数字县域地理空间框架建设技术研究

孙丽娟

摘 要：以河南一县域为试点开展研究，以经济建设和社会发展需求为主题，以提高地理信息服务为动力，紧密结合县域地方特点，开展基础地理信息、地理信息公共服务平台、应用示范工程、应用支撑环境以及政策机制等建设工作，构建数字县域基础地理空间框架，建立县域权威、标准、唯一的地理信息公共服务平台。

关键词：地理信息;基础地理空间框架;共建共享;公共管理;公共服务

中图分类号：P208 文献标识码：A 文章编号：1003-5168（2021）23-0019-04

Abstract： This paper takes a county in Henan Province as a pilot to carry out research， takes the needs of economic construction and social development as the theme， takes improving geographic information services as the driving force， closely combines the local characteristics of the county， carries out the construction of basic geographic information， geographic information public service platform， application demonstration project， application support environment and policy mechanism， and constructs the basic geospatial framework of digital county， in order to establish an authoritative， standard and unique geographic information public service platform in the county.

Keywords： geographic information;basic geospatial framework;co- construction and sharing;public administration;public service

以經济建设和社会发展需求为主题，以提高地理信息服务为动力，紧密结合县域地方特点，立足县域既有数据、软件、硬件和网络基础设施，依照国家、行业的相关标准、规范与指导性技术文件，开展基础地理信息、地理信息公共服务平台、应用示范工程、应用支撑环境以及政策机制等建设工作，构建数字县域基础地理空间框架，建立县域权威、标准、唯一的地理信息公共服务平台，实现地理信息资源的充分利用与共建共享，提高城市公共管理、公共服务的能力和水平[1-5]。

1 技术思路

数字县域地理空间框架建设和应用示范技术流程如下：对县城规划区110 km2区域进行倾斜三维数据获取，县城规划区110 km2范围内1∶500数字线划图成图及数据库建设和1∶1 000数字正射影像图制作，在此基础上，对县城规划区110 km2进行1∶1 000和1∶5 000比例尺的数字线划图编绘及数据库建设;通过野外调绘和数据编辑形成更新后的全县域1∶10 000地形图数据库建设、1∶10 000数字高程模型数据库、1∶10 000数字正射影像图数据库。利用各比例尺地形图数据，通过数据转换，建设多尺度、多类型、覆盖不同区域的数据库;利用数据库建设县域基础地理信息公共服务平台，建立县域三维信息管理辅助决策平台、县域自然资源监管系统和县域后备资源信息管理系统3个专业应用示范系统[6-10]。

2 主要技术指标和规格

2.1 平面坐标系统、高程基准和投影变形分析

2.1.1 平面坐标系统和高程基准。平面坐标系统采用2000坐标系。1∶500、1∶1 000地理信息成果采用任意3°带高斯-克吕格投影投影方式，中央子午线为114°45′;测区平均纬度为32°;测区平均椭球曲率半径为6 368 735.912 15 m;投影面为参考椭球面。1∶5 000、1∶10 000地理信息成果采用高斯-克吕格投影，中央子午线为3°分带中央子午线114°。高程系统采用1985国家高程基准。

2.1.2 投影变形分析。县城规划区平面投影变形应符合国家标准，根据项目区域位置，投影方式采用高斯-克吕格投影。1∶5 000、1∶10 000比例尺按标准3°分带，对于数据库数据，采用地理坐标系统，坐标单位为度。

1∶500地形图区域离中央子午线较远，当改变中央主子午线至测区中央经线分别为114°10′、114°20′、114°30′、114°35′、114°40′、114°45′时，依据《城市测量规范》（CJJ/T 8—2011），在国家标准参考椭球面上，根据高程归化和高斯改化公式求得测区中心（县中心）长度变形公式：

[ΔS=y2m2R2S0-HmRAS]                        （1）

式中：[R]为测区的平均曲率半径;[ym]为距离的2端点横坐标平均值;[S0]为归算到椭球面上的长度;[Hm]为长度所在高程面对于椭球面的平均高程;[RA]长度所在方向的椭球曲率半径。

验算各中央子午线情况下的长度变形值，如表1所示。

根据表1可知，中央子午线为114°时，县域内部分居民区域投影长度变形超限，当中央子午线为114°10′、114°20′、114°30′、114°35′、114°40′时，县域内部分居民区投影长度变形超限，且超限区域大多位于西南山部或丘陵地区。当中央子午线为114°45′时，县域内居民区投影长度变形未超限，且县城规划区域投影变形较小，西南山区投影长度变形也未超限，因此测区选用中央子午线为114°45′。将上述坐标系统命名为该县域2000坐标系。

2.2 比例尺、分幅与编号

比例尺包括1∶500、1∶1 000、1∶5 000、1∶10 000。

地形图的分幅和编号按照《国家基本比例尺地形图分幅和编号》（GB/T 13989—2012）的要求执行。

2.3 地形类别

经过实地踏勘和历史地形地貌资料分析，确定本项目1∶500、1∶1 000比例尺涵盖区域，地形类别划定为平地类型。为保证河南省基础测绘数据的权威性和继承性，1∶5 000和1∶10 000地形类别的确立在遵照相应的国家标准规范的前提下，保持与河南省测绘地理信息局历史出版的图件定性结论保持一致。

2.4 基本等高距

1∶500地形图基本等高距为0.5 m;1∶1 000地形图基本等高距为0.5 m;1∶5 000地形图基本等高距为1.0 m;1∶10 000小比例尺地形图基本等高距与河南省测绘地理信息局已出版最新基础测绘图件基本等高距保持一致。

大比例尺地形圖基本等高距保持同一测区同一产品同一等高距规格的原则。如有特殊情形，报请项目技术专家组或总工办批准，并在项目执行过程技术文档资料中做好相应记录。

2.5 高程注记密度

1∶500、1∶1 000地形图高程注记点应该选在明显地物点或地形变换点上，依据分幅地形类别及地物点和地形点的多少，其密度为图上每100 cm2内8～20个。

1∶5 000、1∶00 000地形图上高程注记点应选在明显地物点和地形变换点上，密度为图上每100 cm2内，平地、丘陵地10～20个，山地、高山地及地形特征点稀少地区8～15个。根据地形情况图上每100 cm2面积内，等高线注记应有1～3个等高线高程注记。

高程注记以米为单位，1∶500、1∶1 000成图注至小数点后2位，1∶5 000、1∶10 000成图注至小数点后1位。

2.6 地形图精度

2.6.1 平面精度。1∶500、1∶1 000比例尺地形图图上地物点相对于野外控制点的图上点位中误差与邻近地物点间距中误差应符合表2的规定。特殊困难地区地物点对最近野外控制点的图上点位中误差按地形类别放宽0.5倍。1∶5 000、1∶10 000比例尺地形图图上地物点相对于野外控制点的图上点位中误差应符合表3的规定;特殊困难地区地物点对最近野外控制点的图上点位中误差按地形类别放宽0.5倍。

2.6.2 高程精度。高程注记点和等高线对附近野外控制点的高程中误差，不得大于表4的规定。

地形图上山地、高山地的等高线在实地不能直接找到衡量其精度的相应位置时，等高线的高程中误差可按式（2）计算：

[mn=±（a+b·tanα）  ]                    （2）

式中：[mn]为等高线高程中误差，m;[a]为高程注记点的高程中误差，m;[b]为地物点的平面位置中误差，m;[α]为检查点附近的地面倾斜角，°。

特殊困难地区（大面积森林、沼泽等）地物点的平面位置中误差和高程中误差按上述规定放宽0.5倍，2倍中误差为最大误差。

2.7 地形图的符号及注记

1∶500、1∶1 000地形图执行《国家基本比例尺地图图式 第1部分∶1∶500 1∶1 000 1∶2 000地形图图式》（GB/T 20257.1—2007）。1∶5 000、 1∶10 000地形图执行《国家基本比例尺地图图式 第2部分：1∶ 5 000 1∶10 000地形图图式》（GB/T 20257.2—2006）[11-16]。

3 系统功能

3.1 县域自然资源监测管理系统

实现基础地理数据与专题业务数据的加载显示、浏览、缩小放大等常用GIS功能，同时实现地图上的长度量算、面积量算功能，对图层可见性与透明度进行控制。实现自然资源监测数据等空间要素的点击查询功能，被查询要素高亮显示，同时显示该要素属性信息、图片等信息。对监测数据、现状数据等业务数据进行统计分析，统计结果以表格或图表形式展示。

3.2 县域三维信息管理辅助决策平台

①逼真的三维浏览体验。平台可实现基于真实地理环境的三维虚拟社区;可以当前鼠标点位置为中心360°旋转浏览三维数字城市;可同时加载建筑物模型数据与地形数字高程模型（Digital Elevation Model，DEM）数据。

②搜索定位。搜索定位服务由WordSplit（分词系统）、LSE（搜索引擎）等模块组成，实现兴趣点、建筑物、矢量线和矢量面的关键词或空间位置搜索。

③距离量测。距离量测用于测量平面或空间中任意两点之间的距离或者任意多个点之间的距离之和。

④面积量测。面积量测用于测量地表上任意区域内的平面面积和地表面积。

⑤剖面分析。剖面分析可以分析某块地形的剖面情况和建筑物的剖面情况。

⑥等值线分析。等值线分析功能可以分析出圈定范围内高程相同的点，自动绘制出等值线。

⑦坡度坡向分析。系统可以分析出圈定范围内的地形走势、坡度和坡向，模拟水流或泥石流等流向，用于灾害预警分析。

⑧淹没分析。淹没分析用来分析在某个特定范围内，以特定流域线为水流，以特定高程为当前水位的流域淹没情况。

⑨可视域分析。系统可以模拟出人的视角，设定观察高度、观察范围后，自动分析出可观察区域和被遮挡区域，以不同颜色高亮显示。

3.3 县域后备资源信息管理系统

实现基础地理数据与专题业务数据的加载显示、浏览、缩小放大等常用GIS功能，同时实现地图上的长度量算、面积量算功能，对图层可见性与透明度等进行控制。

实现对后备资源及其他數据的信息查询;基于GIS空间分析功能，对后备资源数据进行相关的空间分析;对后备资源数据进行统计，并以表格与图表形式展示统计结果;建立分析模型，对土地后备资源数据进行自动分析评价。分析评价结果可进行导出使用。

参考文献：

[1]国家质量监督检验检疫总局，国家标准化管理委员会.国家三、四等水准测量规范：GB/T 12898—2009[S].北京：中国标准出版社，2009.

[2]国家质量监督检验检疫总局，国家标准化管理委员会.国家基本比例尺地形图分幅和编号：GB/T 13989—2012[S].北京：中国标准出版社，2012.

[3]国家质量监督检验检疫总局，国家标准化管理委员会.国家基本比例尺地形图更新规范：GB/T 14268—2008[S].北京：中国标准出版社，2008.

[4]国家质量监督检验检疫总局，国家标准化管理委员会.数字航空摄影测量 空中三角测量规范：GB /T 23236—2009[S].北京：中国标准出版社，2009.

[5]自然资源部.低空数字航空摄影测量外业规范：CH/T 3004—2021[S].北京：测绘出版社，2021.

[6]国家质量监督检验检疫总局，国家标准化管理委员会.1∶500 1∶1 000 1∶2 000 地形图航空摄影测量数字化测图规范：GB/T 15967—2008[S].北京：中国标准出版社，2008.

[7]国家质量监督检验检疫总局，国家标准化管理委员会.国家基本比例尺地图图式 第1部分：1∶500 1∶1 000 1∶2 000地形图图式：GB/T 20257.1—2017[S].北京：中国标准出版社，2017.

[8]国家质量监督检验检疫总局，国家标准化管理委员会.国家基本比例尺地图图式 第2部分：1∶5 000 1∶10 000地形图图式：GB/T 20257.2—2017[S].北京：中国标准出版社，2017.

[9]国家市场监督管理总局，国家标准化管理委员会.基础地理信息要素数据字典 第1部分：1∶500 1∶1 000 1∶2 000比例尺：GB/T 20258.1—2019[S].北京：中国标准出版社，2019.

[10]国家市场监督管理总局，国家标准化管理委员会.基础地理信息要素数据字典 第2部分：1∶5 000 1∶10 000 比例尺：GB/T 20258.2—2019[S].北京：中国标准出版社，2019.

[11]国家质量监督检验检疫总局，国家标准化管理委员会.城市地理信息系统设计规范：GB/T 18578—2008[S].北京：中国标准出版社，2008.

[12]国家质量监督检验检疫总局，国家标准化管理委员会.地理空间框架基本规定：GB/T 30317—2013[S].北京：中国标准出版社，2013.

[13]国家质量监督检验检疫总局，国家标准化管理委员会.基础地理信息城市数据库建设规范：GB/T 21740—2008[S].北京：中国标准出版社，2008.

[14]自然资源部.地理信息公共服务平台 网络地理信息服务分类与命名规范：CH/T 9028—2018[S].北京：测绘出版社，2018.

[15]国家测绘地理信息局.地理信息公共服务平台 电子地图数据规范：CH/Z 9011—2011[S].北京：测绘出版社，2011.

[16]国家测绘地理信息局.地理信息公共服务平台 地理实体与地名地址数据规范：CH/Z 9010-2011[S].北京：测绘出版社，2011.