第3次全國國土調查中外業調查補測技術方法特點與優化方案

田曉紅，呂亮卿

（山西農業大學資源環境學院，山西 太谷 030801）

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

1 第3次全國國土調查的特點

1.1 調查內容更加細化

與第2次全國土地調查和年度變更調查相比較，第3次國土調查的主要內容是“已有內容的細化、變化內容的更新、新增內容的補充”，并對存在相關部門管理需求交叉的耕地、園林、林地、草地、養殖水面等進行管理屬性、質量狀況和利用現狀的細化調查與多重標注[1]。因此，新增細化的內容有：城鎮村內部土地利用現狀調查，即將城鎮村莊范圍連片按土地利用現狀調查要求進行城鄉一體化調查，全面調查城鎮村內部土地利用圖斑；耕地細化調查；批而未用土地調查；農用地質量分等定級評價調查；自然資源調查、濕地調查和生態紅線調查，以滿足生態文明建設的需要。山西省根據實際情況，又增加了采煤沉陷區土地利用調查和流經省域的7條河流土地利用調查。

1.2 技術手段和方法更加現代化

隨著GPS、高分衛星、無人機等遙感測繪技術及應用的逐步成熟，大數據、云計算的興起，各類國土及地理信息服務的產生，第3次全國國土調查將以更先進的技術以及更完整的工作體系來保證工作的順利開展。（1）利用高分辨率衛星遙感影像制作正射影像圖。（2） 利用計算機智能解譯技術，輔助人工解譯，提取影像與“二調”數據庫地類不一致圖斑和重點地類變化圖斑，當作地方細化調查的底圖。（3） 采用GPS、RS和GIS等“3S”一體化技術手段與“互聯網+”技術開展地方外業細化調查、舉證，國家在線核查和審核確認工作，以及數據庫建庫工作。（4）利用已有地籍調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村內部土地利用現狀調查。（5） 統一時間點，運用增量更新技術進行數據更新，確保土地利用現狀數據的現勢性。

1.3 精度更加準確

測繪精準度和類別都有所提升。農村土地調查，全面采用優于1 m分辨率的航天遙感數據；城鎮土地利用現狀調查，采用現有優于0.2 m的航空遙感數據[2]。與第2次全國國土調查工作相比較，第3次衛星像源較多，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]；建設用地和設施農用地最小上圖面積調整為200 m2，面積精度提高很大。

1.4 工作更加高效

與前2次全國國土調查相比較，第3次全國國土調查在調查內容增多、精度提高、范圍擴大的情況下，調查規劃的時間為2017年10月9日～2019年12月31日[4]。山西省根據時間節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的調查底圖3個月內，完成縣級國土調查工作；山西省國土調查辦公室在接到上報的國土調查成果2個月內，完成省級全面檢查和整改工作，并上報國家國土調查辦公室。到2018年底，山西省基本完成了50%地區的國土調查工作。

2 第3次全國國土調查工作面臨的挑戰

（1） 第3次全國國土調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單位參與其中。由于測繪企業眾多，業務水平參差不齊，第3次全國國土調查過程中選擇合作單位成為工作中的難點[5]。（2）第3次全國國土調查要求進一步改進調查技術方法，充分運用“互聯網+”、GPS、高分辨率航空航天遙感等現代技術，密切跟蹤國土調查技術前沿，這對作業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調能力和作業人員的技術水平，是急需解決的問題[5]。國家組織專業業務培訓時間短、內容多、技術新，參加培訓的基層土地調查人員水平差異較大，導致培訓效果參差不齊。（3）第3次國土調查外業調查補測工作量大。主要原因：新增細化內容多；線性地物按圖斑上圖；有些城鎮村莊區域沒有被優于0.2 m分辨率航空遙感正射影像數據覆蓋，只能用優于1 m分辨率正射影像圖來開展城鎮村莊內部土地利用現狀調查；有些城鎮村莊沒有開展地籍調查或有新增擴建區域，必須對照正射遙感影像特征，通過實地調查，調繪村莊內部的土地利用現狀圖斑；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；土地權屬狀況或界址發生變化的，需要按照《地籍調查規程》TD/T 1001―2012等相關技術要求開展補充調查后上圖。（4） 地物補測技術性強，需要專業技術操作人員進行操作。測量技術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，在測區環境復雜、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方法是做好補測工作的關鍵[6]。

3 地物補測技術方法

第3次全國國土調查技術規程規定：土地調查外業補測，有條件地區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。本次調查增加了土地權屬調查，要求將集體土地所有權確權登記和國有土地使用權登記成果落實在土地調查成果中（上圖），對發生變化的開展補充調查。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，利用實測數據更新土地調查數據庫[7]。

3.1.1 GPS-RTK作業的網絡CORS模式[8]在CORS網覆蓋范圍內，作業首選網絡CORS模式。因為該系統為用戶提供了穩定、統一的參考坐標系，不需要用戶自己計算坐標轉換參數；使補測點的精度一致，降低了系統誤差，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，進而提高了工作效率。

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

為了計算四參數，有條件的地區，選用均勻分布在測區中心和周邊地區的至少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計算，求出四參數。啟用四參數后，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，可以采用已轉換成2000國家大地坐標系優于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查辦統一組織制作的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換參數的重合點。這些特征點選擇時必須注意：特征點分布均勻、覆蓋整個轉換區域，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計算，求出四參數。坐標轉換精度可采用內符合和外符合精度評價。即用得到的轉換參數計算重合點坐標殘差；剔除殘差＞3倍點位中誤差的重合點；重新計算坐標轉換參數直到滿足精度要求為止；最終用于計算轉換參數的重合點數量與轉換區域大小有關，但≤5個，均勻分布于區域四周和中間[10]。然后利用未參與計算轉換參數的重合點作為外部檢核點，將由轉換參數計算的點位坐標與其已知點位坐標進行比較，在限差范圍內方可進行碎部測量。

3.1.3 RTK與全站儀聯合使用模式 利用連續運行參考站系統（CORS） 進行圖根控制測量和衛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的碎部測量[9]。

3.1.4 全站儀數字測圖的作業模式 用全站儀數字測圖，測站點的坐標在有條件的地區可以用網絡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，在出外業之前，要從已轉換成2000國家大地坐標系優于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量的、均勻分布的、覆蓋整個測區的明顯地物、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，在每一測站開始數據采集前，至少要測量測區內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，可及時發現錯誤，進行現場修改[14]；可當場線物圖斑化和確定夠上圖面積，優化了土地調查流程，實現了內外業一體化作業。這種測圖模式對設備要求高，外業工作負擔重，當作業環境較差時，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]，同時在現場繪制標注測點點號的工作草圖，在內業下載全站儀內存測量數據，通過數字測圖軟件將碎部點自動展繪，根據工作草圖編輯成圖。這種測圖模式內外業分工明確，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，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 結論

（1）補測工作的必要環節就是統一坐標系，而坐標轉換的關鍵技術就是選好計算轉換參數的轉換模型和在2個坐標系下均有坐標成果的重合點。本文根據國土調查補測精度要求，提出當用GPS-RTK測量時，采用四參數+固定差改正+校正參數模式，并且給出了測區有無測量控制點2種情況下如何采集重合點坐標的方法，以及采用內符合和外符合精度評價坐標轉換精度的方法與步驟。

（2）提出從已轉換成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，免除了坐標轉換的工作。

（3） 結合參加全國第1次和第2次土地調查的經歷，參加農村宅基地確權調查和農村土地承包經營權確權調查，參加大比例尺數字化地形圖更新工作等的實際工作體會，又根據長期從事測繪和土地管理課程教學工作的經驗，對不同環境條件下如何開展外業調查補測工作有系統的研究和實測案例，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補測工作的全面解決方案，進而為第3次全國國土調查外業調查補測提供了行之有效的技術路線和方法步驟。