吉林省城市國土空間監(jiān)測技術(shù)研究與實踐

段 凱，魏 那

（吉林省航測遙感院，長春 130001）

圍繞“兩統(tǒng)一”職責(zé)履行，聚焦自然資源監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建，為國土空間狀況、國土空間安全、國土空間開發(fā)利用和國土空間治理等提供高質(zhì)量的數(shù)據(jù)供給。自然資源監(jiān)測主要是在自然資源統(tǒng)一調(diào)查監(jiān)測評價框架下，統(tǒng)籌利用衛(wèi)星遙感、大數(shù)據(jù)等技術(shù)手段，以2021 年度國土變更調(diào)查成果為監(jiān)測對象，掌握各地類面積、范圍、分布和變化等情況。地理國情監(jiān)測工作定位為上述監(jiān)測內(nèi)容，監(jiān)測工作與國土變更調(diào)查一體化開展，監(jiān)測結(jié)果滿足國土變更調(diào)查日常變更、耕地保護、國土空間規(guī)劃編制及實施監(jiān)督、用途管制、開發(fā)利用、權(quán)益管理、生態(tài)保護修復(fù)、督察執(zhí)法和林草濕保護等自然資源管理和生態(tài)文明建設(shè)需要。

按照統(tǒng)一技術(shù)要求和工作區(qū)域分工，以國家下發(fā)的成果數(shù)據(jù)為底圖，利用國家提供的影像成果，收集相關(guān)行業(yè)現(xiàn)勢性為2021 年年底之后的專題資料，POI 數(shù)據(jù)（基于位置服務(wù)的最核心數(shù)據(jù)）參考歷年地理城市監(jiān)測、基礎(chǔ)測繪、數(shù)字城市和智慧城市成果，結(jié)合影像比對、內(nèi)業(yè)解譯、外業(yè)核查和空間數(shù)據(jù)綜合分析等方法與手段，細化和補充相關(guān)內(nèi)容，獲取自然資源和人文地理要素的類型、面積、范圍、分布和變化等情況，主要包括城市土地利用、建設(shè)強度和建筑量、公共服務(wù)能力、交通便捷、安全韌性和歷史文化等內(nèi)容，同時監(jiān)測更新水網(wǎng)、路網(wǎng)數(shù)據(jù)。匯總形成任務(wù)區(qū)數(shù)據(jù)集（2022 年），并完成數(shù)據(jù)兩級檢查、成果匯交和成果驗收等工作。

1 監(jiān)測范圍

監(jiān)測工作范圍：長春（二道區(qū)），吉林（豐滿區(qū)、船營區(qū)、蛟河市及樺甸市），15 672 km2，共計5 個縣（市、區(qū)）。

應(yīng)用的技術(shù)軟件如下所述。

影像糾正軟件：武漢航天遠景科技有限公司Photomatrix-SAT。

影像處理軟件：武漢航天遠景易拼圖、ArcGIS 和Photoshop。

影像精度檢查軟件：ArcGIS。

數(shù)據(jù)采集與編輯軟件：OneDataPro，ArcGIS10.4。外業(yè)軟件：地理國情監(jiān)測內(nèi)外業(yè)一體化系統(tǒng)。

質(zhì)檢軟件：2022 年城市國土空間監(jiān)測成果質(zhì)量檢驗系統(tǒng)，城市國土空間監(jiān)測GCS 檢查工具。

2 國土空間監(jiān)測技術(shù)實踐

2.1 吉林省城市國土空間監(jiān)測DOM 制作實踐

2022 年10 月開始進行測區(qū)的數(shù)字正射影像圖（DOM）制作生產(chǎn)，至2022 年11 月完成測區(qū)數(shù)字正射影像61 景，于2022 年12 月上報吉林省測繪產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢查站驗收。

2.2 吉林省城市國土空間監(jiān)測數(shù)據(jù)細化與補充及提取，交通和水域網(wǎng)絡(luò)進行更新，外業(yè)調(diào)查與核查，生產(chǎn)元數(shù)據(jù)采集完成情況

2022 年10 月—2022 年12 月完成了監(jiān)測任務(wù)，共計完成5 個縣（市、區(qū)），長春（二道區(qū)），吉林（豐滿區(qū)、船營區(qū)、蛟河市、樺甸市）的城市國土空間監(jiān)測任務(wù)，包括城市國土空間監(jiān)測數(shù)據(jù)細化與補充及提取，交通、水域網(wǎng)絡(luò)進行更新，城市國土空間監(jiān)測數(shù)據(jù)生產(chǎn)元數(shù)據(jù)成果，外業(yè)調(diào)查與核查成果。

影像資料由吉林省地理信息中心提供。時相為2022 年1 月—2022 年10 月的GF2 影像共50 景、GF7共31 景、BJ2 共3 景，共計84 景。由于優(yōu)先采用1 m分辨率，時相為2022 年6—7 月的衛(wèi)星遙感影像數(shù)據(jù)為主要影像數(shù)據(jù)源，對于國家下發(fā)1 m 分辨率遙感影像數(shù)據(jù)未覆蓋區(qū)域，要充分收集時相為2022 年1 m 分辨率或者更高分辨率的影像數(shù)據(jù)源，綜合分析選擇時相較新、分辨率更優(yōu)的影像制作正射影像。經(jīng)過影像技術(shù)人員分析，以技術(shù)設(shè)計為依據(jù)，結(jié)合實際情況確定需要糾正及上交影像總計61 景數(shù)據(jù)，其中GF2 影像37景、GF7 影像21 景、BJ2 影像3 景。

需要收集的專題資料（2021 年1 月1 日之后）包括（但不限于以下內(nèi)容）：涉及民政、統(tǒng)計、應(yīng)急、教育、環(huán)保、住建、交通、水利、衛(wèi)生健康和體育等行業(yè)，現(xiàn)勢性為2021 年1 月1 日之后的專題資料；POI 數(shù)據(jù)；地籍調(diào)查和不動產(chǎn)登記成果；地理國情監(jiān)測成果；城市大比例尺基礎(chǔ)測繪、數(shù)字城市、智慧城市等成果。

3 基礎(chǔ)生產(chǎn)資料

使用自然資源部統(tǒng)一下發(fā)任務(wù)區(qū)范圍內(nèi)的2021 年度國土變更調(diào)查成果數(shù)據(jù)，其中地類圖斑層（DLTB）作為空間信息細化與補充的底圖數(shù)據(jù)。前期下發(fā)的省級2021年度國土變更數(shù)據(jù)庫中包含推土區(qū)和拆除未盡區(qū)圖層。

3.1 2020 年地理國情監(jiān)測水域網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)集、交通網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)集數(shù)據(jù)

使用自然資源部統(tǒng)一下發(fā)任務(wù)區(qū)范圍內(nèi)2020 年地理國情監(jiān)測水域網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)集、交通網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)集數(shù)據(jù)，作為水網(wǎng)、路網(wǎng)監(jiān)測更新的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

3.2 2021 年地理國情監(jiān)測數(shù)據(jù)

使用自然資源部統(tǒng)一下發(fā)任務(wù)區(qū)范圍內(nèi)的2021年地理國情監(jiān)測數(shù)據(jù)，從省級監(jiān)測圖斑數(shù)據(jù)成果層（LCPA）、耕地監(jiān)測成果數(shù)據(jù)層（LCCA）中提取建筑物（區(qū)） 類型圖斑（類型代碼0510~0550，詳見CH/T 9029—2019），連同城市要素監(jiān)測成果可作為空間信息細化與補充的參考依據(jù)。

4 調(diào)繪核查實踐

外業(yè)調(diào)查與核查的主要工作是對內(nèi)業(yè)分類與信息提取工作中無法確定邊界和屬性的地理要素實體、實地相較于影像發(fā)生了變化的區(qū)域以及無法準(zhǔn)確確定類型的圖斑，同時核查內(nèi)業(yè)判定圖斑的正確性，采用在調(diào)查底圖上標(biāo)繪的形式，開展實地核實確認和更新。

外業(yè)完成外業(yè)調(diào)查與核查工作后，整理作業(yè)成果，及時將外業(yè)調(diào)查與核查得到的信息反饋至內(nèi)業(yè)，便于內(nèi)業(yè)根據(jù)外業(yè)反饋信息修改相關(guān)數(shù)據(jù)。外業(yè)調(diào)查與核查工作全面結(jié)束后，外業(yè)協(xié)助內(nèi)業(yè)共同完成數(shù)據(jù)的編輯和檢查工作。

5 質(zhì)量控制情況標(biāo)準(zhǔn)制定研究

5.1 監(jiān)測成果的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)、文件與結(jié)構(gòu)

質(zhì)量檢測坐標(biāo)系統(tǒng)是否符合要求，高程基準(zhǔn)是否符合要求。檢查屬性項定義是否符合要求，檢查數(shù)據(jù)集（層）定義是否符合要求，數(shù)據(jù)文件格式是否符合要求，檢查數(shù)據(jù)文件是否缺失，數(shù)據(jù)無法讀出，數(shù)據(jù)文件名稱是否符合要求，是否存在圖斑縫隙，是否存在圖斑重疊，位置相鄰且屬性一致的不連續(xù)圖斑錯誤。檢查圖斑邊界與正射影像套合超限差錯誤，圖斑幾何位置接邊超限差錯誤。檢查分類正確性，正射影像、外調(diào)資料、實地照片等資料比對檢查、細化及補充的正確性、完整性檢查；細化及補充未按要求分到子類，分類碼為空，填寫不規(guī)范，接邊錯誤遺漏，存在多余圖斑等。要求幾何圖形異常錯誤，如小圖斑出現(xiàn)的不合理面、面邊界不合理的硬折等。檢查新增屬性與相關(guān)屬性的邏輯一致性處理情況。檢查圖斑位置及類型的編輯修改情況。

5.2 國土空間監(jiān)測要素數(shù)據(jù)成果

坐標(biāo)系是否符合要求、高程基準(zhǔn)是否符合要求。影像數(shù)據(jù)、基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)、行業(yè)專題資料等數(shù)據(jù)源的使用是否符合要求。屬性項定義是否符合要求、數(shù)據(jù)集（層）定義是否符合要求、數(shù)據(jù)文件格式是否符合要求、數(shù)據(jù)文件是否缺失、數(shù)據(jù)無法讀出、數(shù)據(jù)文件名稱是否符合要求。要素不重合的錯誤、要素重復(fù)的錯誤，要素未相接（錯誤的懸掛點）要素不連續(xù)（錯誤的偽節(jié)點），要素未閉合的錯誤，要素未打斷的錯誤。檢查與正射影像數(shù)據(jù)成果套合位置超限差的要求，與地類數(shù)據(jù)套合明顯不合理，接邊要求幾何位置接邊超限差。與正射影像，外調(diào)資料，行業(yè)專題資料等對比檢查細化及補充的正確性。檢查屬性值錯漏，屬性填寫是否正確。要素多余、要素遺漏。要素幾何類型點、線、面表達錯誤。要素幾何圖形異常的錯誤。如極小的不合理面或極短的不合理線、折刺、回頭線、粘連、自相交、抖動等。要素的取舍，圖形概括，要素關(guān)系，要素方向。檢查地類要素與要素數(shù)據(jù)空間位置和屬性邏輯關(guān)系的正確性。檢查屬性默認值填寫的正確性。坐標(biāo)系統(tǒng)，高程基準(zhǔn)，各參數(shù)是否符合要求。屬性項定義，數(shù)據(jù)集（層）定義，文件格式，文件是否缺失，數(shù)據(jù)可讀性，文件命名，要素重合性，要素連續(xù)性。圖形范圍正確性。要素合理性（包括非本層要素，即要素放錯層）。拍攝的照片應(yīng)地物清晰、主體明確、明暗適中，拍攝的照片與主體無關(guān)或質(zhì)量欠佳的照片應(yīng)在整理時刪除。拍攝的照片應(yīng)盡可能水平，保持正常姿態(tài)，避免照片信息失真。

6 成果質(zhì)量綜述

6.1 測量成果質(zhì)量情況

6.1.1 數(shù)字正射影像成果

對完成的61 景正射影像進行了100%二級檢查，檢查項包括：數(shù)據(jù)文件正確性檢查、數(shù)學(xué)精度正確性檢查、影像信息正確性檢查、影像接邊正確性檢查、正射影像質(zhì)量檢查、元數(shù)據(jù)文件正確性檢查等。

6.1.2 空間信息細化數(shù)據(jù)成果

空間信息細化數(shù)據(jù)成果包括：城鎮(zhèn)住宅用地、科教文衛(wèi)用地、公用設(shè)施用地、特殊用地、交通運輸用地、其他等，作業(yè)采集時均按要求標(biāo)準(zhǔn)進行作業(yè)。采集數(shù)據(jù)坐標(biāo)系統(tǒng)符合要求，高程基準(zhǔn)和投影各參數(shù)符合要求，原數(shù)據(jù)使用正確，數(shù)據(jù)完整沒有遺漏。對長春市二道區(qū)、九臺區(qū)（卡倫街道、東湖街道和龍嘉堡鎮(zhèn)），吉林市船營區(qū)、豐滿區(qū)、蛟河市和樺甸市共計6 個市（區(qū)）的監(jiān)測數(shù)據(jù)成果進行了100%的二級檢查。

6.1.3 交通和水域網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)成果

交通和水域網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)是指除以地理實體（或地理對象、地理要素）形式采集的道路、水域、構(gòu)筑物以及地理單元數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)只能以矢量方式表示。這些數(shù)據(jù)空間參考系符合要求，邏輯一致性符合要求，與交通廳下發(fā)的資料保持一致性，數(shù)據(jù)完整沒有遺漏。對長春市二道區(qū)、九臺區(qū)（卡倫街道、東湖街道和龍嘉堡鎮(zhèn)），吉林市船營區(qū)、豐滿區(qū)、蛟河市和樺甸市共計6 個市（區(qū)）的監(jiān)測數(shù)據(jù)成果進行了100%的二級檢查。

6.1.4 生產(chǎn)元數(shù)據(jù)成果

對長春市二道區(qū)、九臺區(qū)（卡倫街道、東湖街道和龍嘉堡鎮(zhèn)），吉林市船營區(qū)、豐滿區(qū)、蛟河市和樺甸市共計6 個市（區(qū)）的監(jiān)測元數(shù)據(jù)成果進行了100%的二級檢查。

6.1.5 實地照片成果

對長春市二道區(qū)、九臺區(qū)（卡倫街道、東湖街道和龍嘉堡鎮(zhèn)），吉林市船營區(qū)、豐滿區(qū)、蛟河市和樺甸市共計6 個市（區(qū)）的監(jiān)測實地照片成果進行了100%的二級檢查。本次外業(yè)核查滿足規(guī)范要求，有效地保障了作業(yè)要求及成果質(zhì)量，使用作業(yè)方法正確，調(diào)查及核查成果精度良好、生產(chǎn)組織合理有效、提交各項資料齊全，符合本項目技術(shù)設(shè)計書的要求。

6.2 整景正射影像成果

整景正射影像成果數(shù)據(jù)內(nèi)容由整景數(shù)字正射影像文件、記錄影像投影信息的投影信息文件和元數(shù)據(jù)文件3 部分組成。其中，整景數(shù)字正射影像文件包括正射糾正后的真彩色融合影像、多波段融合影像和多波段非融合影像3 種類型。①真彩色融合影像是指利用全色波段和多光譜波段中的可見光波段采用真彩色合成方案融合，為增強目視效果經(jīng)過適度增強處理形成的數(shù)字正射影像成果。②多波段融合影像是原始影像經(jīng)過正射處理后，將多光譜波段與全色波段進行融合并保留原始影像光譜特征的數(shù)字正射影像成果。③多波段非融合影像是原始影像只經(jīng)過正射處理，不進行融合和增強處理，保留原始影像光譜特征和像素位的數(shù)字正射影像成果。

3 種類型整景數(shù)字正射影像文件中，利用已有正射影像成果的，匯交時原類型不變，新生產(chǎn)的正射影像成果應(yīng)匯交真彩色融合影像。

整景數(shù)字正射影像成果的文件命名應(yīng)清晰反映該數(shù)據(jù)對應(yīng)的數(shù)據(jù)源類型、波段組合類型、時間和軌道信息等內(nèi)容。影像文件和對應(yīng)的元數(shù)據(jù)文件的文件命名規(guī)則如下：

文件名=數(shù)據(jù)源標(biāo)識符+軌道號(或訂單號)+影像數(shù)據(jù)獲取時間+波段標(biāo)識符+文件名后綴。

如果整景糾正的全色波段和多光譜影像的元數(shù)據(jù)分別填寫時，全色影像和多光譜影像的元數(shù)據(jù)文件名和對應(yīng)的影像文件的文件名保持一致，后綴名為*.xml。

例如：SP525623420210424P.img 表示2021 年4 月24 日獲取的軌道號為256234 的SPOT5 全色波段影像。

6.3 監(jiān)測數(shù)據(jù)成果

監(jiān)測任務(wù)形成的數(shù)據(jù)成果分別存儲在城市空間信息數(shù)據(jù)集(CtyDataset)、交通網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)集(TraDataset)和水域網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)集(HydDataset)3 個數(shù)據(jù)集的37 個數(shù)據(jù)層中，見表1。

表1 監(jiān)測數(shù)據(jù)層名稱及各層要素