“3S”技術在城鄉建設用地增減掛鉤中的應用

王家峰

(陜西地建土地勘測規劃設計院有限責任公司, 陜西 西安 710075)

0 引言

城鄉建設用地增減掛鉤(以下簡稱增減掛鉤)是指依據土地利用總體規劃,將若干擬整理復墾為耕地的農村建設用地地塊(即拆舊地塊)和擬用于城鎮建設的地塊(即建新地塊)等面積共同組成建新拆舊項目區(以下簡稱項目區),通過建新拆舊和土地整理復墾等措施,在保證項目區內各類土地面積平衡的基礎上,最終實現增加耕地有效面積,提高耕地質量,節約集約利用建設用地,城鄉用地布局更合理的目標[1]。眾多學者對增減掛鉤進行了深入研究,其中,焦思穎對增減掛鉤節余指標跨省域調劑實施辦法進行了解讀,全面分析了資源配置、指標使用和監管責任制度等[2];任建福以縣級單元為研究對象,構建了拆舊地塊選址的評價模型[3];李運健利用無人機攝影測量技術建立了一套檢查增減掛鉤耕地指標的體系并達到了預期效果[4];馬顯光對增減掛鉤項目的前期準備和后期實施進行了詳細描述并歸納總結了勘測中的注意事項[5];李家寶從測繪范圍、內容、技術和體制4個維度對增減掛鉤機制進行了全面分析[6];陳磊利用ArcGIS在增減掛鉤項目中實現了地塊自動編號并提高了工作效率[7];汪睿君以鎮級單元為研究對象,利用地理信息系統(geographic information system,GIS)分析方法得出了三類供給和需求的適宜區,實現了逐級關聯的掛鉤聯動方案[8];馬威編程實現了ArcGIS的shp格式與國土資源管理常用的界址點坐標格式的相互轉換,提高了增減掛鉤數據處理的效率[9]。目前,關于“3S”技術[全球定位系統(global positioning system,GPS)、遙感(remote sensing,RS)、GIS]在增減掛鉤中調查的具體應用尚缺乏系統的研究。調查工作主要分為以下三個部分：一是內業確定項目區范圍及其分布;二是實地踏勘確定拆舊地塊權屬、面積、人口、戶數及其搬遷類型等;三是根據外業踏勘數據形成最終測繪成果。常用的野外踏勘方法主要是通過利用全站儀、實時動態載波相位差分技術(real time kinematic,RTK)和手持GPS進行野外踏勘測量,也有學者對無人機在增減掛鉤項目中的應用進行了研究,主要目的是通過獲取分散地塊的正射影像完成野外測繪工作[10]。由于拆舊地塊范圍分布廣且較為分散,地形地貌較為復雜,常常需要多次根據地形設置基準站、局部困難地段無法到達等情況,給調查工作帶來了諸多不便。

鑒于此,論文基于“3S”技術利用其各自的優點,提出了一種新的調查方法。本文以商南縣為例,詳細地介紹了該方法并最終達到了預期效果。

1 研究區概況

商南縣位于陜西省東南部東經110°24′～111°01′,北緯33°06′～33°44’,南北長約72 km,東西寬約58 km,面積約2 307 km2,總人口約24.6萬。境內以低山丘陵為主體的山區約占總面積的77%,地勢西南部和北部較高,東南部和中部較低。屬于典型的山區河谷型城市。由于受限于河流山谷、地形地貌、生態環境等因素,建設用地供需矛盾較為突出[11]。實踐證明,實施增減掛鉤項目不僅可以有效促進耕地保護和節約集約用地,而且還可以化解建設用地供需矛盾的難題。論文以商南縣為例,對“3S”技術在增減掛鉤項目中的應用進行研究。

2 “3S”技術在增減掛鉤中的應用

“3S”技術是GIS、GPS和RS的集成技術。GIS具有強大的空間分析和信息查詢能力,可以為GPS導航定位提供信息;GPS可以為地理信息和遙感提供精密、快速的定位服務;RS技術可以快速采集地理數據,為GIS提供及時動態的數據源,尤其是遙感影像可以為GIS的空間分析提供數據支撐?！?S”技術在增減掛鉤項目中的作業流程為前期準備、實地調查和數據建庫。

2.1 前期準備

2.1.1收集資料

前期收集的資料主要有政府下發的有關增減掛鉤的文件、各鄉鎮村主管拆舊地塊的聯系人及其電話、各鄉鎮前期摸底調查的名單。在項目實施之前,政府會召開增減掛鉤項目推進會,政府下發的文件有助于工作的開展;實地調查時需要各鄉鎮主管協助調查;摸底名單就是外業調查的大致范圍。

2.1.2坐標轉換

自然資源部已全面啟用2000國家大地坐標系(China geodetic coordinate system 2000,CGCS2000),因此需要將年度變更數據庫轉換為CGCS2000坐標系,論文中采用商用軟件進行坐標轉化,以保證其轉換的正確性。

2.1.3確定拆舊地塊的范圍

拆舊地塊原地類為建設用地方可符合項目選址要求,在ArcGIS中可以快速選定外業擬調查的圖斑。首先,在ArcGIS中導入年度變更數據按照建設用地的地類編碼將其單獨導出為一個shp圖層;其次,利用Toolbox工具箱將該圖層導出為kml;最后,將kml導入到奧維互動地圖[12]或者Google Earth[13]中,方便外業實地調查。

2.2 實地調查

實地調查主要包括以下幾個方面。

2.2.1內業解譯判讀

根據調查底圖采用人工詢問的方式大致確定拆舊地塊位置,依據前期調查的名單(包括移民搬遷、易地搬遷和自愿搬遷三種類型[14-15])逐戶確認是否愿意騰退,與此同時,村上熟悉遙感影像及其各住戶分布情況的工作人員在奧維互動地圖或者Google Earth地圖上指出相應的位置,并記錄姓名、戶數、人數和拆舊地塊現狀等信息。

2.2.2外業調查

一是根據內業判讀結果結合指界人員計劃外業調查路線,二是利用奧維互動地圖手機端實地驗證拆舊地塊位置及其信息的準確性,根據現場調查情況在奧維互動地圖手機端做好記錄工作。

2.3 數據入庫

2.3.1數據導入

根據奧維互動地圖和Google Earth的測繪成果,以kml文件為中間格式數據,將其導入到ArcGIS中。

2.3.2數據編輯

基于年度變更數據庫、實地調查的地塊信息,對拆舊地塊層進行圖斑合并、圖斑分割、圖斑邊線調整和圖斑屬性填寫等工作。

2.3.3質量檢查

數據質量檢查包括拓撲檢查、數學基礎、屬性數據規范性、和成果完整性檢查。通過檢查后,按照設定的規則形成最終的數據庫成果,滿足規劃設計的需求。

3 “3S”在增減掛鉤項目的優勢分析

3.1 GIS在增減掛鉤項目中的優勢分析

ArcGIS平臺是GIS的典型代表之一,具備強大的空間分析能力,能夠處理復雜的空間數據和屬性信息滿足增減掛鉤項目的需要,其優勢主要分為以下兩個部分：

一是前期數據預處理,拆舊地塊分布較為分散涉及工業用地、采礦用地、農村宅基地和科教文衛用地等。為了實施精準調查、節約生產成本、提高工作效率。在實地調查之前,基于ArcGIS利用第三次全國國土調查DOM影像、Google Earth影像和最新年度變更調查數據庫,根據相關文件要求對擬調查的拆舊地塊進行篩選。

二是數據建庫：采用ArcGIS作為數據庫平臺,不僅方便與國家數據庫進行對接,而且還可以導出導入kml、dxf、dwg、shp等文件，表1為導出部分數據,有利于數據的采集、編輯、檢查和共享。同時可以方便地查詢鎮、鄉、村以及個人的拆舊地塊信息,滿足各相關部門的需求。

表1 部分導出數據

3.2 RS在增減掛鉤項目中的優勢分析

奧維互動地圖和Google Earth能夠提供高分辨的多源遙感影像,二者在水利、氣象、勘測和線路選線等許多行業有廣泛的應用。奧維互動地圖在增減掛鉤項目中的優勢主要分為兩個部分：一是內業數據處理。由圖1可知“三調”影像局部較為模糊給內業判讀、編輯和修改造成了一定的困難,而奧維互動地圖(圖2)相對清晰,通過插件可以將數據源加載到ArcGIS中,方便與“三調”影像進行對比核實；二是實地調查方面。奧維互動地圖數據源時效性較高,提供天地圖影像、中國資源衛星日新圖、Google衛星圖和百度衛星圖等。奧維互動地圖支持移動網絡和GPS信號的兩種定位方式,特別是在移動信號較弱的山區調查中優勢明顯,可以有效提高野外調查的工作效率。

圖1 三調影像圖

圖2 奧維互動地圖影像

Google Earth主要的優勢是它具有多年的歷史影像,有些拆舊地塊現狀已經坍塌房屋相關資料年代比較久遠,這時候通過查看歷史影像結合年度變更庫的資料就很容易發現其具體位置,還有些位于溝里深處,現狀可能已經長滿荒草，從“三調”影像和奧維互動地圖中無法識別。但從Google Earth歷史影像中可以清晰看到房屋的輪廓,而在三調影像上已經無法辨認,結合變更數據庫可知,該地塊屬于拆舊地塊。

3.3 GPS在增減掛鉤項目中的優勢分析

野外調查時定位主要是依靠手機的GPS功能,在沒有移動信號的情況下論文對幾個品牌手機進行了分析,不同品牌的手機定位效果也不同。當前的大多數智能手機使用的是L1頻段的GPS信號進行定位,缺點是碼率低、速度慢、精度差,而且還會受到電離層延時和建筑物反射干擾。文中采用的小米8手機,文獻[16]對小米手機的GPS定位功能進行了詳細的評測,該手機使用了L1+L5雙頻雙路定位模式,可以有效校正電離層延時的問題,極大地提升了定位精度[16],滿足拆舊地塊的野外調查工作。

4 結束語

論文以商南縣建設用地增減掛鉤項目為例,基于“3S”技術提出了一種適應于城鄉建設用地增減掛鉤項目調查的新方法。利用年度土地變更調查成果為底圖,運用ArcGIS軟件快速獲得拆舊地塊的分布情況,有利于確定重點調查對象,而且利用其導出的kmz文件還可以規劃野外調查的具體路線;利用奧維互動地圖結合手機GPS定位功能不僅可以快速到達需要調查的拆舊地塊,而且還可以在奧維互動地圖上使用文字、語音和現場照片記錄相關信息,極大地提高了內外業工作效率,降低了生產成本。