生產建設項目水土流失防治責任范圍上圖關鍵技術

王敬貴，亢 慶，孫 云，趙永軍，趙 院，姜德文

(1.珠江水利科學研究院，廣東 廣州 510611；2.水利部 水土保持監測中心，北京 100053)

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生產建設項目水土流失防治責任范圍上圖關鍵技術

王敬貴1，2，亢 慶1，孫 云2，趙永軍2，趙 院2，姜德文2

(1.珠江水利科學研究院，廣東 廣州 510611；2.水利部 水土保持監測中心，北京 100053)

水土保持；水土流失；防治責任范圍；上圖技術；生產建設項目

各級水行政主管部門批復的生產建設項目水土流失防治責任范圍是指項目建設單位依法應承擔水土流失防治義務的區域，也是各類建設施工活動和擾動影響嚴格限定的范圍或者不允許超出的范圍。防治責任范圍矢量圖是生產建設項目水土保持“天地一體化”監管的重要基礎數據之一，而目前各級水行政主管部門批復的生產建設項目水土保持方案基本上是紙質圖，需要通過上圖將其空間化和矢量化。重點介紹了生產建設項目水土流失防治責任范圍上圖的含義和總體要求，以及基于公里網格交叉點和特征地物點的地理配準技術、防治責任范圍邊界勾繪和屬性數據錄入等上圖關鍵技術，可以為全國各地開展生產建設項目水土保持“天地一體化”監管工作提供參考和借鑒。

生產建設項目水土流失防治責任范圍(以下簡稱“防治責任范圍”)是指項目建設單位依法應承擔水土流失防治義務的區域，由項目建設區和直接影響區組成。項目建設區是指開發建設項目建設征地、占地、使用及管轄的地域；直接影響區是指在項目建設過程中可能對項目建設區以外造成水土流失危害的地域[1-2]。各級水行政主管部門批復的生產建設項目水土流失防治責任范圍，是項目建設單位對生產建設行為可能造成水土流失且必須采取有效措施進行預防和治理的范圍[3]，也是各類建設施工活動和擾動影響嚴格限定的范圍或者不允許超出的范圍。

根據水利部《全國水土保持信息化工作2015—2016年實施計劃》(辦水保〔2015〕88號)的總體部署，各流域機構和省級水行政主管部門要選擇一個示范縣開展生產建設項目水土保持“天地一體化”監管示范工作。根據生產建設項目“天地一體化”監管示范總體實施方案[4]，生產建設項目“天地一體化”監管包括前期準備、遙感調查、審核入庫、成果應用與示范總結4個階段，遙感調查為核心階段，包括擾動地塊(圖斑)遙感解譯、生產建設項目防治責任范圍上圖、擾動合規性初步分析、現場復核和遙感調查結果修正等主要內容，其中防治責任范圍上圖是遙感調查的一個關鍵環節，是判定擾動合規性的前提條件之一。本文旨在介紹生產建設項目防治責任范圍上圖的關鍵技術，以供今后各級水行政主管部門開展生產建設項目“天地一體化”監管工作時參考和借鑒。

1 上圖的含義和總體要求

1.1 上圖的含義

所謂生產建設項目防治責任范圍上圖，就是指將生產建設項目防治責任范圍圖空間化和矢量化并最終獲得具有既定地理空間坐標的防治責任范圍矢量圖的過程。不同生產建設項目的防治責任范圍圖的上圖過程會有所不同，具體存在以下4種上圖過程：①防治責任范圍圖為紙質圖，其上圖過程比較復雜，包括掃描、初步定位、地理配準、防治責任范圍邊界勾繪等步驟。②防治責任范圍圖為掃描柵格圖，其上圖過程包括初步定位、地理配準、防治責任范圍邊界勾繪等步驟。③防治責任范圍圖為矢量圖，若有地理坐標信息，則其上圖過程僅包括坐標轉換和格式轉換；若沒有地理坐標信息，則其上圖過程也較復雜，包括柵格化、初步定位、地理配準、防治責任范圍邊界勾繪等步驟。④防治責任范圍圖雖然是紙質圖或者掃描柵格圖，但有拐點精確坐標信息，其上圖過程也較簡單，可以直接生成具有地理坐標的矢量圖，然后再進行坐標轉換和格式轉換即可。生產建設項目防治責任范圍上圖的通用技術流程見圖1。

1.2 上圖的總體要求

防治責任范圍上圖最終會得到防治責任范圍矢量圖，因此上圖的總體要求也就是對該矢量圖或者矢量數據的要求，包括數據格式、坐標系統和數據內容3個方面的要求。其中，數據格式要求統一采用Shapefile矢量數據文件格式；坐標系統要求統一采用CGCS2000坐標系，高斯-克呂格投影(3度分帶)；數據內容方面，包括空間圖形數據和屬性數據兩個方面的要求。

圖1 生產建設項目防治責任范圍上圖技術流程

(1)空間圖形數據要求。生產建設項目防治責任范圍矢量圖的空間圖形數據要求包括：①只標識項目建設區邊界和位置；②應完整包含項目各組成部分的邊界或者位置；③邊界必須與水土保持方案中的水土流失防治責任范圍圖邊界保持一致；④對于需要永久征占地的主體工程區及可以確定具體邊界的面狀工程，使用一個或若干個多邊形表示其防治責任范圍的空間位置和邊界，可以直接用征地范圍表示；⑤對于不能確定具體邊界的面狀臨時工程或者組成部分，如取土場、棄渣(砂、石、土)場、施工營地等，可以用一個點來表示，該點應盡可能是中心點；⑥對于不能確定具體邊界的線狀臨時工程或者組成部分，如施工便道等，可以用起止點連線來表示；⑦對于不能確定具體邊界的線狀工程，如油氣管線、輸電線路、鐵路等，可以用線路走向中心線來表示；⑧點、線、面圖形要分別保存在點狀Shapefile、線狀Shapefile和面狀Shapefile文件中。

(2)屬性數據要求。生產建設項目防治責任范圍矢量圖的屬性數據要求包括：①點狀Shapefile、線狀Shapefile和面狀Shapefile文件的屬性數據表結構相同(見表1)；②“項目名稱”字段填寫水土保持方案中項目的正式名稱；③“組成部分”填寫項目各組成部分的名稱，如“路基區”“橋梁區”“施工便道區”“取土場”“棄渣場”“尾礦庫”“貯灰場”等，若某組成部分由多個圖形表示，則應進行編號，例如“棄渣場1#”“棄渣場2#”；④“面積”填寫多邊形的圖上面積，對于用點、線表示的工程或者組成部分，填寫設計面積值；⑤“備注”填寫棄渣場的設計棄渣量、取土場的設計取土量，以及其他需要特別說明的內容。

表1 防治責任范圍屬性數據表結構

2 上圖的關鍵技術

如圖1所示，對于有拐點精確坐標，或者有坐標信息的矢量防治責任范圍圖而言，上圖比較簡單，可以先生成矢量格式的防治責任范圍圖，然后再進行坐標轉換和文件格式轉換，將其他坐標系統和文件格式轉換為CGCS2000坐標系、高斯-克呂格投影(3度分帶)和Shapefile矢量數據文件格式。利用拐點坐標生成矢量圖及矢量數據坐標轉換和文件格式轉換的具體方法可以參考有關專著[5-7]，在此不再贅述。由于防治責任范圍紙質圖和沒有坐標的矢量防治責任范圍圖，都需要掃描或者柵格化成柵格格式的防治責任范圍圖后才能上圖,因此下面重點介紹柵格格式防治責任范圍圖的上圖關鍵技術。

2.1 基于公里網格交叉點的地理配準技術

對于以具有公里網要素的地形圖為底圖制作的生產建設項目水土流失防治責任范圍圖，可以采用基于公里網格交叉點坐標的空間配準上圖技術，不需要以經過幾何精校正的遙感影像作為參考，直接以公里網格交叉點的X、Y坐標對防治責任范圍柵格圖進行空間配準，然后再勾繪防治責任范圍矢量邊界，完成上圖工作。

以ArcGIS軟件為例，基于公里網格交叉點的空間配準上圖技術的具體操作步驟和方法如下：

(1)在ArcMap軟件中加載待配準的防治責任范圍柵格圖。

(2)在該柵格圖上找到生產建設項目防治責任范圍內及其周邊的所有公里網交叉點，對這些公里網交叉點進行編號，并查找(推算)和列表記錄各個公里網交叉點的實際地理坐標X、Y值，至少要找到7個或者更多公里網格交叉點。

(3)打開“地理配準(Georeferencing)”工具條，選擇需要配準的柵格防治責任范圍圖，并將“Georeferencing”下拉菜單下的“Auto Adjust”取消，然后點擊“Add Control Points”工具按鈕。

(4)使用“Add Control Points”工具在柵格圖上精確找到一個公里網格交叉點作為控制點，點擊該交叉點，然后用鼠標右擊輸入該點的實際地理坐標(X,Y)，坐標值的單位一般為米。

(5)重復步驟(4)，依次點擊步驟(2)中找好的公里網格交叉點，并右擊鼠標輸入其地理坐標X、Y值，直到將(2)中找到的所有公里網格交叉點添加為控制點。

(6)單擊查看鏈接表按鈕，查看表中每個鏈接的殘差及RMS誤差。若滿意則配準完成，若不滿意則刪除誤差大的鏈接，并可以再重新添加控制點，直到滿意為止。

(7)單擊地理配準工具下拉菜單下的“Update Display”工具，進行顯示更新；然后再點擊“Rectify”工具，就會對該柵格防治責任范圍圖進行校正，校正后該柵格防治責任范圍圖已經具有與地形圖底圖一致的地理坐標，這才算完成了地理配準。

2.2 基于特征地物點的地理配準技術

對于沒有公里網，或者公里網格交叉點不明顯，或者公里網格交叉點坐標值無法推算的柵格防治責任范圍圖，可以采用基于特征地物點的空間配準上圖技術。在這種情況下，需要以經過幾何精校正的遙感影像作為參考，在柵格防治責任范圍圖和遙感影像上找到同名地物點或者特征點(如道路交叉點、道路與河流的交叉點、道路或者河流的轉彎點、建筑物的角點，等等)，在遙感影像的參考點和柵格防治責任范圍圖的控制點之間建立一一對應關系，然后通過平移、旋轉和縮放，將柵格防治責任范圍圖配準到遙感影像給定的平面坐標系中，使柵格防治責任范圍圖具有與遙感影像一致的地理坐標。然后再勾繪防治責任范圍邊界線，完成上圖工作。

以ArcGIS軟件為例，基于特征地物點的空間配準上圖技術的具體操作步驟和方法如下：

(1)在ArcMap軟件中加載待配準的防治責任范圍柵格圖和已經幾何校正過的遙感影像。

(2)打開“地理配準(Georeferencing)”工具條，選擇需要配準的柵格防治責任范圍圖，并將“Georeferencing”下拉菜單下的“Auto Adjust”取消，然后點擊“Add Control Points”工具按鈕。

(3)使用“Add Control Points”工具在柵格圖上精確找到一個特征地物點作為控制點，點擊該特征地物點，然后再在遙感影像上找到該特征地物點的同名點，點擊該同名點作為參考點，則建立了一個控制點-參考點的鏈接。

(4)可以先在柵格防治責任范圍圖靠近4個角的附近尋找特征地物點，重復步驟(3)，建立4個控制點-參考點鏈接，完成初步定位。

(5)在初步定位基礎上，再在防治責任范圍圖內及其周邊尋找更多的特征地物點，并在遙感影像上找到對應的同名地物點，重復步驟(3)，建立多個控制點-參考點的鏈接，特征地物點至少要7個，且盡量均勻分布。

本次調研評估工作，采取隨機抽樣方法確定需要調研的樣本量。根據抽樣方法，當P=0.5時，樣本抽取數n極大化。常用置信度為95%，此時Z的取值為1.96，常用調研統計分析誤差率約5%。目前，株洲市“三合一”場所共2886家，按照以上選取的抽樣誤差要求，計算本次“三合一”場所區域消防安全評估的抽樣樣本量，得到樣本量的最小值為340。

(6)單擊查看鏈接表按鈕，查看鏈接表中每個鏈接的殘差及RMS誤差。若滿意則配準完成，若不滿意則刪除誤差大的鏈接，并可以再重新添加控制點，直到滿意為止。

(7)單擊地理配準工具下拉菜單下的“Update Display”工具，進行顯示更新；然后再點擊“Rectify”工具，就會對柵格防治責任范圍圖進行校正，校正后柵格防治責任范圍圖已經具有與參考的遙感影像一致的地理坐標，這才算完成了精確的地理配準。

本文以某博物館建設項目為例展示了基于特征地物點的地理配準過程和效果，詳見圖2。

圖2 某博物館建設項目防治責任范圍上圖示例

2.3 防治責任范圍邊界勾繪與屬性數據錄入

完成柵格防治責任范圍圖的地理配準后，柵格防治責任范圍圖就具有地理坐標，就可以進行防治責任范圍邊界勾繪和屬性數據錄入工作，生成防治責任范圍矢量圖。

以ArcGIS軟件為例，防治責任范圍邊界勾繪與屬性數據錄入的具體操作步驟如下：

(1)在ArcCatalog中新建一個面狀Shapefile格式的矢量數據文件，用于存儲防治責任范圍矢量圖，定義坐標系統和投影信息(可以直接引用配準好的防治責任范圍柵格圖的坐標系統和投影)，并增加表1所示的屬性字段；

(2)在ArcMap軟件中加載已經配準好的防治責任范圍柵格圖和步驟(1)新建的Shapefile文件，并利用縮放和平移工具，將防治責任范圍柵格圖放大到合適的比例和位置；

(3)打開“編輯器(Editor)”工具條，點擊“開始編輯(Start Editing)”工具按鈕，然后再點擊最右邊的“創建要素(Create Feature)”工具按鈕，在彈出的界面中選擇步驟(1)新建的Shapefile文件作為待編輯文件，并在“構造工具(Construction Tools)”菜單欄中選擇“面(Polygon)”選項，就可以開始手工勾繪防治責任范圍邊界“面狀”要素；

(4)找準柵格圖上的防治責任范圍邊界線，沿著該邊界線勾繪防治責任范圍矢量邊界，直至閉合，然后右擊鼠標，在彈出的菜單欄上點擊“Finish Sketch”工具，結束邊界線勾繪，系統會自動生成一個多邊形(面狀圖形)，并在ArcMap中顯示；

(5)鼠標右擊該Shapefile文件，然后點擊“Open Attribute Table”工具按鈕，打開該Shapefile文件的屬性表，就可以將防治責任范圍圖的相關屬性數據進行編輯錄入;

(6)完成防治責任范圍邊界勾繪和屬性數據錄入工作后，點擊“保存”工具按鈕保存所作編輯，然后點擊“結束編輯(Stop Editing)”工具按鈕，退出編輯。

3 討 論

(1)各級水行政主管部門批復的生產建設項目水土流失防治責任范圍是該生產建設項目各類建設施工活動和擾動影響嚴格限定的范圍或者不允許超出的范圍，具有明確的法律效力，是生產建設項目水土保持監督檢查和執法的重要依據之一。而防治責任范圍矢量圖是生產建設項目水土保持“天地一體化”監管的重要基礎，通過遙感解譯可以獲得生產建設項目實際擾動范圍，再與批復的防治責任范圍圖進行空間疊加分析后，可以掌握生產建設項目實際擾動是否合規或者超出批復的防治責任范圍，從而可以為水土保持監督檢查和行政執法提供科學依據。因此，生產建設項目水土流失防治責任范圍圖是重要的水土保持基礎數據，非常有必要建立空間數據庫，對批復的防治責任范圍圖進行信息化管理。

(2)目前，各級水行政主管部門批復的生產建設項目水土保持方案絕大多數都有防治責任范圍圖，但基本上是紙質圖，為了開展生產建設項目水土保持“天地一體化”監管工作，提高生產建設項目水土保持監督管理的信息化水平，非常有必要按照本文介紹的上圖關鍵技術，將這些紙質防治責任范圍圖進行上圖，獲得具有地理空間坐標的防治責任范圍矢量圖，并將其進行入庫管理，為后續監督管理奠定數據基礎。

(3)為了減少重復工作、提高工作效率和信息化水平，對于今后新批復的生產建設項目水土保持方案，建議各級水行政主管部門直接要求建設單位或者編制單位在上報方案報告書的同時，提交符合相關要求(如1.2節要求)或者規定的防治責任范圍矢量圖，各級水行政主管部門可以將這些防治責任范圍矢量圖進行建庫管理。

[1] 中華人民共和國水利部．GB 50433—2008 開發建設項目水土保持技術規范[M]．北京：中國計劃出版社，2008:2.

[2] 姜德文．開發建設項目水土流失防治責任范圍的界定[J].中國水土保持，1998(10)：26-28．

[3] 趙永軍．水土流失防治責任范圍的界定[J]．中國水土保持，2005(1)：21-23．

[4] 李智廣，王敬貴．生產建設項目“天地一體化”監管示范總體實施方案[J]．中國水土保持，2016(2)：14-17．

[5] 龔健雅．地理信息系統基礎[M]．北京：科學出版社，2001:156-166.

[6] 黃杏元，馬勁松．地理信息系統概論：第三版[M]．北京：高等教育出版社，2008:71-79.

[7] 王新生，王紅，朱超平．ArcGIS軟件操作與應用[M]．北京：科學出版社，2010:57-67，77-97．

(責任編輯 孫占鋒)

水利部綜合事業局拔尖人才培養專項資金研究項目(20150608-01)

S157

C

1000-0941(2016)11-0009-04

王敬貴(1975—)，男，江西上猶縣人，高級工程師，博士，長期從事水土保持及遙感與GIS應用相關的科學研究和技術咨詢工作。

2016-09-26