空间结构和定量研究城市森林与环境的相关关系以及分析绿化的环境效益和城市绿化需求总量[6]。
4.3LiDAR和InSAR技术在地质灾害调查与监测中的应用
LiDAR技术通过高精度的地形测量提供了地质灾害调查的基础数据,而InSAR技术则通过分析地表的微小变化来监测和预警地质灾害。LiDAR能够穿透植被覆盖,直接测量地面,从而揭示出可能隐藏在植被下的地形特征,如滑坡、崩塌等地质灾害的迹象。通过对同一区域在不同时间进行LiDAR扫描,可以比较不同时间点的地形数据,监测地表的微小变化,从而预测和评估滑坡、地面沉降等灾害的发展趋势,帮助科学家和工程师评估地质灾害的风险,制定相应的防灾减灾措施[7]。
InSAR技术能够监测到极其微小的地表变形,通常精度可达到毫米级。利用InSAR技术监测特定区域随时间的变化,对于识别和追踪滑坡活动非常有效,尤其适用于偏远和难以进入的乡村地区。
结合时间序列分析,这两种技术可以用来建立地质灾害的监测预警系统,从而及时向相关部门和居民提供潜在危险的信息[8]。
5 结束语
综上所述,测绘地理信息技术为乡村振兴提供了强有力的技术支持,并与乡村振兴战略中的其他方面相协调,共同推动农业产业升级、改善农村生活质量、保护生态环境和促进社会经济全面发展。随着技术的持续进步和应用创新,深入研究测绘地理信息技术在乡村振兴中的应用,使其在乡村发展的更多领域内发挥潜力,具有重要的社会和经济价值,对乡村振兴和未来发展影响深远。
参考文献:
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[6]周三章.基于三维点云的农林作物三维重建方法与特征提取研究[D].北京:北京林业大学,2021.
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[8]杨春宇,文艺,潘星,等.基于SBAS-InSAR的山体滑坡形变监测分析[J].测绘通报,2023(11):12-17.
编校:郭俊燕
网络:柳绣华
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