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摘 要：针对水利工程土地勘测定界工作的特殊性，为提高外业勘测效率和内业处理精度，介绍了在关键工作节点上3S 技术的具体应用方法，并结合工程实例验证了3S 技术应用较强的可操作性。 + x% {+ z8 X) S; O! ? J! O$ ^5 o4 x
关键词：水利工程;土地勘测定界;3S 技术;无人机 0 r$ }; s4 F9 ]0 u
近年来随着国内水利基础设施建设的发展，各类水利工程用地日益增多，而如何有效科学利用和管理有限的土地资源，早已成为各级土地管理部门与专家学者不断研究的重要课题之一。土地勘测定界作为测绘技术服务性工作，为工程建设提供了科学、详实、准确的土地基础资料，使得用地审批工作更加科学化、制度化和规范化。 ( I; Q) X2 g) j, Y6 S( D
水利工程多坐落于山区、用地面积大、功能区分散、权属状况较为复杂，且土地利用类型判别繁琐，这些都给实地勘测和调查增加了一定难度。传统的全野外测量与调查方法不仅速度慢、工期长、耗费人力物力，而且内业工序繁琐、面积量算与统计易出错，成果的可复制性和变更性差，难以满足项目用地报批对土地信息的迫切需求。水利工程土地勘测的特殊性对外业勘测和内业处理工作中的关键技术提出了新的要求。 $ b/ F1 J+ Z/ x5 y
本文针对水利工程项目所遇困难和问题，探析了3S 技术在水利工程土地勘测定界工作关键节点中的应用，以期为类似水利工程的土地勘测定界提供参考。 ' M& d" b% A6 y: M) m( b
1、 3S 技术的具体应用
, J, ~0 Z1 a, N" K 从20 世纪80 年代开始，我国逐步将3S 技术应用于水利测绘和土地管理领域，为项目建设和管理决策提供了可靠、准确的数据[1-2]。随着各类专业技术的发展，美国的GPS、俄罗斯的GLONASS、欧洲的Galileo 和中国的北斗卫星构建了全球导航卫星系统(GNSS)[3]，连续运行参考站(CORS)[4] 系统和网络RTK[5] 技术，已在多个领域得到快速推广应用[6]。从最先的卫星影像、航空影像到目前的低空无人机航拍影像，RS 技术可直接应用于勘测定界预判和土地利用变更研究[7-11]。以ArcGIS 软件为代表的GIS 平台，其核心是在软件上实现空间信息和属性信息的有机结合，建立项目数据库，从而有效管理、分析和实时编辑成果资料[12-13]。在水利工程土地勘测定界工作中，要根据工作需求充分发挥3S 技术自身优势，实现融合应用，如利用RS 技术对不同时期、不同分辨率影像图进行对象解译，利用网络RTK 技术获取影像数据的空间定位信息，利用ArcGIS 软件进行数据融合、编辑和分析，制作土地勘测定界成果，有效管理建设项目土地数据库等。 0 {3 y4 g' C Q2 L: l! R
1)基于多源数据的一体化应用。利用ArcGIS 软件可直接加载mdb、shp、dwg、tab 等数据格式文件，完成多源影像数据融合、矢量数据与影像数据的叠加、配准等操作，实现数据间的无缝转换，避免了数据格式转换操作，极大地简化了作业流程。该技术可制作完成外业工作调查底图，用于前期工作的室内预判。通过ArcGIS 软件融合RS 影像图、地形图及土地利用现状图，建立对照关系，辅助划分土地权属界线，初步判定面状地物类别，确定线状地物走向，寻找零星地物相对位置，并一一标记在工作调查底图上。按照规定对预判认为不一致的地类图斑进行标注，为实地核实提供依据。 9 j+ W( q1 A/ f4 `1 i
2)界址点测量。GNSS 网络RTK 的基本功能主要是导航、定位和测量，获取的数据是RS 信息的有力补充。根据初步设计图或规划用地范围图解析用地红线，将坐标数据导入网络RTK 流动站，再实地放样界址点。在实地调查中，结合RS 影像制作的工作调查底图，调查人员以网络RTK 接收机为导航工具，沿权属界线和地类边界线方便、快速地定位界址点位置，实时采集点位坐标，导出的数据即可应用到GIS 中。
! P8 i9 m' V7 k, |6 u9 a 3)地类调查中变化图斑的快速判别与量测。根据工作底图，通过人机交互目视判读，有针对性地对影像与数据库中耕地、建设用地的变化情况进行重点核对，判别是否存在地类或边界改变的现象。对预判得到的变化图斑进行外业核实，求证是伪变化图斑的，直接删除;经核实确认为变化图斑的，可通过网络RTK 采集精准边界并记录地类信息，再通过ArcGIS软件及时录入变化图斑的权属性质、地类名称、权属单位等属性信息。属性数据在内业处理时，可根据实际情况进行编辑和修改。 7 y3 A# l. d' d2 S5 Y6 _; r3 P
4)土地权属调查中的辅助作用。在实地调查过程中，个别单位代表看不懂或不能识别专业地形图上的地形地貌等符号，针对这一问题，基于低空无人机拍摄的高分辨率影像图能更直观、详实地表达土地利用现状，各村代表可根据项目用地情况，初步了解本村所涉及的集体土地、地类以及插花地的分布现状。对发生变化的权属界线，以村为最小单位，参照影像图，本权属单位与相邻权属单位权利人共同到现场指界确认;另外，可采用小型旋翼无人机现场全程监督，做到在实地走到、看到、拍到和记录到。
# }- e1 s* L7 A 5)地类面积统计和核对。在ArcGIS 软件中进行面状地类图斑的编辑，对于涉及用地红线或权属界线的图斑进行分割，生成地类界;两相邻同类图斑需合并，去掉重复地类界;建立多边形拓扑关系，去除重叠和交叉图斑区域，最后导出所有地类图斑的面积及其对应属性表。根据项目用地红线、权属信息和地类名称，核查项目用地范围内各功能区、各权属单位和各地类的总面积。该方法避免了繁杂的手工操作，降低了人为误差，节省了时间和人力，提高了工作效率和精度。
, k/ s+ M1 ]9 m% a4 r) c 6)成果资料的输出。根据调查成果和影像资料，利用ArcGIS 软件可自动生成并输出不同比例尺、不同区域的土地勘测定界图。通过后期属性注记、图例编辑和数据分析，可衍生制作各类专题地图，且便于成果修改与更新。
8 c* M F# q4 y8 r 2 、工程实例示范
5 F/ v/ D# I4 j' j t: Z; G 以某水库工程土地勘测定界调查工作为例，利用ArcGIS 软件融合0.1 m 无人机航拍影像图、实测1 ∶ 2 000 地形图和1 ∶ 10 000 土地利用现状图，采用3S 技术对土地调查过程中建设用地的变化地块、山区性农用地中难判别的模糊地类进行了判别，并建立了项目用地数据库。 6 S8 I1 P# `. J) X
图1a 为当年的遥感卫星影像，图1b 为调查前期无人机的航拍影像，通过对比可知，建设用地中变化地块绝大部分为蓝色简易棚，经实地核查为抢建性建筑。无人机航拍影像图更精准地确定了变化图斑的具体位置，再通过网络RTK 实地采集变化边界线，并在ArcGIS 软件上录入变化属性信息，为后续政策处理提供决策依据。 7 e+ }: G' Z: N" [ h1 D1 Q
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a 卫星影像 b 无人机航拍影像 y3 {* O4 v Y* w7 A$ ]5 t+ |2 W
图1 建设用地的变化地块
; w3 G2 p9 e8 y# |9 a: I! U 图2 中两张影像均坐落于水库淹没区山林上。图 2b 中可通过比较地类间的形状、大小、密集度、色彩等信息，较准确地预判该林地区域存在的其他非林地地类。实地核查表明，图2b 中区块1 为园地，区块 2 为耕地。 4 v$ e+ k, A- f
8 d/ i" ]. p! u7 |+ T4 d9 U9 F a 卫星影像 b 无人机航拍影像 3 o! L' M- Q! H# ~# M [
图2 难判别的模糊地类 / \$ z: h* f0 K) I% z2 n- u
根据实地调查成果资料，在ArcGIS 软件上对用地红线、权属界线、行政界线等矢量化结果进行拓扑检查、接边处理和错误纠正，生成土地权属界线图，如图3 所示;再根据权属界线对图斑地块进行分割、合并、标注、属性编辑、面积统计等操作，建立地类属性表，见图4。 , c$ R& c' J$ _
5 B. E9 k$ i2 l 图3 土地权属界线图
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& L( ?* ]* v( n. h 图4 地类属性表界面 . O1 S- D) w1 F# ^
根据全国第二次土地调查图例要求，支持土地利用分类标准，对图斑地块生成相应地类图例格式，叠加匹配影像图，建立项目用地数据库，如图5 所示。
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$ I- [% i& V$ Y- f9 z 图5 项目用地数据库 + o; `/ \: {+ F' I- Y2 a
3、 3S 技术的应用优势分析
% Y- T+ g# }6 d7 F( a2 J4 } 结合实际工程项目，3S 技术在土地勘测定界中的应用具有以下优势： : _+ G. i1 ^. w5 |( u9 F% o H: _& }
1)网络RTK 采集数据精度高。解析界址点的精度要求是相对邻近控制点的点位中误差为±5 cm，相邻界址点间距中误差为±5 cm。GNSS 网络RTK 拥有的多卫星数据源、强信号、快定位的测量技术有效克服了常规RTK 的不足，在CORS 网覆盖范围内均可获得差分信息，对用地区域进行精确、快捷、实时定位，界址点坐标精度基本满足规范要求。网络RTK 技术既能实时测定界线坐标，又能根据界址点坐标快速实地放样。 ! F4 t4 x; z9 f0 n
2)RS 影像数据辅助性强。以低空无人机航空摄影为代表的新型RS 技术具有分辨率高、实时性强、易判别地物等特点。利用无人机航拍获取多样式成果影像资料制作生成的各类真彩色或伪彩色正射影像图与实测地形图相结合，建立地物图形与影像数据的对应位置关系，可辅助应用于土地利用现状的变化调查，丰富了对土地类别划分的依据。 % r$ Z; N/ N+ _$ X
3)GIS 成果数据统计准确，便于管理与更新。根据ArcGIS 中地类属性表统计结果，用地红线内各地类面积之和与项目用地总面积相等，各权属单位土地类型面积之和与权属面积相吻合。利用数字测图CASS 软件统计得到的土地分类面积与ArcGIS 软件统计结果进行校核，二者的土地分类面积也是一致的。ArcGIS 软件平台还能编辑、管理和分析多源、多时态、多层次的空间数据信息。借助GIS 技术，采用多种输出表达方式生产直观、丰富、准确的成果资料，用于建设用地规划、更新和输出。 $ h7 A* O j' C) t
4 、结 语 1 i t8 T$ A0 H! x% }0 Y# b: i
对水利工程土地勘测定界工作而言，3S 技术应用具有数据影像材料全面可靠、内业工作预判准确、外业核查目标明确、地类划分和面积量算精准等特点，在关键技术应用过程中，实现了多软件平台的交叉使用，打破了传统全野外数字测绘模式，尤其是针对山区植被茂密、地形复杂的水利枢纽工程，能较大程度地提高工作效率和成果精度，具有较强的可操作性。
: Y# n; p) ^+ _6 C; K1 H, W 文章来源:勘测联合网
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