數字縣域地理空間框架建設技術研究

孫麗娟

摘 要：以河南一縣域為試點開展研究，以經濟建設和社會發展需求為主題，以提高地理信息服務為動力，緊密結合縣域地方特點，開展基礎地理信息、地理信息公共服務平臺、應用示范工程、應用支撐環境以及政策機制等建設工作，構建數字縣域基礎地理空間框架，建立縣域權威、標準、唯一的地理信息公共服務平臺。

關鍵詞：地理信息;基礎地理空間框架;共建共享;公共管理;公共服務

中圖分類號：P208 文獻標識碼：A 文章編號：1003-5168（2021）23-0019-04

Abstract： This paper takes a county in Henan Province as a pilot to carry out research， takes the needs of economic construction and social development as the theme， takes improving geographic information services as the driving force， closely combines the local characteristics of the county， carries out the construction of basic geographic information， geographic information public service platform， application demonstration project， application support environment and policy mechanism， and constructs the basic geospatial framework of digital county， in order to establish an authoritative， standard and unique geographic information public service platform in the county.

Keywords： geographic information;basic geospatial framework;co- construction and sharing;public administration;public service

以經濟建設和社會發展需求為主題，以提高地理信息服務為動力，緊密結合縣域地方特點，立足縣域既有數據、軟件、硬件和網絡基礎設施，依照國家、行業的相關標準、規范與指導性技術文件，開展基礎地理信息、地理信息公共服務平臺、應用示范工程、應用支撐環境以及政策機制等建設工作，構建數字縣域基礎地理空間框架，建立縣域權威、標準、唯一的地理信息公共服務平臺，實現地理信息資源的充分利用與共建共享，提高城市公共管理、公共服務的能力和水平[1-5]。

1 技術思路

數字縣域地理空間框架建設和應用示范技術流程如下：對縣城規劃區110 km2區域進行傾斜三維數據獲取，縣城規劃區110 km2范圍內1∶500數字線劃圖成圖及數據庫建設和1∶1 000數字正射影像圖制作，在此基礎上，對縣城規劃區110 km2進行1∶1 000和1∶5 000比例尺的數字線劃圖編繪及數據庫建設;通過野外調繪和數據編輯形成更新后的全縣域1∶10 000地形圖數據庫建設、1∶10 000數字高程模型數據庫、1∶10 000數字正射影像圖數據庫。利用各比例尺地形圖數據，通過數據轉換，建設多尺度、多類型、覆蓋不同區域的數據庫;利用數據庫建設縣域基礎地理信息公共服務平臺，建立縣域三維信息管理輔助決策平臺、縣域自然資源監管系統和縣域后備資源信息管理系統3個專業應用示范系統[6-10]。

2 主要技術指標和規格

2.1 平面坐標系統、高程基準和投影變形分析

2.1.1 平面坐標系統和高程基準。平面坐標系統采用2000坐標系。1∶500、1∶1 000地理信息成果采用任意3°帶高斯-克呂格投影投影方式，中央子午線為114°45′;測區平均緯度為32°;測區平均橢球曲率半徑為6 368 735.912 15 m;投影面為參考橢球面。1∶5 000、1∶10 000地理信息成果采用高斯-克呂格投影，中央子午線為3°分帶中央子午線114°。高程系統采用1985國家高程基準。

2.1.2 投影變形分析。縣城規劃區平面投影變形應符合國家標準，根據項目區域位置，投影方式采用高斯-克呂格投影。1∶5 000、1∶10 000比例尺按標準3°分帶，對于數據庫數據，采用地理坐標系統，坐標單位為度。

1∶500地形圖區域離中央子午線較遠，當改變中央主子午線至測區中央經線分別為114°10′、114°20′、114°30′、114°35′、114°40′、114°45′時，依據《城市測量規范》（CJJ/T 8—2011），在國家標準參考橢球面上，根據高程歸化和高斯改化公式求得測區中心（縣中心）長度變形公式：

[ΔS=y2m2R2S0-HmRAS]? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? （1）

式中：[R]為測區的平均曲率半徑;[ym]為距離的2端點橫坐標平均值;[S0]為歸算到橢球面上的長度;[Hm]為長度所在高程面對于橢球面的平均高程;[RA]長度所在方向的橢球曲率半徑。

驗算各中央子午線情況下的長度變形值，如表1所示。

根據表1可知，中央子午線為114°時，縣域內部分居民區域投影長度變形超限，當中央子午線為114°10′、114°20′、114°30′、114°35′、114°40′時，縣域內部分居民區投影長度變形超限，且超限區域大多位于西南山部或丘陵地區。當中央子午線為114°45′時，縣域內居民區投影長度變形未超限，且縣城規劃區域投影變形較小，西南山區投影長度變形也未超限，因此測區選用中央子午線為114°45′。將上述坐標系統命名為該縣域2000坐標系。

2.2 比例尺、分幅與編號

比例尺包括1∶500、1∶1 000、1∶5 000、1∶10 000。

地形圖的分幅和編號按照《國家基本比例尺地形圖分幅和編號》（GB/T 13989—2012）的要求執行。

2.3 地形類別

經過實地踏勘和歷史地形地貌資料分析，確定本項目1∶500、1∶1 000比例尺涵蓋區域，地形類別劃定為平地類型。為保證河南省基礎測繪數據的權威性和繼承性，1∶5 000和1∶10 000地形類別的確立在遵照相應的國家標準規范的前提下，保持與河南省測繪地理信息局歷史出版的圖件定性結論保持一致。

2.4 基本等高距

1∶500地形圖基本等高距為0.5 m;1∶1 000地形圖基本等高距為0.5 m;1∶5 000地形圖基本等高距為1.0 m;1∶10 000小比例尺地形圖基本等高距與河南省測繪地理信息局已出版最新基礎測繪圖件基本等高距保持一致。

大比例尺地形圖基本等高距保持同一測區同一產品同一等高距規格的原則。如有特殊情形，報請項目技術專家組或總工辦批準，并在項目執行過程技術文檔資料中做好相應記錄。

2.5 高程注記密度

1∶500、1∶1 000地形圖高程注記點應該選在明顯地物點或地形變換點上，依據分幅地形類別及地物點和地形點的多少，其密度為圖上每100 cm2內8～20個。

1∶5 000、1∶00 000地形圖上高程注記點應選在明顯地物點和地形變換點上，密度為圖上每100 cm2內，平地、丘陵地10～20個，山地、高山地及地形特征點稀少地區8～15個。根據地形情況圖上每100 cm2面積內，等高線注記應有1～3個等高線高程注記。

高程注記以米為單位，1∶500、1∶1 000成圖注至小數點后2位，1∶5 000、1∶10 000成圖注至小數點后1位。

2.6 地形圖精度

2.6.1 平面精度。1∶500、1∶1 000比例尺地形圖圖上地物點相對于野外控制點的圖上點位中誤差與鄰近地物點間距中誤差應符合表2的規定。特殊困難地區地物點對最近野外控制點的圖上點位中誤差按地形類別放寬0.5倍。1∶5 000、1∶10 000比例尺地形圖圖上地物點相對于野外控制點的圖上點位中誤差應符合表3的規定;特殊困難地區地物點對最近野外控制點的圖上點位中誤差按地形類別放寬0.5倍。

2.6.2 高程精度。高程注記點和等高線對附近野外控制點的高程中誤差，不得大于表4的規定。

地形圖上山地、高山地的等高線在實地不能直接找到衡量其精度的相應位置時，等高線的高程中誤差可按式（2）計算：

[mn=±（a+b·tanα）? ]? ? ? ? ? ? ? ? ? ? （2）

式中：[mn]為等高線高程中誤差，m;[a]為高程注記點的高程中誤差，m;[b]為地物點的平面位置中誤差，m;[α]為檢查點附近的地面傾斜角，°。

特殊困難地區（大面積森林、沼澤等）地物點的平面位置中誤差和高程中誤差按上述規定放寬0.5倍，2倍中誤差為最大誤差。

2.7 地形圖的符號及注記

1∶500、1∶1 000地形圖執行《國家基本比例尺地圖圖式 第1部分∶1∶500 1∶1 000 1∶2 000地形圖圖式》（GB/T 20257.1—2007）。1∶5 000、 1∶10 000地形圖執行《國家基本比例尺地圖圖式 第2部分：1∶ 5 000 1∶10 000地形圖圖式》（GB/T 20257.2—2006）[11-16]。

3 系統功能

3.1 縣域自然資源監測管理系統

實現基礎地理數據與專題業務數據的加載顯示、瀏覽、縮小放大等常用GIS功能，同時實現地圖上的長度量算、面積量算功能，對圖層可見性與透明度進行控制。實現自然資源監測數據等空間要素的點擊查詢功能，被查詢要素高亮顯示，同時顯示該要素屬性信息、圖片等信息。對監測數據、現狀數據等業務數據進行統計分析，統計結果以表格或圖表形式展示。

3.2 縣域三維信息管理輔助決策平臺

①逼真的三維瀏覽體驗。平臺可實現基于真實地理環境的三維虛擬社區;可以當前鼠標點位置為中心360°旋轉瀏覽三維數字城市;可同時加載建筑物模型數據與地形數字高程模型（Digital Elevation Model，DEM）數據。

②搜索定位。搜索定位服務由WordSplit（分詞系統）、LSE（搜索引擎）等模塊組成，實現興趣點、建筑物、矢量線和矢量面的關鍵詞或空間位置搜索。

③距離量測。距離量測用于測量平面或空間中任意兩點之間的距離或者任意多個點之間的距離之和。

④面積量測。面積量測用于測量地表上任意區域內的平面面積和地表面積。

⑤剖面分析。剖面分析可以分析某塊地形的剖面情況和建筑物的剖面情況。

⑥等值線分析。等值線分析功能可以分析出圈定范圍內高程相同的點，自動繪制出等值線。

⑦坡度坡向分析。系統可以分析出圈定范圍內的地形走勢、坡度和坡向，模擬水流或泥石流等流向，用于災害預警分析。

⑧淹沒分析。淹沒分析用來分析在某個特定范圍內，以特定流域線為水流，以特定高程為當前水位的流域淹沒情況。

⑨可視域分析。系統可以模擬出人的視角，設定觀察高度、觀察范圍后，自動分析出可觀察區域和被遮擋區域，以不同顏色高亮顯示。

3.3 縣域后備資源信息管理系統

實現基礎地理數據與專題業務數據的加載顯示、瀏覽、縮小放大等常用GIS功能，同時實現地圖上的長度量算、面積量算功能，對圖層可見性與透明度等進行控制。

實現對后備資源及其他數據的信息查詢;基于GIS空間分析功能，對后備資源數據進行相關的空間分析;對后備資源數據進行統計，并以表格與圖表形式展示統計結果;建立分析模型，對土地后備資源數據進行自動分析評價。分析評價結果可進行導出使用。

參考文獻：

[1]國家質量監督檢驗檢疫總局，國家標準化管理委員會.國家三、四等水準測量規范：GB/T 12898—2009[S].北京：中國標準出版社，2009.

[2]國家質量監督檢驗檢疫總局，國家標準化管理委員會.國家基本比例尺地形圖分幅和編號：GB/T 13989—2012[S].北京：中國標準出版社，2012.

[3]國家質量監督檢驗檢疫總局，國家標準化管理委員會.國家基本比例尺地形圖更新規范：GB/T 14268—2008[S].北京：中國標準出版社，2008.

[4]國家質量監督檢驗檢疫總局，國家標準化管理委員會.數字航空攝影測量 空中三角測量規范：GB /T 23236—2009[S].北京：中國標準出版社，2009.

[5]自然資源部.低空數字航空攝影測量外業規范：CH/T 3004—2021[S].北京：測繪出版社，2021.

[6]國家質量監督檢驗檢疫總局，國家標準化管理委員會.1∶500 1∶1 000 1∶2 000 地形圖航空攝影測量數字化測圖規范：GB/T 15967—2008[S].北京：中國標準出版社，2008.

[7]國家質量監督檢驗檢疫總局，國家標準化管理委員會.國家基本比例尺地圖圖式 第1部分：1∶500 1∶1 000 1∶2 000地形圖圖式：GB/T 20257.1—2017[S].北京：中國標準出版社，2017.

[8]國家質量監督檢驗檢疫總局，國家標準化管理委員會.國家基本比例尺地圖圖式 第2部分：1∶5 000 1∶10 000地形圖圖式：GB/T 20257.2—2017[S].北京：中國標準出版社，2017.

[9]國家市場監督管理總局，國家標準化管理委員會.基礎地理信息要素數據字典 第1部分：1∶500 1∶1 000 1∶2 000比例尺：GB/T 20258.1—2019[S].北京：中國標準出版社，2019.

[10]國家市場監督管理總局，國家標準化管理委員會.基礎地理信息要素數據字典 第2部分：1∶5 000 1∶10 000 比例尺：GB/T 20258.2—2019[S].北京：中國標準出版社，2019.

[11]國家質量監督檢驗檢疫總局，國家標準化管理委員會.城市地理信息系統設計規范：GB/T 18578—2008[S].北京：中國標準出版社，2008.

[12]國家質量監督檢驗檢疫總局，國家標準化管理委員會.地理空間框架基本規定：GB/T 30317—2013[S].北京：中國標準出版社，2013.

[13]國家質量監督檢驗檢疫總局，國家標準化管理委員會.基礎地理信息城市數據庫建設規范：GB/T 21740—2008[S].北京：中國標準出版社，2008.

[14]自然資源部.地理信息公共服務平臺 網絡地理信息服務分類與命名規范：CH/T 9028—2018[S].北京：測繪出版社，2018.

[15]國家測繪地理信息局.地理信息公共服務平臺 電子地圖數據規范：CH/Z 9011—2011[S].北京：測繪出版社，2011.

[16]國家測繪地理信息局.地理信息公共服務平臺 地理實體與地名地址數據規范：CH/Z 9010-2011[S].北京：測繪出版社，2011.