測(cè)繪科學(xué)與技術(shù)在自然資源調(diào)查監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用——以第三次國(guó)土調(diào)查為例

□ 舟山市自然資源和規(guī)劃局定海分局 賀涌源 戴 磊

測(cè)繪科學(xué)與技術(shù)是研究地球和其他實(shí)地的與時(shí)空分布有關(guān)的信息的采集、量測(cè)、處理、顯示、管理和利用的科學(xué)和技術(shù)。它的研究?jī)?nèi)容和科學(xué)地位是確定地球和其他實(shí)體的形狀和重力場(chǎng)及空間定位，利用各種測(cè)量?jī)x器、傳感器及其組合系統(tǒng)獲取地球及其他實(shí)體與時(shí)空分布有關(guān)的信息，制成各種地形圖、專(zhuān)題圖和建立地理、土地等空間信息系統(tǒng)，為研究地球的自然和社會(huì)現(xiàn)象，解決人口、資源、環(huán)境和災(zāi)害等社會(huì)可持續(xù)發(fā)展中的重大問(wèn)題，以及為國(guó)民經(jīng)濟(jì)和國(guó)防建設(shè)提供技術(shù)支撐和數(shù)據(jù)保障。測(cè)繪科學(xué)與技術(shù)的學(xué)科內(nèi)容包括大地測(cè)量學(xué)與測(cè)量工程、攝影測(cè)量與遙感、地圖制圖學(xué)與地理信息工程等。測(cè)繪科學(xué)與技術(shù)已廣泛應(yīng)用于國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)中的方方面面，如自然資源調(diào)查監(jiān)測(cè)、城市規(guī)劃、交通管理等。

自然資源調(diào)查監(jiān)測(cè)作為自然資源管理的主要職責(zé)之一，是全面查清自然資源現(xiàn)狀，為自然資源系統(tǒng)統(tǒng)一行使全民所有自然資源資產(chǎn)所有者職責(zé)，統(tǒng)一行使所有國(guó)土空間用途管制和生態(tài)保護(hù)修復(fù)職責(zé)提供真實(shí)準(zhǔn)確可靠數(shù)據(jù)的重要手段。第三次國(guó)土調(diào)查（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“三調(diào)”）是自然資源系統(tǒng)成立以后第一次全面的普查。三調(diào)的主要目標(biāo)是在第二次全國(guó)土地調(diào)查成果基礎(chǔ)上，全面細(xì)化和完善全國(guó)土地利用基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，掌握翔實(shí)準(zhǔn)確的全國(guó)國(guó)土利用現(xiàn)狀和自然資源變化情況。本文以三調(diào)的技術(shù)路線為例，探討測(cè)繪科學(xué)與技術(shù)在自然資源調(diào)查監(jiān)測(cè)中的基礎(chǔ)支撐作用。

一、測(cè)繪基準(zhǔn)

測(cè)繪基準(zhǔn)主要包括大地基準(zhǔn)、高程基準(zhǔn)和重力基準(zhǔn)，它是進(jìn)行各種測(cè)量或調(diào)查工作的起算數(shù)據(jù)和起算面，是確定地理空間信息幾何與物理特征和時(shí)空分布的基礎(chǔ)，是在數(shù)學(xué)空間里表示地理要素在真實(shí)世界的空間位置的參考基準(zhǔn)。測(cè)繪基準(zhǔn)體系包含了理論體系、技術(shù)體系、基礎(chǔ)設(shè)施、標(biāo)準(zhǔn)等方面，其中理論體系建立在大地測(cè)量學(xué)、天文學(xué)及相關(guān)地學(xué)理論基礎(chǔ)上；技術(shù)體系包含了空間大地測(cè)量技術(shù)（GNSS全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)、SLR衛(wèi)星激光測(cè)距、VLBI甚長(zhǎng)基線干涉測(cè)量等）、物理大地測(cè)量技術(shù)（絕對(duì)/相對(duì)重力測(cè)量、航空重力測(cè)量、衛(wèi)星重力測(cè)量、似大地水準(zhǔn)面等）、大地測(cè)量數(shù)據(jù)處理技術(shù)等。我國(guó)測(cè)繪基準(zhǔn)體系經(jīng)歷了數(shù)10年的發(fā)展，發(fā)生了很大變化，土地調(diào)查的測(cè)繪基準(zhǔn)也相應(yīng)進(jìn)行了調(diào)整。第二次全國(guó)土地調(diào)查采用1980西安坐標(biāo)系，1985國(guó)家高程基準(zhǔn)；三調(diào)采用2000國(guó)家大地坐標(biāo)系，1985國(guó)家高程基準(zhǔn)。其中，1980西安坐標(biāo)系是采用整體平差方法構(gòu)建的參心坐標(biāo)系；2000國(guó)家大地坐標(biāo)系是我國(guó)自主建立、適應(yīng)現(xiàn)代空間技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)的地心坐標(biāo)系；1985國(guó)家高程基準(zhǔn)是我國(guó)現(xiàn)采用的高程基準(zhǔn)。

二、數(shù)據(jù)獲取和制作

自然資源調(diào)查監(jiān)測(cè)對(duì)數(shù)據(jù)具有范圍廣、精度高、時(shí)效快等要求，遙感科學(xué)與技術(shù)能很好地滿(mǎn)足這一要求。遙感科學(xué)與技術(shù)主要指通過(guò)一定的觀測(cè)平臺(tái)、如衛(wèi)星、飛機(jī)、無(wú)人機(jī)等，從空中進(jìn)行觀測(cè)和感知地球。遙感科學(xué)與技術(shù)實(shí)現(xiàn)了時(shí)空一體、多維探測(cè)，具有“廣”“細(xì)”“精”和“全”等優(yōu)勢(shì)。廣則能將整個(gè)地球收入眼底，細(xì)則能明察秋毫，精則能分辨毫厘差異，全則能覆蓋整個(gè)電子波范圍。通過(guò)遙感獲取和形成的數(shù)據(jù)具有海量性、宏觀性、客觀性、現(xiàn)勢(shì)性、全面性和準(zhǔn)確性的特點(diǎn)，從而成為自然資源調(diào)查監(jiān)測(cè)的重要信息手段。

三調(diào)土地利用現(xiàn)狀調(diào)查包括農(nóng)村土地利用現(xiàn)狀調(diào)查和城鎮(zhèn)村莊內(nèi)部土地利用現(xiàn)狀調(diào)查。農(nóng)村土地調(diào)查全面采用優(yōu)于1米分辨率的航天遙感數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)可以通過(guò)國(guó)內(nèi)高分辨率觀測(cè)衛(wèi)星如高分2號(hào)、北京2號(hào)，國(guó)外高分辨率觀測(cè)衛(wèi)星如WorldView-1、WorldView-2等獲取。城鎮(zhèn)村莊內(nèi)部土地利用現(xiàn)狀調(diào)查原則上采用優(yōu)于0.2米分辨率的航空遙感數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)可以通過(guò)飛機(jī)或無(wú)人機(jī)進(jìn)行航空攝影測(cè)量獲取。遙感獲取的數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)輻射校正、幾何校正等處理形成的影像，需采用高精度數(shù)字高程模型或數(shù)字地表模型和高精度糾正控制點(diǎn)，制作成數(shù)字正射影像（DOM）后才能用于國(guó)土調(diào)查。以航天遙感影像為例，以遙感影像、像控點(diǎn)成果、數(shù)字高程模型數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，利用遙感影像處理平臺(tái)，進(jìn)行正射糾正—影像融合—影像鑲嵌—影像裁切—圖像處理等，制作生成數(shù)據(jù)正射影像。高精度數(shù)字高程模型可以通過(guò)三維激光掃描測(cè)量技術(shù)獲取點(diǎn)云生成，激光掃描技術(shù)結(jié)合全球定位系統(tǒng)、慣性導(dǎo)航系統(tǒng)等技術(shù)，是高精度、快速度、低成本獲取大范圍數(shù)字高程模型或數(shù)字地表模型的主動(dòng)式遙感技術(shù)手段。高精度糾正控制點(diǎn)數(shù)據(jù)主要通過(guò)外業(yè)GPS實(shí)測(cè)或在已有的地形圖、正射影像圖上進(jìn)行采集。

數(shù)字正射影像制作完成后，按照《第三次全國(guó)國(guó)土調(diào)查工作分類(lèi)》，通過(guò)分析數(shù)字正射影像紋理、色調(diào)、區(qū)位、附著物和周邊環(huán)境，逐地塊判讀土地利用類(lèi)型，提取土地利用圖斑，并對(duì)比第二次全國(guó)土地調(diào)查數(shù)據(jù)庫(kù)地類(lèi)，將內(nèi)業(yè)提取的土地利用圖斑分為與數(shù)據(jù)庫(kù)地類(lèi)不一致的A類(lèi)圖斑和與數(shù)據(jù)庫(kù)地類(lèi)一致的B類(lèi)圖斑，建立圖斑矢量數(shù)據(jù)層及屬性表，全面記錄提取圖斑的相關(guān)屬性。以縣級(jí)行政轄區(qū)為單位，在數(shù)字正射影像上套合內(nèi)業(yè)提取的土地利用圖斑及區(qū)縣行政界線、集中建成區(qū)界線等，制作成標(biāo)準(zhǔn)化調(diào)查底圖。

▲ 無(wú)人機(jī)航拍

三、現(xiàn)狀調(diào)查

土地利用現(xiàn)狀調(diào)查指實(shí)地調(diào)查每塊圖斑的地類(lèi)、位置、范圍、面積等利用狀況，主要采用綜合調(diào)繪法。綜合調(diào)繪法是在室內(nèi)直接對(duì)影像進(jìn)行解譯，將調(diào)查底圖與國(guó)土調(diào)查數(shù)據(jù)庫(kù)套合，疊加自然資源管理數(shù)據(jù)及相關(guān)自然資源專(zhuān)業(yè)調(diào)查數(shù)據(jù)，進(jìn)行各地類(lèi)預(yù)判和內(nèi)業(yè)圖斑邊界勾繪，生成圖斑預(yù)編號(hào)、權(quán)屬單位名稱(chēng)等圖斑基本信息；對(duì)內(nèi)業(yè)判讀地類(lèi)與實(shí)地現(xiàn)狀不一致的或根據(jù)影像不能夠確認(rèn)地類(lèi)的圖斑用特殊符號(hào)予以標(biāo)記，然后到實(shí)地進(jìn)行核實(shí)、補(bǔ)調(diào)和補(bǔ)測(cè)，最終獲得調(diào)繪區(qū)域內(nèi)土地的利用現(xiàn)狀，作為數(shù)據(jù)庫(kù)建設(shè)的依據(jù)。綜合調(diào)繪法是內(nèi)業(yè)判讀、外業(yè)調(diào)查補(bǔ)測(cè)和內(nèi)業(yè)建庫(kù)相結(jié)合的調(diào)繪方法。

三調(diào)在開(kāi)展外業(yè)實(shí)地調(diào)查的同時(shí)，一并開(kāi)展圖斑舉證工作，對(duì)影像未能反映的地物進(jìn)行補(bǔ)測(cè)。圖斑舉證使用帶GPS定位和方向傳感器的手機(jī)，利用統(tǒng)一的互聯(lián)網(wǎng)+舉證軟件，拍攝包含圖斑實(shí)地衛(wèi)星定位坐標(biāo)、拍攝方位角、拍攝時(shí)間、實(shí)地照片及舉證說(shuō)明等綜合信息的加密舉證數(shù)據(jù)包，上傳至統(tǒng)一舉證平臺(tái)。新增地物的補(bǔ)測(cè)主要采用儀器補(bǔ)測(cè)法和簡(jiǎn)易補(bǔ)測(cè)法。通?？刹捎媒粫?huì)法、截距法、坐標(biāo)法和比較法確定新增地物的位置，地物相對(duì)稀少的區(qū)域，當(dāng)利用周?chē)黠@地物無(wú)法準(zhǔn)確確定地物的位置時(shí)，可利用GPS、全站儀等進(jìn)行滿(mǎn)足精度要求的解析方法補(bǔ)測(cè)。

三調(diào)對(duì)城鎮(zhèn)村莊內(nèi)部打開(kāi)進(jìn)行細(xì)化調(diào)查，并將土地權(quán)屬界線進(jìn)行上圖，權(quán)屬界線發(fā)生變化的，開(kāi)展權(quán)屬界線補(bǔ)充調(diào)查。城鎮(zhèn)村莊內(nèi)部土地利用現(xiàn)狀調(diào)查、權(quán)屬界線上圖和補(bǔ)充調(diào)查，基于地籍調(diào)查數(shù)據(jù)庫(kù)成果。地籍調(diào)查指通過(guò)權(quán)屬調(diào)查和地籍測(cè)繪，查清宗地的權(quán)屬、界址線、面積、用途和位置等情況，形成數(shù)據(jù)、圖表、表冊(cè)等調(diào)查資料。權(quán)屬調(diào)查主要是遵循規(guī)定的法律程序，根據(jù)有關(guān)政策，利用行政手段，調(diào)查核實(shí)土地權(quán)利狀況，確定界址點(diǎn)和權(quán)屬界線的行政性工作。地籍測(cè)繪指依據(jù)權(quán)屬調(diào)查成果，對(duì)每宗地的界址點(diǎn)、界址線、位置、形狀、面積等進(jìn)行的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)繪工作。地籍測(cè)繪作為工程測(cè)量的一方面，遵循一般的測(cè)量原則，即先控制后碎步、從高級(jí)到低級(jí)、由整體到局部的原則。通過(guò)地籍調(diào)查，可以全面掌握一個(gè)地區(qū)的土地類(lèi)型、數(shù)量、分布和利用狀況，以及土地在國(guó)民經(jīng)濟(jì)各部門(mén)之間、在各種經(jīng)濟(jì)成分之間的分配情況，從而為建立科學(xué)的自然資源調(diào)查監(jiān)測(cè)體系提供信息保障。

四、數(shù)據(jù)庫(kù)建設(shè)

三調(diào)數(shù)據(jù)庫(kù)建設(shè)包含國(guó)土調(diào)查、土地權(quán)屬、專(zhuān)項(xiàng)用地調(diào)查、基礎(chǔ)地理、數(shù)字正射影像、數(shù)字高程模型（DEM）、相關(guān)自然資源專(zhuān)項(xiàng)調(diào)查等各類(lèi)管理信息數(shù)據(jù)成果的質(zhì)檢、建庫(kù)、管理應(yīng)用，以及數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)與共享平臺(tái)建設(shè)等工作，是一項(xiàng)復(fù)雜的地理信息工程。地理信息工程作為測(cè)繪科學(xué)與技術(shù)的組成部分，指應(yīng)用地理信息系統(tǒng)（GIS）的理論和方法，結(jié)合計(jì)算機(jī)技術(shù)、現(xiàn)代測(cè)繪技術(shù)等，用于解決具體應(yīng)用的軟件系統(tǒng)工程。地理信息系統(tǒng)是指在計(jì)算機(jī)軟硬件及網(wǎng)絡(luò)支持下，對(duì)有關(guān)地理空間數(shù)據(jù)進(jìn)行輸入、存儲(chǔ)、檢索、更新、顯示、制圖、綜合分析和應(yīng)用的技術(shù)系統(tǒng)。地理信息系統(tǒng)的用途非常廣泛，凡是與地理空間位置有關(guān)的領(lǐng)域，如自然資源、交通、水利、農(nóng)業(yè)、環(huán)境、軍事等部門(mén)都需要應(yīng)用地理信息系統(tǒng)。

三調(diào)數(shù)據(jù)庫(kù)建設(shè)不僅有一般地理信息工程的共性，也有自身的特點(diǎn)。國(guó)土調(diào)查數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)量龐大，其空間數(shù)據(jù)模型復(fù)雜，存儲(chǔ)和管理包括屬性數(shù)據(jù)、圖形圖像數(shù)據(jù)、拓?fù)潢P(guān)系數(shù)據(jù)等多元空間數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)之間具有不可分割的聯(lián)系。其建設(shè)步驟包括數(shù)據(jù)庫(kù)建設(shè)方案設(shè)計(jì)、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)準(zhǔn)備與處理、圖形和屬性數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)接邊、拓?fù)潢P(guān)系構(gòu)建、面積計(jì)算、數(shù)據(jù)檢查與入庫(kù)等。國(guó)土調(diào)查數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)能對(duì)國(guó)土調(diào)查數(shù)據(jù)進(jìn)行管理，并具有查詢(xún)、瀏覽，以及數(shù)據(jù)增加、刪除、修改等編輯功能；能滿(mǎn)足地方日常土地管理工作對(duì)國(guó)土調(diào)查數(shù)據(jù)的管理需求；能支持國(guó)土調(diào)查數(shù)據(jù)的交換和更新等。三調(diào)數(shù)據(jù)庫(kù)的建設(shè)過(guò)程及管理系統(tǒng)功能的實(shí)現(xiàn)，均依賴(lài)于地理信息系統(tǒng)的理論和方法。

五、成果匯總和應(yīng)用

三調(diào)成果匯總內(nèi)容主要包括數(shù)據(jù)匯總、圖件編制、文字報(bào)告編寫(xiě)和成果分析等，其中圖件編制以測(cè)繪科學(xué)與技術(shù)中的地圖制圖學(xué)理論和方法為基礎(chǔ)。地圖制圖學(xué)主要研究地圖制作的基礎(chǔ)理論、地圖設(shè)計(jì)、地圖編制和制印的技術(shù)方法及其應(yīng)用。具體研究?jī)?nèi)容一般包括：地圖設(shè)計(jì)，通過(guò)研究、實(shí)驗(yàn)，制定新編地圖的內(nèi)容、表現(xiàn)形式及其生產(chǎn)工藝程序的工作；地圖投影，依據(jù)一定的數(shù)學(xué)法則建立地球橢球表面上的經(jīng)緯線網(wǎng)與在地圖平面上相應(yīng)的經(jīng)緯網(wǎng)之間函數(shù)關(guān)系的理論和方法，研究把不可展曲面上的經(jīng)緯線網(wǎng)描繪成平面上經(jīng)緯線網(wǎng)所產(chǎn)生各種變形的特性和大小以及地圖投影的方法等；地圖編制，研究制作地圖的理論和技術(shù)，即從領(lǐng)受制圖任務(wù)到完成地圖原圖的制圖過(guò)程，主要包括制圖資料的分析和處理、地圖原圖的編制以及圖例、表示方法、色彩、圖型的制印方案等編圖過(guò)程的設(shè)計(jì)；地圖制印，研究復(fù)制和印刷地圖過(guò)程中各種工藝?yán)碚摵图夹g(shù)方法；地圖應(yīng)用，研究地圖分析、地圖評(píng)價(jià)、地圖閱讀、地圖量算和圖上作業(yè)等。

三調(diào)主要編制的圖件包括土地利用圖件和專(zhuān)題調(diào)查的專(zhuān)題圖件，如縣級(jí)土地利用現(xiàn)狀圖、永久基本農(nóng)田分布圖、土地權(quán)屬界線圖和耕地坡度分級(jí)圖等。以土地利用現(xiàn)狀圖編制為例，地圖投影采用高斯-克呂格投影，按3°分帶，分幅采用國(guó)際1∶1 000 000地圖分幅標(biāo)準(zhǔn)，各比例尺標(biāo)準(zhǔn)分幅圖均按規(guī)定的經(jīng)差和緯差劃分，采用經(jīng)、緯度分幅。圖幅編號(hào)均以1∶1 000 000地形圖編號(hào)為基礎(chǔ)采用行列編號(hào)方法。地類(lèi)圖斑內(nèi)容的選取和表示要層次分明，需合理處理各要素間的相互關(guān)系，注記正確，清晰易讀；要全面反映制圖區(qū)域的土地利用現(xiàn)狀、利用特點(diǎn)和分布規(guī)律；圖面整飾規(guī)范，圖例正確；并對(duì)圖上的保密內(nèi)容作技術(shù)處理，以防泄密失密。各類(lèi)圖件成果在符合國(guó)家安全保密要求的前提下，在國(guó)土調(diào)查數(shù)據(jù)分析與共享服務(wù)云平臺(tái)上發(fā)布，面向政府機(jī)關(guān)、科研機(jī)構(gòu)以及社會(huì)公眾提供不同層級(jí)的數(shù)據(jù)應(yīng)用。

六、總結(jié)

國(guó)土是生態(tài)文明的空間載體，生態(tài)文明要建設(shè)好，最重要的基礎(chǔ)是必須清晰掌握自然資源的本底基數(shù)。自然資源調(diào)查監(jiān)測(cè)是在測(cè)繪工作的基礎(chǔ)上開(kāi)展。測(cè)繪是自然資源管理中摸清家底、科學(xué)規(guī)劃、精準(zhǔn)施策的基礎(chǔ)性工作，是自然資源統(tǒng)一監(jiān)管的重要技術(shù)手段。當(dāng)前，測(cè)繪科學(xué)與技術(shù)與互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算等高新技術(shù)不斷融合發(fā)展，信息化測(cè)繪技術(shù)體系和新型基礎(chǔ)測(cè)繪體系正在形成，測(cè)繪科學(xué)與技術(shù)將在自然資源管理中發(fā)揮越來(lái)越重要的作用。要以測(cè)繪科學(xué)與技術(shù)為支撐，通過(guò)三調(diào)等各類(lèi)自然資源調(diào)查，查清山水林田湖草各類(lèi)資源面積、分布、質(zhì)量等信息，建立統(tǒng)一的自然資源數(shù)據(jù)庫(kù)和綜合監(jiān)管與共享平臺(tái)，從而實(shí)現(xiàn)調(diào)查成果的“一查多用”，實(shí)現(xiàn)“以圖管地、網(wǎng)上管理、在線審批”的自然資源數(shù)字化管理新模式。