第三次全國國土調查基礎資料利用要點分析

尹 磊

(貴州省地礦局測繪院，貴州 貴陽 550018)

0 引 言

第三次全國國土調查(以下簡稱“三調”)即最新一輪的全國性土地利用現狀調查，于2017年開展工作，旨在第二次全國土地調查成果的基礎上，統籌綜合利用現有多源異構基礎資料，深度分析挖掘現有基礎數據，形成細化、完善的全國土地利用基礎數據庫，掌握翔實準確的土地利用現狀和土地資源變化情況，進一步為生態文明建設、國土空間規劃等相關國家性長足工作提供基礎成果支撐。前期基礎資料的收集歸檔與利用是“三調”調查任務的基礎，需搜集原林業、草原、土地、規劃、測繪等多部門的基礎資料并整理以支撐后期工作開展，然而在“三調”工作開展過程中，原有基礎資料的缺失和梳理分析不足，導致了“三調”工作開展的效率較低、成果質量欠佳等問題，影響了工作的有序推進以及成果應用的時效性。因此，在開展具體調查工作前期，收集、整理、分析及利用調查所涉及的基礎資料，在整個“三調”工作中尤為重要。

1 “三調”工作介紹

1.1 主要任務

“三調”工作是在第二次全國土地調查成果基礎上，按照國家統一標準，利用遙感、測繪、地理信息、互聯網等技術，統籌利用現有資料，以正射影像圖為基礎，實地調查土地的地類、面積和權屬，全面掌握各種地類分布及利用狀況；細化耕地調查，全面掌握耕地數量、質量、分布和構成；開展低效閑置土地調查，全面摸清城鎮及開發區范圍內的土地利用狀況；建立互聯共享的土地調查數據庫，完善各級互聯共享的網絡化管理系統；健全土地資源變化信息的調查、統計和全天候、全覆蓋遙感監測與快速更新機制。主要調查任務包括：①土地利用現狀調查(包括農村土地利用現狀調查和城鎮村莊內部土地利用現狀調查)；②土地權屬調查；③專項用地調查與評價；④土地利用數據庫建設；⑤成果匯總。見圖1。

圖1 第三次全國國土調查主要任務Fig.1 Main tasks of the third national land survey

1.2 主要工作內容

“三調”主要工作內容包括：①基礎資料收集與調查準備工作；②宣傳與培訓；③獲取及收集遙感影像資料和生產正射影像圖；④調查信息提取和調查底圖制作；⑤開展農村土地利用現狀的城鎮村莊內部土地利用現狀調查；⑥權屬界線上圖與補充調查；⑦專項用地調查與評價；⑧海島調查；⑨建立國土調查數據庫及共享服務云平臺；⑩統一時點變更；成果匯總及統計分析；調查成果質量核查及驗收；調查工作總結及成果上報。

1.3 基礎資料

“三調”基礎資料涉及行業領域廣，涉及到國土、規劃、住建、農業、林業、交通、水利、旅游、發改、礦產、民政等眾多領域，資料類型繁多，存在資料格式與坐標系統不統一，且資料遵循的技術標準不一致等問題。搜集“三調”工作的基礎資料，總結得到“三調”工作基礎資料主要的種類、數據格式及坐標系統如下。

1.3.1 主要種類

“三調”基礎資料主要種類包括：數字正射影像圖、第二次全國土地調查年度變更數據、國家內業提取圖斑、各級行政界線、田土坎測評系數、坡度數據、基本農田數據、土地利用總體規劃數據、城鄉規劃數據、林業調查數據、退耕還林數據、石漠化調查數據、交通運輸資料、水力資源資料、臨時用地批準資料、建設用地批復資料、城鎮外國有土地登記成果、不動產登記確權資料、集體土地所有權確權登記成果、自然保護區資料、生態保護紅線資料、國家公園資料、濕地公園資料、森林公園資料、風景名勝區、飲用水水源地、其它禁止開發區、水產種植保護區、控制點數據等。

1.3.2 主要數據格式

“三調”基礎資料主要數據格式有：①CAD的DWG、DXF格式；②ArcGIS的SHP、MDB、GDB格式；③MapGIS的WP、WL、WT格式；④SuperMap的UDB格式；⑤VCT中轉格式；⑥柵格數據的TIF、IMG格式；⑦文本資料的DOC、PDF、XLS、TXT等格式。

1.3.3 主要坐標系統

“三調”基礎資料數據坐標系統主要有：①北京54坐標系；②西安80坐標系；③WGS-84坐標系；④城市獨立坐標系；⑤2000國家大地坐標系。

2 基礎資料利用要點分析

對基礎資料進行合理的分析，挖掘出可直接利用或間接參考的有用信息，是有效利用基礎資料、提高作業效率、保證成果質量的前提。針對“三調”工作中存在的基礎資料分析和利用不足的問題，對“三調”基礎資料利用要點進行分析，為今后的國土調查相關工作提供已有的技術經驗和案例參考，將有助于國土調查工作的項目管理和技術實施。以下從數據格式轉換、坐標系轉換、關聯性分析3個方面對“三調”基礎資料利用要點進行分析。

2.1 數據格式轉換

“三調”基礎數據格式轉換是將各行業領域同種類型的數據轉換至統一的數據格式，為基礎資料坐標轉換與關聯性分析提供數據格式基礎。數據格式轉換的目標格式一般從數據格式的通用性、易操作性、無損轉換等方面進行綜合分析考慮，使用通用、易操作、常用軟件間可無損轉換的數據格式作為基礎數據整理利用的目標格式。目標格式的選取是數據格式轉換工作的要點。

基礎資料矢量數據轉換目標格式常采用ArcGIS的Shapefile、Coverage和Geodatabase格式，3種格式在ArcGIS中能夠方便的互相轉換，且Geodatabase格式基于規則的拓撲關系管理機制，把效率、功能、靈活性和可擴展性結合得恰到好處，其數據模型更具先進性和智能化，在常用矢量數據格式間能做到無損格式轉換。柵格數據轉換目標格式常采用ESRI TIF格式，該種柵格數據格式具有應用廣泛、不依賴于硬件、壓縮方案可選、可移植、可擴展性等特點，能夠滿足“三調”工作在柵格數據的存儲、移植、擴展等方面的需要。文本數據采用常用的DOC、XLS、TXT格式進行整理轉換，該系列數據格式不但能做到操作簡便高效，還具有存儲檢索便捷等特性。掃描文件統一采用PDF格式進行轉換整理。

2.2 坐標系轉換

坐標系轉換包括同一基準下不同坐標形式之間的轉換和不同基準不同坐標系統之間的轉換。同一基準下坐標轉換實質上是同一點的不同坐標形式之間的轉換，利用確定的轉換公式可以直接實現，并且當所有參數已知的情況下，不會損失數據的準確度。坐標基準轉換指不同橢球基準面之間的坐標轉換，由于它們之間沒有確定的數學關系，需要一定數量已知2套坐標的公共點，通過轉換模型公式計算轉換參數，然后利用所求得的轉換參數進行不同基準不同坐標系統數據間的轉換。

“三調”調查技術規程要求成果數據的坐標系統使用2000國家大地坐標系，所以基礎資料坐標系轉換的目標坐標系為2000國家大地坐標系。坐標系轉換的步驟可分為：資料準備、數據整理與分析、選擇坐標公共點、確定轉換模型、編制轉換方案、計算轉換參數、數據轉換與轉換精度評定。坐標系轉換過程中公共點的選取、轉換模型的選擇及轉換參數的求解是基礎資料坐標系轉換工作的要點。

2.2.1 公共點選取

在選取求解轉換參數的兩套坐標公共點時，由于粗差點會明顯扭曲和減低轉換參數的確定精度，因此必須先對公共點中的粗差點進行剔除。當公共點較多時，公共點的精度也可能不一致，選取所有的公共點與只選用部分點時轉換的結果也有較大差異，需對公共點進行必要的分析和篩選。為提高基礎資料坐標轉換精度，應盡量減少精度較低的公共點的數量，使所選取的公共點均勻地分布于整個控制網中，并將待轉數據全部包含于控制網內，避免外推計算使數據坐標轉換誤差成幾倍甚至幾十倍地放大。

2.2.2 轉換模型選擇

二維平面轉換模型原理比較簡單，適用于不考慮坐標高程精度的小區域，在公共點附近轉換數值穩定可靠，常用模型有相似變換四參數法。不同坐標系的三維轉換模型較多，常用的有布爾沙模型(B模型)、莫洛堅斯基模型(M模型)和武測模型(W模型)。在用來求解轉換參數的公共點坐標精度得到保障的情況下，通過平面轉換模型和空間轉換模型都可以得到較高的轉換精度。三調”基礎數據坐標系轉換過程中，應根據實際情況選擇適當的坐標系轉換模型，減少因坐標轉換導致的數據精度損失，以確保轉換后數據保持較高的精度。

2.2.3 轉換參數求解

不同大地坐標系間的轉換方法可分為直接轉換法和間接轉換法。間接轉換法首先將投影坐標進行高斯反算，獲得同一橢球的大地坐標；再將大地坐標轉換至空間直角坐標系；利用轉換模型計算不同空間直角坐標系間的轉換參數，轉換求得新的空間直角坐標；再將新的空間直角坐標轉換至新的大地坐標系；最后將新的大地坐標進行高斯正算獲得目標坐標系的投影坐標。

根據選取的轉換模型建立基礎資料坐標系轉換模型，使用收集整理的公共點數據計算各類型坐標系間轉換參數的最小二乘解，依據確定的轉換方案進行基礎資料坐標系轉換，并對其轉換結果進行坐標向量殘差中誤差和點位中誤差的精度評定，求取不同坐標系間最優轉換參數。

2.3 關聯性分析

數據關聯性分析指從數據獲取和制作方法以及內容指標的對應關系進行定性分析，明確2種數據各自的特點、差異性、相關性以及互補性，剔除無用數據與冗余信息，挖掘出可直接利用或間接參考的有用信息，進而建立數據圖層間及圖層字段間的對應關系是“三調”基礎數據關聯性分析的要點工作，數據關聯性分析見表1。

表1 “三調”基礎資料關聯性分析圖層對應關系表Tab.1 Table of basic data from “the 3rd survey” and correlation analysis layers

3 結 語

該文對“三調”工作的主要任務和內容進行了詳細介紹，在此基礎上從涉及的行業領域、資料種類、數據格式和坐標系統方面分析并總結了“三調”基礎資料多源異構的特點，進一步探討“三調”基礎資料利用在數據格式轉換、坐標系統轉換及關聯性分析3方面的工作要點，旨在為今后的國土調查工作提供經驗參考，主要結論如下：

(1)目標格式的選取是數據格式轉換工作的要點，直接關系基礎資料利用利用率及作業效率；

(2)坐標系轉換過程中公共點的選取、轉換模型的選擇及轉換參數的求解是基礎資料坐標系轉換工作的要點；

(3)基礎資料與成果數據對應關系定性分析，剔除無用數據與冗余信息，挖掘可直接利用或間接參考的有用信息，建立數據圖層間及圖層字段間的對應關系是“三調”基礎數據關聯性分析的要點工作。