测绘科学与技术在自然资源调查监测中的应用——以第三次国土调查为例

□ 舟山市自然资源和规划局定海分局 贺涌源 戴 磊

测绘科学与技术是研究地球和其他实地的与时空分布有关的信息的采集、量测、处理、显示、管理和利用的科学和技术。它的研究内容和科学地位是确定地球和其他实体的形状和重力场及空间定位，利用各种测量仪器、传感器及其组合系统获取地球及其他实体与时空分布有关的信息，制成各种地形图、专题图和建立地理、土地等空间信息系统，为研究地球的自然和社会现象，解决人口、资源、环境和灾害等社会可持续发展中的重大问题，以及为国民经济和国防建设提供技术支撑和数据保障。测绘科学与技术的学科内容包括大地测量学与测量工程、摄影测量与遥感、地图制图学与地理信息工程等。测绘科学与技术已广泛应用于国民经济建设中的方方面面，如自然资源调查监测、城市规划、交通管理等。

自然资源调查监测作为自然资源管理的主要职责之一，是全面查清自然资源现状，为自然资源系统统一行使全民所有自然资源资产所有者职责，统一行使所有国土空间用途管制和生态保护修复职责提供真实准确可靠数据的重要手段。第三次国土调查（以下简称“三调”）是自然资源系统成立以后第一次全面的普查。三调的主要目标是在第二次全国土地调查成果基础上，全面细化和完善全国土地利用基础数据，掌握翔实准确的全国国土利用现状和自然资源变化情况。本文以三调的技术路线为例，探讨测绘科学与技术在自然资源调查监测中的基础支撑作用。

一、测绘基准

测绘基准主要包括大地基准、高程基准和重力基准，它是进行各种测量或调查工作的起算数据和起算面，是确定地理空间信息几何与物理特征和时空分布的基础，是在数学空间里表示地理要素在真实世界的空间位置的参考基准。测绘基准体系包含了理论体系、技术体系、基础设施、标准等方面，其中理论体系建立在大地测量学、天文学及相关地学理论基础上；技术体系包含了空间大地测量技术（GNSS全球导航卫星系统、SLR卫星激光测距、VLBI甚长基线干涉测量等）、物理大地测量技术（绝对/相对重力测量、航空重力测量、卫星重力测量、似大地水准面等）、大地测量数据处理技术等。我国测绘基准体系经历了数10年的发展，发生了很大变化，土地调查的测绘基准也相应进行了调整。第二次全国土地调查采用1980西安坐标系，1985国家高程基准；三调采用2000国家大地坐标系，1985国家高程基准。其中，1980西安坐标系是采用整体平差方法构建的参心坐标系；2000国家大地坐标系是我国自主建立、适应现代空间技术发展趋势的地心坐标系；1985国家高程基准是我国现采用的高程基准。

二、数据获取和制作

自然资源调查监测对数据具有范围广、精度高、时效快等要求，遥感科学与技术能很好地满足这一要求。遥感科学与技术主要指通过一定的观测平台、如卫星、飞机、无人机等，从空中进行观测和感知地球。遥感科学与技术实现了时空一体、多维探测，具有“广”“细”“精”和“全”等优势。广则能将整个地球收入眼底，细则能明察秋毫，精则能分辨毫厘差异，全则能覆盖整个电子波范围。通过遥感获取和形成的数据具有海量性、宏观性、客观性、现势性、全面性和准确性的特点，从而成为自然资源调查监测的重要信息手段。

三调土地利用现状调查包括农村土地利用现状调查和城镇村庄内部土地利用现状调查。农村土地调查全面采用优于1米分辨率的航天遥感数据，数据可以通过国内高分辨率观测卫星如高分2号、北京2号，国外高分辨率观测卫星如WorldView-1、WorldView-2等获取。城镇村庄内部土地利用现状调查原则上采用优于0.2米分辨率的航空遥感数据，数据可以通过飞机或无人机进行航空摄影测量获取。遥感获取的数据经过辐射校正、几何校正等处理形成的影像，需采用高精度数字高程模型或数字地表模型和高精度纠正控制点，制作成数字正射影像（DOM）后才能用于国土调查。以航天遥感影像为例，以遥感影像、像控点成果、数字高程模型数据为基础，利用遥感影像处理平台，进行正射纠正—影像融合—影像镶嵌—影像裁切—图像处理等，制作生成数据正射影像。高精度数字高程模型可以通过三维激光扫描测量技术获取点云生成，激光扫描技术结合全球定位系统、惯性导航系统等技术，是高精度、快速度、低成本获取大范围数字高程模型或数字地表模型的主动式遥感技术手段。高精度纠正控制点数据主要通过外业GPS实测或在已有的地形图、正射影像图上进行采集。

数字正射影像制作完成后，按照《第三次全国国土调查工作分类》，通过分析数字正射影像纹理、色调、区位、附着物和周边环境，逐地块判读土地利用类型，提取土地利用图斑，并对比第二次全国土地调查数据库地类，将内业提取的土地利用图斑分为与数据库地类不一致的A类图斑和与数据库地类一致的B类图斑，建立图斑矢量数据层及属性表，全面记录提取图斑的相关属性。以县级行政辖区为单位，在数字正射影像上套合内业提取的土地利用图斑及区县行政界线、集中建成区界线等，制作成标准化调查底图。

▲ 无人机航拍

三、现状调查

土地利用现状调查指实地调查每块图斑的地类、位置、范围、面积等利用状况，主要采用综合调绘法。综合调绘法是在室内直接对影像进行解译，将调查底图与国土调查数据库套合，叠加自然资源管理数据及相关自然资源专业调查数据，进行各地类预判和内业图斑边界勾绘，生成图斑预编号、权属单位名称等图斑基本信息；对内业判读地类与实地现状不一致的或根据影像不能够确认地类的图斑用特殊符号予以标记，然后到实地进行核实、补调和补测，最终获得调绘区域内土地的利用现状，作为数据库建设的依据。综合调绘法是内业判读、外业调查补测和内业建库相结合的调绘方法。

三调在开展外业实地调查的同时，一并开展图斑举证工作，对影像未能反映的地物进行补测。图斑举证使用带GPS定位和方向传感器的手机，利用统一的互联网+举证软件，拍摄包含图斑实地卫星定位坐标、拍摄方位角、拍摄时间、实地照片及举证说明等综合信息的加密举证数据包，上传至统一举证平台。新增地物的补测主要采用仪器补测法和简易补测法。通常可采用交会法、截距法、坐标法和比较法确定新增地物的位置，地物相对稀少的区域，当利用周围明显地物无法准确确定地物的位置时，可利用GPS、全站仪等进行满足精度要求的解析方法补测。

三调对城镇村庄内部打开进行细化调查，并将土地权属界线进行上图，权属界线发生变化的，开展权属界线补充调查。城镇村庄内部土地利用现状调查、权属界线上图和补充调查，基于地籍调查数据库成果。地籍调查指通过权属调查和地籍测绘，查清宗地的权属、界址线、面积、用途和位置等情况，形成数据、图表、表册等调查资料。权属调查主要是遵循规定的法律程序，根据有关政策，利用行政手段，调查核实土地权利状况，确定界址点和权属界线的行政性工作。地籍测绘指依据权属调查成果，对每宗地的界址点、界址线、位置、形状、面积等进行的现场测绘工作。地籍测绘作为工程测量的一方面，遵循一般的测量原则，即先控制后碎步、从高级到低级、由整体到局部的原则。通过地籍调查，可以全面掌握一个地区的土地类型、数量、分布和利用状况，以及土地在国民经济各部门之间、在各种经济成分之间的分配情况，从而为建立科学的自然资源调查监测体系提供信息保障。

四、数据库建设

三调数据库建设包含国土调查、土地权属、专项用地调查、基础地理、数字正射影像、数字高程模型（DEM）、相关自然资源专项调查等各类管理信息数据成果的质检、建库、管理应用，以及数据库管理系统与共享平台建设等工作，是一项复杂的地理信息工程。地理信息工程作为测绘科学与技术的组成部分，指应用地理信息系统（GIS）的理论和方法，结合计算机技术、现代测绘技术等，用于解决具体应用的软件系统工程。地理信息系统是指在计算机软硬件及网络支持下，对有关地理空间数据进行输入、存储、检索、更新、显示、制图、综合分析和应用的技术系统。地理信息系统的用途非常广泛，凡是与地理空间位置有关的领域，如自然资源、交通、水利、农业、环境、军事等部门都需要应用地理信息系统。

三调数据库建设不仅有一般地理信息工程的共性，也有自身的特点。国土调查数据库存储的数据量庞大，其空间数据模型复杂，存储和管理包括属性数据、图形图像数据、拓扑关系数据等多元空间数据，数据之间具有不可分割的联系。其建设步骤包括数据库建设方案设计、基础数据准备与处理、图形和属性数据采集、数据接边、拓扑关系构建、面积计算、数据检查与入库等。国土调查数据库管理系统能对国土调查数据进行管理，并具有查询、浏览，以及数据增加、删除、修改等编辑功能；能满足地方日常土地管理工作对国土调查数据的管理需求；能支持国土调查数据的交换和更新等。三调数据库的建设过程及管理系统功能的实现，均依赖于地理信息系统的理论和方法。

五、成果汇总和应用

三调成果汇总内容主要包括数据汇总、图件编制、文字报告编写和成果分析等，其中图件编制以测绘科学与技术中的地图制图学理论和方法为基础。地图制图学主要研究地图制作的基础理论、地图设计、地图编制和制印的技术方法及其应用。具体研究内容一般包括：地图设计，通过研究、实验，制定新编地图的内容、表现形式及其生产工艺程序的工作；地图投影，依据一定的数学法则建立地球椭球表面上的经纬线网与在地图平面上相应的经纬网之间函数关系的理论和方法，研究把不可展曲面上的经纬线网描绘成平面上经纬线网所产生各种变形的特性和大小以及地图投影的方法等；地图编制，研究制作地图的理论和技术，即从领受制图任务到完成地图原图的制图过程，主要包括制图资料的分析和处理、地图原图的编制以及图例、表示方法、色彩、图型的制印方案等编图过程的设计；地图制印，研究复制和印刷地图过程中各种工艺理论和技术方法；地图应用，研究地图分析、地图评价、地图阅读、地图量算和图上作业等。

三调主要编制的图件包括土地利用图件和专题调查的专题图件，如县级土地利用现状图、永久基本农田分布图、土地权属界线图和耕地坡度分级图等。以土地利用现状图编制为例，地图投影采用高斯-克吕格投影，按3°分带，分幅采用国际1∶1 000 000地图分幅标准，各比例尺标准分幅图均按规定的经差和纬差划分，采用经、纬度分幅。图幅编号均以1∶1 000 000地形图编号为基础采用行列编号方法。地类图斑内容的选取和表示要层次分明，需合理处理各要素间的相互关系，注记正确，清晰易读；要全面反映制图区域的土地利用现状、利用特点和分布规律；图面整饰规范，图例正确；并对图上的保密内容作技术处理，以防泄密失密。各类图件成果在符合国家安全保密要求的前提下，在国土调查数据分析与共享服务云平台上发布，面向政府机关、科研机构以及社会公众提供不同层级的数据应用。

六、总结

国土是生态文明的空间载体，生态文明要建设好，最重要的基础是必须清晰掌握自然资源的本底基数。自然资源调查监测是在测绘工作的基础上开展。测绘是自然资源管理中摸清家底、科学规划、精准施策的基础性工作，是自然资源统一监管的重要技术手段。当前，测绘科学与技术与互联网、大数据、云计算等高新技术不断融合发展，信息化测绘技术体系和新型基础测绘体系正在形成，测绘科学与技术将在自然资源管理中发挥越来越重要的作用。要以测绘科学与技术为支撑，通过三调等各类自然资源调查，查清山水林田湖草各类资源面积、分布、质量等信息，建立统一的自然资源数据库和综合监管与共享平台，从而实现调查成果的“一查多用”，实现“以图管地、网上管理、在线审批”的自然资源数字化管理新模式。