第3次全國國土調(diào)查中外業(yè)調(diào)查補測技術(shù)方法特點與優(yōu)化方案

田曉紅，呂亮卿

（山西農(nóng)業(yè)大學資源環(huán)境學院，山西 太谷 030801）

國土調(diào)查是國之重本，關(guān)系到國家的發(fā)展大計。第3次國土調(diào)查工作是在前2次國土調(diào)查工作的基礎(chǔ)上完成的。與前2次調(diào)查相比，本次調(diào)查內(nèi)容更加詳細，調(diào)查方法更加先進（涵蓋無人機航測、三維激光移動測量、GIS在內(nèi)的各種地理信息新技術(shù)等），可為今后我國發(fā)展提供更加準確的數(shù)據(jù)支持。

1 第3次全國國土調(diào)查的特點

1.1 調(diào)查內(nèi)容更加細化

與第2次全國土地調(diào)查和年度變更調(diào)查相比較，第3次國土調(diào)查的主要內(nèi)容是“已有內(nèi)容的細化、變化內(nèi)容的更新、新增內(nèi)容的補充”，并對存在相關(guān)部門管理需求交叉的耕地、園林、林地、草地、養(yǎng)殖水面等進行管理屬性、質(zhì)量狀況和利用現(xiàn)狀的細化調(diào)查與多重標注[1]。因此，新增細化的內(nèi)容有：城鎮(zhèn)村內(nèi)部土地利用現(xiàn)狀調(diào)查，即將城鎮(zhèn)村莊范圍連片按土地利用現(xiàn)狀調(diào)查要求進行城鄉(xiāng)一體化調(diào)查，全面調(diào)查城鎮(zhèn)村內(nèi)部土地利用圖斑；耕地細化調(diào)查；批而未用土地調(diào)查；農(nóng)用地質(zhì)量分等定級評價調(diào)查；自然資源調(diào)查、濕地調(diào)查和生態(tài)紅線調(diào)查，以滿足生態(tài)文明建設的需要。山西省根據(jù)實際情況，又增加了采煤沉陷區(qū)土地利用調(diào)查和流經(jīng)省域的7條河流土地利用調(diào)查。

1.2 技術(shù)手段和方法更加現(xiàn)代化

隨著GPS、高分衛(wèi)星、無人機等遙感測繪技術(shù)及應用的逐步成熟，大數(shù)據(jù)、云計算的興起，各類國土及地理信息服務的產(chǎn)生，第3次全國國土調(diào)查將以更先進的技術(shù)以及更完整的工作體系來保證工作的順利開展。（1）利用高分辨率衛(wèi)星遙感影像制作正射影像圖。（2） 利用計算機智能解譯技術(shù)，輔助人工解譯，提取影像與“二調(diào)”數(shù)據(jù)庫地類不一致圖斑和重點地類變化圖斑，當作地方細化調(diào)查的底圖。（3） 采用GPS、RS和GIS等“3S”一體化技術(shù)手段與“互聯(lián)網(wǎng)+”技術(shù)開展地方外業(yè)細化調(diào)查、舉證，國家在線核查和審核確認工作，以及數(shù)據(jù)庫建庫工作。（4）利用已有地籍調(diào)查成果和超高分辨率航空影像制作的正射影像圖進行城鎮(zhèn)村內(nèi)部土地利用現(xiàn)狀調(diào)查。（5） 統(tǒng)一時間點，運用增量更新技術(shù)進行數(shù)據(jù)更新，確保土地利用現(xiàn)狀數(shù)據(jù)的現(xiàn)勢性。

1.3 精度更加準確

測繪精準度和類別都有所提升。農(nóng)村土地調(diào)查，全面采用優(yōu)于1 m分辨率的航天遙感數(shù)據(jù)；城鎮(zhèn)土地利用現(xiàn)狀調(diào)查，采用現(xiàn)有優(yōu)于0.2 m的航空遙感數(shù)據(jù)[2]。與第2次全國國土調(diào)查工作相比較，第3次衛(wèi)星像源較多，分辨率較高，需要上圖的道路、溝渠、河流等線性地物以圖斑形式表示；將前1次國土調(diào)查的類別升級為12個一級類55個二級類[3]；建設用地和設施農(nóng)用地最小上圖面積調(diào)整為200 m2，面積精度提高很大。

1.4 工作更加高效

與前2次全國國土調(diào)查相比較，第3次全國國土調(diào)查在調(diào)查內(nèi)容增多、精度提高、范圍擴大的情況下，調(diào)查規(guī)劃的時間為2017年10月9日～2019年12月31日[4]。山西省根據(jù)時間節(jié)點提出了全省的具體工作計劃，各縣級單位在接到國家下發(fā)的調(diào)查底圖3個月內(nèi)，完成縣級國土調(diào)查工作；山西省國土調(diào)查辦公室在接到上報的國土調(diào)查成果2個月內(nèi)，完成省級全面檢查和整改工作，并上報國家國土調(diào)查辦公室。到2018年底，山西省基本完成了50%地區(qū)的國土調(diào)查工作。

2 第3次全國國土調(diào)查工作面臨的挑戰(zhàn)

（1） 第3次全國國土調(diào)查是全國性的龐大項目，工作量大，時間緊，需要很多測繪企事業(yè)單位參與其中。由于測繪企業(yè)眾多，業(yè)務水平參差不齊，第3次全國國土調(diào)查過程中選擇合作單位成為工作中的難點[5]。（2）第3次全國國土調(diào)查要求進一步改進調(diào)查技術(shù)方法，充分運用“互聯(lián)網(wǎng)+”、GPS、高分辨率航空航天遙感等現(xiàn)代技術(shù)，密切跟蹤國土調(diào)查技術(shù)前沿，這對作業(yè)人員和行政管理人員均提出了更高的要求。如何提高政府國土管理部門的協(xié)調(diào)能力和作業(yè)人員的技術(shù)水平，是急需解決的問題[5]。國家組織專業(yè)業(yè)務培訓時間短、內(nèi)容多、技術(shù)新，參加培訓的基層土地調(diào)查人員水平差異較大，導致培訓效果參差不齊。（3）第3次國土調(diào)查外業(yè)調(diào)查補測工作量大。主要原因：新增細化內(nèi)容多；線性地物按圖斑上圖；有些城鎮(zhèn)村莊區(qū)域沒有被優(yōu)于0.2 m分辨率航空遙感正射影像數(shù)據(jù)覆蓋，只能用優(yōu)于1 m分辨率正射影像圖來開展城鎮(zhèn)村莊內(nèi)部土地利用現(xiàn)狀調(diào)查；有些城鎮(zhèn)村莊沒有開展地籍調(diào)查或有新增擴建區(qū)域，必須對照正射遙感影像特征，通過實地調(diào)查，調(diào)繪村莊內(nèi)部的土地利用現(xiàn)狀圖斑；被樹木遮擋的建設用地；在常水位以下的耕地，不得調(diào)查成耕地，必須測定常水位線；影像未能反映的新增地物；土地權(quán)屬狀況或界址發(fā)生變化的，需要按照《地籍調(diào)查規(guī)程》TD/T 1001―2012等相關(guān)技術(shù)要求開展補充調(diào)查后上圖。（4） 地物補測技術(shù)性強，需要專業(yè)技術(shù)操作人員進行操作。測量技術(shù)不是輕而易舉就能掌握的，在具備不同測繪成果、不同測量設備的條件下，在測區(qū)環(huán)境復雜、地形繁復多樣的情況下，如何合理使用和搭配測量儀器，因地制宜，選擇高效合適的作業(yè)方法是做好補測工作的關(guān)鍵[6]。

3 地物補測技術(shù)方法

第3次全國國土調(diào)查技術(shù)規(guī)程規(guī)定：土地調(diào)查外業(yè)補測，有條件地區(qū)采用儀器補測法使用高精度測量設備進行補測，條件不具備的地區(qū)也可采用簡易補測法。補測地物相對鄰近明顯地物距離中誤差，平地、丘陵地≤2.5 m，山地≤3.75 m，最大誤差≤2倍中誤差[2]，滿足1∶5 000比例尺成圖要求。本次調(diào)查增加了土地權(quán)屬調(diào)查，要求將集體土地所有權(quán)確權(quán)登記和國有土地使用權(quán)登記成果落實在土地調(diào)查成果中（上圖），對發(fā)生變化的開展補充調(diào)查。對于這些勘測定界等高精度測量，界址測量界址點相對于鄰近控制點的點位誤差，相鄰界址點間距誤差為±5.0 cm，允許誤差為±10.0 cm，滿足 1∶500、1∶1 000 比例尺要求。

3.1 解析法

使用定位測量設備實測新增地類變化邊界上主要拐點坐標，利用實測數(shù)據(jù)更新土地調(diào)查數(shù)據(jù)庫[7]。

3.1.1 GPS-RTK作業(yè)的網(wǎng)絡CORS模式[8]在CORS網(wǎng)覆蓋范圍內(nèi)，作業(yè)首選網(wǎng)絡CORS模式。因為該系統(tǒng)為用戶提供了穩(wěn)定、統(tǒng)一的參考坐標系，不需要用戶自己計算坐標轉(zhuǎn)換參數(shù)；使補測點的精度一致，降低了系統(tǒng)誤差，提高了測量精度；用戶不再架設基準站，只需單移動站即可作業(yè)，進而提高了工作效率。

3.1.2 GPS-RTK作業(yè)的電臺模式[8]該模式多適用于山區(qū)，由于CORS無法正常使用，調(diào)繪人員可采用GPS-RTK作業(yè)的電臺模式。本次調(diào)查平面采用CGCS2000坐標系，高程采用1985國家高程基準。由于補測，測區(qū)范圍不會太大，坐標系轉(zhuǎn)換方法可采用四參數(shù)+固定差改正+校正參數(shù)模式[9]。

為了計算四參數(shù)，有條件的地區(qū)，選用均勻分布在測區(qū)中心和周邊地區(qū)的至少2個E級GPS控制點，將基準站架設在地勢較高的未知點上，分別在這些控制點上架設移動站，用GPS-RTK中的平滑采集測量這些點的WGS-84坐標，利用隨機軟件中的參數(shù)計算，求出四參數(shù)。啟用四參數(shù)后，利用附近的一個E級GPS點進行點校正，另外一個點做校核，當校驗合格后可開始測量[9]。如果沒有GPS控制點，可以采用已轉(zhuǎn)換成2000國家大地坐標系優(yōu)于0.2 m分辨率的正射影像圖，條件不具備的，也可以采用全國國土調(diào)查辦統(tǒng)一組織制作的2000國家大地坐標系1 m分辨率正射影像圖。在圖上采集一些明顯地形特征點的坐標，將其作為計算坐標轉(zhuǎn)換參數(shù)的重合點。這些特征點選擇時必須注意：特征點分布均勻、覆蓋整個轉(zhuǎn)換區(qū)域，地勢較高、便于在實地找到、便于安置GPS接收設備。再到實地用GPS-RTK中的平滑采集測量這些點的WGS-84坐標，利用隨機軟件中的參數(shù)計算，求出四參數(shù)。坐標轉(zhuǎn)換精度可采用內(nèi)符合和外符合精度評價。即用得到的轉(zhuǎn)換參數(shù)計算重合點坐標殘差；剔除殘差＞3倍點位中誤差的重合點；重新計算坐標轉(zhuǎn)換參數(shù)直到滿足精度要求為止；最終用于計算轉(zhuǎn)換參數(shù)的重合點數(shù)量與轉(zhuǎn)換區(qū)域大小有關(guān)，但≤5個，均勻分布于區(qū)域四周和中間[10]。然后利用未參與計算轉(zhuǎn)換參數(shù)的重合點作為外部檢核點，將由轉(zhuǎn)換參數(shù)計算的點位坐標與其已知點位坐標進行比較，在限差范圍內(nèi)方可進行碎部測量。

3.1.3 RTK與全站儀聯(lián)合使用模式 利用連續(xù)運行參考站系統(tǒng)（CORS） 進行圖根控制測量和衛(wèi)星信號無遮擋地帶的碎部測量[11]。圖根點要選在視野廣闊、衛(wèi)星信號強的地方。如果控制點密度不夠，可利用全站儀設立支導線，進行圖根點的加密和地物被遮擋地區(qū)的碎部測量[9]。

3.1.4 全站儀數(shù)字測圖的作業(yè)模式 用全站儀數(shù)字測圖，測站點的坐標在有條件的地區(qū)可以用網(wǎng)絡RTK獲取，沒有條件可利用全站儀的后方交會法自由設站。后方交會時至少要有3個已知控制點，為了檢核還需要增加1個已知控制點。為此，在出外業(yè)之前，要從已轉(zhuǎn)換成2000國家大地坐標系優(yōu)于0.2 m分辨率的正射影像圖上，條件不具備的，可從1 m分辨率正射影像圖上采集足夠數(shù)量的、均勻分布的、覆蓋整個測區(qū)的明顯地物、地形特征點的坐標作為后方交會的控制點，比如主要建筑物的房角，十字路口的中心點等。在設站時，測站點不能布設在危險圓上，為了保證測站點的定位精度，要求測站點離開危險圓的距離不小于該圓半徑的1/5[12]。求出測站點坐標后，在每一測站開始數(shù)據(jù)采集前，至少要測量測區(qū)內(nèi)的一個已知點進行檢核。

另外，測站點的坐標還可以用一種與后方交會相似的自由測站定位法獲取，其觀測元素除水平方向外，還應測量測站點到已知點的距離。這種方法最少只需2個已知控制點，而且有2個已知控制點已經(jīng)具有初步校核，利用多個已知點時，可以提高測站點的點位精度[13]。

3.1.4.1 電子平板模式。電子平板模式是將全站儀與安裝有相關(guān)測圖軟件的筆記本電腦或掌上電腦通過通信電纜進行連接，全站儀測定的碎部點實時展繪。其特點是直觀性強，可及時發(fā)現(xiàn)錯誤，進行現(xiàn)場修改[14]；可當場線物圖斑化和確定夠上圖面積，優(yōu)化了土地調(diào)查流程，實現(xiàn)了內(nèi)外業(yè)一體化作業(yè)。這種測圖模式對設備要求高，外業(yè)工作負擔重，當作業(yè)環(huán)境較差時，采用草圖法更好。

3.1.4.2 草圖法模式。使用全站儀對圍繞新增地物四周進行實地打點，得到新增地物角點坐標[15]，同時在現(xiàn)場繪制標注測點點號的工作草圖，在內(nèi)業(yè)下載全站儀內(nèi)存測量數(shù)據(jù)，通過數(shù)字測圖軟件將碎部點自動展繪，根據(jù)工作草圖編輯成圖。這種測圖模式內(nèi)外業(yè)分工明確，便于人員分配，從而提高工作效率。

3.2 圖解法

在一些隱蔽狹窄的地段和全站儀難以測量的盲區(qū)，可用皮尺或手持激光測距儀采用距離交會法、直角坐標法、截距法、內(nèi)外分點、方向線上點、垂線足點等方法，利用地物之間的幾何關(guān)系在野外將新增地物邊界直接補測到底圖上，有些點甚至可以用目視內(nèi)插法上圖。遇到距離測量較困難的碎部點，可用前方交會法進行測量，交會角要在30°～150°。應用上述方法時應對起始位置進行驗證，同時對新增地物用多余觀測加以檢核。

4 結(jié)論

（1）補測工作的必要環(huán)節(jié)就是統(tǒng)一坐標系，而坐標轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵技術(shù)就是選好計算轉(zhuǎn)換參數(shù)的轉(zhuǎn)換模型和在2個坐標系下均有坐標成果的重合點。本文根據(jù)國土調(diào)查補測精度要求，提出當用GPS-RTK測量時，采用四參數(shù)+固定差改正+校正參數(shù)模式，并且給出了測區(qū)有無測量控制點2種情況下如何采集重合點坐標的方法，以及采用內(nèi)符合和外符合精度評價坐標轉(zhuǎn)換精度的方法與步驟。

（2）提出從已轉(zhuǎn)換成2000國家大地坐標系的高分辨率正射影像圖上采集測區(qū)明顯地物、地形特征點的坐標作為后方交會的控制點，直接利用全站儀后方交會法自由設站。這種方法不僅不用再作圖根控制測量，同時補測點的坐標就是CGCS2000坐標系下的坐標，免除了坐標轉(zhuǎn)換的工作。

（3） 結(jié)合參加全國第1次和第2次土地調(diào)查的經(jīng)歷，參加農(nóng)村宅基地確權(quán)調(diào)查和農(nóng)村土地承包經(jīng)營權(quán)確權(quán)調(diào)查，參加大比例尺數(shù)字化地形圖更新工作等的實際工作體會，又根據(jù)長期從事測繪和土地管理課程教學工作的經(jīng)驗，對不同環(huán)境條件下如何開展外業(yè)調(diào)查補測工作有系統(tǒng)的研究和實測案例，給出了在具備不同測繪成果、不同測量設備、不同地形條件下如何高效開展外業(yè)補測工作的全面解決方案，進而為第3次全國國土調(diào)查外業(yè)調(diào)查補測提供了行之有效的技術(shù)路線和方法步驟。