3S技術(shù)在水利工程土地勘測定界中的應用

何雙劍，江 丹，林順海，陳喜鳳

（1.浙江省水利水電勘測設計院，浙江 杭州 310002）

3S技術(shù)在水利工程土地勘測定界中的應用

何雙劍1，江 丹1，林順海1，陳喜鳳1

（1.浙江省水利水電勘測設計院，浙江 杭州 310002）

針對水利工程土地勘測定界工作的特殊性，為提高外業(yè)勘測效率和內(nèi)業(yè)處理精度，介紹了在關(guān)鍵工作節(jié)點上3S技術(shù)的具體應用方法，并結(jié)合工程實例驗證了3S技術(shù)應用較強的可操作性。

水利工程；土地勘測定界；3S技術(shù)；無人機

近年來隨著國內(nèi)水利基礎設施建設的發(fā)展，各類水利工程用地日益增多，而如何有效科學利用和管理有限的土地資源，早已成為各級土地管理部門與專家學者不斷研究的重要課題之一。土地勘測定界作為測繪技術(shù)服務性工作，為工程建設提供了科學、詳實、準確的土地基礎資料，使得用地審批工作更加科學化、制度化和規(guī)范化。

水利工程多坐落于山區(qū)、用地面積大、功能區(qū)分散、權(quán)屬狀況較為復雜，且土地利用類型判別繁瑣，這些都給實地勘測和調(diào)查增加了一定難度。傳統(tǒng)的全野外測量與調(diào)查方法不僅速度慢、工期長、耗費人力物力，而且內(nèi)業(yè)工序繁瑣、面積量算與統(tǒng)計易出錯，成果的可復制性和變更性差，難以滿足項目用地報批對土地信息的迫切需求。水利工程土地勘測的特殊性對外業(yè)勘測和內(nèi)業(yè)處理工作中的關(guān)鍵技術(shù)提出了新的要求。本文針對水利工程項目所遇困難和問題，探析了3S技術(shù)在水利工程土地勘測定界工作關(guān)鍵節(jié)點中的應用，以期為類似水利工程的土地勘測定界提供參考。

1 3S技術(shù)的具體應用

從20世紀80年代開始，我國逐步將3S技術(shù)應用于水利測繪和土地管理領域，為項目建設和管理決策提供了可靠、準確的數(shù)據(jù)[1-2]。隨著各類專業(yè)技術(shù)的發(fā)展，美國的GPS、俄羅斯的GLONASS、歐洲的Galileo和中國的北斗衛(wèi)星構(gòu)建了全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)（GNSS）[3]，連續(xù)運行參考站（CORS）[4]系統(tǒng)和網(wǎng)絡RTK[5]技術(shù)，已在多個領域得到快速推廣應用[6]。從最先的衛(wèi)星影像、航空影像到目前的低空無人機航拍影像，RS技術(shù)可直接應用于勘測定界預判和土地利用變更研究[7-11]。以ArcGIS軟件為代表的GIS平臺，其核心是在軟件上實現(xiàn)空間信息和屬性信息的有機結(jié)合，建立項目數(shù)據(jù)庫，從而有效管理、分析和實時編輯成果資料[12-13]。在水利工程土地勘測定界工作中，要根據(jù)工作需求充分發(fā)揮3S技術(shù)自身優(yōu)勢，實現(xiàn)融合應用，如利用RS技術(shù)對不同時期、不同分辨率影像圖進行對象解譯，利用網(wǎng)絡RTK技術(shù)獲取影像數(shù)據(jù)的空間定位信息，利用ArcGIS軟件進行數(shù)據(jù)融合、編輯和分析，制作土地勘測定界成果，有效管理建設項目土地數(shù)據(jù)庫等。

1）基于多源數(shù)據(jù)的一體化應用。利用ArcGIS軟件可直接加載mdb、shp、dwg、tab等數(shù)據(jù)格式文件，完成多源影像數(shù)據(jù)融合、矢量數(shù)據(jù)與影像數(shù)據(jù)的疊加、配準等操作，實現(xiàn)數(shù)據(jù)間的無縫轉(zhuǎn)換，避免了數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換操作，極大地簡化了作業(yè)流程。該技術(shù)可制作完成外業(yè)工作調(diào)查底圖，用于前期工作的室內(nèi)預判。通過ArcGIS軟件融合RS影像圖、地形圖及土地利用現(xiàn)狀圖，建立對照關(guān)系，輔助劃分土地權(quán)屬界線，初步判定面狀地物類別，確定線狀地物走向，尋找零星地物相對位置，并一一標記在工作調(diào)查底圖上。按照規(guī)定對預判認為不一致的地類圖斑進行標注，為實地核實提供依據(jù)。

2）界址點測量。GNSS網(wǎng)絡RTK的基本功能主要是導航、定位和測量，獲取的數(shù)據(jù)是RS信息的有力補充。根據(jù)初步設計圖或規(guī)劃用地范圍圖解析用地紅線，將坐標數(shù)據(jù)導入網(wǎng)絡RTK流動站，再實地放樣界址點。在實地調(diào)查中，結(jié)合RS影像制作的工作調(diào)查底圖，調(diào)查人員以網(wǎng)絡RTK接收機為導航工具，沿權(quán)屬界線和地類邊界線方便、快速地定位界址點位置，實時采集點位坐標，導出的數(shù)據(jù)即可應用到GIS中。

3）地類調(diào)查中變化圖斑的快速判別與量測。根據(jù)工作底圖，通過人機交互目視判讀，有針對性地對影像與數(shù)據(jù)庫中耕地、建設用地的變化情況進行重點核對，判別是否存在地類或邊界改變的現(xiàn)象。對預判得到的變化圖斑進行外業(yè)核實，求證是偽變化圖斑的，直接刪除；經(jīng)核實確認為變化圖斑的，可通過網(wǎng)絡RTK采集精準邊界并記錄地類信息，再通過ArcGIS軟件及時錄入變化圖斑的權(quán)屬性質(zhì)、地類名稱、權(quán)屬單位等屬性信息。屬性數(shù)據(jù)在內(nèi)業(yè)處理時，可根據(jù)實際情況進行編輯和修改。

4）土地權(quán)屬調(diào)查中的輔助作用。在實地調(diào)查過程中，個別單位代表看不懂或不能識別專業(yè)地形圖上的地形地貌等符號，針對這一問題，基于低空無人機拍攝的高分辨率影像圖能更直觀、詳實地表達土地利用現(xiàn)狀，各村代表可根據(jù)項目用地情況，初步了解本村所涉及的集體土地、地類以及插花地的分布現(xiàn)狀。對發(fā)生變化的權(quán)屬界線，以村為最小單位，參照影像圖，本權(quán)屬單位與相鄰權(quán)屬單位權(quán)利人共同到現(xiàn)場指界確認；另外，可采用小型旋翼無人機現(xiàn)場全程監(jiān)督，做到在實地走到、看到、拍到和記錄到。

5）地類面積統(tǒng)計和核對。在ArcGIS軟件中進行面狀地類圖斑的編輯，對于涉及用地紅線或權(quán)屬界線的圖斑進行分割，生成地類界；兩相鄰同類圖斑需合并，去掉重復地類界；建立多邊形拓撲關(guān)系，去除重疊和交叉圖斑區(qū)域，最后導出所有地類圖斑的面積及其對應屬性表。根據(jù)項目用地紅線、權(quán)屬信息和地類名稱，核查項目用地范圍內(nèi)各功能區(qū)、各權(quán)屬單位和各地類的總面積。該方法避免了繁雜的手工操作，降低了人為誤差，節(jié)省了時間和人力，提高了工作效率和精度。

6）成果資料的輸出。根據(jù)調(diào)查成果和影像資料，利用ArcGIS軟件可自動生成并輸出不同比例尺、不同區(qū)域的土地勘測定界圖。通過后期屬性注記、圖例編輯和數(shù)據(jù)分析，可衍生制作各類專題地圖，且便于成果修改與更新。

2 工程實例示范

以某水庫工程土地勘測定界調(diào)查工作為例，利用ArcGIS軟件融合0.1 m無人機航拍影像圖、實測1∶2 000地形圖和1∶10 000土地利用現(xiàn)狀圖，采用3S技術(shù)對土地調(diào)查過程中建設用地的變化地塊、山區(qū)性農(nóng)用地中難判別的模糊地類進行了判別，并建立了項目用地數(shù)據(jù)庫。

圖1a為當年的遙感衛(wèi)星影像，圖1b為調(diào)查前期無人機的航拍影像，通過對比可知，建設用地中變化地塊絕大部分為藍色簡易棚，經(jīng)實地核查為搶建性建筑。無人機航拍影像圖更精準地確定了變化圖斑的具體位置，再通過網(wǎng)絡RTK實地采集變化邊界線，并在ArcGIS軟件上錄入變化屬性信息，為后續(xù)政策處理提供決策依據(jù)。

圖1 建設用地的變化地塊

圖2中兩張影像均坐落于水庫淹沒區(qū)山林上。圖 2b中可通過比較地類間的形狀、大小、密集度、色彩等信息，較準確地預判該林地區(qū)域存在的其他非林地地類。實地核查表明，圖2b中區(qū)塊1為園地，區(qū)塊 2為耕地。

圖2 難判別的模糊地類

根據(jù)實地調(diào)查成果資料，在ArcGIS軟件上對用地紅線、權(quán)屬界線、行政界線等矢量化結(jié)果進行拓撲檢查、接邊處理和錯誤糾正，生成土地權(quán)屬界線圖，如圖3所示；再根據(jù)權(quán)屬界線對圖斑地塊進行分割、合并、標注、屬性編輯、面積統(tǒng)計等操作，建立地類屬性表，見圖4。

圖3 土地權(quán)屬界線圖

圖4 地類屬性表界面

根據(jù)全國第二次土地調(diào)查圖例要求，支持土地利用分類標準，對圖斑地塊生成相應地類圖例格式，疊加匹配影像圖，建立項目用地數(shù)據(jù)庫，如圖5所示。

圖5 項目用地數(shù)據(jù)庫

3 3S技術(shù)的應用優(yōu)勢分析

結(jié)合實際工程項目，3S技術(shù)在土地勘測定界中的應用具有以下優(yōu)勢：

1）網(wǎng)絡RTK采集數(shù)據(jù)精度高。解析界址點的精度要求是相對鄰近控制點的點位中誤差為±5 cm，相鄰界址點間距中誤差為±5 cm。GNSS網(wǎng)絡RTK擁有的多衛(wèi)星數(shù)據(jù)源、強信號、快定位的測量技術(shù)有效克服了常規(guī)RTK的不足，在CORS 網(wǎng)覆蓋范圍內(nèi)均可獲得差分信息，對用地區(qū)域進行精確、快捷、實時定位，界址點坐標精度基本滿足規(guī)范要求。網(wǎng)絡RTK技術(shù)既能實時測定界線坐標，又能根據(jù)界址點坐標快速實地放樣。

2）RS影像數(shù)據(jù)輔助性強。以低空無人機航空攝影為代表的新型RS技術(shù)具有分辨率高、實時性強、易判別地物等特點。利用無人機航拍獲取多樣式成果影像資料制作生成的各類真彩色或偽彩色正射影像圖與實測地形圖相結(jié)合，建立地物圖形與影像數(shù)據(jù)的對應位置關(guān)系，可輔助應用于土地利用現(xiàn)狀的變化調(diào)查，豐富了對土地類別劃分的依據(jù)。

3）GIS成果數(shù)據(jù)統(tǒng)計準確，便于管理與更新。根據(jù)ArcGIS中地類屬性表統(tǒng)計結(jié)果，用地紅線內(nèi)各地類面積之和與項目用地總面積相等，各權(quán)屬單位土地類型面積之和與權(quán)屬面積相吻合。利用數(shù)字測圖CASS軟件統(tǒng)計得到的土地分類面積與ArcGIS軟件統(tǒng)計結(jié)果進行校核，二者的土地分類面積也是一致的。ArcGIS軟件平臺還能編輯、管理和分析多源、多時態(tài)、多層次的空間數(shù)據(jù)信息。借助GIS技術(shù)，采用多種輸出表達方式生產(chǎn)直觀、豐富、準確的成果資料，用于建設用地規(guī)劃、更新和輸出。

4 結(jié) 語

對水利工程土地勘測定界工作而言，3S技術(shù)應用具有數(shù)據(jù)影像材料全面可靠、內(nèi)業(yè)工作預判準確、外業(yè)核查目標明確、地類劃分和面積量算精準等特點，在關(guān)鍵技術(shù)應用過程中，實現(xiàn)了多軟件平臺的交叉使用，打破了傳統(tǒng)全野外數(shù)字測繪模式，尤其是針對山區(qū)植被茂密、地形復雜的水利樞紐工程，能較大程度地提高工作效率和成果精度，具有較強的可操作性。

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B

1672-4623（2017）07-0102-03

10.3969/j.issn.1672-4623.2017.07.031

何雙劍，碩士，工程師，主要從事攝影測量與遙感工作。

2017-01-03。

項目來源：水利部“948”資助項目（201517）；浙江省水利廳科技計劃資助項目（RB1515）。