基于電子調(diào)繪的地理國情外業(yè)調(diào)查與核查方法研究

孔令堯

（遼寧省自然資源事務(wù)服務(wù)中心，遼寧 沈陽 110034）

0.引言

地理國情主要是指地表自然和人文地理要素的空間分布、特征及其相互關(guān)系，是基本國情的重要組成部分[1]。地理國情監(jiān)測是利用先進(jìn)的現(xiàn)代測繪技術(shù)，對地理空間要素進(jìn)行動(dòng)態(tài)的變化監(jiān)測，并結(jié)合以往各期監(jiān)測成果，經(jīng)過綜合的統(tǒng)計(jì)分析，得出現(xiàn)勢性強(qiáng)的具有發(fā)展變化及變化規(guī)律的成果數(shù)據(jù)，從地理空間信息的角度出發(fā)，系統(tǒng)、客觀、權(quán)威、準(zhǔn)確地掌握地理國情信息，為政府、企業(yè)和公眾各方面提供必要的決策依據(jù)[2]。

外業(yè)調(diào)查與核查工作在地理國情監(jiān)測工作中占有絕對性的比重，是保證地理國情監(jiān)測數(shù)據(jù)成果質(zhì)量的基礎(chǔ)。外業(yè)調(diào)查是對解譯的地表覆蓋分類數(shù)據(jù)和地理國情要素?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)查與核查，同時(shí)采集遙感影像樣本數(shù)據(jù)，為最終形成地理國情要素?cái)?shù)據(jù)、地表覆蓋分類數(shù)據(jù)成果和遙感影像解譯樣本數(shù)據(jù)庫提供基礎(chǔ)[3]。隨著第一次地理國情普查項(xiàng)目的順利完成，電子調(diào)繪的方法在外業(yè)調(diào)查與核查中得到了廣泛應(yīng)用。電子調(diào)繪的工作方法不僅提高效率、節(jié)省時(shí)間、節(jié)約成本、方便操作，而且與內(nèi)業(yè)工作的對接更加便捷。

1.電子調(diào)繪方法

電子調(diào)繪一般采用平板電腦作為移動(dòng)端采集設(shè)備，配合安裝專門開發(fā)的外業(yè)調(diào)繪系統(tǒng)，進(jìn)而完成地理國情監(jiān)測外業(yè)調(diào)查與核查工作。隨著電子設(shè)備軟、硬件的飛速發(fā)展，電子調(diào)繪工作得到了長足發(fā)展，使得移動(dòng)端采集設(shè)備具有屏幕大尺寸、軟硬件高性能等優(yōu)勢，因此更利于外業(yè)調(diào)繪工作。目前主流的平板電腦所采用的操作系統(tǒng)各有不同，比如國產(chǎn)華為平板采用Android系統(tǒng)，美國蘋果平板采用IOS系統(tǒng)，美國微軟平板采用Windows系統(tǒng)。每個(gè)操作系統(tǒng)都為開發(fā)者提供了方便的開發(fā)接口以及開發(fā)應(yīng)用環(huán)境，方便開發(fā)人員針對地理國情項(xiàng)目需求進(jìn)行專項(xiàng)開發(fā)。

平板電腦具有大尺寸、高分辨率的電容觸摸屏，更適合在野外的環(huán)境中直接操作高分辨率的影像。高性能的CPU和大容量內(nèi)存更有力地支持軟件的流暢運(yùn)行。搭載先進(jìn)的多種類傳感器設(shè)備，如：GPS、電子羅盤、陀螺儀、重力感應(yīng)器、高像素?cái)z像頭等，為采集的數(shù)據(jù)提供多元化的屬性數(shù)據(jù)。本項(xiàng)目采用的是華為M6平板電腦，在正常野外環(huán)境中，GPS定位精度能達(dá)到5m以內(nèi)，可以滿足外業(yè)修補(bǔ)測的定位精度以及調(diào)查軌跡的記錄精度。電子羅盤能夠確定瀏覽地圖時(shí)的方向信息，三軸陀螺儀、重力感應(yīng)器與高像素?cái)z像頭搭配，能夠在拍攝照片的時(shí)候提供拍攝的姿態(tài)信息，并記錄相片拍攝時(shí)的仰俯、橫滾等信息參數(shù)。

2.外業(yè)調(diào)查與核查的目的

（1）調(diào)查地理國情要素信息和地表覆蓋分類信息在新的周期內(nèi)的變化情況，判定伸縮、新增或持續(xù)變化等信息。核查內(nèi)業(yè)解譯成果的圖形、屬性等信息是否正確。

（2）由于拍攝時(shí)相不佳，成像條件差，導(dǎo)致影像不清晰，使得內(nèi)業(yè)人員無法斷定邊界的圖斑，或者屬性信息無法認(rèn)定的圖斑，需要外業(yè)實(shí)地確認(rèn)并拍照記錄。

（3）通過現(xiàn)場拍攝照片以及影像表現(xiàn)出的相應(yīng)地物，建立解譯樣本數(shù)據(jù)庫，有助于內(nèi)業(yè)人工判別以及計(jì)算機(jī)自動(dòng)分類。

（4）對數(shù)據(jù)成果的質(zhì)量和精度進(jìn)行外業(yè)實(shí)地檢查，對成果的準(zhǔn)確性和真實(shí)性提供評(píng)定依據(jù)。

3.外業(yè)調(diào)查與核查的工作流程

多光譜遙感影像是地理國情監(jiān)測項(xiàng)目中最主要的數(shù)據(jù)源，其中包括資源三號(hào)和高分系列遙感影像。在基礎(chǔ)工作底圖的參考影像制作中，優(yōu)先采用亞米級(jí)高分二號(hào)遙感影像，覆蓋不足或有云霧等遮擋物時(shí)，采用2m分辨率的資源三號(hào)或高分一號(hào)作為補(bǔ)充數(shù)據(jù)。由于參考影像的數(shù)據(jù)源不同、拍攝時(shí)間不同等因素，造成影像圖面不清晰，圖斑類別相似等情況，導(dǎo)致在內(nèi)業(yè)判讀的過程中，錯(cuò)判、漏判等現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生。因此外業(yè)調(diào)查與核查工作顯得尤為重要。

在地理國情監(jiān)測項(xiàng)目中，普遍采用先內(nèi)業(yè)判讀解譯，后外業(yè)調(diào)查與核查，再內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)整理的總體工作流程，采用電子調(diào)繪的方法能夠充分將總體流程中的內(nèi)業(yè)和外業(yè)工作緊密結(jié)合在一起，優(yōu)化了外業(yè)調(diào)查與核查的工作流程，保證了內(nèi)業(yè)和外業(yè)的有效銜接，提高了工作效率。將高分辨率衛(wèi)片作為基礎(chǔ)資料工作底圖數(shù)據(jù)，將道路、水系、居民地、注記等信息作為參考資料疊加在衛(wèi)片之上，便于定位和判斷內(nèi)業(yè)判讀和解譯后的地理國情要素信息和地表覆蓋分類信息的具體位置以及相互關(guān)系。對于重要信息、特征信息以及有代表性信息進(jìn)行外業(yè)拍照采集，可作為解譯樣本數(shù)據(jù)。經(jīng)過最終的整理和質(zhì)量檢查，合格后上交數(shù)據(jù)成果。具體流程（如圖1所示）：

圖1 外業(yè)調(diào)查與核查的工作流程圖

4.具體實(shí)施方案

4.1 調(diào)查底圖制作

將內(nèi)業(yè)整理好的矢量數(shù)據(jù)文件和柵格數(shù)據(jù)文件進(jìn)行一致性處理。首先統(tǒng)一投影坐標(biāo)系為CGCS2000，中央子午線設(shè)置為126°。其次進(jìn)行格式轉(zhuǎn)換，將矢量數(shù)據(jù)進(jìn)行格式轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換為后期內(nèi)業(yè)處理軟件ArcGIS的通用*.shp格式文件，并導(dǎo)入電子調(diào)繪系統(tǒng)。將內(nèi)業(yè)解譯的正射影像轉(zhuǎn)換為*.tif格式文件，作為參考影像導(dǎo)入到電子調(diào)繪系統(tǒng)。在電子調(diào)繪系統(tǒng)中將矢量數(shù)據(jù)與參考影像進(jìn)行疊加，并設(shè)置標(biāo)注內(nèi)容。地表覆蓋分類信息中顯示出LCRA圖層中需要外業(yè)確認(rèn)的信息，例如：CC碼、TAG碼、地理國情要素中的道路、水系等屬性項(xiàng)，并將不同類型的地物設(shè)置成不同的線形和顏色加以區(qū)分。對配置好的數(shù)據(jù)進(jìn)行檢查，配置不協(xié)調(diào)或者有問題的圖層要重新整理和標(biāo)注[4]。

4.2 線路規(guī)劃

遼寧省丹東市位于遼東半島的東南部，西北方向?yàn)樯降兀瑬|南方向?yàn)槠降?，鴨綠江邊人口居住較密集，人類活動(dòng)多，因此應(yīng)作為外業(yè)調(diào)查與核查的重點(diǎn)區(qū)域。西北山區(qū)主要以道路沿線作為外業(yè)調(diào)查與核查的重點(diǎn)區(qū)域。因此根據(jù)任務(wù)區(qū)所在位置以及地貌分布特征，再結(jié)合現(xiàn)有道路進(jìn)行路線規(guī)劃，確認(rèn)到達(dá)任務(wù)區(qū)的行進(jìn)路線。充分了解任務(wù)區(qū)，在任務(wù)區(qū)內(nèi)分析需要調(diào)查的地表覆蓋分類數(shù)據(jù)和地理國情要素?cái)?shù)據(jù)的分布情況，需要調(diào)查的數(shù)據(jù)主要來自內(nèi)業(yè)解譯過程中無法判別的地類和界限，以及重點(diǎn)需要核查的圖斑和每年都在變化的圖斑。同時(shí)，結(jié)合內(nèi)業(yè)人員在判讀過程中的意見反饋和使用的參考影像的時(shí)相特征等。合理的外業(yè)調(diào)查路線規(guī)劃不僅能節(jié)省外業(yè)時(shí)間，還能提高工作效率。

4.3 調(diào)查方法

外業(yè)調(diào)查必須堅(jiān)持走到、看到的原則，并做好記錄，外業(yè)調(diào)查與核查工作是地理國情監(jiān)測項(xiàng)目工作中的重中之重，外業(yè)調(diào)查與核查的成果質(zhì)量，直接關(guān)系著整個(gè)項(xiàng)目的成果質(zhì)量。因此，在外業(yè)調(diào)查與核查的工作中需要有一套高效的調(diào)查方法。

電子調(diào)繪系統(tǒng)提供的手寫涂鴉式操作就能很好地解決外業(yè)調(diào)查與核查工作需求，可以直接以手寫涂鴉的方式在圖斑上進(jìn)行自由標(biāo)記，系統(tǒng)以書簽的方式對標(biāo)記信息進(jìn)行保存，方便后期調(diào)用核查與分析。這樣的調(diào)繪方式不僅能夠提高工作效率，而且還能夠徹底告別紙質(zhì)地圖，真正實(shí)現(xiàn)先進(jìn)的一體化電子調(diào)繪方法。

4.4 地表覆蓋分類調(diào)查

（1）對測區(qū)內(nèi)的新增疑問圖斑開展調(diào)查（TAG編碼為2），包括圖斑的屬性類型、具體范圍等，到達(dá)實(shí)地后進(jìn)行補(bǔ)測并拍照記錄；（2）將測區(qū)范圍內(nèi)的新增圖斑進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，外業(yè)調(diào)查必須覆蓋到保證每一種圖斑至少有一個(gè)樣本數(shù)據(jù)，全面覆蓋所有新增類型；（3）對在原有基礎(chǔ)上已經(jīng)發(fā)生變化的圖斑（TAG編碼為1），開展實(shí)地調(diào)查，將圖斑邊界更新到正確的范圍位置上；（4）對于在調(diào)查時(shí)仍然在變化的圖斑，判定為持續(xù)變化圖斑，標(biāo)記出變化區(qū)域范圍，將TAG編碼賦值為4；（5）對于生態(tài)保護(hù)區(qū)域等不可進(jìn)入?yún)^(qū)域或者禁止進(jìn)入?yún)^(qū)域，可以利用圖斑對比的方式進(jìn)行判斷，并標(biāo)記說明。

4.5 地理國情要素調(diào)查

（1）將內(nèi)業(yè)判讀過程中標(biāo)記出來的疑問要素進(jìn)行實(shí)地核查，例如要素的邊界、名稱、位置、類型等屬性信息，到達(dá)實(shí)地后進(jìn)行拍照記錄；（2）對于內(nèi)業(yè)無法采集的大型區(qū)域院落，如：學(xué)校、村委會(huì)、醫(yī)院、水電廠等，進(jìn)行實(shí)地核查邊界、名稱、位置等信息；（3）核查專題資料是否滿足調(diào)查需要，對于達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)的，進(jìn)行抽樣檢查，達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)的，則進(jìn)行外業(yè)實(shí)地補(bǔ)調(diào)；（4）對于新增要素和變化要素，開展實(shí)地核查，進(jìn)行補(bǔ)測。

4.6 外業(yè)調(diào)繪軌跡信息的記錄

外業(yè)調(diào)繪軌跡信息是質(zhì)檢部門和驗(yàn)收部門對數(shù)據(jù)成果進(jìn)行質(zhì)量檢查的重要依據(jù)。因此在外業(yè)調(diào)查與核查的過程中，在到達(dá)測區(qū)時(shí)，應(yīng)打開平板電腦外業(yè)調(diào)繪軟件的軌跡記錄功能，利用平板電腦的GPS模塊，將外業(yè)調(diào)繪的行進(jìn)路線和時(shí)間等屬性信息進(jìn)行記錄。

5.數(shù)據(jù)整理與質(zhì)量檢查

5.1 外業(yè)調(diào)查數(shù)據(jù)編輯

外業(yè)調(diào)查結(jié)束后，要及時(shí)對外業(yè)調(diào)查數(shù)據(jù)進(jìn)行編輯、整理[5]。在要素屬性中，當(dāng)TAG等于1時(shí)，表示經(jīng)過內(nèi)業(yè)判讀確認(rèn)的圖斑；當(dāng)TAG等于2時(shí)，表示需要外業(yè)進(jìn)行實(shí)地調(diào)繪的圖斑；當(dāng)TAG等于3時(shí)，表示外業(yè)確認(rèn)完畢的圖斑；當(dāng)TAG等于4時(shí)，表示要素圖斑正在持續(xù)變化。因此，外業(yè)調(diào)查過程中要根據(jù)實(shí)際情況對要素圖斑的TAG值進(jìn)行確認(rèn)和修改。對于外業(yè)調(diào)查信息的獨(dú)立地物、重要地名、交通、水系及其附屬設(shè)施等，核對各要素的位置和范圍，進(jìn)行及時(shí)編輯、更新、整理并放到相應(yīng)的圖層中。外業(yè)核查完畢后，填寫外業(yè)核查情況統(tǒng)計(jì)表，以便指導(dǎo)內(nèi)業(yè)編輯，防止遺漏和錯(cuò)更。

5.2 元數(shù)據(jù)的編輯

根據(jù)技術(shù)設(shè)計(jì)的規(guī)定，對于元數(shù)據(jù)采集和編輯，必須貫穿于各個(gè)生產(chǎn)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。對于外業(yè)調(diào)查與核查的工作環(huán)節(jié)，應(yīng)當(dāng)說明外業(yè)調(diào)查、質(zhì)量檢查和解譯樣本采集的生產(chǎn)過程。同時(shí)外業(yè)調(diào)查軌跡的編輯與整理也是元數(shù)據(jù)的重要組成部分。元數(shù)據(jù)不做接邊處理，但必須保證元數(shù)據(jù)與提交的地表覆蓋分類與地理國情要素監(jiān)測數(shù)據(jù)成果范圍邏輯一致，以測區(qū)作為依據(jù)。

5.3 遙感解譯樣本數(shù)據(jù)編輯與建庫

遙感解譯樣本應(yīng)該均勻分布于任務(wù)區(qū)內(nèi)，并具有代表性和典型性的圖斑特征。遙感解譯樣本必須全面包含任務(wù)區(qū)內(nèi)的各種要素類型，以便體現(xiàn)出任務(wù)區(qū)的地形地貌特點(diǎn)，地表覆蓋類型情況等信息。新增類型必須采集解譯樣本，采集的樣本總數(shù)不低于變化圖斑數(shù)量的30%。樣本數(shù)量拍攝樣本照片時(shí)，要保證照片內(nèi)容清晰明確，拍攝角度、位置正確，與影像紋理協(xié)調(diào)一致，精準(zhǔn)呈現(xiàn)實(shí)地地物的覆蓋類型。

5.4 外業(yè)質(zhì)量檢查

高質(zhì)量的數(shù)據(jù)成果離不開高標(biāo)準(zhǔn)的質(zhì)量檢查體系，地理國情數(shù)據(jù)成果質(zhì)量檢查采用內(nèi)外業(yè)相結(jié)合的方式進(jìn)行，對于變動(dòng)的要素圖斑，內(nèi)業(yè)必須進(jìn)行全面檢查，檢查比例為100%，外業(yè)根據(jù)均勻分布情況進(jìn)行檢查，檢查比例為大于30%。

對于內(nèi)業(yè)檢查的過程中要注意：成果數(shù)據(jù)的完整性、空間位置的準(zhǔn)確性、拓?fù)溥壿嫷囊恢滦浴傩詳?shù)據(jù)的正確性等方面。

對于外業(yè)檢查的過程中要注意：疑問圖斑調(diào)查的全面性、屬性信息錄入的正確性、樣本數(shù)據(jù)采集的標(biāo)準(zhǔn)性等方面。

6.結(jié)束語

電子調(diào)繪的方法具有方便、快捷的特點(diǎn)，在地理國情監(jiān)測項(xiàng)目中發(fā)揮了重要的作用。電子平板硬件設(shè)備續(xù)航能力強(qiáng)，運(yùn)行速度快，針對項(xiàng)目特點(diǎn)開發(fā)的調(diào)繪系統(tǒng)更加貼合項(xiàng)目需求，不僅降低了外業(yè)工作量和工作難度，而且簡化了工作流程，提高了工作效率。通過對項(xiàng)目的研究與應(yīng)用，得出了電子調(diào)繪在地理國情監(jiān)測過程中的技術(shù)方法，介紹了具體的工作流程，并緊密結(jié)合實(shí)際情況，通過項(xiàng)目實(shí)踐表明了電子調(diào)繪可以大大提高外業(yè)調(diào)查與核查工作效率，確保了地理國情普查成果的高質(zhì)量。