3S 技術(shù)在縣域水利工程用地劃界中的應(yīng)用

張華劍，姚 勁，張建國

（1. 湖南博通信息股份有限公司，湖南 長沙 410007）

近年來，不少研究者對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。基于以上研究經(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]。

1 研究區(qū)域

1.1 區(qū)域水情概況

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、交織過境，在境內(nèi)形成10個相互獨(dú)立的水系。作為長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個湖泊，其中1 km2以上的湖泊13個，10 km2以上的湖泊3個，中小型水庫共3 座。公安縣水域資源空間分布概況見圖1，由圖1可知，全縣水資源豐富[13]，按照經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展需求建設(shè)水利工程，其運(yùn)營意義重大。基于對其運(yùn)營管理的要求，需要運(yùn)用測繪地理信息技術(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

1.2 任務(wù)特點(diǎn)與重難點(diǎn)

按照湖北省發(fā)布的關(guān)于水庫管理、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)時采編、修改調(diào)繪信息；②界址點(diǎn)線測定是用地劃界的關(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。針對上述重難點(diǎn)，需要集成應(yīng)用3S技術(shù)加以解決。

2 研究方法

2.1 研究框架

從數(shù)據(jù)建設(shè)的角度來看，用地劃界工作需要采集每宗用地確權(quán)對象的位置、權(quán)屬、面積、界址等信息。經(jīng)研究國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)營權(quán)確權(quán)登記[16]等確權(quán)類項(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)，針對用地劃界形成的數(shù)據(jù)類型，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)等要素分圖層存儲與表達(dá)。通過信息采集、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步驟，建立合格的水利工程用地GIS數(shù)據(jù)庫。

2.2 前期與底圖生產(chǎn)

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)測繪資料[19]，結(jié)合提煉的基礎(chǔ)測繪成果和各項(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

2.3 野外確權(quán)調(diào)繪

如圖4 所示，在充分利用原有資料和已登記發(fā)證資料開展界址和權(quán)屬調(diào)查的同時，結(jié)合GIS 野外數(shù)據(jù)采集PDA軟硬件開展野外確權(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，將兩類成果形成信息互補(bǔ)，交給相關(guān)人員審核。同時運(yùn)用GPS等測量裝備，進(jìn)行控制測量和對水利工程用地地塊逐塊測量，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)場畫成草圖。對辦公區(qū)域建筑進(jìn)行不動產(chǎn)測量登記，并現(xiàn)場核實(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)查測繪階段3S技術(shù)集成應(yīng)用方法圖

2.4 內(nèi)業(yè)與公示編改

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GPS 測量、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)編號重號以及漏編等錯誤，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，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，開展面積計算、匯總等操作。運(yùn)用GIS 制作公式圖表，根據(jù)公示結(jié)果及時采用GPS測量等技術(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。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

2.5 檢查與成果提交

圖6表明，使用GIS 軟硬件和用地劃界成果，運(yùn)用GPS 等測量裝備，配合“兩級檢查一級驗(yàn)收”制度[20]開展檢查驗(yàn)收工作，通過GPS 外業(yè)采集點(diǎn)坐標(biāo)、內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理及精度計算等獲取用地劃界地塊的點(diǎn)位、邊長、面積等精度信息，對比GIS 成果，用數(shù)據(jù)評價用地劃界成果質(zhì)量，同時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等測量原始數(shù)據(jù)，測量成果圖件、報告、檢查資料及測繪檔案資料，利用建設(shè)的GIS 數(shù)據(jù)庫導(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)行歸檔并編制檔號后掃描入庫，作為成果資料按規(guī)定向相關(guān)部門提交。

圖6 檢查整理階段3S技術(shù)集成應(yīng)用方法圖

3 應(yīng)用及結(jié)果

針對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與相鄰鄉(xiāng)鎮(zhèn)村對用地界線的權(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)和開發(fā)中充分發(fā)掘水土資源效益，能產(chǎn)生較好的社會價值和經(jīng)濟(jì)價值。同時，成果可納入土地利用、國土空間規(guī)劃等日常管理中，實(shí)現(xiàn)資源整合，推動行政減負(fù)。實(shí)際工作中，為了解決原始RS 數(shù)據(jù)生產(chǎn)過慢的問題，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)屬存爭議問題。RS影像、水利權(quán)屬等基礎(chǔ)資料的有效收集，則通過縣水利管理部門落實(shí)鄉(xiāng)村級部門和具體用地機(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)及獎懲措施的方法予以及時解決。

4 結(jié) 語

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)線測定、數(shù)據(jù)入庫、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)信息化問題，有助于改善水利工程智能管護(hù)程度不夠的問題。隨著ArcGIS、AutoCAD等軟件的升級，無人機(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。