基于国土资源S.P.M.平台土地变更调查的应用研究

葛洁　方波　黄星

摘要：土地变更调查对保持土地调查数据的现实性具有重要意义。自“3S”技术应用于土地变更调查以来，效率有了大幅度提高，但是仍然面临着“3S”集成程度不高与数据共享程度不高的问题。为此，四川省国土勘测规划研究院研制了S.P.M.平台，旨在提高数据共享程度，深度集成“3S”技术。本文基于S.P.M.平台，提出一种变更调查的内外业一体化工作思路。

关键词：S.P.M.；变更调查；3S；内外业一体化

引言

土地资源是人类生存的重要基础，是人类赖以生存和发展的不可再生的宝贵资源。马克思在《资本论》中引用威廉·配第所言：“劳动是财富之父，土地是财富之母”。土地资源是人类与社会互动的产物，各类土地的分类面积、质量、分布情况与利用状况处于变化之中。尤其是土地利用状况，它是一个动态过程，处于频繁的变更之中。随着中国经济的高速发展与城镇化水平的不断提高，各类铁路、公路等基建工程在如火如荼开展，各类民宅商楼拔地而起，这使得土地利用状况更趋复杂化、多样化与动态化。为了反映土地利用状况的现实性，及时掌握土地动态变化状况，土地管理部门决定自1996年始在全国范围内开展标准时点的年度土地变更调查工作。其主要内容是全面查清本年度新增建设用地、农业产业结构调整、生态退耕以及土地开发复垦整理等土地利用现状变化情况，并逐级汇总上报，形成各级土地利用现状数据成果。土地变更调查作为一项重要的国情国力调查，它是获取土地基础数据的重要途径，而掌握真实准确的土地利用基础数据，是科学规划、合理利用、有效保护国土资源和切实维护群众权益的重要前提，是强化建设用地审批管理、耕地保护责任目标考核、土地督察和执法监察等国土资源管理工作的依据，也是衡量国土资源开发利用管理水平的重要标尺。因此，土地变更调查工作意义重大，它既关系到土地利用总体规划的编制，也关系到国民经济计划、国家宏观调控政策的制定。

为了提高工作效率，保障变更调查工作的顺利完成，四川省国土勘测规划研究院充分利用前沿技术，研发出了国土资源S.P.M.平台，以期在技术上实现变更调查的数字化与智能化，提高变更调查的准确性与科技化水平。本文基于S.P.M.平台，提供一种新的变更调查方法，借此启发后续的技术研发或相关的应用研究。

1.传统的土地变更调查方法概论

土地变更调查工作是指对自然年度内的全国土地利用现状、权属变化，以及各类用地管理信息，进行调查、监测、核查、汇总、统计和分析等活动。年度变更调查工作任务以实地现状认定地类为原则，以日常变更为基础，全面查清年度内各类土地的实际变化情况，重点查清建设用地、耕地的年度变化情况，并更新县级土地调查数据库。

从历史角度，我国土地变更调查方法的沿革可划分为两个阶段：

（1）1996年～2008年手工作业变更阶段。这阶段以第一次土地详查成果为基础，常见的变更手段有卫星遥感、航测和直接外业调绘。遥感数据受制于分辨率，主要应用于区域性的土地资源动态监测。用航片到野外调绘、室内量测，处理周期长。因此，最常用的方法是在1：10000土地现场图上进行“直接外业调绘”，即以纸图作为工作底图，用常规方法进行测量，手工填写相应的变更调查记录表，将变化图斑边界勾勒到土地利用图上，最后进行内业数据处理和面积统计工作，最终汇总成年度土地利用变化数据。这种方法存在如下缺陷：测量方法落后，仅从相邻地物关系进行位置判定，难以获取变化边界的空间位置，导致图斑形状与面积的不准确；全手工化作业，工作量大，统计过程复杂，难以保证成果质量。

（2）2009年至今的土地变更调查与遥感监测阶段。这阶段的土地变更调查以在全国第二次土地调查（“二调”）中快速发展的“3S”技术为主要手段，采用综合调绘法，完成土地调查底图生产、实地现场核查与数据库更新工作。基于“3S”技术的土地变更调查技术的实现主要包括：①基于RS技术的变更图斑的发现。主要包括遥感影像的纠正、配准与融合，DOM的生产与变化图斑的识别等流程。②基于GPS技术的变更图斑的调绘。先识别出变化地块的大概位置并标注在地图上，然后在野外采用GPS技术补测地物主要补测点坐标，并标绘在调查底图上或直接将坐标输入计算机，按实地界线走向绘制图形，并量算面积。③基于GIS技术的数据库更新。将土地利用的变化数据导人信息系统与二次调查的数据库进行空间叠加，经分类变更、综合变更、台账变更后生成统计报表、土地变更调查记录表、土地利用现状图以及变更调查数据库等。

采用“3S”技术进行土地变更调查以来，效率得到了大幅度提高，调查成果实现了“一查多用”，有利支撑了“一张图”建设，深化了综合监管平台的应用。但在“3S”实际应用中，集成度还不高，GIS与GPS并未真正实现“一体集成”（即单机集成），因此需要分别单独携带GPS接收机与笔记本电脑（或PAD）。由于GPS与GIS的分离，传统的“调图——打图——实地核查——属性信息记录——内业数据整理”的作用模式中，打图、属性信息记录、内业数据整理环节都依靠纸质图，既浪费纸张，也浪费时间。同时手工记录属性信息和内业数据整理更是增加了变更调查工作中数据出错的几率。在内业已经全程数字化的时代，外业还极度依靠纸质图纸与核查记录表，内外业失去衔接，这极大地制约了变更调查的工作效率。为此，采用移动终端集成“3S”技术，尤其是深度集成GPS与GIS技术，在野外利用平板自带的GPS技术采集变更地块坐标信息以及相关属性信息，满足内外业无纸化对接要求，保证内外业数据有效衔接与汇交，最终实现在移动终端设备上“电子地图——数据采集——自动成图”的一体化作业模式就具有重要的现实意义。

2.国土资源S.P.M.平台介绍

2-1国土资源S.P.M.平台的概念

国土资源S.P.M.平台（界面如图1）是四川省国土勘测规划研究院结合现有的技术条件与数据现状，采用先进的嵌入式技术、GIS（地理信息系统）技术、GPS（全球卫星定位系统）技术、RS（遥感）技术、无线通讯技术、数据库技术，开发的一款旨在代替纸质图纸进行国土调查、规划、管理等工作的移动平台。

从数据角度，国土资源S.P.M.平台本质上是一种面向数据架构的客户端聚合服务。它直面国土行业广泛存在着的多系统间的数据共享和交换问题、数据的实时采集、更新维护和统一管理问题、以及数据为核心的云计算和云服务机制问题等，为国土资源的数字化管理提供一种坚决办法，也为国土大数据面临的瓶颈问题提供一种解决思路。提高国土数据利用率，挖掘海量数据的价值，这一开始就是S.P.M.平台开发的初衷。

如果从技术角度来看，S.P.M.平台实质上是一种“3S”集成技术，它巧妙地利用了平板电脑的嵌入式开发，调用平板电脑的内置GPS模块，最终实现了“一张图”移动化应用。所谓“3S”技术，是指RS、GPS和GIS技术，GIS技术位于中心位置，三者相互配合、相互补充、相互作用，最终形成了“一个大脑，两只眼睛”的框架（如图2所示）。其中，RS用于快速地发现大区域范围内地面上的各种变化，及时地为GIS进行数据更新；GPS主要被用于实时、快速地采集空间位置；GIS则是对多种来源的时空数据进行综合处理、集成管理、动态存取、作为新的集成系统的基础平台。通过深度集成“3S”技术，S.P.M.平台以RS技术获取高分辨率影像，生成正射影像工作底图；以GIS技术组织、管理、分析各类信息；以GPS技术定位，获取三维坐标，最终实现了变更调查的内外业一体化。

2.2系统的实现与主要功能

S.P.M.平台使用java语言进行开发，采用C/S的系统架构，基于Android 4.4版本（兼容低版本，而且平台不断保持更新），基于ArcGIS Runtime SDK for android 10.2.3进行开发。

尽管变更调查每年有所变化，但万变不离其宗，其主要任务包括权属调查、地类调查、基本农田调查、属性调查、数据库更新、数据汇总和编写报告等部分。可以概括为外业实地核查与内业整理入库，而S.P.M.平台更多地用于外业实地核查，但采集的数据必须可生成国家标准的数据交换格式，进而方便土地变更调查内业处理时调用。设计思路如下：由野外调查人员手执加载影像图、监测图斑等数据的S.P.M.平台，图斑定位与导航、拍照、空间信息与属性信息采集、核查记录填写等一气呵成，最后将外业核查结果打包导出、上交。总体设计框架图如图3所示：

根据变更调查的特点，S.P.M.平台必须满足以下要求：①能够将前后两个时相的影像数据、shp属性数据加载到系统中，同时支持行政界线、农用地转用、批地与供地信息、基本农田、土规划图等辅助数据等，实现浏览、查询等功能。②对shp数据中要调查的图斑，能够显示图形及属性，按图斑编号进行查询，并可修改属性信息。③支持拍照、录音与录像，照片编号默认为图斑编号（或标识码）+“_zp_”+序号，照片标注图斑中心点经纬度坐标与高程，并将现场拍照或录像材料挂接到对应图斑。④对新增变更地块，实现绘制草图、现场录入属性信息、将现场拍照或录像的材料挂接到对应图斑等功能。⑤将修改属性信息后的图斑和新增变更地块图斑按照要求属性信息自动生成shp格式数据，为进一步土地变更数据整理做准备。⑥将平板电脑的快速定位功能植入开发的系统中，实现快速定位、GPS采集等。

通过充分整合ArcgisGIS对Android移动平台提供的支持进行系统开发，S.P.M.平台完美地实现了上述要求。S.P.M.平台的主要功能包括。①地图操作模块：地图的放大、缩小、漫游、点选择等。②GPS功能模块：包括图斑导航、GPS点定位、GPS形状采集等。③图斑变更模块，图形手工、自动变更、属性变更等。④数据组织模块：包括业务图层、矢量图层、采集图层、底层图层等，底图图层与矢量图层用于浏览数据，业务图层用于变更作业，采集图层用于随记功能。⑤查询、检索模块：包括图斑查询、法律文件查询。⑥取证模块：包括拍照、录音与录像等功能。S.P.M.的功能结构如图4。

3.基于S.P.M.平台的变更调查工作流程

围绕每年变更调查的目的，紧扣任务，根据“三下两上”的工作模式，采用工作流原理合理分解作业环节，基于S.P.M.平台的变更调查工作流程最终设计如图5所示。

3.1创建变更调查业务

首先需要在S.P.M.平台上新建一个业务库，可以取名为“变更调查业务库”。由于S.P.M.平台可以支持变更调查、卫片执法、土地例行督察等国土行业广泛的业务，因此创建变更调查业务库可以明确外业工作的任务，从而不会把变更调查工作误解为卫片执法工作，方便了业务管理。创建业务库还有一个好处，即通过业务库加载的工作底图（shp格式）可以编辑，而直接加载的工作底图无法编辑，这样既可以有效保护原工作底图（相当于备份），同时也能在业务库中直接实现野外调绘与属性录入等工作。

3.2数据准备

从上级领取的遥感影像不能直接导人S.P.M.平台，必须采用ArcGIS10.1提供的切片功能模块，进行切片处理，完成数据的位置纠正、脱密、符号设置等，以实现地图数据的可用性，最终形成影像切片数据导人S.P.M.平台。统一采用数据切片形式，一方面考虑到平板的数据处理能力相对不高、存储空间相对不大、显示屏幕相对有限，另一方面旨在实现海量多元异构空间数据的一体化管理。

同时，shp格式的工作底图可以直接加载到S.P.M.平台，变为业务图层。

可以根据需要，导入相应的行政界线、土地利用总体规划、土地利用现状图、基本农田数据、2015年新增建设用地计划、设施农用地审批或报备、临时用地审批、土地整治新增耕地、土地违法查处等相关资料，方便外业核查。同时，可以将相应的记录表导人S.P.M.平台（譬如遥感监测图斑信息核查记录表，如表1所示），以便进行野外记录工作。

3.3图斑导航

在以往的图斑实地核查工作中，某些图斑由于位于深山老林，十分难找，为此S.P.M.平台开发了图斑导航功能。选中目标图斑后，轻击导航功能，就能根据S.P.M.屏幕上的电子指北针以及相对距离，快速前往实地。

3.4现场调查、属性录入、照片采集

变更调查的关键在于精确地获取变更地块的界址点坐标，并以此为基础绘制出变更地块的界线范围。当进行变更调查时，调查人员手持S.P.M.立于变更地块的拐点上10秒钟，以便采集GPS单点定位信息。也可进行坐标纠正，从而在野外直接获取变更地块界址点的精确坐标。当变更地块所有必要的界址点采集完毕之后，就可以根据野外采集数据，使用S.P.M.平台提供的一系列编辑与制图功能将变更地块的界线范围绘制出来，并同时记录其相关属性信息（如图6）。

同时，巡查员能够在现场对图斑进行照片取证，按照远景、近景、内部原则拍摄不少于三张的照片（如图7所示）。

最后，在实地现场填写相应的记录表格，录入相应的属性信息。

3.5内业处理、上级检查、核查改正和整理入库

根据外业采集的数据，进行内业处理后，经检查无误，上交给上级。上级部门在核查中若发现错误，重新实地核查，一直到无误为止。

4.结论

与常规土地变更调查方法相比，基于S.P.M.平台的土地变更调查方法，作业开展灵活，野外调查速度快，外业数据采集的精度高，并且容易实现数据更新入库。此外，采用S.P.M.进行变更调查工作，集成GPS、照相与记录功能，用一块平板取代GPS接收机、照相机、一大推的纸质记录表，节省下大量体力，提高了效率。

随着大数据时代的来临，用大数据思维挖掘大数据的潜在价值，推动社会发展的可量化维度，具有极大的意义。S.P.M.平台将进一步推动国土数据的交叉复用、全息可见。但是，由于S.P.M.平台问世不久，仍存在如下问题亟需解决。①S.P.M.平台现阶段采用单点定位，需要采用GPS差分技术进一步提高精度。②S.P.M.平台作为外业核查终端，需要配套的桌面端，这需要进一步的研发。③推动S.P.M.平台的联网化，建立在线更新系统。

尽管存在如上问题，但是瑕不掩瑜，无纸化外业本身就是一种趋势，因此S.P.M.平台的推广应用必将取得良好的经济效益与社会效益。