基于國土資源S.P.M.平臺土地變更調查的應用研究

葛潔　方波　黃星

摘要：土地變更調查對保持土地調查數據的現實性具有重要意義。自“3S”技術應用于土地變更調查以來，效率有了大幅度提高，但是仍然面臨著“3S”集成程度不高與數據共享程度不高的問題。為此，四川省國土勘測規劃研究院研制了S.P.M.平臺，旨在提高數據共享程度，深度集成“3S”技術。本文基于S.P.M.平臺，提出一種變更調查的內外業一體化工作思路。

關鍵詞：S.P.M.；變更調查；3S；內外業一體化

引言

土地資源是人類生存的重要基礎，是人類賴以生存和發展的不可再生的寶貴資源。馬克思在《資本論》中引用威廉·配第所言：“勞動是財富之父，土地是財富之母”。土地資源是人類與社會互動的產物，各類土地的分類面積、質量、分布情況與利用狀況處于變化之中。尤其是土地利用狀況，它是一個動態過程，處于頻繁的變更之中。隨著中國經濟的高速發展與城鎮化水平的不斷提高，各類鐵路、公路等基建工程在如火如荼開展，各類民宅商樓拔地而起，這使得土地利用狀況更趨復雜化、多樣化與動態化。為了反映土地利用狀況的現實性，及時掌握土地動態變化狀況，土地管理部門決定自1996年始在全國范圍內開展標準時點的年度土地變更調查工作。其主要內容是全面查清本年度新增建設用地、農業產業結構調整、生態退耕以及土地開發復墾整理等土地利用現狀變化情況，并逐級匯總上報，形成各級土地利用現狀數據成果。土地變更調查作為一項重要的國情國力調查，它是獲取土地基礎數據的重要途徑，而掌握真實準確的土地利用基礎數據，是科學規劃、合理利用、有效保護國土資源和切實維護群眾權益的重要前提，是強化建設用地審批管理、耕地保護責任目標考核、土地督察和執法監察等國土資源管理工作的依據，也是衡量國土資源開發利用管理水平的重要標尺。因此，土地變更調查工作意義重大，它既關系到土地利用總體規劃的編制，也關系到國民經濟計劃、國家宏觀調控政策的制定。

為了提高工作效率，保障變更調查工作的順利完成，四川省國土勘測規劃研究院充分利用前沿技術，研發出了國土資源S.P.M.平臺，以期在技術上實現變更調查的數字化與智能化，提高變更調查的準確性與科技化水平。本文基于S.P.M.平臺，提供一種新的變更調查方法，借此啟發后續的技術研發或相關的應用研究。

1.傳統的土地變更調查方法概論

土地變更調查工作是指對自然年度內的全國土地利用現狀、權屬變化，以及各類用地管理信息，進行調查、監測、核查、匯總、統計和分析等活動。年度變更調查工作任務以實地現狀認定地類為原則，以日常變更為基礎，全面查清年度內各類土地的實際變化情況，重點查清建設用地、耕地的年度變化情況，并更新縣級土地調查數據庫。

從歷史角度，我國土地變更調查方法的沿革可劃分為兩個階段：

（1）1996年～2008年手工作業變更階段。這階段以第一次土地詳查成果為基礎，常見的變更手段有衛星遙感、航測和直接外業調繪。遙感數據受制于分辨率，主要應用于區域性的土地資源動態監測。用航片到野外調繪、室內量測，處理周期長。因此，最常用的方法是在1：10000土地現場圖上進行“直接外業調繪”，即以紙圖作為工作底圖，用常規方法進行測量，手工填寫相應的變更調查記錄表，將變化圖斑邊界勾勒到土地利用圖上，最后進行內業數據處理和面積統計工作，最終匯總成年度土地利用變化數據。這種方法存在如下缺陷：測量方法落后，僅從相鄰地物關系進行位置判定，難以獲取變化邊界的空間位置，導致圖斑形狀與面積的不準確；全手工化作業，工作量大，統計過程復雜，難以保證成果質量。

（2）2009年至今的土地變更調查與遙感監測階段。這階段的土地變更調查以在全國第二次土地調查（“二調”）中快速發展的“3S”技術為主要手段，采用綜合調繪法，完成土地調查底圖生產、實地現場核查與數據庫更新工作。基于“3S”技術的土地變更調查技術的實現主要包括：①基于RS技術的變更圖斑的發現。主要包括遙感影像的糾正、配準與融合，DOM的生產與變化圖斑的識別等流程。②基于GPS技術的變更圖斑的調繪。先識別出變化地塊的大概位置并標注在地圖上，然后在野外采用GPS技術補測地物主要補測點坐標，并標繪在調查底圖上或直接將坐標輸入計算機，按實地界線走向繪制圖形，并量算面積。③基于GIS技術的數據庫更新。將土地利用的變化數據導人信息系統與二次調查的數據庫進行空間疊加，經分類變更、綜合變更、臺賬變更后生成統計報表、土地變更調查記錄表、土地利用現狀圖以及變更調查數據庫等。

采用“3S”技術進行土地變更調查以來，效率得到了大幅度提高，調查成果實現了“一查多用”，有利支撐了“一張圖”建設，深化了綜合監管平臺的應用。但在“3S”實際應用中，集成度還不高，GIS與GPS并未真正實現“一體集成”（即單機集成），因此需要分別單獨攜帶GPS接收機與筆記本電腦（或PAD）。由于GPS與GIS的分離，傳統的“調圖——打圖——實地核查——屬性信息記錄——內業數據整理”的作用模式中，打圖、屬性信息記錄、內業數據整理環節都依靠紙質圖，既浪費紙張，也浪費時間。同時手工記錄屬性信息和內業數據整理更是增加了變更調查工作中數據出錯的幾率。在內業已經全程數字化的時代，外業還極度依靠紙質圖紙與核查記錄表，內外業失去銜接，這極大地制約了變更調查的工作效率。為此，采用移動終端集成“3S”技術，尤其是深度集成GPS與GIS技術，在野外利用平板自帶的GPS技術采集變更地塊坐標信息以及相關屬性信息，滿足內外業無紙化對接要求，保證內外業數據有效銜接與匯交，最終實現在移動終端設備上“電子地圖——數據采集——自動成圖”的一體化作業模式就具有重要的現實意義。

2.國土資源S.P.M.平臺介紹

2-1國土資源S.P.M.平臺的概念

國土資源S.P.M.平臺（界面如圖1）是四川省國土勘測規劃研究院結合現有的技術條件與數據現狀，采用先進的嵌入式技術、GIS（地理信息系統）技術、GPS（全球衛星定位系統）技術、RS（遙感）技術、無線通訊技術、數據庫技術，開發的一款旨在代替紙質圖紙進行國土調查、規劃、管理等工作的移動平臺。

從數據角度，國土資源S.P.M.平臺本質上是一種面向數據架構的客戶端聚合服務。它直面國土行業廣泛存在著的多系統間的數據共享和交換問題、數據的實時采集、更新維護和統一管理問題、以及數據為核心的云計算和云服務機制問題等，為國土資源的數字化管理提供一種堅決辦法，也為國土大數據面臨的瓶頸問題提供一種解決思路。提高國土數據利用率，挖掘海量數據的價值，這一開始就是S.P.M.平臺開發的初衷。

如果從技術角度來看，S.P.M.平臺實質上是一種“3S”集成技術，它巧妙地利用了平板電腦的嵌入式開發，調用平板電腦的內置GPS模塊，最終實現了“一張圖”移動化應用。所謂“3S”技術，是指RS、GPS和GIS技術，GIS技術位于中心位置，三者相互配合、相互補充、相互作用，最終形成了“一個大腦，兩只眼睛”的框架（如圖2所示）。其中，RS用于快速地發現大區域范圍內地面上的各種變化，及時地為GIS進行數據更新；GPS主要被用于實時、快速地采集空間位置；GIS則是對多種來源的時空數據進行綜合處理、集成管理、動態存取、作為新的集成系統的基礎平臺。通過深度集成“3S”技術，S.P.M.平臺以RS技術獲取高分辨率影像，生成正射影像工作底圖；以GIS技術組織、管理、分析各類信息；以GPS技術定位，獲取三維坐標，最終實現了變更調查的內外業一體化。

2.2系統的實現與主要功能

S.P.M.平臺使用java語言進行開發，采用C/S的系統架構，基于Android 4.4版本（兼容低版本，而且平臺不斷保持更新），基于ArcGIS Runtime SDK for android 10.2.3進行開發。

盡管變更調查每年有所變化，但萬變不離其宗，其主要任務包括權屬調查、地類調查、基本農田調查、屬性調查、數據庫更新、數據匯總和編寫報告等部分。可以概括為外業實地核查與內業整理入庫，而S.P.M.平臺更多地用于外業實地核查，但采集的數據必須可生成國家標準的數據交換格式，進而方便土地變更調查內業處理時調用。設計思路如下：由野外調查人員手執加載影像圖、監測圖斑等數據的S.P.M.平臺，圖斑定位與導航、拍照、空間信息與屬性信息采集、核查記錄填寫等一氣呵成，最后將外業核查結果打包導出、上交。總體設計框架圖如圖3所示：

根據變更調查的特點，S.P.M.平臺必須滿足以下要求：①能夠將前后兩個時相的影像數據、shp屬性數據加載到系統中，同時支持行政界線、農用地轉用、批地與供地信息、基本農田、土規劃圖等輔助數據等，實現瀏覽、查詢等功能。②對shp數據中要調查的圖斑，能夠顯示圖形及屬性，按圖斑編號進行查詢，并可修改屬性信息。③支持拍照、錄音與錄像，照片編號默認為圖斑編號（或標識碼）+“_zp_”+序號，照片標注圖斑中心點經緯度坐標與高程，并將現場拍照或錄像材料掛接到對應圖斑。④對新增變更地塊，實現繪制草圖、現場錄入屬性信息、將現場拍照或錄像的材料掛接到對應圖斑等功能。⑤將修改屬性信息后的圖斑和新增變更地塊圖斑按照要求屬性信息自動生成shp格式數據，為進一步土地變更數據整理做準備。⑥將平板電腦的快速定位功能植入開發的系統中，實現快速定位、GPS采集等。

通過充分整合ArcgisGIS對Android移動平臺提供的支持進行系統開發，S.P.M.平臺完美地實現了上述要求。S.P.M.平臺的主要功能包括。①地圖操作模塊：地圖的放大、縮小、漫游、點選擇等。②GPS功能模塊：包括圖斑導航、GPS點定位、GPS形狀采集等。③圖斑變更模塊，圖形手工、自動變更、屬性變更等。④數據組織模塊：包括業務圖層、矢量圖層、采集圖層、底層圖層等，底圖圖層與矢量圖層用于瀏覽數據，業務圖層用于變更作業，采集圖層用于隨記功能。⑤查詢、檢索模塊：包括圖斑查詢、法律文件查詢。⑥取證模塊：包括拍照、錄音與錄像等功能。S.P.M.的功能結構如圖4。

3.基于S.P.M.平臺的變更調查工作流程

圍繞每年變更調查的目的，緊扣任務，根據“三下兩上”的工作模式，采用工作流原理合理分解作業環節，基于S.P.M.平臺的變更調查工作流程最終設計如圖5所示。

3.1創建變更調查業務

首先需要在S.P.M.平臺上新建一個業務庫，可以取名為“變更調查業務庫”。由于S.P.M.平臺可以支持變更調查、衛片執法、土地例行督察等國土行業廣泛的業務，因此創建變更調查業務庫可以明確外業工作的任務，從而不會把變更調查工作誤解為衛片執法工作，方便了業務管理。創建業務庫還有一個好處，即通過業務庫加載的工作底圖（shp格式）可以編輯，而直接加載的工作底圖無法編輯，這樣既可以有效保護原工作底圖（相當于備份），同時也能在業務庫中直接實現野外調繪與屬性錄入等工作。

3.2數據準備

從上級領取的遙感影像不能直接導人S.P.M.平臺，必須采用ArcGIS10.1提供的切片功能模塊，進行切片處理，完成數據的位置糾正、脫密、符號設置等，以實現地圖數據的可用性，最終形成影像切片數據導人S.P.M.平臺。統一采用數據切片形式，一方面考慮到平板的數據處理能力相對不高、存儲空間相對不大、顯示屏幕相對有限，另一方面旨在實現海量多元異構空間數據的一體化管理。

同時，shp格式的工作底圖可以直接加載到S.P.M.平臺，變為業務圖層。

可以根據需要，導入相應的行政界線、土地利用總體規劃、土地利用現狀圖、基本農田數據、2015年新增建設用地計劃、設施農用地審批或報備、臨時用地審批、土地整治新增耕地、土地違法查處等相關資料，方便外業核查。同時，可以將相應的記錄表導人S.P.M.平臺（譬如遙感監測圖斑信息核查記錄表，如表1所示），以便進行野外記錄工作。

3.3圖斑導航

在以往的圖斑實地核查工作中，某些圖斑由于位于深山老林，十分難找，為此S.P.M.平臺開發了圖斑導航功能。選中目標圖斑后，輕擊導航功能，就能根據S.P.M.屏幕上的電子指北針以及相對距離，快速前往實地。

3.4現場調查、屬性錄入、照片采集

變更調查的關鍵在于精確地獲取變更地塊的界址點坐標，并以此為基礎繪制出變更地塊的界線范圍。當進行變更調查時，調查人員手持S.P.M.立于變更地塊的拐點上10秒鐘，以便采集GPS單點定位信息。也可進行坐標糾正，從而在野外直接獲取變更地塊界址點的精確坐標。當變更地塊所有必要的界址點采集完畢之后，就可以根據野外采集數據，使用S.P.M.平臺提供的一系列編輯與制圖功能將變更地塊的界線范圍繪制出來，并同時記錄其相關屬性信息（如圖6）。

同時，巡查員能夠在現場對圖斑進行照片取證，按照遠景、近景、內部原則拍攝不少于三張的照片（如圖7所示）。

最后，在實地現場填寫相應的記錄表格，錄入相應的屬性信息。

3.5內業處理、上級檢查、核查改正和整理入庫

根據外業采集的數據，進行內業處理后，經檢查無誤，上交給上級。上級部門在核查中若發現錯誤，重新實地核查，一直到無誤為止。

4.結論

與常規土地變更調查方法相比，基于S.P.M.平臺的土地變更調查方法，作業開展靈活，野外調查速度快，外業數據采集的精度高，并且容易實現數據更新入庫。此外，采用S.P.M.進行變更調查工作，集成GPS、照相與記錄功能，用一塊平板取代GPS接收機、照相機、一大推的紙質記錄表，節省下大量體力，提高了效率。

隨著大數據時代的來臨，用大數據思維挖掘大數據的潛在價值，推動社會發展的可量化維度，具有極大的意義。S.P.M.平臺將進一步推動國土數據的交叉復用、全息可見。但是，由于S.P.M.平臺問世不久，仍存在如下問題亟需解決。①S.P.M.平臺現階段采用單點定位，需要采用GPS差分技術進一步提高精度。②S.P.M.平臺作為外業核查終端，需要配套的桌面端，這需要進一步的研發。③推動S.P.M.平臺的聯網化，建立在線更新系統。

盡管存在如上問題，但是瑕不掩瑜，無紙化外業本身就是一種趨勢，因此S.P.M.平臺的推廣應用必將取得良好的經濟效益與社會效益。