土地信息系统研究综述

土地信息系统的简介~

土地信息系统能系统地获取一个区域内所有与土地有关的重要特征数据，并作为法律、管理和经济的基础。也就是说，土地信息系统就是把土地资源各要素的特性、权属及其空间分布等数据信息，存储在计算机中，在计算机软、硬件支持下，实现土地信息的采集、修改、更新、删除、统计、评价、分析研究、预测和其他应用的技术系统。土地信息系统按数据特征和软硬件配套系统的不同，可分为统计型和空间型两种。统计型土地信息系统的信息源是各种统计数据，不涉及图形和国家信息的存贮。空间型土地信息系统的信息源包括图形、图像、文字、字符、数字等，它不仅可以对图像进行数据存贮、处理和分析，也可以对字符、数字进行同样工作。土地信息系统是国家对土地利用状况进行动态检测的前提，也是保证科学管理的前提，它是高科技成果在土地管理上的成功运用。

　　1、地理信息系统（GeographicInformationSystem或Geo－Informationsystem，GIS）有时又称为“地学信息系统”或“资源与环境信息系统”，是一种特定的十分重要的空间信息系统。它是在计算机硬、软件系统支持下，对整个或部分地球表层（包括大气层）空间中的有关地理分布数据进行采集、储存、管理、运算、分析、显示和描述的技术系统。
　　2、土地信息系统(land information system: LIS)，以计算机为核心，以土地资源详查、土壤普查、规划、计划、各种遥感图像、地形图、控制网点等为信息源，对土地资源信息进行获取、输入、存储、统计处理、分析、评析、输出、传输和应用的大型系统工程。
　　3、土地信息系统仅仅对土地资源进行研究，地理信息系统研究范围比土地信息系统范围广，是对整个或部分地球表层（包括大气层）空间中的有关地理分布进行研究。

周磊

（中国石油大学（华东）地球资源与信息学院，东营，257061）

摘要：本文介绍了国内外土地信息技术的研究现状，将国外和国内的土地信息系统发展过程清晰地分为几个阶段，对未来土地信息系统学科的发展趋势及面临的学科前沿问题进行探讨，并从哲学角度进行归纳总结，同时提出了未来土地信息系统建设的思路。

关键词：土地信息系统；发展趋势；学科前沿

土地信息系统是土地规划和管理定量化、科学化以及对土地信息进行快速查询、分析和更新的技术手段和方法，并为决策提供辅助支持^［1］。随着国土资源部门信息化进程的加快，各级国土资源部门正在把土地信息系统的建设列为部门信息化建设的重点，将土地信息系统的建设列入国土资源部门电子政务建设当中，目的是提高国土资源部门的土地管理效率，更好地实现国土资源的监管和对公众的信息服务。

1 国内外土地信息技术的研究现状

20 世纪是高新技术产生和发展的历史时期，也是土地信息系统产生和发展的历史时期。全世界土地信息系统的发展历程，可以分为以下几个阶段：50年代是土地信息系统的准备时期，60年代是土地信息系统的产生时期，70年代是土地信息系统的形成时期，80年代是土地信息系统的示范时期，90年代是土地信息系统的发展时期^［2］。我国和其他发展中国家的土地信息系统发展相对落后，许多行政管理机构和科研院所正在土地信息系统方面做大量的研究和开发工作。

信息技术的迅猛发展对人类社会的进步产生了巨大的推动作用，对LIS的发展也产生了深远影响。新技术已经极大地改善了土地有关信息的采集、处理、存储和发布。新的测量和填图技术，如GPS和遥感技术，可以快速采集大量的土地信息，计算机和Internet技术的发展，已解决了处理、存储和发布大量土地信息的技术问题。采用上述新技术，各种来源的土地信息，都可以被整合在一个LIS 系统内，便于对系统的土地信息采集、处理、存储和发布进行有效的管理，以满足多用户对土地信息的适时需求。

这些技术进步包括：①数字摄影测量技术、高分辨率遥感技术及 GPS 技术，极大地提高了土地有关的数据采集精度和速度；②计算机技术仍然在快速发展，对于大量的土地数据存储和分析处理产生了积极的影响；③GIS 和空间数据库管理技术的发展，极大地改善了土地信息的提取、分析和管理方式；④WEB GIS 技术的发展及宽带网络系统的建立，使全球范围内大量的土地数据交换成为可能，同时改变了土地信息的发布方式和服务模式。

在这些技术进步的影响下，芬兰、荷兰和希腊等发达国家在已有的 LIS 系统基础上，相继完成了国家级土地信息的数字化建设，实现土地信息的计算机化管理，建立了面向社会不同用户的基于 Internet 技术的土地信息发布和信息服务平台。使 LIS 能更好地服务于各种级别的土地利用规划和经济的可持续发展，并对土地市场的发展产生了推动作用。

芬兰国家土地测量署（NLS）选用 Small World GIS 软件作为系统的开发工具，设计开发了新系统（JAKO），这个系统把属性数据和（矢量格式）地图数据存储在同一个无缝关系型数据库中，具有多用户同时更新数据的功能。JAKO采用“超文本用户界面”，而且Internet服务功能优越，NLS 以外的用户可以通过 Internet，按照地块标示号进行土地信息查询。

荷兰地籍署分别于1997年和1999年完成全国地籍图的数字化工作和大比例尺地形底图的数字化以后，将数据分别存储在4个大型的数据库中，用 Intranet 查询和更新数据库，通过终端仿真技术查询数据库。目前终端仿真技术的信息查询服务已经过时，地籍署正在努力开发能够提供更好的 Internet 在线服务的新系统。

希腊政府建立了一个客户端/服务器的网络系统，PC机用户可以不必装专业的GIS软件就能查询地图数据。数据库采用分布式管理，包括空间和非空间数据。

20世纪90年代以来，我国的土地信息系统发展较快，以深圳市和常州市为代表的地市级土地信息系统建设取得了可喜的成绩，实现了无纸管理土地信息数据，产生了较好的社会效益。中国地质大学中地信息公司开发的国土管理信息系统，主要包括城镇地籍管理系统，土地利用数据库系统，土地利用规划管理系统，土地监察管理系统，建设用地管理系统，农村地籍管理系统，土地利用动态监测系统，土地交易管理系统，土地发布系统，城镇土地定级估价系统，基本农田保护系统等一系列信息系统。此外还有一些其他公司开发的软件也取得了较好的研究成果^{［3］［4］}。

2 未来土地信息系统的发展趋势

2.1 未来土地信息系统将成为国家空间数据基础设施建设的重要组成部分

土地信息系统现代化建设需要较高的投入。据估算，在东欧国家100 万个地块的信息化建设，需要投入1 亿美元。所以在推动信息化建设过程中，必须精心策划，并与其他有关大型计划综合考虑。1994年美国总统发布国家空间数据基础设施（NSDI）建设行政命令以来，发达国家在国家基础地理信息数据建设相关的技术及政策方面，已有较大的动作。LIS 作为国家基础性地学数据信息系统，其发展应和 NSDI 建设紧密结合起来。美国、加拿大、荷兰和澳大利亚的土地信息系统建设已经作为 NSDI 建设的重要组成部分，在技术开发和相关的政策条例上综合考虑^［2］。

土地信息系统像“数字城市”、“数字地球”等信息基础设施一样，运用基于互联网的地理信息系统技术，形成信息查询、监控、决策支持等多种功能的数字系统^［5］。土地信息系统将是信息化建设和社会经济、资源环境可持续发展的重要武器。

2.2 土地信息系统将会获得更新的数据源

任何一门学科走向成熟必然要与其他相关学科的部分理论与技术成果相整合，利用相关学科的理论与技术成果改善本学科的研究条件，补充完善本学科的理论与技术。土地信息系统学科是计算机科学与技术的延续，又是计算机技术同测绘科学与技术相结合的产物。随着测绘科学与技术的发展需求，宇航空间技术以及电子技术提供了可能的技术条件，产生了遥感技术与全球定位技术，这两门技术都为土地信息系统提供数据源，与这两

门技术的结合是土地信息系统学科发展的必然。随着土地信息系统学科的发展，这种结合直至融合将会越来越紧密，发展趋势越来越明显。这种融合不仅表现在硬件上，出现了集遥感图像采集、全球精确定位、无线数据通讯与数据处理于一体的掌上电脑设备；而且表现在各系统运行机理上相互渗透、有机融合，这种运行机理的渗透与融合又为设备超小型化创造了条件。土地信息系统的研究要顺应土地信息系统的这种发展趋势，要在这些相关学科的结合点上寻求研究主攻方向，加速与深化这种融合，以推动土地信息系统学科的发展^{［6］［7］［8］［9］}。

Google Earth 软件是美国 Google 公司于2005年6月推出的一款全球卫星地图集成软件。它是一种可视化的假彩色全球地图，其图像数据为卫星影像与航拍的数据整合，全球地貌影像的有效分辨率至少为100m，通常为30m （如中国大陆）。Google Earth 图件具有较高的分辨率，数据更新也非常迅速，若用地形图为地图，将截取的 Google Earth 影像叠合到地形图上面，对照发现地类的变化，可以完成土地变更调查，更新土地信息数据库。随着 Google Earth 软件的迅速发展，遥感影像分辨率的不断提高，相信土地信息系统的发展将会与之结合。土地信息系统采用 Google Earth 影像作为一部分数据来源，不仅极大地节省了购买遥感图像的成本，而且可以很及时地发现地类的变化，高效的更新数据库具有很好的时效性。

2.3 土地信息系统呈现多样化工具化的发展趋势

数据库技术是任何信息系统的技术基础，土地信息系统也不例外。土地信息系统是存储与处理以时空为基本框架的各种数据的复杂系统，这一信息系统对于数据库管理功能要求较高，不但数据量极其巨大，数据种类繁多；而且数据关联十分复杂，这里既有空间拓扑的复杂关联关系，又有复杂的时间拓扑的关联关系^{［10］［11］}。面向对象的思想以及实施面向对象思想的各种计算机软件技术是当代计算机科学与技术的一个重要成果，而关系代数的创立又为关系型数据库的建立奠定了坚实的理论基础。实施面向对象思想进行关系型数据库管理既为复杂数据类型的数据库管理技术带来了先进科学的数据管理理论，同时又有新的挑战。这种挑战就在于如何实现一部分数据变更时，所有变更的数据随之意志变更。用面向对象的思想将地理信息系统的时空数据与属性数据统一纳入关系型数据库管理之下，实现两种数据的一体化管理，这是土地信息系统发展的一个趋势^{［12］［13］［14］}。

土地信息系统经过多年的发展，已不是一个简单的功能软件，而发展成为一种软件开发平台。现代信息技术和网络技术的发展，使土地信息系统的建设基于Internert的在线信息发布平台，这使土地信息有了更高的透明度，信息共享程度更好。随着社会信息化进程的深入，土地信息系统应用日益普及，系统向着多样化、工具化的方向发展的趋势日益明显。为适应社会这种功能与性能多样化的需求，土地信息系统软件或软件平台呈现多样化的局面^{［15］［16］［17］［18］}。系统软件已经逐渐成为工具，走上市场。系统软件规范化、标准化是软件工具化的前提。除此，土地信息系统也正向着智能化的方向发展。

2.4 土地信息系统建设要更多地服务于自然资源和社会经济发展规划

传统的LIS主要用于社会经济领域，近年来，由于对环境问题和社会可持续发展的关注，对LIS土地信息服务提出了全新的要求。党的十六届五中全会提出了建设社会主义新农村的历史任务，其主要内容就是“生产发展、生活富裕、乡风文明、村落整洁、管理民主”^{［19］［20］}。在这“十一五”规划阶段，为适应社会发展的要求，土地信息系统的建设必须能够更好地服务于自然资源和社会经济发展规划，使土地信息的管理迈入更加智能化的阶段。

3 土地信息系统面临的几个学科前沿问题

3.1 土地信息系统建立过程中的数据质量问题

数据是信息的载体，数据对土地信息系统（LIS）来说是至关重要的，数据质量的好坏是土地信息系统成败的关键，信息系统对数据进行处理就是为了得到数据中包含的信息。数据库（包括空间数据和非空间数据）是土地信息系统最基本、最重要的组成部分，也是投资比较大的部分，数据质量的好坏直接影响系统的功能和应用。地学信息数据往往带有不确定性，造成地学信息数据不确定性有多方面的原因^［21］，测量尺度或测量精度的不同是其中一个原因，二维空间中线状地物的长度随测量尺度的不同，其测量结果就不同，三维空间中面状地物的表面积随测量尺度的不同，其测量结果也不同。地球这样一个不规则的表面又为地学信息数据不确定性增加了一个难以控制的因素。多因素干扰的所谓“病态”遥感数据也是实际地学信息数据不确定性的一个原因，因为遥感数据越来越成为地学信息数据的重要来源。地学信息数据往往没有真值^［22］，分数维的思想为解决这种数据不确定性问题带来了一条思路，但还有大量的理论与实际问题需要解决。

3.2 土地信息系统开发标准化问题

没有数据的标准化与系统开发的规范化就没有信息的社会化。信息数据与信息系统的标准化研究始终是信息科学与技术的前沿问题^［23］，制定数据标准是实现数据共享的前提。欧美各国对空间数据标准的研究和制定比较早，随着我国土地信息产业的迅速发展，制定一系列土地空间数据评价标准显得日益重要，为此必须制定一系列有关标准和规程，如土地信息系统中名词术语标准、图形与影像数据采集技术规程、数据交换格式标准、数据精度和质量标准、土地数据的分类与代码。

3.3 时空数据模型以及数据的压缩和更新淘汰问题

数据结构设置是一个信息系统软件程序设计的灵魂。空间拓扑关系的表达、时间维数据的参与又引出时间拓扑问题，如何表达时间拓扑信息增加了系统数据结构的复杂程度，将关系复杂的时空数据与门类复杂的属性数据统一用关系型数据结构表达又增加了问题的复杂程度。由于数据收集手段的改进，地学信息数据在成几何级数的速度增长，而计算机数据存储空间却以算术级数在增加，势必有一天数据存储空间容纳不下巨额的地学信息数据^［24］。需要研究地学信息空间数据压缩技术，其中包括网格格式数据的无损压缩与有损压缩、矢量格式的数据压缩等。

3.4 土地信息数据的信息挖掘问题

土地空间数据隐含着大量的资源、环境和社会经济信息，如何从浩繁的数据中将这些深层的信息“挖掘”出来又是土地信息系统学科需要研究解决的问题。将空间信息挖掘出来更好的创造社会效益，需要“挖掘者”不但具有驾驭土地信息系统空间分析功能的能力，而且更需要具有较深的经济地理、资源环境等方面的专业知识^［25］。

研究土地信息系统的发展趋势以及学科前沿，可以将这些问题归结为三个方面，即地球信息的哲学问题、地球信息机理问题以及地球信息工程问题。地球信息的哲学问题揭示地球信息本身的属性以及人们对地理世界的认知规律；地球信息机理问题寻求地学信息科学与技术的发展方向；地球信息工程问题则从整体上解决土地信息技术的集成、整合问题。

总之，土地信息系统的建设要从土地管理的实处起步，从远处规划，着眼于土地管理的未来，要对国家土地管理的发展和系统建设的新技术、新动向有预见，使土地信息系统建设周期与土地管理未来发展相吻合。

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勤祥二十： 土地管理的特点是对土地空间特性的管理.土地空间特性,包括土地的地理位置、相邻关系,图层的划分及与土地相干的各种空间属性和人文属性.土地的这类空间特性,为地理信息系统(GIS)的利用提供广阔的天地.GIS最初的利用领域,就是建立与土地管理、土地计划相干(包括地籍管理、土地数据库等有关系统的管理和计划等)的土地信息系统(LIS).因此,GIS是进行土地管理,建立土地信息系统的最好平台.

南沙区18261311218： 问题:土地信息标准化的意义 - ？
勤祥二十： 标准化是信息化的基础,标准化与规范化是土地信息系统(LIS)建设的重要技术保证之一.标准化的过程就是把土地信息变得像工厂里的机器零件一样,随时调用,随时装备,再输入电脑,形成网上管理系统,随时保证对土地信息的微观处理和宏观调控,是未来土地管理的必由之路.