“3S”技術(shù)在城鄉(xiāng)建設用地增減掛鉤中的應用

王家峰

(陜西地建土地勘測規(guī)劃設計院有限責任公司, 陜西 西安 710075)

0 引言

城鄉(xiāng)建設用地增減掛鉤(以下簡稱增減掛鉤)是指依據(jù)土地利用總體規(guī)劃,將若干擬整理復墾為耕地的農(nóng)村建設用地地塊(即拆舊地塊)和擬用于城鎮(zhèn)建設的地塊(即建新地塊)等面積共同組成建新拆舊項目區(qū)(以下簡稱項目區(qū)),通過建新拆舊和土地整理復墾等措施,在保證項目區(qū)內(nèi)各類土地面積平衡的基礎上,最終實現(xiàn)增加耕地有效面積,提高耕地質(zhì)量,節(jié)約集約利用建設用地,城鄉(xiāng)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(jié)余指標跨省域調(diào)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(jiān)管責任制度等[2];任建福以縣級單元為研究對象,構(gòu)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(shù)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(jié)了勘測中的注意事項[5];李家寶從測繪范圍、內(nèi)容、技術(shù)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(xiàn)了地塊自動編號并提高了工作效率[7];汪睿君以鎮(zhèn)級單元為研究對象,利用地理信息系統(tǒng)(geographic information system,GIS)分析方法得出了三類供給和需求的適宜區(qū),實現(xiàn)了逐級關(guān)聯(lián)的掛鉤聯(lián)動方案[8];馬威編程實現(xiàn)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(zhuǎn)換,提高了增減掛鉤數(shù)據(jù)處理的效率[9]。目前,關(guān)于“3S”技術(shù)[全球定位系統(tǒng)(global positioning system,GPS)、遙感(remote sensing,RS)、GIS]在增減掛鉤中調(diào)查的具體應用尚缺乏系統(tǒng)的研究。調(diào)查工作主要分為以下三個部分：一是內(nèi)業(yè)確定項目區(qū)范圍及其分布;二是實地踏勘確定拆舊地塊權(quán)屬、面積、人口、戶數(shù)及其搬遷類型等;三是根據(jù)外業(yè)踏勘數(shù)據(jù)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(tài)載波相位差分技術(shù)(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(jù)地形設置基準站、局部困難地段無法到達等情況,給調(diào)查工作帶來了諸多不便。

鑒于此,論文基于“3S”技術(shù)利用其各自的優(yōu)點,提出了一種新的調(diào)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(qū)概況

商南縣位于陜西省東南部東經(jīng)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?cè)丝诩s24.6萬。境內(nèi)以低山丘陵為主體的山區(qū)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(qū)河谷型城市。由于受限于河流山谷、地形地貌、生態(tài)環(huán)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(jié)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(shù)在增減掛鉤項目中的應用進行研究。

2 “3S”技術(shù)在增減掛鉤中的應用

“3S”技術(shù)是GIS、GPS和RS的集成技術(shù)。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(shù)可以快速采集地理數(shù)據(jù),為GIS提供及時動態(tài)的數(shù)據(jù)源,尤其是遙感影像可以為GIS的空間分析提供數(shù)據(jù)支撐?！?S”技術(shù)在增減掛鉤項目中的作業(yè)流程為前期準備、實地調(diào)查和數(shù)據(jù)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(fā)的有關(guān)增減掛鉤的文件、各鄉(xiāng)鎮(zhèn)村主管拆舊地塊的聯(lián)系人及其電話、各鄉(xiāng)鎮(zhèn)前期摸底調(diào)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(fā)的文件有助于工作的開展;實地調(diào)查時需要各鄉(xiāng)鎮(zhèn)主管協(xié)助調(diào)查;摸底名單就是外業(yè)調(diào)查的大致范圍。

2.1.2坐標轉(zhuǎn)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(shù)據(jù)庫轉(zhuǎn)換為CGCS2000坐標系,論文中采用商用軟件進行坐標轉(zhuǎn)化,以保證其轉(zhuǎn)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(yè)擬調(diào)查的圖斑。首先,在ArcGIS中導入年度變更數(shù)據(jù)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(yè)實地調(diào)查。

2.2 實地調(diào)查

實地調(diào)查主要包括以下幾個方面。

2.2.1內(nèi)業(yè)解譯判讀

根據(jù)調(diào)查底圖采用人工詢問的方式大致確定拆舊地塊位置,依據(jù)前期調(diào)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(shù)、人數(shù)和拆舊地塊現(xiàn)狀等信息。

2.2.2外業(yè)調(diào)查

一是根據(jù)內(nèi)業(yè)判讀結(jié)果結(jié)合指界人員計劃外業(yè)調(diào)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(jù)現(xiàn)場調(diào)查情況在奧維互動地圖手機端做好記錄工作。

2.3 數(shù)據(jù)入庫

2.3.1數(shù)據(jù)導入

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

2.3.2數(shù)據(jù)編輯

基于年度變更數(shù)據(jù)庫、實地調(diào)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(diào)整和圖斑屬性填寫等工作。

2.3.3質(zhì)量檢查

數(shù)據(jù)質(zhì)量檢查包括拓撲檢查、數(shù)學基礎、屬性數(shù)據(jù)規(guī)范性、和成果完整性檢查。通過檢查后,按照設定的規(guī)則形成最終的數(shù)據(jù)庫成果,滿足規(guī)劃設計的需求。

3 “3S”在增減掛鉤項目的優(yōu)勢分析

3.1 GIS在增減掛鉤項目中的優(yōu)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(shù)據(jù)和屬性信息滿足增減掛鉤項目的需要,其優(yōu)勢主要分為以下兩個部分：

一是前期數(shù)據(jù)預處理,拆舊地塊分布較為分散涉及工業(yè)用地、采礦用地、農(nóng)村宅基地和科教文衛(wèi)用地等。為了實施精準調(diào)查、節(jié)約生產(chǎn)成本、提高工作效率。在實地調(diào)查之前,基于ArcGIS利用第三次全國國土調(diào)查DOM影像、Google Earth影像和最新年度變更調(diào)查數(shù)據(jù)庫,根據(jù)相關(guān)文件要求對擬調(diào)查的拆舊地塊進行篩選。

二是數(shù)據(jù)建庫：采用ArcGIS作為數(shù)據(jù)庫平臺,不僅方便與國家數(shù)據(jù)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(shù)據(jù),有利于數(shù)據(jù)的采集、編輯、檢查和共享。同時可以方便地查詢鎮(zhèn)、鄉(xiāng)、村以及個人的拆舊地塊信息,滿足各相關(guān)部門的需求。

表1 部分導出數(shù)據(jù)

3.2 RS在增減掛鉤項目中的優(yōu)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(yè)有廣泛的應用。奧維互動地圖在增減掛鉤項目中的優(yōu)勢主要分為兩個部分：一是內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理。由圖1可知“三調(diào)”影像局部較為模糊給內(nèi)業(yè)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(shù)據(jù)源加載到ArcGIS中,方便與“三調(diào)”影像進行對比核實；二是實地調(diào)查方面。奧維互動地圖數(shù)據(jù)源時效性較高,提供天地圖影像、中國資源衛(wèi)星日新圖、Google衛(wèi)星圖和百度衛(wèi)星圖等。奧維互動地圖支持移動網(wǎng)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(qū)調(diào)查中優(yōu)勢明顯,可以有效提高野外調(diào)查的工作效率。

圖1 三調(diào)影像圖

圖2 奧維互動地圖影像

Google Earth主要的優(yōu)勢是它具有多年的歷史影像,有些拆舊地塊現(xiàn)狀已經(jīng)坍塌房屋相關(guān)資料年代比較久遠,這時候通過查看歷史影像結(jié)合年度變更庫的資料就很容易發(fā)現(xiàn)其具體位置,還有些位于溝里深處,現(xiàn)狀可能已經(jīng)長滿荒草，從“三調(diào)”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(diào)影像上已經(jīng)無法辨認,結(jié)合變更數(shù)據(jù)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(yōu)勢分析

野外調(diào)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(shù)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(diào)查工作。

4 結(jié)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(shù)提出了一種適應于城鄉(xiāng)建設用地增減掛鉤項目調(diào)查的新方法。利用年度土地變更調(diào)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(diào)查對象,而且利用其導出的kmz文件還可以規(guī)劃野外調(diào)查的具體路線;利用奧維互動地圖結(jié)合手機GPS定位功能不僅可以快速到達需要調(diào)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(xiàn)場照片記錄相關(guān)信息,極大地提高了內(nèi)外業(yè)工作效率,降低了生產(chǎn)成本。