第3次全国国土调查中外业调查补测技术方法特点与优化方案

田晓红，吕亮卿

（山西农业大学资源环境学院，山西 太谷 030801）

国土调查是国之重本，关系到国家的发展大计。第3次国土调查工作是在前2次国土调查工作的基础上完成的。与前2次调查相比，本次调查内容更加详细，调查方法更加先进（涵盖无人机航测、三维激光移动测量、GIS在内的各种地理信息新技术等），可为今后我国发展提供更加准确的数据支持。

1 第3次全国国土调查的特点

1.1 调查内容更加细化

与第2次全国土地调查和年度变更调查相比较，第3次国土调查的主要内容是“已有内容的细化、变化内容的更新、新增内容的补充”，并对存在相关部门管理需求交叉的耕地、园林、林地、草地、养殖水面等进行管理属性、质量状况和利用现状的细化调查与多重标注[1]。因此，新增细化的内容有：城镇村内部土地利用现状调查，即将城镇村庄范围连片按土地利用现状调查要求进行城乡一体化调查，全面调查城镇村内部土地利用图斑；耕地细化调查；批而未用土地调查；农用地质量分等定级评价调查；自然资源调查、湿地调查和生态红线调查，以满足生态文明建设的需要。山西省根据实际情况，又增加了采煤沉陷区土地利用调查和流经省域的7条河流土地利用调查。

1.2 技术手段和方法更加现代化

随着GPS、高分卫星、无人机等遥感测绘技术及应用的逐步成熟，大数据、云计算的兴起，各类国土及地理信息服务的产生，第3次全国国土调查将以更先进的技术以及更完整的工作体系来保证工作的顺利开展。（1）利用高分辨率卫星遥感影像制作正射影像图。（2） 利用计算机智能解译技术，辅助人工解译，提取影像与“二调”数据库地类不一致图斑和重点地类变化图斑，当作地方细化调查的底图。（3） 采用GPS、RS和GIS等“3S”一体化技术手段与“互联网+”技术开展地方外业细化调查、举证，国家在线核查和审核确认工作，以及数据库建库工作。（4）利用已有地籍调查成果和超高分辨率航空影像制作的正射影像图进行城镇村内部土地利用现状调查。（5） 统一时间点，运用增量更新技术进行数据更新，确保土地利用现状数据的现势性。

1.3 精度更加准确

测绘精准度和类别都有所提升。农村土地调查，全面采用优于1 m分辨率的航天遥感数据；城镇土地利用现状调查，采用现有优于0.2 m的航空遥感数据[2]。与第2次全国国土调查工作相比较，第3次卫星像源较多，分辨率较高，需要上图的道路、沟渠、河流等线性地物以图斑形式表示；将前1次国土调查的类别升级为12个一级类55个二级类[3]；建设用地和设施农用地最小上图面积调整为200 m2，面积精度提高很大。

1.4 工作更加高效

与前2次全国国土调查相比较，第3次全国国土调查在调查内容增多、精度提高、范围扩大的情况下，调查规划的时间为2017年10月9日～2019年12月31日[4]。山西省根据时间节点提出了全省的具体工作计划，各县级单位在接到国家下发的调查底图3个月内，完成县级国土调查工作；山西省国土调查办公室在接到上报的国土调查成果2个月内，完成省级全面检查和整改工作，并上报国家国土调查办公室。到2018年底，山西省基本完成了50%地区的国土调查工作。

2 第3次全国国土调查工作面临的挑战

（1） 第3次全国国土调查是全国性的庞大项目，工作量大，时间紧，需要很多测绘企事业单位参与其中。由于测绘企业众多，业务水平参差不齐，第3次全国国土调查过程中选择合作单位成为工作中的难点[5]。（2）第3次全国国土调查要求进一步改进调查技术方法，充分运用“互联网+”、GPS、高分辨率航空航天遥感等现代技术，密切跟踪国土调查技术前沿，这对作业人员和行政管理人员均提出了更高的要求。如何提高政府国土管理部门的协调能力和作业人员的技术水平，是急需解决的问题[5]。国家组织专业业务培训时间短、内容多、技术新，参加培训的基层土地调查人员水平差异较大，导致培训效果参差不齐。（3）第3次国土调查外业调查补测工作量大。主要原因：新增细化内容多；线性地物按图斑上图；有些城镇村庄区域没有被优于0.2 m分辨率航空遥感正射影像数据覆盖，只能用优于1 m分辨率正射影像图来开展城镇村庄内部土地利用现状调查；有些城镇村庄没有开展地籍调查或有新增扩建区域，必须对照正射遥感影像特征，通过实地调查，调绘村庄内部的土地利用现状图斑；被树木遮挡的建设用地；在常水位以下的耕地，不得调查成耕地，必须测定常水位线；影像未能反映的新增地物；土地权属状况或界址发生变化的，需要按照《地籍调查规程》TD/T 1001―2012等相关技术要求开展补充调查后上图。（4） 地物补测技术性强，需要专业技术操作人员进行操作。测量技术不是轻而易举就能掌握的，在具备不同测绘成果、不同测量设备的条件下，在测区环境复杂、地形繁复多样的情况下，如何合理使用和搭配测量仪器，因地制宜，选择高效合适的作业方法是做好补测工作的关键[6]。

3 地物补测技术方法

第3次全国国土调查技术规程规定：土地调查外业补测，有条件地区采用仪器补测法使用高精度测量设备进行补测，条件不具备的地区也可采用简易补测法。补测地物相对邻近明显地物距离中误差，平地、丘陵地≤2.5 m，山地≤3.75 m，最大误差≤2倍中误差[2]，满足1∶5 000比例尺成图要求。本次调查增加了土地权属调查，要求将集体土地所有权确权登记和国有土地使用权登记成果落实在土地调查成果中（上图），对发生变化的开展补充调查。对于这些勘测定界等高精度测量，界址测量界址点相对于邻近控制点的点位误差，相邻界址点间距误差为±5.0 cm，允许误差为±10.0 cm，满足 1∶500、1∶1 000 比例尺要求。

3.1 解析法

使用定位测量设备实测新增地类变化边界上主要拐点坐标，利用实测数据更新土地调查数据库[7]。

3.1.1 GPS-RTK作业的网络CORS模式[8]在CORS网覆盖范围内，作业首选网络CORS模式。因为该系统为用户提供了稳定、统一的参考坐标系，不需要用户自己计算坐标转换参数；使补测点的精度一致，降低了系统误差，提高了测量精度；用户不再架设基准站，只需单移动站即可作业，进而提高了工作效率。

3.1.2 GPS-RTK作业的电台模式[8]该模式多适用于山区，由于CORS无法正常使用，调绘人员可采用GPS-RTK作业的电台模式。本次调查平面采用CGCS2000坐标系，高程采用1985国家高程基准。由于补测，测区范围不会太大，坐标系转换方法可采用四参数+固定差改正+校正参数模式[9]。

为了计算四参数，有条件的地区，选用均匀分布在测区中心和周边地区的至少2个E级GPS控制点，将基准站架设在地势较高的未知点上，分别在这些控制点上架设移动站，用GPS-RTK中的平滑采集测量这些点的WGS-84坐标，利用随机软件中的参数计算，求出四参数。启用四参数后，利用附近的一个E级GPS点进行点校正，另外一个点做校核，当校验合格后可开始测量[9]。如果没有GPS控制点，可以采用已转换成2000国家大地坐标系优于0.2 m分辨率的正射影像图，条件不具备的，也可以采用全国国土调查办统一组织制作的2000国家大地坐标系1 m分辨率正射影像图。在图上采集一些明显地形特征点的坐标，将其作为计算坐标转换参数的重合点。这些特征点选择时必须注意：特征点分布均匀、覆盖整个转换区域，地势较高、便于在实地找到、便于安置GPS接收设备。再到实地用GPS-RTK中的平滑采集测量这些点的WGS-84坐标，利用随机软件中的参数计算，求出四参数。坐标转换精度可采用内符合和外符合精度评价。即用得到的转换参数计算重合点坐标残差；剔除残差＞3倍点位中误差的重合点；重新计算坐标转换参数直到满足精度要求为止；最终用于计算转换参数的重合点数量与转换区域大小有关，但≤5个，均匀分布于区域四周和中间[10]。然后利用未参与计算转换参数的重合点作为外部检核点，将由转换参数计算的点位坐标与其已知点位坐标进行比较，在限差范围内方可进行碎部测量。

3.1.3 RTK与全站仪联合使用模式 利用连续运行参考站系统（CORS） 进行图根控制测量和卫星信号无遮挡地带的碎部测量[11]。图根点要选在视野广阔、卫星信号强的地方。如果控制点密度不够，可利用全站仪设立支导线，进行图根点的加密和地物被遮挡地区的碎部测量[9]。

3.1.4 全站仪数字测图的作业模式 用全站仪数字测图，测站点的坐标在有条件的地区可以用网络RTK获取，没有条件可利用全站仪的后方交会法自由设站。后方交会时至少要有3个已知控制点，为了检核还需要增加1个已知控制点。为此，在出外业之前，要从已转换成2000国家大地坐标系优于0.2 m分辨率的正射影像图上，条件不具备的，可从1 m分辨率正射影像图上采集足够数量的、均匀分布的、覆盖整个测区的明显地物、地形特征点的坐标作为后方交会的控制点，比如主要建筑物的房角，十字路口的中心点等。在设站时，测站点不能布设在危险圆上，为了保证测站点的定位精度，要求测站点离开危险圆的距离不小于该圆半径的1/5[12]。求出测站点坐标后，在每一测站开始数据采集前，至少要测量测区内的一个已知点进行检核。

另外，测站点的坐标还可以用一种与后方交会相似的自由测站定位法获取，其观测元素除水平方向外，还应测量测站点到已知点的距离。这种方法最少只需2个已知控制点，而且有2个已知控制点已经具有初步校核，利用多个已知点时，可以提高测站点的点位精度[13]。

3.1.4.1 电子平板模式。电子平板模式是将全站仪与安装有相关测图软件的笔记本电脑或掌上电脑通过通信电缆进行连接，全站仪测定的碎部点实时展绘。其特点是直观性强，可及时发现错误，进行现场修改[14]；可当场线物图斑化和确定够上图面积，优化了土地调查流程，实现了内外业一体化作业。这种测图模式对设备要求高，外业工作负担重，当作业环境较差时，采用草图法更好。

3.1.4.2 草图法模式。使用全站仪对围绕新增地物四周进行实地打点，得到新增地物角点坐标[15]，同时在现场绘制标注测点点号的工作草图，在内业下载全站仪内存测量数据，通过数字测图软件将碎部点自动展绘，根据工作草图编辑成图。这种测图模式内外业分工明确，便于人员分配，从而提高工作效率。

3.2 图解法

在一些隐蔽狭窄的地段和全站仪难以测量的盲区，可用皮尺或手持激光测距仪采用距离交会法、直角坐标法、截距法、内外分点、方向线上点、垂线足点等方法，利用地物之间的几何关系在野外将新增地物边界直接补测到底图上，有些点甚至可以用目视内插法上图。遇到距离测量较困难的碎部点，可用前方交会法进行测量，交会角要在30°～150°。应用上述方法时应对起始位置进行验证，同时对新增地物用多余观测加以检核。

4 结论

（1）补测工作的必要环节就是统一坐标系，而坐标转换的关键技术就是选好计算转换参数的转换模型和在2个坐标系下均有坐标成果的重合点。本文根据国土调查补测精度要求，提出当用GPS-RTK测量时，采用四参数+固定差改正+校正参数模式，并且给出了测区有无测量控制点2种情况下如何采集重合点坐标的方法，以及采用内符合和外符合精度评价坐标转换精度的方法与步骤。

（2）提出从已转换成2000国家大地坐标系的高分辨率正射影像图上采集测区明显地物、地形特征点的坐标作为后方交会的控制点，直接利用全站仪后方交会法自由设站。这种方法不仅不用再作图根控制测量，同时补测点的坐标就是CGCS2000坐标系下的坐标，免除了坐标转换的工作。

（3） 结合参加全国第1次和第2次土地调查的经历，参加农村宅基地确权调查和农村土地承包经营权确权调查，参加大比例尺数字化地形图更新工作等的实际工作体会，又根据长期从事测绘和土地管理课程教学工作的经验，对不同环境条件下如何开展外业调查补测工作有系统的研究和实测案例，给出了在具备不同测绘成果、不同测量设备、不同地形条件下如何高效开展外业补测工作的全面解决方案，进而为第3次全国国土调查外业调查补测提供了行之有效的技术路线和方法步骤。