生产建设项目水土流失防治责任范围上图关键技术

王敬贵，亢 庆，孙 云，赵永军，赵 院，姜德文

(1.珠江水利科学研究院，广东 广州 510611；2.水利部 水土保持监测中心，北京 100053)



生产建设项目水土流失防治责任范围上图关键技术

王敬贵1，2，亢 庆1，孙 云2，赵永军2，赵 院2，姜德文2

(1.珠江水利科学研究院，广东 广州 510611；2.水利部 水土保持监测中心，北京 100053)

水土保持；水土流失；防治责任范围；上图技术；生产建设项目

各级水行政主管部门批复的生产建设项目水土流失防治责任范围是指项目建设单位依法应承担水土流失防治义务的区域，也是各类建设施工活动和扰动影响严格限定的范围或者不允许超出的范围。防治责任范围矢量图是生产建设项目水土保持“天地一体化”监管的重要基础数据之一，而目前各级水行政主管部门批复的生产建设项目水土保持方案基本上是纸质图，需要通过上图将其空间化和矢量化。重点介绍了生产建设项目水土流失防治责任范围上图的含义和总体要求，以及基于公里网格交叉点和特征地物点的地理配准技术、防治责任范围边界勾绘和属性数据录入等上图关键技术，可以为全国各地开展生产建设项目水土保持“天地一体化”监管工作提供参考和借鉴。

生产建设项目水土流失防治责任范围(以下简称“防治责任范围”)是指项目建设单位依法应承担水土流失防治义务的区域，由项目建设区和直接影响区组成。项目建设区是指开发建设项目建设征地、占地、使用及管辖的地域；直接影响区是指在项目建设过程中可能对项目建设区以外造成水土流失危害的地域[1-2]。各级水行政主管部门批复的生产建设项目水土流失防治责任范围，是项目建设单位对生产建设行为可能造成水土流失且必须采取有效措施进行预防和治理的范围[3]，也是各类建设施工活动和扰动影响严格限定的范围或者不允许超出的范围。

根据水利部《全国水土保持信息化工作2015—2016年实施计划》(办水保〔2015〕88号)的总体部署，各流域机构和省级水行政主管部门要选择一个示范县开展生产建设项目水土保持“天地一体化”监管示范工作。根据生产建设项目“天地一体化”监管示范总体实施方案[4]，生产建设项目“天地一体化”监管包括前期准备、遥感调查、审核入库、成果应用与示范总结4个阶段，遥感调查为核心阶段，包括扰动地块(图斑)遥感解译、生产建设项目防治责任范围上图、扰动合规性初步分析、现场复核和遥感调查结果修正等主要内容，其中防治责任范围上图是遥感调查的一个关键环节，是判定扰动合规性的前提条件之一。本文旨在介绍生产建设项目防治责任范围上图的关键技术，以供今后各级水行政主管部门开展生产建设项目“天地一体化”监管工作时参考和借鉴。

1 上图的含义和总体要求

1.1 上图的含义

所谓生产建设项目防治责任范围上图，就是指将生产建设项目防治责任范围图空间化和矢量化并最终获得具有既定地理空间坐标的防治责任范围矢量图的过程。不同生产建设项目的防治责任范围图的上图过程会有所不同，具体存在以下4种上图过程：①防治责任范围图为纸质图，其上图过程比较复杂，包括扫描、初步定位、地理配准、防治责任范围边界勾绘等步骤。②防治责任范围图为扫描栅格图，其上图过程包括初步定位、地理配准、防治责任范围边界勾绘等步骤。③防治责任范围图为矢量图，若有地理坐标信息，则其上图过程仅包括坐标转换和格式转换；若没有地理坐标信息，则其上图过程也较复杂，包括栅格化、初步定位、地理配准、防治责任范围边界勾绘等步骤。④防治责任范围图虽然是纸质图或者扫描栅格图，但有拐点精确坐标信息，其上图过程也较简单，可以直接生成具有地理坐标的矢量图，然后再进行坐标转换和格式转换即可。生产建设项目防治责任范围上图的通用技术流程见图1。

1.2 上图的总体要求

防治责任范围上图最终会得到防治责任范围矢量图，因此上图的总体要求也就是对该矢量图或者矢量数据的要求，包括数据格式、坐标系统和数据内容3个方面的要求。其中，数据格式要求统一采用Shapefile矢量数据文件格式；坐标系统要求统一采用CGCS2000坐标系，高斯-克吕格投影(3度分带)；数据内容方面，包括空间图形数据和属性数据两个方面的要求。

图1 生产建设项目防治责任范围上图技术流程

(1)空间图形数据要求。生产建设项目防治责任范围矢量图的空间图形数据要求包括：①只标识项目建设区边界和位置；②应完整包含项目各组成部分的边界或者位置；③边界必须与水土保持方案中的水土流失防治责任范围图边界保持一致；④对于需要永久征占地的主体工程区及可以确定具体边界的面状工程，使用一个或若干个多边形表示其防治责任范围的空间位置和边界，可以直接用征地范围表示；⑤对于不能确定具体边界的面状临时工程或者组成部分，如取土场、弃渣(砂、石、土)场、施工营地等，可以用一个点来表示，该点应尽可能是中心点；⑥对于不能确定具体边界的线状临时工程或者组成部分，如施工便道等，可以用起止点连线来表示；⑦对于不能确定具体边界的线状工程，如油气管线、输电线路、铁路等，可以用线路走向中心线来表示；⑧点、线、面图形要分别保存在点状Shapefile、线状Shapefile和面状Shapefile文件中。

(2)属性数据要求。生产建设项目防治责任范围矢量图的属性数据要求包括：①点状Shapefile、线状Shapefile和面状Shapefile文件的属性数据表结构相同(见表1)；②“项目名称”字段填写水土保持方案中项目的正式名称；③“组成部分”填写项目各组成部分的名称，如“路基区”“桥梁区”“施工便道区”“取土场”“弃渣场”“尾矿库”“贮灰场”等，若某组成部分由多个图形表示，则应进行编号，例如“弃渣场1#”“弃渣场2#”；④“面积”填写多边形的图上面积，对于用点、线表示的工程或者组成部分，填写设计面积值；⑤“备注”填写弃渣场的设计弃渣量、取土场的设计取土量，以及其他需要特别说明的内容。

表1 防治责任范围属性数据表结构

2 上图的关键技术

如图1所示，对于有拐点精确坐标，或者有坐标信息的矢量防治责任范围图而言，上图比较简单，可以先生成矢量格式的防治责任范围图，然后再进行坐标转换和文件格式转换，将其他坐标系统和文件格式转换为CGCS2000坐标系、高斯-克吕格投影(3度分带)和Shapefile矢量数据文件格式。利用拐点坐标生成矢量图及矢量数据坐标转换和文件格式转换的具体方法可以参考有关专著[5-7]，在此不再赘述。由于防治责任范围纸质图和没有坐标的矢量防治责任范围图，都需要扫描或者栅格化成栅格格式的防治责任范围图后才能上图,因此下面重点介绍栅格格式防治责任范围图的上图关键技术。

2.1 基于公里网格交叉点的地理配准技术

对于以具有公里网要素的地形图为底图制作的生产建设项目水土流失防治责任范围图，可以采用基于公里网格交叉点坐标的空间配准上图技术，不需要以经过几何精校正的遥感影像作为参考，直接以公里网格交叉点的X、Y坐标对防治责任范围栅格图进行空间配准，然后再勾绘防治责任范围矢量边界，完成上图工作。

以ArcGIS软件为例，基于公里网格交叉点的空间配准上图技术的具体操作步骤和方法如下：

(1)在ArcMap软件中加载待配准的防治责任范围栅格图。

(2)在该栅格图上找到生产建设项目防治责任范围内及其周边的所有公里网交叉点，对这些公里网交叉点进行编号，并查找(推算)和列表记录各个公里网交叉点的实际地理坐标X、Y值，至少要找到7个或者更多公里网格交叉点。

(3)打开“地理配准(Georeferencing)”工具条，选择需要配准的栅格防治责任范围图，并将“Georeferencing”下拉菜单下的“Auto Adjust”取消，然后点击“Add Control Points”工具按钮。

(4)使用“Add Control Points”工具在栅格图上精确找到一个公里网格交叉点作为控制点，点击该交叉点，然后用鼠标右击输入该点的实际地理坐标(X,Y)，坐标值的单位一般为米。

(5)重复步骤(4)，依次点击步骤(2)中找好的公里网格交叉点，并右击鼠标输入其地理坐标X、Y值，直到将(2)中找到的所有公里网格交叉点添加为控制点。

(6)单击查看链接表按钮，查看表中每个链接的残差及RMS误差。若满意则配准完成，若不满意则删除误差大的链接，并可以再重新添加控制点，直到满意为止。

(7)单击地理配准工具下拉菜单下的“Update Display”工具，进行显示更新；然后再点击“Rectify”工具，就会对该栅格防治责任范围图进行校正，校正后该栅格防治责任范围图已经具有与地形图底图一致的地理坐标，这才算完成了地理配准。

2.2 基于特征地物点的地理配准技术

对于没有公里网，或者公里网格交叉点不明显，或者公里网格交叉点坐标值无法推算的栅格防治责任范围图，可以采用基于特征地物点的空间配准上图技术。在这种情况下，需要以经过几何精校正的遥感影像作为参考，在栅格防治责任范围图和遥感影像上找到同名地物点或者特征点(如道路交叉点、道路与河流的交叉点、道路或者河流的转弯点、建筑物的角点，等等)，在遥感影像的参考点和栅格防治责任范围图的控制点之间建立一一对应关系，然后通过平移、旋转和缩放，将栅格防治责任范围图配准到遥感影像给定的平面坐标系中，使栅格防治责任范围图具有与遥感影像一致的地理坐标。然后再勾绘防治责任范围边界线，完成上图工作。

以ArcGIS软件为例，基于特征地物点的空间配准上图技术的具体操作步骤和方法如下：

(1)在ArcMap软件中加载待配准的防治责任范围栅格图和已经几何校正过的遥感影像。

(2)打开“地理配准(Georeferencing)”工具条，选择需要配准的栅格防治责任范围图，并将“Georeferencing”下拉菜单下的“Auto Adjust”取消，然后点击“Add Control Points”工具按钮。

(3)使用“Add Control Points”工具在栅格图上精确找到一个特征地物点作为控制点，点击该特征地物点，然后再在遥感影像上找到该特征地物点的同名点，点击该同名点作为参考点，则建立了一个控制点-参考点的链接。

(4)可以先在栅格防治责任范围图靠近4个角的附近寻找特征地物点，重复步骤(3)，建立4个控制点-参考点链接，完成初步定位。

(5)在初步定位基础上，再在防治责任范围图内及其周边寻找更多的特征地物点，并在遥感影像上找到对应的同名地物点，重复步骤(3)，建立多个控制点-参考点的链接，特征地物点至少要7个，且尽量均匀分布。

本次调研评估工作，采取随机抽样方法确定需要调研的样本量。根据抽样方法，当P=0.5时，样本抽取数n极大化。常用置信度为95%，此时Z的取值为1.96，常用调研统计分析误差率约5%。目前，株洲市“三合一”场所共2886家，按照以上选取的抽样误差要求，计算本次“三合一”场所区域消防安全评估的抽样样本量，得到样本量的最小值为340。

(6)单击查看链接表按钮，查看链接表中每个链接的残差及RMS误差。若满意则配准完成，若不满意则删除误差大的链接，并可以再重新添加控制点，直到满意为止。

(7)单击地理配准工具下拉菜单下的“Update Display”工具，进行显示更新；然后再点击“Rectify”工具，就会对栅格防治责任范围图进行校正，校正后栅格防治责任范围图已经具有与参考的遥感影像一致的地理坐标，这才算完成了精确的地理配准。

本文以某博物馆建设项目为例展示了基于特征地物点的地理配准过程和效果，详见图2。

图2 某博物馆建设项目防治责任范围上图示例

2.3 防治责任范围边界勾绘与属性数据录入

完成栅格防治责任范围图的地理配准后，栅格防治责任范围图就具有地理坐标，就可以进行防治责任范围边界勾绘和属性数据录入工作，生成防治责任范围矢量图。

以ArcGIS软件为例，防治责任范围边界勾绘与属性数据录入的具体操作步骤如下：

(1)在ArcCatalog中新建一个面状Shapefile格式的矢量数据文件，用于存储防治责任范围矢量图，定义坐标系统和投影信息(可以直接引用配准好的防治责任范围栅格图的坐标系统和投影)，并增加表1所示的属性字段；

(2)在ArcMap软件中加载已经配准好的防治责任范围栅格图和步骤(1)新建的Shapefile文件，并利用缩放和平移工具，将防治责任范围栅格图放大到合适的比例和位置；

(3)打开“编辑器(Editor)”工具条，点击“开始编辑(Start Editing)”工具按钮，然后再点击最右边的“创建要素(Create Feature)”工具按钮，在弹出的界面中选择步骤(1)新建的Shapefile文件作为待编辑文件，并在“构造工具(Construction Tools)”菜单栏中选择“面(Polygon)”选项，就可以开始手工勾绘防治责任范围边界“面状”要素；

(4)找准栅格图上的防治责任范围边界线，沿着该边界线勾绘防治责任范围矢量边界，直至闭合，然后右击鼠标，在弹出的菜单栏上点击“Finish Sketch”工具，结束边界线勾绘，系统会自动生成一个多边形(面状图形)，并在ArcMap中显示；

(5)鼠标右击该Shapefile文件，然后点击“Open Attribute Table”工具按钮，打开该Shapefile文件的属性表，就可以将防治责任范围图的相关属性数据进行编辑录入;

(6)完成防治责任范围边界勾绘和属性数据录入工作后，点击“保存”工具按钮保存所作编辑，然后点击“结束编辑(Stop Editing)”工具按钮，退出编辑。

3 讨 论

(1)各级水行政主管部门批复的生产建设项目水土流失防治责任范围是该生产建设项目各类建设施工活动和扰动影响严格限定的范围或者不允许超出的范围，具有明确的法律效力，是生产建设项目水土保持监督检查和执法的重要依据之一。而防治责任范围矢量图是生产建设项目水土保持“天地一体化”监管的重要基础，通过遥感解译可以获得生产建设项目实际扰动范围，再与批复的防治责任范围图进行空间叠加分析后，可以掌握生产建设项目实际扰动是否合规或者超出批复的防治责任范围，从而可以为水土保持监督检查和行政执法提供科学依据。因此，生产建设项目水土流失防治责任范围图是重要的水土保持基础数据，非常有必要建立空间数据库，对批复的防治责任范围图进行信息化管理。

(2)目前，各级水行政主管部门批复的生产建设项目水土保持方案绝大多数都有防治责任范围图，但基本上是纸质图，为了开展生产建设项目水土保持“天地一体化”监管工作，提高生产建设项目水土保持监督管理的信息化水平，非常有必要按照本文介绍的上图关键技术，将这些纸质防治责任范围图进行上图，获得具有地理空间坐标的防治责任范围矢量图，并将其进行入库管理，为后续监督管理奠定数据基础。

(3)为了减少重复工作、提高工作效率和信息化水平，对于今后新批复的生产建设项目水土保持方案，建议各级水行政主管部门直接要求建设单位或者编制单位在上报方案报告书的同时，提交符合相关要求(如1.2节要求)或者规定的防治责任范围矢量图，各级水行政主管部门可以将这些防治责任范围矢量图进行建库管理。

[1] 中华人民共和国水利部．GB 50433—2008 开发建设项目水土保持技术规范[M]．北京：中国计划出版社，2008:2.

[2] 姜德文．开发建设项目水土流失防治责任范围的界定[J].中国水土保持，1998(10)：26-28．

[3] 赵永军．水土流失防治责任范围的界定[J]．中国水土保持，2005(1)：21-23．

[4] 李智广，王敬贵．生产建设项目“天地一体化”监管示范总体实施方案[J]．中国水土保持，2016(2)：14-17．

[5] 龚健雅．地理信息系统基础[M]．北京：科学出版社，2001:156-166.

[6] 黄杏元，马劲松．地理信息系统概论：第三版[M]．北京：高等教育出版社，2008:71-79.

[7] 王新生，王红，朱超平．ArcGIS软件操作与应用[M]．北京：科学出版社，2010:57-67，77-97．

(责任编辑 孙占锋)

水利部综合事业局拔尖人才培养专项资金研究项目(20150608-01)

S157

C

1000-0941(2016)11-0009-04

王敬贵(1975—)，男，江西上犹县人，高级工程师，博士，长期从事水土保持及遥感与GIS应用相关的科学研究和技术咨询工作。

2016-09-26