基于空間分析的鐵路征地數(shù)量計算方法

孫澤昌

（中鐵第四勘察設(shè)計院集團有限公司 線路站場設(shè)計研究院，武漢 430063）

鐵路工程征地費用是鐵路工程投資的重要組成部分。如果鐵路設(shè)計單位勘察設(shè)計深度不夠，征地數(shù)量統(tǒng)計不準確，會導(dǎo)致設(shè)計預(yù)算遠低于實際征地補償[1]。

本文提出利用國土部門的土地調(diào)查成果，采用基于空間分析的征地數(shù)量計算方法，既可省去土地外業(yè)調(diào)查的工作量，也有利于提高征地數(shù)量計算的效率和準確性。

1 傳統(tǒng)鐵路工程征地數(shù)量計算方法問題分析

傳統(tǒng)鐵路工程征地數(shù)量計算是先調(diào)查沿鐵路線位地塊的土地類型（水田、旱地、公路用地、基本農(nóng)田等）、里程范圍、土地性質(zhì)（集體或國有）、所屬行政區(qū)劃等信息；根據(jù)里程范圍，結(jié)合鐵路工程用地界，計算該地塊面積，按行政區(qū)劃、土地權(quán)屬性質(zhì)對土地進行分類統(tǒng)計，得到鐵路工程征地數(shù)量表。

按照傳統(tǒng)征地數(shù)量計算方法，地塊邊界并不是真實邊界，邊界按照直線處理，地塊面積不準確，如圖1 所示。

圖1 傳統(tǒng)征地數(shù)量計算方法示意

其次，土地所屬行政區(qū)劃是依據(jù)地塊座落位置確定的，這種調(diào)查方式對于“飛地”[2]存在統(tǒng)計錯誤?！帮w地”是指地塊實際座落單位與權(quán)屬單位不同，如位于湖北省麻城市的羅陽村屬于武漢市新洲區(qū)；此外，基本農(nóng)田調(diào)查依賴基本農(nóng)田標志牌進行識別，容易產(chǎn)生人為誤差。

綜上所述，傳統(tǒng)征地數(shù)量計算方法需耗費人力和物力開展外業(yè)土地調(diào)查，內(nèi)業(yè)計算效率低下，還無法保證準確性。當鐵路線路設(shè)計發(fā)生變更，需重新進行外業(yè)土地調(diào)查。為此，需要一種更為高效、準確的征地數(shù)量計算方法。

王志林等人提出一種基于三維激光掃描獲取征地拆遷紅線內(nèi)房屋及其附屬物、樹木植被、電力線等實物的征地數(shù)量計算方法[3]。余波提出一種基于實測地形圖征地房屋統(tǒng)計方法[4]。但這些方法的實質(zhì)是計算拆遷數(shù)量，并非用地數(shù)量。目前，國內(nèi)鮮有文章介紹征地數(shù)量計算方法。

2 基于空間分析的征地數(shù)量計算方法

2.1 數(shù)據(jù)收集

目前，第3 次全國國土調(diào)查已取得初步成果，各地區(qū)國土部門已更新土地利用數(shù)據(jù)庫和基本農(nóng)田數(shù)據(jù)庫[5]；其中，基本農(nóng)田數(shù)據(jù)庫是土地利用數(shù)據(jù)庫的子集。因此，鐵路外業(yè)勘測時，無需再調(diào)查土地，可向鐵路線路所經(jīng)地區(qū)的國土部門收集土地利用數(shù)據(jù)庫和基本農(nóng)田數(shù)據(jù)庫。

土地利用數(shù)據(jù)庫準確記錄該地區(qū)每塊土地的幾何坐標、土地權(quán)屬性質(zhì)、土地地類名稱、土地權(quán)屬單位信息，其它屬性含義可參見第三次全國土地調(diào)查技術(shù)規(guī)程[6]。基本農(nóng)田數(shù)據(jù)庫記錄該地區(qū)每塊基本農(nóng)田的幾何坐標、土地權(quán)屬性質(zhì)、土地地類名稱、土地權(quán)屬單位信息，其它屬性含義可參見基本農(nóng)田數(shù)據(jù)庫標準[7]。圖2 為土地利用數(shù)據(jù)庫屬性信息示例，高亮土地為水田，其屬性表中DLMC、QSXZ、QSDWDM、QSDWMC 分別為地類名稱、權(quán)屬性質(zhì)、權(quán)屬單位代碼、權(quán)屬單位名稱。

圖2 土地利用數(shù)據(jù)庫屬性信息示例

地類名稱（DLMC）表示土地的類型，比如水田、林地[8]；權(quán)屬單位名稱（QSDWMC）表示土地所屬行政區(qū)劃的名稱，該屬性往往不包含完整的行政區(qū)劃信息，分類統(tǒng)計征地數(shù)量時，多采用權(quán)屬單位代碼（ QSDWDM）； 權(quán)屬單位代碼（ QSDWDM）為完整的土地所屬行政區(qū)劃代碼，前6 位數(shù)字是省（直轄市）、市、縣（縣級市）代碼[9]，7～12位是鄉(xiāng)（鎮(zhèn)）、村代碼[10]；權(quán)屬性質(zhì)（QSXZ）取值見表1。

表1 土地權(quán)屬性質(zhì)代碼表[6]

土地利用數(shù)據(jù)庫和基本農(nóng)田數(shù)據(jù)庫有3 種常見文件格式：Shapefile、Personal Geodatabase 和File Geodatabase；Shapefile 數(shù)據(jù)庫至少包括“*.shp”“*.shx”“*.dbf”和“*.prj”4 個文件，外業(yè)收集數(shù)據(jù)時需檢查收集到的數(shù)據(jù)庫文件是否齊全；其中，“*.shp”文件記錄幾何信息，“*.shx”文件記錄幾何圖形的索引，“*.dbf”文件記錄屬性，“*.prj”文件記錄空間參考信息。Personal Geodatabase 是Access數(shù)據(jù)庫，文件擴展名為“mdb”；File Geodatabase 數(shù)據(jù)庫是1 個文件夾，文件夾名稱以“.gdb”結(jié)尾。

2.2 鐵路征地數(shù)量計算方法

（1）使用土地幾何坐標數(shù)據(jù)計算土地面積；（2）按土地權(quán)屬性質(zhì)、土地地類名稱和土地權(quán)屬單位代碼進行土地數(shù)量分類統(tǒng)計，鐵路征地數(shù)量計算流程見圖3 所示。

2.2.1 用地界坐標轉(zhuǎn)換

圖3 鐵路征地數(shù)量計算流程

鐵路工程坐標參考往往與土地利用數(shù)據(jù)庫和基本農(nóng)田數(shù)據(jù)庫的坐標參考不一致，進行空間分析前，需對鐵路工程用地界進行坐標轉(zhuǎn)換。鐵路工程用地界采用笛卡爾平面直角坐標系，測量平面直角坐標系南北方向為x 軸，東西方向為y 軸；進行坐標轉(zhuǎn)換時，應(yīng)先將用地界的x 坐標與y 坐標互換，轉(zhuǎn)換為測量平面直角坐標系下坐標值。使用開源跨平臺地圖投影庫Proj.4[11]完成坐標轉(zhuǎn)換，坐標轉(zhuǎn)換完畢之后，再將x 坐標與y 坐標互換，即可得到與數(shù)據(jù)庫坐標參考一致的坐標值。通過坐標轉(zhuǎn)換，用地界的坐標參考可與土地利用數(shù)據(jù)庫和基本農(nóng)田數(shù)據(jù)庫的坐標參考保持一致。

2.2.2 空間相交分析

空間相交分析判斷2 個幾何多邊形空間上是否相交；若相交，空間相交結(jié)果為被相交圖形中與相交圖形重疊的部分，如圖4 所示。

圖4 空間相交分析原理示意

將鐵路工程用地界與基本農(nóng)田數(shù)據(jù)庫進行相交分析，可得到用地界范圍內(nèi)的基本農(nóng)田圖形集。

空間相交分析算法描述如下：

IntersectionAnalysis()

{

for each(基本農(nóng)田圖斑 in 基本農(nóng)田數(shù)據(jù)庫)

{

for each(用地界多邊形 in 用地界)

{

//判斷圖形包圍盒是否相交可加速程序運行

if (基本農(nóng)田圖斑包圍盒與用地界多邊形包圍盒有交集)

{基本農(nóng)田圖斑與用地界多邊形相交分析返回geo;

if (geo 非空)

{

geo 添加至結(jié)果集；

}//end if

}//end if

}//end for

}//end for

返回結(jié)果集;

}//end function

2.2.3 空間擦除分析

空間擦除分析判斷2 個幾何多邊形空間關(guān)系上是否相交；若相交，空間擦除結(jié)果為被擦除圖形與擦除圖形不重疊的部分，如圖5 所示。

圖5 空間擦除分析原理示意

基本農(nóng)田數(shù)據(jù)庫是土地利用數(shù)據(jù)庫的子集，對鐵路工程用地界與土地利用數(shù)據(jù)庫進行相交分析，得到用地界范圍內(nèi)的土地集包含基本農(nóng)田。為避免重復(fù)統(tǒng)計基本農(nóng)田數(shù)量，通過空間擦除分析，從土地利用數(shù)據(jù)庫中剔除基本農(nóng)田數(shù)據(jù)，得到非基本農(nóng)田數(shù)據(jù)庫。

空間擦除分析算法描述如下：

EraseAnalysis()

{

for each(土地利用圖斑 in 土地利用數(shù)據(jù)庫)

{

for each(基本農(nóng)田圖斑 in 基本農(nóng)田數(shù)據(jù)庫)

{

//判斷圖形包圍盒是否相交可加速程序運行

if (土地利用圖斑包圍盒與基本農(nóng)田圖斑包圍盒有交集)

{

土地利用圖斑與基本農(nóng)田圖斑擦除分析返回geo;

if (geo 非空)

{

geo 添加至結(jié)果集；

}//end if

}//end if

}//end for

}//end for

返回結(jié)果集;

}//end function

對土地利用數(shù)據(jù)庫與基本農(nóng)田數(shù)據(jù)庫進行空間擦除分析，得到的非基本農(nóng)田數(shù)據(jù)庫不再含有基本農(nóng)田數(shù)據(jù)；再將非基本農(nóng)田數(shù)據(jù)庫與用地界進行相交分析，得到用地界內(nèi)非基本農(nóng)田征地數(shù)據(jù)。

3 征地數(shù)量統(tǒng)計方法

通過空間擦除分析和空間相交分析，得到用地界內(nèi)基本農(nóng)田數(shù)據(jù)庫和用地界內(nèi)非基本農(nóng)田數(shù)據(jù)庫。按權(quán)屬單位代碼（QSDWDM）、權(quán)屬性質(zhì)（QSXZ）和地類名稱（DLMC），對這2 個數(shù)據(jù)庫進行分類統(tǒng)計，得到基本農(nóng)田數(shù)量表和非基本農(nóng)田數(shù)量表。

非基本農(nóng)田征地數(shù)量統(tǒng)計與基本農(nóng)田征地數(shù)量統(tǒng)計算法一致，以基本農(nóng)田征地數(shù)量統(tǒng)計為例，闡述詳細的計算過程。

3.1 爬取權(quán)屬單位名稱

將基本農(nóng)田數(shù)據(jù)庫記為NT，數(shù)據(jù)庫中每塊土地的QSDWDM 屬性為完整的土地所屬行政區(qū)劃代碼，利用爬蟲技術(shù)解析行政區(qū)劃的中文名稱。具體的計算流程如下：

（1）讀取 NT 數(shù)據(jù)庫中1 條土地記錄，記為Land；提取Land 的QSDWDM 屬性值，記為DM，屬性值前6 位數(shù)字是省（直轄市）、市、縣（縣級市）代碼，7 ～ 12 位是鄉(xiāng)（鎮(zhèn)）、村代碼。國家統(tǒng)計局每年公布全國行政區(qū)劃代碼與行政區(qū)劃名稱對照表，該對照表的訪問地址為：http://www.stats.gov.cn/tjsj/tjbz/tjyqhdmhcxhfdm/Year/index.html，記為Url；其中，屬性Year 為國家統(tǒng)計局網(wǎng)站上公布的統(tǒng)計用區(qū)劃和城鄉(xiāng)劃分代碼的最新年份；

（2）將DM 分解為5 個部分，每1 個部分不足12 位時，在其末尾補足數(shù)字“0”；行政區(qū)劃按從大到小，依次記為DM1，DM2，DM3，DM4，DM5。采用網(wǎng)絡(luò)爬蟲技術(shù)，爬取對照表訪問地址Url，將DM 解析為行政區(qū)劃名稱，如圖6 所示；

圖6 征地所屬行政區(qū)劃名稱的爬取過程示意

（3）省（自治區(qū)、直轄市）的數(shù)量少，且代碼固定，直接在程序中設(shè)置?。ㄗ灾螀^(qū)、直轄市）代碼與名稱的映射關(guān)系，根據(jù)DM1 代碼可獲取?。ㄗ灾螀^(qū)、直轄市）名稱，記為PName；

（4）利用HtmlAgilityPack 程序集[12]解析對照表訪問地址Url 所對應(yīng)的HTML 代碼；設(shè)置搜索條件XPath=“.//tr[@class=’ provincetr’]”，可獲取所有省份名稱與跳轉(zhuǎn)鏈接地址集，記為{P}；在集合{P}中查找PName，對應(yīng)的跳轉(zhuǎn)鏈地址接記為U1；爬取跳轉(zhuǎn)鏈地址U1，將XPath=“.//tr[@class=’citytr’]”作為搜索條件，獲取當前省份（直轄市）下屬所有地區(qū)（市、州、盟）的代碼、名稱和跳轉(zhuǎn)鏈接地址集，記為集合{City}。在集合{City}中查找代碼DM2 對應(yīng)的地區(qū)名稱和跳轉(zhuǎn)鏈接地址，記為U2；

（5）爬取網(wǎng)址U2，設(shè)置搜索條件XPath=“.//tr[@class=’countytr’]”，獲取當前地區(qū)下屬所有縣(區(qū)、市、旗)代碼、名稱和跳轉(zhuǎn)鏈接地址集，記為{County}；在集合{County}中查找代碼DM3 對應(yīng)的縣名稱和跳轉(zhuǎn)鏈接地址，記為U3；

（6）爬取跳轉(zhuǎn)鏈接地址U3，設(shè)置搜索條件為XPath=“.//tr[@class=’towntr’]”，獲取當前縣下屬所有鄉(xiāng)、鎮(zhèn)（街道辦事處）代碼、名稱和跳轉(zhuǎn)鏈接地址集，記為{Town}；在集合{Town}中查找代碼DM4對應(yīng)的鄉(xiāng)鎮(zhèn)名稱和跳轉(zhuǎn)鏈接地址，記為U4；

（7）爬取網(wǎng)址U4，設(shè)置搜索條件XPath=“.//tr[@class=’villagetr’]”，獲取當前鄉(xiāng)鎮(zhèn)下屬所有村（組、社區(qū)）代碼、名稱集，記為{Village}；在集合{Town}中查找代碼DM5 對應(yīng)的村（組、社區(qū)）名稱。

按以上步驟，通過解析QSDWDM 屬性值，可得到完整的行政區(qū)劃名稱。

3.2 土地分組統(tǒng)計

讀取土地Land 的DLMC 屬性值進行分組，取值“10”或“20”歸為國有土地分組，其它歸為集體土地分組。

遍歷數(shù)據(jù)庫中所有土地，爬取對應(yīng)的土地行政區(qū)劃中文名稱，按照行政區(qū)劃名稱、權(quán)屬性質(zhì)、土地類型進行分組，統(tǒng)計各分組的地塊面積，得到用地界內(nèi)基本農(nóng)田數(shù)量表。

4 應(yīng)用實例

DotSpatial 是一套開源地理信息系統(tǒng)類庫，支持C#編程語言，可用于實現(xiàn)土地利用數(shù)據(jù)庫的可視化[13]；采用C#語言，基于Dotspatial 開發(fā)征地數(shù)量計算統(tǒng)計軟件。以安徽省某鐵路工程為例，計算基本農(nóng)田征地數(shù)量和非基本農(nóng)田征地數(shù)量。

4.1 基本農(nóng)田數(shù)量計算

提取鐵路用地界坐標進行坐標轉(zhuǎn)換，使其坐標參考與基本農(nóng)田數(shù)據(jù)庫的坐標參考一致，用地界與基本農(nóng)田數(shù)據(jù)庫的疊加顯示見圖7。

圖7 基本農(nóng)田與用地界的疊加顯示

圖7 中，紅色帶狀區(qū)域是經(jīng)過坐標轉(zhuǎn)換的鐵路用地界，基本農(nóng)田作為被相交圖形，用地界作為相交圖形進行空間相交分析，得到用地界內(nèi)基本農(nóng)田數(shù)據(jù)庫，最后根據(jù)數(shù)據(jù)庫的QSXZ、DLMC、QSDWDM 屬性進行分類統(tǒng)計輸出基本農(nóng)田數(shù)量表，如圖8 所示。

圖8 相交分析統(tǒng)計結(jié)果

在圖8 中，顯示區(qū)域（a）為鐵路用地界與基本農(nóng)田數(shù)據(jù)庫相交分析結(jié)果，（b）為分類統(tǒng)計屬性字段設(shè)置以及行政區(qū)劃統(tǒng)計級別設(shè)置，（c）為征用基本農(nóng)田數(shù)量統(tǒng)計結(jié)果。

4.2 非基本農(nóng)田數(shù)量計算

使用擦除分析方法將從土地利用數(shù)據(jù)庫中擦除與基本農(nóng)田數(shù)據(jù)庫相交的部分，得到非基本農(nóng)田數(shù)據(jù)庫，如圖9 所示。

圖9 擦除分析實例

在圖9 中，（a）為土地利用數(shù)據(jù)庫，（b）為基本農(nóng)田數(shù)據(jù)庫，（c）為非基本農(nóng)田數(shù)據(jù)庫。非基本農(nóng)田數(shù)據(jù)庫與用地界進行空間相交分析，得到用地界內(nèi)非基本農(nóng)田數(shù)據(jù)庫，經(jīng)分類統(tǒng)計，得到非基本農(nóng)田征地數(shù)量表。非基本農(nóng)田征地數(shù)量分類統(tǒng)計與基本農(nóng)田征地數(shù)量分類統(tǒng)計步驟一致，不再贅述。

5 結(jié)束語

提出鐵路征地數(shù)量計算方法，利用國土部門提供的土地利用數(shù)據(jù)庫和基本農(nóng)田數(shù)據(jù)庫，通過空間相交分析和空間擦除分析，計算出征地面積；利用網(wǎng)絡(luò)爬蟲技術(shù)，獲取土地所屬的行政區(qū)劃名稱，按照行政區(qū)劃、權(quán)屬性質(zhì)、土地名稱進行分類統(tǒng)計，得到征地數(shù)量統(tǒng)計表。

該方法無需進行土地外業(yè)調(diào)查作業(yè)，可減少外業(yè)勘測工作量。此外，當線路平面發(fā)生變更時，也無需返工重新進行外業(yè)土地調(diào)查。與傳統(tǒng)土地調(diào)查方法相比，土地利用數(shù)據(jù)庫和基本農(nóng)田數(shù)據(jù)庫提供了更為準確的土地邊界和土地權(quán)屬等信息，征地數(shù)量統(tǒng)計也更為精確。基于空間分析的鐵路征地數(shù)量計算方法不僅適用于鐵路工程永久征地和大臨工程等臨時征地數(shù)量計算，也適用于公路工程。