張華劍,姚 勁,張建國(guó)
(1. 湖南博通信息股份有限公司,湖南 長(zhǎng)沙 410007)
近年來(lái),不少研究者對(duì)3S技術(shù)在水利方面的應(yīng)用進(jìn)行了論述。這些研究涉及3S技術(shù)應(yīng)用,但偏重于將其作為輔助手段,且闡述不多,缺乏對(duì)其集成應(yīng)用的梳理并形成整體應(yīng)用方案,不利于技術(shù)方法在其他工作中的快速應(yīng)用?;谝陨涎芯拷?jīng)驗(yàn),本研究將著重探討3S技術(shù)應(yīng)用方法和系統(tǒng)化的集成應(yīng)用方案,并使其具備一定的通用性以便應(yīng)用于其他工作,具有現(xiàn)實(shí)的借鑒意義[1-11]。
公安縣位于湖北省中南地區(qū),其北、南、東、西分別與荊州市城區(qū)、安鄉(xiāng)、澧縣、石首、松滋相鄰[12],全縣河網(wǎng)、湖泊繁多。14 條外江河流縱橫串汊、交織過(guò)境,在境內(nèi)形成10個(gè)相互獨(dú)立的水系。作為長(zhǎng)洪入洞庭的主要行洪道,荊南中有“三河”流經(jīng)公安縣,確保荊江防洪安全。該縣現(xiàn)有52個(gè)湖泊,其中1 km2以上的湖泊13個(gè),10 km2以上的湖泊3個(gè),中小型水庫(kù)共3 座。公安縣水域資源空間分布概況見(jiàn)圖1,由圖1可知,全縣水資源豐富[13],按照經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展需求建設(shè)水利工程,其運(yùn)營(yíng)意義重大?;趯?duì)其運(yùn)營(yíng)管理的要求,需要運(yùn)用測(cè)繪地理信息技術(shù)獲取地理位置、權(quán)屬等信息,進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)水利工程信息化,推動(dòng)信息快速獲取和應(yīng)用。
圖1 公安縣水域資源空間分布概況
按照湖北省發(fā)布的關(guān)于水庫(kù)管理、水利設(shè)施建設(shè)管理、河湖管理、湖泊保護(hù)的有關(guān)法規(guī)規(guī)章要求[14-15],公安縣需開(kāi)展縣域用地劃界工作。該項(xiàng)工作具有周期短、內(nèi)容龐雜、易引糾紛,質(zhì)量要求高、技術(shù)性強(qiáng)、效率要求快的特點(diǎn),需要解決如下重難點(diǎn):①權(quán)屬調(diào)查是用地劃界的核心,需要實(shí)現(xiàn)高效實(shí)時(shí)采編、修改調(diào)繪信息;②界址點(diǎn)線測(cè)定是用地劃界的關(guān)鍵,需要獲取高精度數(shù)據(jù)并制作成果圖件;③數(shù)據(jù)入庫(kù)是信息管理和應(yīng)用的依據(jù),需要實(shí)現(xiàn)信息的快速查閱、修改和方便應(yīng)用;④進(jìn)度控制(協(xié)調(diào))是工作按時(shí)完成的前提,需要做好技術(shù)銜接,確保作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、技術(shù)、節(jié)奏的高效統(tǒng)一。針對(duì)上述重難點(diǎn),需要集成應(yīng)用3S技術(shù)加以解決。
從數(shù)據(jù)建設(shè)的角度來(lái)看,用地劃界工作需要采集每宗用地確權(quán)對(duì)象的位置、權(quán)屬、面積、界址等信息。經(jīng)研究國(guó)家政策和湖北地方要求,基于公安縣水利工程建設(shè)現(xiàn)狀,結(jié)合任務(wù)特點(diǎn)與重難點(diǎn)分析,以及農(nóng)村土地承包經(jīng)營(yíng)權(quán)確權(quán)登記[16]等確權(quán)類(lèi)項(xiàng)目中利用3S技術(shù)和相關(guān)裝備實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)精準(zhǔn)采集、有效處理、精細(xì)化管理與使用的工作經(jīng)驗(yàn),針對(duì)用地劃界形成的數(shù)據(jù)類(lèi)型,可知用地劃界空間數(shù)據(jù)的生產(chǎn)能以RS 技術(shù)作影像支撐,以GPS 技術(shù)作數(shù)據(jù)采集,以GIS 技術(shù)作編輯處理來(lái)完成。屬性數(shù)據(jù)的生產(chǎn)則融入前者的生產(chǎn)中。相應(yīng)技術(shù)集成應(yīng)用的工作路線如圖2所示。
圖2 用地劃界3S技術(shù)集成應(yīng)用的技術(shù)工作路線
圖2中,水利工程用地劃界確權(quán)在落實(shí)工作方案、宣傳培訓(xùn)、準(zhǔn)備RS 影像資料等的基礎(chǔ)上,綜合收集區(qū)域水利工程各相關(guān)資料和使用RS技術(shù)[17-18]生產(chǎn)的DOM 等制作調(diào)繪底圖,在野外實(shí)地判讀并確認(rèn)界址點(diǎn)位置,結(jié)合運(yùn)用GPS等測(cè)量技術(shù)調(diào)查、核實(shí)、采集每塊水利工程用地的面積、位置、形狀、布局和權(quán)屬等情況,按照數(shù)據(jù)建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)利用GIS 技術(shù)將獲取的用地劃界權(quán)屬數(shù)據(jù)、DOM、用地劃界空間數(shù)據(jù)等要素分圖層存儲(chǔ)與表達(dá)。通過(guò)信息采集、數(shù)據(jù)錄入編輯、公示復(fù)核修改(3S 技術(shù)輔助)、數(shù)據(jù)庫(kù)建設(shè)、打印表證、資料整理歸檔、檢查驗(yàn)收(3S 技術(shù)輔助)、成果整理歸檔等多個(gè)步驟,建立合格的水利工程用地GIS數(shù)據(jù)庫(kù)。
在此階段,側(cè)重于使用RS、GIS技術(shù),3S技術(shù)間集成應(yīng)用方法見(jiàn)圖3。在做好技術(shù)培訓(xùn)、政策宣傳等的基礎(chǔ)上,收集任務(wù)區(qū)基礎(chǔ)測(cè)繪資料[19],結(jié)合提煉的基礎(chǔ)測(cè)繪成果和各項(xiàng)水利工程權(quán)屬數(shù)據(jù),制成合格的基于RS 的野外調(diào)查工作底圖,同時(shí)確保該底圖的地物地貌、權(quán)屬和行政界線、全部注記內(nèi)容的邏輯一致性和完整性。
圖3 工作準(zhǔn)備階段3S技術(shù)集成應(yīng)用方法圖
如圖4 所示,在充分利用原有資料和已登記發(fā)證資料開(kāi)展界址和權(quán)屬調(diào)查的同時(shí),結(jié)合GIS 野外數(shù)據(jù)采集PDA軟硬件開(kāi)展野外確權(quán)調(diào)繪,進(jìn)行實(shí)地確權(quán)調(diào)繪,形成調(diào)查RS 底圖成果和PDA 采集成果,將兩類(lèi)成果形成信息互補(bǔ),交給相關(guān)人員審核。同時(shí)運(yùn)用GPS等測(cè)量裝備,進(jìn)行控制測(cè)量和對(duì)水利工程用地地塊逐塊測(cè)量,采集水利用地的界址點(diǎn)、查清用地地塊周邊四至的地形地貌、權(quán)屬情況,并現(xiàn)場(chǎng)畫(huà)成草圖。對(duì)辦公區(qū)域建筑進(jìn)行不動(dòng)產(chǎn)測(cè)量登記,并現(xiàn)場(chǎng)核實(shí)與完善調(diào)查表,指界人在相應(yīng)調(diào)查圖表等外調(diào)成果上簽章摁手印。將測(cè)量數(shù)據(jù)(主要道路、水系、相關(guān)居民點(diǎn)、地塊界址點(diǎn)等)整理制作后作為原始成果交付確認(rèn)、移交內(nèi)業(yè)處理。
圖4 調(diào)查測(cè)繪階段3S技術(shù)集成應(yīng)用方法圖
在此階段,側(cè)重于使用GIS技術(shù),3S技術(shù)間集成應(yīng)用方法見(jiàn)圖5。其中,RS 影像既充當(dāng)“成果底圖”角色,根據(jù)外業(yè)調(diào)繪工作底圖上的地圖要素,輔助生產(chǎn)DLG;又充當(dāng)“顯示底圖”角色,方便在其上進(jìn)行要素編輯修改,用于帶影像公示圖、帶影像宗地圖的生產(chǎn)和使用等,同時(shí)輔助落實(shí)后續(xù)的登記頒證。按照相關(guān)技術(shù)規(guī)范要求,運(yùn)用GIS 數(shù)據(jù)處理軟件對(duì)GPS 測(cè)量、野外調(diào)查等原始數(shù)據(jù)進(jìn)行矢量化和展點(diǎn)繪制、信息錄入、編輯修改等處理,檢查外業(yè)調(diào)查電子表格與外業(yè)成果一致性,由內(nèi)外業(yè)合作解決外業(yè)編號(hào)重號(hào)以及漏編等錯(cuò)誤,形成包含主要道路、水系、相關(guān)居民點(diǎn)、水利用地地塊等圖形要素和相應(yīng)權(quán)屬信息的水利工程用地劃界DLG等多層數(shù)據(jù)及數(shù)據(jù)庫(kù),并按規(guī)范要求標(biāo)準(zhǔn)化和完善用地地塊屬性、權(quán)屬界線、地形地貌圖層等,開(kāi)展面積計(jì)算、匯總等操作。運(yùn)用GIS 制作公式圖表,根據(jù)公示結(jié)果及時(shí)采用GPS測(cè)量等技術(shù)手段核實(shí)異議、解決異議、完成數(shù)據(jù)的修正和再入庫(kù)。運(yùn)用RS、GIS技術(shù),制作宗地圖、地塊示意圖、登記簿等,輔助落實(shí)登記頒證。
圖5 內(nèi)業(yè)與公示階段3S技術(shù)集成應(yīng)用方法圖
圖6表明,使用GIS 軟硬件和用地劃界成果,運(yùn)用GPS 等測(cè)量裝備,配合“兩級(jí)檢查一級(jí)驗(yàn)收”制度[20]開(kāi)展檢查驗(yàn)收工作,通過(guò)GPS 外業(yè)采集點(diǎn)坐標(biāo)、內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理及精度計(jì)算等獲取用地劃界地塊的點(diǎn)位、邊長(zhǎng)、面積等精度信息,對(duì)比GIS 成果,用數(shù)據(jù)評(píng)價(jià)用地劃界成果質(zhì)量,同時(shí)RS 影像作為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)被制成檢查材料和待查內(nèi)容的一部分,輔助開(kāi)展成果檢查和實(shí)際工作中的地物判斷、定位應(yīng)用。外業(yè)形成的帶原始調(diào)繪成果的DOM 圖,內(nèi)外業(yè)形成的帶影像公示圖和宗地圖,GPS等測(cè)量原始數(shù)據(jù),測(cè)量成果圖件、報(bào)告、檢查資料及測(cè)繪檔案資料,利用建設(shè)的GIS 數(shù)據(jù)庫(kù)導(dǎo)出的圖表進(jìn)行整理,并匯總用地劃界成果資料等,所有紙質(zhì)、電子成果按要求進(jìn)行歸檔并編制檔號(hào)后掃描入庫(kù),作為成果資料按規(guī)定向相關(guān)部門(mén)提交。
圖6 檢查整理階段3S技術(shù)集成應(yīng)用方法圖
針對(duì)公司承接的湖北公安縣用地劃界項(xiàng)目,技術(shù)研發(fā)部、工程管理部采用前文所述的技術(shù)方案,輔助開(kāi)展作業(yè)?;?S 技術(shù)的集成應(yīng)用,公安縣工作形成一整套技術(shù)成果資料。如圖7 中,該宗地圖圖形體現(xiàn)了前面所述的數(shù)據(jù)內(nèi)容,借助3S 技術(shù)集成應(yīng)用生產(chǎn)完成,要素間空間位置分布信息表達(dá)直觀,展示了水利工程用地內(nèi)部的地物、地形、地貌情況,及外部的用地使用部門(mén)與相鄰鄉(xiāng)鎮(zhèn)村對(duì)用地界線的權(quán)屬關(guān)系。
圖7 公安縣某電力排灌站宗地圖圖層要素及圖形
集成應(yīng)用3S技術(shù),在縣水利工程管護(hù)和開(kāi)發(fā)中充分發(fā)掘水土資源效益,能產(chǎn)生較好的社會(huì)價(jià)值和經(jīng)濟(jì)價(jià)值。同時(shí),成果可納入土地利用、國(guó)土空間規(guī)劃等日常管理中,實(shí)現(xiàn)資源整合,推動(dòng)行政減負(fù)。實(shí)際工作中,為了解決原始RS 數(shù)據(jù)生產(chǎn)過(guò)慢的問(wèn)題,采取拓寬影像獲取渠道、搭配使用航空與航天影像的辦法,實(shí)現(xiàn)了RS 影像的快速生產(chǎn)和應(yīng)用。利用合格資料結(jié)合GPS等測(cè)量技術(shù),有效解決了部分水利工程建設(shè)用地不當(dāng),導(dǎo)致界線不夠明晰或權(quán)屬存爭(zhēng)議問(wèn)題。RS影像、水利權(quán)屬等基礎(chǔ)資料的有效收集,則通過(guò)縣水利管理部門(mén)落實(shí)鄉(xiāng)村級(jí)部門(mén)和具體用地機(jī)構(gòu)職責(zé),明確鄉(xiāng)鎮(zhèn)村委工作配合要求和落實(shí)細(xì)節(jié)及獎(jiǎng)懲措施的方法予以及時(shí)解決。
3S技術(shù)方法和集成應(yīng)用方案在公安縣用地劃界工作中已證實(shí)可行,能完成權(quán)屬調(diào)查、界址點(diǎn)線測(cè)定、數(shù)據(jù)入庫(kù)、進(jìn)度控制等多項(xiàng)任務(wù)要點(diǎn)。能高效地解決用地劃界數(shù)據(jù)信息化問(wèn)題,有助于改善水利工程智能管護(hù)程度不夠的問(wèn)題。隨著ArcGIS、AutoCAD等軟件的升級(jí),無(wú)人機(jī)和三維激光掃描儀等裝備的換代,北斗系統(tǒng)應(yīng)用的高質(zhì)量普及,3S 技術(shù)集成將更緊密,用地劃界技術(shù)方案將更優(yōu),水利工程三維智能模型及其防洪減災(zāi)應(yīng)用可進(jìn)一步探索,從而提高水利工程管理與服務(wù)的整體效益。