“3S”技术在城乡建设用地增减挂钩中的应用

王家峰

(陕西地建土地勘测规划设计院有限责任公司, 陕西 西安 710075)

0 引言

城乡建设用地增减挂钩(以下简称增减挂钩)是指依据土地利用总体规划,将若干拟整理复垦为耕地的农村建设用地地块(即拆旧地块)和拟用于城镇建设的地块(即建新地块)等面积共同组成建新拆旧项目区(以下简称项目区),通过建新拆旧和土地整理复垦等措施,在保证项目区内各类土地面积平衡的基础上,最终实现增加耕地有效面积,提高耕地质量,节约集约利用建设用地,城乡用地布局更合理的目标[1]。众多学者对增减挂钩进行了深入研究,其中,焦思颖对增减挂钩节余指标跨省域调剂实施办法进行了解读,全面分析了资源配置、指标使用和监管责任制度等[2];任建福以县级单元为研究对象,构建了拆旧地块选址的评价模型[3];李运健利用无人机摄影测量技术建立了一套检查增减挂钩耕地指标的体系并达到了预期效果[4];马显光对增减挂钩项目的前期准备和后期实施进行了详细描述并归纳总结了勘测中的注意事项[5];李家宝从测绘范围、内容、技术和体制4个维度对增减挂钩机制进行了全面分析[6];陈磊利用ArcGIS在增减挂钩项目中实现了地块自动编号并提高了工作效率[7];汪睿君以镇级单元为研究对象,利用地理信息系统(geographic information system,GIS)分析方法得出了三类供给和需求的适宜区,实现了逐级关联的挂钩联动方案[8];马威编程实现了ArcGIS的shp格式与国土资源管理常用的界址点坐标格式的相互转换,提高了增减挂钩数据处理的效率[9]。目前,关于“3S”技术[全球定位系统(global positioning system,GPS)、遥感(remote sensing,RS)、GIS]在增减挂钩中调查的具体应用尚缺乏系统的研究。调查工作主要分为以下三个部分：一是内业确定项目区范围及其分布;二是实地踏勘确定拆旧地块权属、面积、人口、户数及其搬迁类型等;三是根据外业踏勘数据形成最终测绘成果。常用的野外踏勘方法主要是通过利用全站仪、实时动态载波相位差分技术(real time kinematic,RTK)和手持GPS进行野外踏勘测量,也有学者对无人机在增减挂钩项目中的应用进行了研究,主要目的是通过获取分散地块的正射影像完成野外测绘工作[10]。由于拆旧地块范围分布广且较为分散,地形地貌较为复杂,常常需要多次根据地形设置基准站、局部困难地段无法到达等情况,给调查工作带来了诸多不便。

鉴于此,论文基于“3S”技术利用其各自的优点,提出了一种新的调查方法。本文以商南县为例,详细地介绍了该方法并最终达到了预期效果。

1 研究区概况

商南县位于陕西省东南部东经110°24′～111°01′,北纬33°06′～33°44’,南北长约72 km,东西宽约58 km,面积约2 307 km2,总人口约24.6万。境内以低山丘陵为主体的山区约占总面积的77%,地势西南部和北部较高,东南部和中部较低。属于典型的山区河谷型城市。由于受限于河流山谷、地形地貌、生态环境等因素,建设用地供需矛盾较为突出[11]。实践证明,实施增减挂钩项目不仅可以有效促进耕地保护和节约集约用地,而且还可以化解建设用地供需矛盾的难题。论文以商南县为例,对“3S”技术在增减挂钩项目中的应用进行研究。

2 “3S”技术在增减挂钩中的应用

“3S”技术是GIS、GPS和RS的集成技术。GIS具有强大的空间分析和信息查询能力,可以为GPS导航定位提供信息;GPS可以为地理信息和遥感提供精密、快速的定位服务;RS技术可以快速采集地理数据,为GIS提供及时动态的数据源,尤其是遥感影像可以为GIS的空间分析提供数据支撑。“3S”技术在增减挂钩项目中的作业流程为前期准备、实地调查和数据建库。

2.1 前期准备

2.1.1收集资料

前期收集的资料主要有政府下发的有关增减挂钩的文件、各乡镇村主管拆旧地块的联系人及其电话、各乡镇前期摸底调查的名单。在项目实施之前,政府会召开增减挂钩项目推进会,政府下发的文件有助于工作的开展;实地调查时需要各乡镇主管协助调查;摸底名单就是外业调查的大致范围。

2.1.2坐标转换

自然资源部已全面启用2000国家大地坐标系(China geodetic coordinate system 2000,CGCS2000),因此需要将年度变更数据库转换为CGCS2000坐标系,论文中采用商用软件进行坐标转化,以保证其转换的正确性。

2.1.3确定拆旧地块的范围

拆旧地块原地类为建设用地方可符合项目选址要求,在ArcGIS中可以快速选定外业拟调查的图斑。首先,在ArcGIS中导入年度变更数据按照建设用地的地类编码将其单独导出为一个shp图层;其次,利用Toolbox工具箱将该图层导出为kml;最后,将kml导入到奥维互动地图[12]或者Google Earth[13]中,方便外业实地调查。

2.2 实地调查

实地调查主要包括以下几个方面。

2.2.1内业解译判读

根据调查底图采用人工询问的方式大致确定拆旧地块位置,依据前期调查的名单(包括移民搬迁、易地搬迁和自愿搬迁三种类型[14-15])逐户确认是否愿意腾退,与此同时,村上熟悉遥感影像及其各住户分布情况的工作人员在奥维互动地图或者Google Earth地图上指出相应的位置,并记录姓名、户数、人数和拆旧地块现状等信息。

2.2.2外业调查

一是根据内业判读结果结合指界人员计划外业调查路线,二是利用奥维互动地图手机端实地验证拆旧地块位置及其信息的准确性,根据现场调查情况在奥维互动地图手机端做好记录工作。

2.3 数据入库

2.3.1数据导入

根据奥维互动地图和Google Earth的测绘成果,以kml文件为中间格式数据,将其导入到ArcGIS中。

2.3.2数据编辑

基于年度变更数据库、实地调查的地块信息,对拆旧地块层进行图斑合并、图斑分割、图斑边线调整和图斑属性填写等工作。

2.3.3质量检查

数据质量检查包括拓扑检查、数学基础、属性数据规范性、和成果完整性检查。通过检查后,按照设定的规则形成最终的数据库成果,满足规划设计的需求。

3 “3S”在增减挂钩项目的优势分析

3.1 GIS在增减挂钩项目中的优势分析

ArcGIS平台是GIS的典型代表之一,具备强大的空间分析能力,能够处理复杂的空间数据和属性信息满足增减挂钩项目的需要,其优势主要分为以下两个部分：

一是前期数据预处理,拆旧地块分布较为分散涉及工业用地、采矿用地、农村宅基地和科教文卫用地等。为了实施精准调查、节约生产成本、提高工作效率。在实地调查之前,基于ArcGIS利用第三次全国国土调查DOM影像、Google Earth影像和最新年度变更调查数据库,根据相关文件要求对拟调查的拆旧地块进行筛选。

二是数据建库：采用ArcGIS作为数据库平台,不仅方便与国家数据库进行对接,而且还可以导出导入kml、dxf、dwg、shp等文件，表1为导出部分数据,有利于数据的采集、编辑、检查和共享。同时可以方便地查询镇、乡、村以及个人的拆旧地块信息,满足各相关部门的需求。

表1 部分导出数据

3.2 RS在增减挂钩项目中的优势分析

奥维互动地图和Google Earth能够提供高分辨的多源遥感影像,二者在水利、气象、勘测和线路选线等许多行业有广泛的应用。奥维互动地图在增减挂钩项目中的优势主要分为两个部分：一是内业数据处理。由图1可知“三调”影像局部较为模糊给内业判读、编辑和修改造成了一定的困难,而奥维互动地图(图2)相对清晰,通过插件可以将数据源加载到ArcGIS中,方便与“三调”影像进行对比核实；二是实地调查方面。奥维互动地图数据源时效性较高,提供天地图影像、中国资源卫星日新图、Google卫星图和百度卫星图等。奥维互动地图支持移动网络和GPS信号的两种定位方式,特别是在移动信号较弱的山区调查中优势明显,可以有效提高野外调查的工作效率。

图1 三调影像图

图2 奥维互动地图影像

Google Earth主要的优势是它具有多年的历史影像,有些拆旧地块现状已经坍塌房屋相关资料年代比较久远,这时候通过查看历史影像结合年度变更库的资料就很容易发现其具体位置,还有些位于沟里深处,现状可能已经长满荒草，从“三调”影像和奥维互动地图中无法识别。但从Google Earth历史影像中可以清晰看到房屋的轮廓,而在三调影像上已经无法辨认,结合变更数据库可知,该地块属于拆旧地块。

3.3 GPS在增减挂钩项目中的优势分析

野外调查时定位主要是依靠手机的GPS功能,在没有移动信号的情况下论文对几个品牌手机进行了分析,不同品牌的手机定位效果也不同。当前的大多数智能手机使用的是L1频段的GPS信号进行定位,缺点是码率低、速度慢、精度差,而且还会受到电离层延时和建筑物反射干扰。文中采用的小米8手机,文献[16]对小米手机的GPS定位功能进行了详细的评测,该手机使用了L1+L5双频双路定位模式,可以有效校正电离层延时的问题,极大地提升了定位精度[16],满足拆旧地块的野外调查工作。

4 结束语

论文以商南县建设用地增减挂钩项目为例,基于“3S”技术提出了一种适应于城乡建设用地增减挂钩项目调查的新方法。利用年度土地变更调查成果为底图,运用ArcGIS软件快速获得拆旧地块的分布情况,有利于确定重点调查对象,而且利用其导出的kmz文件还可以规划野外调查的具体路线;利用奥维互动地图结合手机GPS定位功能不仅可以快速到达需要调查的拆旧地块,而且还可以在奥维互动地图上使用文字、语音和现场照片记录相关信息,极大地提高了内外业工作效率,降低了生产成本。