土地利用更新調(diào)查低成本解決方案

焦振城 張朝珠 林燦 李正東

【摘 要】隨著第二次全國土地調(diào)查的順利完成，年度的土地變更調(diào)查是對土地調(diào)查數(shù)據(jù)庫維護(hù)的關(guān)鍵。通過土地變更調(diào)查，可以適時掌握土地利用動態(tài)變化情況，保持土地利用現(xiàn)狀調(diào)查數(shù)據(jù)的現(xiàn)勢性和準(zhǔn)確性。變更調(diào)查的結(jié)果是衡量各地非農(nóng)業(yè)建設(shè)占用耕地是否實現(xiàn)占補平衡的依據(jù)，也是各級政府及有關(guān)部門制定規(guī)劃、計劃及科學(xué)決策的可靠依據(jù)。

【關(guān)鍵詞】土地；解決方案

Abstract：along with the second national land survey completed, annual land use change survey of land investigation database maintenance key. Through the survey of land use changes, timely grasp the dynamic change of land use, land use survey data to maintain the reality and accuracy. Change the results of the survey is a measure of all blame agriculture construction takes up farmland occupies filling balance is achieved on the basis of governments at all levels and the relevant departments, but also the planning, plan and scientific and decision-making basis.

Key words：land; solution

中途分類號：X32 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：

傳統(tǒng)土地調(diào)查模式依賴國家下發(fā)的的遙感影像數(shù)據(jù)、各類二調(diào)土地利用等紙質(zhì)成果，增加了現(xiàn)場核查定位的難度，需要專業(yè)測量人員進(jìn)行定位調(diào)查，這種方法，人為干擾大，復(fù)雜新增地物測量難。數(shù)據(jù)處理速度慢，對業(yè)務(wù)處理職能的滯后。

近年來，手持設(shè)備處理能力升級換代，為手持設(shè)備高要求應(yīng)用提供了硬件平臺。另一方面，定位技術(shù)的發(fā)展為手持設(shè)備提供了可靠的實時差分源。(目前存在的技術(shù)主要有三種：SBAS技術(shù)、PPP技術(shù)和RTD技術(shù)。)

一、熱門的星站差分技術(shù)---- SBAS

SBAS（Satellite Based Augmentation Systems），即基于衛(wèi)星的增強系統(tǒng)。是利用地球靜止軌道衛(wèi)星建立的地區(qū)性廣域增強系統(tǒng)。由已知其準(zhǔn)確地理位置的地面固定基站系統(tǒng)，探測、計算出GPS信號中的誤差。并通過地球同步通訊衛(wèi)星以GPS信號同樣的頻率向地面廣播增強信息，若終端的定位主板支持該增強信號的，可以實時的提高定位精度。該技術(shù)自從建立后，因為兼容GPS信號較好，很快被應(yīng)用在手持機GPS領(lǐng)域，成為熱門的GPS終端（手持GPS）實時改正技術(shù)。

SBAS系統(tǒng)屬于區(qū)域性的增強系統(tǒng)，專為指定區(qū)域的GPS終端（手持GPS）提供增強改正信息，可以提供米級的定位改正。目前全球發(fā)展的SBAS系統(tǒng)有：歐洲 (EGNOS)；美國 (WAAS)，日本（MSAS）；

目前我國的一部分GPS用戶可以使用到日本的MSAS系統(tǒng)，根據(jù)實際測試情況，中國東部可以全時搜索到該信號，最高可使GPS達(dá)到1-3米的實時定位精度，但是中、西部用戶，SBAS的可用性和可靠性較差，不能滿足要求。而且目前的SBAS主要支持GPS系統(tǒng)，對于新興的星系尚不支持，受到一定的局限。

二、新興的單密新興的精密單點定位技術(shù)——PPP

精密單點定位PPP（Precise Point Positioning）技術(shù)其實早在1997年就由美國提出。該技術(shù)的思路非常簡單，在GNSS定位中，主要的誤差來源于三類，即軌道誤差、衛(wèi)星鐘差和電離層延時。通過給定衛(wèi)星的軌道和精密鐘差，采用精密的觀測模型及算法，消除這些影響，就可以單機計算出GNSS接收機的精確位置。

根據(jù)PPP技術(shù)實現(xiàn)的要求，定位中需要系統(tǒng)提供“衛(wèi)星的精密軌道和鐘差”。目前，只有國際GNSS服務(wù)組織（IGS）的幾個數(shù)據(jù)分析中心及少數(shù)科研機構(gòu)具備這個能力提供衛(wèi)星的精密軌道和鐘差，雖然現(xiàn)有的軌道產(chǎn)品能提供足夠高的精度，但是實時的高時間分辨率高精度鐘差產(chǎn)品仍然欠缺。此外，對比差分技術(shù)而言，PPP通常需要比較長的收斂時間（幾分鐘到十幾分鐘）達(dá)到亞米級精度。這些因素導(dǎo)致了現(xiàn)階段PPP難以大規(guī)模應(yīng)用。

三、成熟的實時差分技術(shù)——RTD

實時差分（Real Time Difference）技術(shù)，是通過移動站（既手持GNSS設(shè)備），與基準(zhǔn)站（CORS等）同步觀測相同的GNSS衛(wèi)星的情況下，由基準(zhǔn)站發(fā)射相關(guān)的差分改正信息，當(dāng)移動站（或稱手持GNSS設(shè)備）接收到差分改正信號后，即可進(jìn)行迅速解算，消除衛(wèi)星的軌道誤差、鐘差，接收機鐘差以及電離層和對流層的折射誤差等，從而提高移動站（或手持GNSS設(shè)備）的實時定位精度，可以達(dá)到亞米或更高精度。

國內(nèi)許多城市都布設(shè)了GPS連續(xù)運行參考站(CORS)系統(tǒng)，移動端通過GPRS上網(wǎng)訪問其服務(wù)器，獲得實時差分信號。達(dá)到亞米亞米或更高精度

手持GNSS設(shè)備終端要達(dá)到其米級、亞米級甚至更高的定位精度，必須要經(jīng)過實時的誤差改正：星站差分SBAS技術(shù)有地域的局限性，精度穩(wěn)定性及可靠性也不高；PPP技術(shù)目前還不成熟，可操作性較差；這樣，實時差分RTD技術(shù)成為最適合手持GNSS設(shè)備提高精度的方式。

解決方案

基于實時差分的手持GIS采集系統(tǒng)，既可以滿足部分土地業(yè)務(wù)中的精度要求，又為當(dāng)前快速獲取和更新GIS數(shù)據(jù)提供了高效的手段。充分利用手持GIS數(shù)據(jù)采集器（高精度手持GNSS）測量精度高、圖形處理功能相對完善、數(shù)據(jù)存儲空間大的特點，針對各單位實際情況，提出兩種解決方案：①單機版（單機作業(yè)，獨立完成）②網(wǎng)絡(luò)版（單機作業(yè)、網(wǎng)絡(luò)管理）。

高精度手持GIS數(shù)據(jù)采集器主要特點：①專業(yè)的測量型GPS天線及定位主板，比導(dǎo)航型GPS主板搜星更迅速穩(wěn)定，定位更精確可靠。②內(nèi)置GPRS模塊，可以接入CORS系統(tǒng)，通過穩(wěn)定連接，獲取精確可靠的實時差分改正信號。③專業(yè)化的軟件，GIStar軟件利用GIS，技術(shù)來采集、管理、導(dǎo)入與導(dǎo)出GIS數(shù)據(jù)，實現(xiàn)圖形和數(shù)據(jù)采集功能。對現(xiàn)實世界GIS信息進(jìn)行采集，數(shù)據(jù)進(jìn)行圖形化信息處理。④高端的系統(tǒng)配置，Intel處理器、512MB內(nèi)存、480 x 640高分辨率，3.7英寸超大VGA彩色液晶顯示器，更強的圖形處理能力，更容易的在各種界面下隨意點觸操作，輕松的打開、導(dǎo)入多種格式的圖形圖片文件，即使處在強日光下，也可自然讀寫。⑤卓越的野外性能，GPS天線、解算主板、主機控制器全集成，融合成符合人體工程學(xué)的一體化主機，工業(yè)級三防設(shè)計，配備可供野外全天候使用的鋰電池，使其具備出色的野外性能，可以在惡劣的野外工作環(huán)境中使用。⑥500W像素攝像頭，可以在野外數(shù)據(jù)采集時進(jìn)行拍照。

方案特點

方案主要功能

數(shù)據(jù)管理對變化地物采集數(shù)據(jù)與土地調(diào)查底圖數(shù)據(jù)進(jìn)行管理

導(dǎo)航定位GPS定位與目標(biāo)圖斑的導(dǎo)航

變化地物采集GPS測量、屏幕調(diào)繪、

變化屬性編輯現(xiàn)狀地類、變化類型、權(quán)屬等編輯

方案設(shè)備選擇

面向土地利用變化圖斑調(diào)查不同層次精度要求，主要有以下三種

方案準(zhǔn)備工作

數(shù)據(jù)處理 主要是手持GIS數(shù)據(jù)采集器內(nèi)數(shù)據(jù)準(zhǔn)備，把相對復(fù)雜的工作由專業(yè)人員完成，給實際作業(yè)人員提供良好的數(shù)據(jù)環(huán)境。主要分矢量數(shù)據(jù)處理、柵格數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)字典的建立。

手持GIS數(shù)據(jù)采集器工作環(huán)境設(shè)置 主要是轉(zhuǎn)換參數(shù)的求?。?954北京坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換參數(shù)、1980西安坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換參數(shù)）和測量成果誤差分析（用于實際檢驗實測精度）。

技術(shù)培訓(xùn) 主要是培訓(xùn)操作人員設(shè)置手持GIS數(shù)據(jù)采集器工作環(huán)境、野外實地數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)導(dǎo)出 。

實施步驟 ①數(shù)據(jù)導(dǎo)入在機內(nèi)原有數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上，導(dǎo)入本次項目所需數(shù)據(jù)現(xiàn)場實測，②建立工程文件，③工作環(huán)境設(shè)置，④實測數(shù)據(jù)（實地檢核與對比實測數(shù)據(jù)），⑤內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理。

方案關(guān)鍵問題及技術(shù)

1、加載地圖大小的問題：在處理圖形方面，GIS數(shù)據(jù)采集器內(nèi)置軟件GIStar可以導(dǎo)入超大航片和SHP文件數(shù)據(jù)（也就是背景圖和矢量數(shù)據(jù)），能將17G的影像圖壓縮到原圖內(nèi)存的1/20,而且能順利在GIStar中打開，280M的SHP，經(jīng)過建立索引文件后，可以流暢地在GIStar中瀏覽。

2、安全性問題：國土部門數(shù)據(jù)涉密較多，設(shè)備在國土部門中使用必須保證其數(shù)據(jù)安全性。一方面影像數(shù)據(jù)通過專門軟件處理后，生成獨有的gcp索引文件來實現(xiàn)本地數(shù)據(jù)存儲的安全保證。另一方面通過轉(zhuǎn)換參數(shù)加密，軟件進(jìn)行打開權(quán)限、機器ID號綁定，實現(xiàn)轉(zhuǎn)換參數(shù)以*號方式顯示，保證轉(zhuǎn)換參數(shù)不會被泄露。另外，所有使用數(shù)據(jù)都存在TF（存儲卡）內(nèi)，對TF卡進(jìn)行加密，防止被他人打開。

3、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)移問題：方案關(guān)鍵的數(shù)據(jù)即為采集的結(jié)果數(shù)據(jù)，而采集數(shù)據(jù)導(dǎo)出方式可以分為離線式和在線式。離線式的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)移方式是利用PC端工具與手持GIS采集器進(jìn)行同步方式對數(shù)據(jù)進(jìn)行導(dǎo)入導(dǎo)出，或者是通過TF卡來是實現(xiàn)數(shù)據(jù)導(dǎo)入導(dǎo)出；在線式數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)移方式是利用移動網(wǎng)絡(luò)(3G 、GPRS、CDMA)連接Internet網(wǎng)，上發(fā)至指定的FTP服務(wù)器。

方案特色總結(jié)

1、統(tǒng)計分析：把測量圖斑與土地利用現(xiàn)狀圖層進(jìn)行疊加，現(xiàn)場統(tǒng)計出測量圖斑所包含的各類現(xiàn)狀地類與面積比例，統(tǒng)計結(jié)果自動保存。

2、SHP圖層處理功能：通過專門處理軟件，除了能在圖層上標(biāo)注出定義的字段外，還能實現(xiàn)對圖層進(jìn)行相同字段（例如DLMC)顏色定義。不同字段的圖斑定義不同的顏色。方便野外查看SHP圖形。

3、具有定位功能的照相機：野外調(diào)查時，通過手持采集器自帶攝像頭拍照，能將拍照時間、日期、地理坐標(biāo)寫入照片，保證實地調(diào)查的真實性。為違法用地案件調(diào)查取證提供法律依據(jù)。

結(jié)語

高精度手持GIS采集器，利用其自帶的GPS功能模塊,使得3S技術(shù)在現(xiàn)在的數(shù)據(jù)采集中發(fā)揮其應(yīng)有的作用。在信號比較差時，可以使用外接天線來確保其正常使用，精度可以到RTK的精度。其價格相對專業(yè)的RTK產(chǎn)品來說，又有很大優(yōu)勢。

該方案可以應(yīng)用土地管理工作以下領(lǐng)域:①農(nóng)村土地確權(quán)外業(yè)調(diào)查；②土地利用現(xiàn)狀更新調(diào)查；③項目可行性研究現(xiàn)場踏查；④違法用地巡查⑤規(guī)劃用地執(zhí)行情況現(xiàn)場確認(rèn)；⑥礦產(chǎn)采礦探礦范圍核查；⑦其他應(yīng)用領(lǐng)域。

該方案解放了土地采集人員的工作量以及需攜帶設(shè)備的負(fù)擔(dān)量，降低了作業(yè)人員對專業(yè)人員的技術(shù)上的要求，提升了采集數(shù)據(jù)在使用上的效率，為土地管理工作帶來巨大的轉(zhuǎn)變：①改變紙質(zhì)圖件“放不大、看不清、查不出”的弊端，減少了判讀底圖上的困難度；②從模糊判斷到清楚認(rèn)定，從定性到定量；③給行政行為提供實時依據(jù)支持。

【參考文獻(xiàn)】

[1]周增強，吳長彬，馮松松；基于手持GPS的土地信息采集系統(tǒng)設(shè)計，國圖通訊，2011.08

[2]張勇政；SDAS系統(tǒng)的技術(shù)理論及實踐應(yīng)用，南方測繪報，2011

注：文章內(nèi)所有公式及圖表請以PDF形式查看。