水土保持方案編制階段空間矢量化圖制作標準和方法研討

2022-03-24 03:24沈方舟劉承佳張愛玲

中國水土保持 2022年3期

沈方舟，劉承佳，崔揚，張愛玲

(1.中國電力工程顧問集團東北電力設計院有限公司，吉林長春 130021；2.松遼水利水電開發(fā)有限責任公司，吉林長春 130021)

根據(jù)水利部《全國水土保持信息化工作2015—2016實施計劃》(辦水?！?015〕88號)的總體部署，各地須開展生產(chǎn)建設項目水土保持“天地一體化”監(jiān)督示范工作[1]。生產(chǎn)建設項目“天地一體化”監(jiān)管核心是遙感調(diào)查，其中防治責任范圍上圖是遙感調(diào)查的一個關鍵環(huán)節(jié)[2]。防治責任范圍上圖是指將生產(chǎn)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形的過程。目前水利部要求上報生產(chǎn)建設項目水土保持方案時繪制防治責任范圍矢量圖，但沒有公布矢量圖制作標準。因此，開展方案編制階段矢量圖形制作標準和方法研究討論工作十分必要。

編制水土保持方案的主要目的是對生產(chǎn)建設項目土地擾動情況進行預測和對水土保持措施進行設計，目前傳統(tǒng)的水土保持方案編制方式主要以文字描述、數(shù)據(jù)表格等形式來體現(xiàn)，不可避免地會帶來信息表述抽象、內(nèi)容不夠具體、數(shù)據(jù)不夠精準等問題；同時附圖一般也主要為CAD圖紙或柵格圖，不具備大地坐標信息，圖形圖像難以和實際地理位置相對應。水土保持方案中大量數(shù)據(jù)信息缺乏依據(jù)，多依靠估算和經(jīng)驗值，對實際建設指導意義不大，對后續(xù)的水土保持監(jiān)測、水土保持設施驗收等工作來說，無法系統(tǒng)化地進行參照和對比。引入GIS地理信息技術，將水土保持方案中的防治責任范圍、水土保持措施等要素通過空間矢量化圖形的方式進行表述，可以有效解決上述問題。

1 依托工程概況

本研究依托工程是孫東220 kV輸變電工程。線路總長45.86 km，經(jīng)過北海市海城區(qū)、合浦縣、銀海區(qū)。水土流失防治分區(qū)主要為變電站區(qū)、塔基區(qū)、牽張場地區(qū)、臨時道路區(qū)、跨越場地區(qū)。沿線地貌類型為濱海平原地貌，地形開闊平坦，現(xiàn)多為水田和旱地。地面高程20.0～51.0 m，高差31 m。土地利用類型以耕地為主，有部分林地。

2 工程各元素矢量圖的數(shù)據(jù)形式

(1)主體工程。數(shù)據(jù)形式為點狀要素、線狀要素、面狀要素。比如站址平面布置(面狀要素)、線路路徑(線狀要素)、塔基位置(點狀要素)、項目征地范圍(面狀要素)等體現(xiàn)主體工程組成的矢量圖。

(2)防治責任范圍。數(shù)據(jù)形式為面狀要素。內(nèi)容為水土保持方案中確定的防治責任范圍，包含永久征地和臨時征地。在屬性表中注明防治體系區(qū)劃分級、征地屬性、行政區(qū)劃、土地利用現(xiàn)狀等信息。面積、周長、坐標等屬性由幾何計算得出。在防治責任范圍矢量圖繪制完成后，根據(jù)幾何計算得出的面積數(shù)據(jù)，經(jīng)過統(tǒng)計后得到防治責任范圍面積。通過這種方法，可以保持矢量圖形和方案報告書中的數(shù)據(jù)一致。

(3)水土保持措施。數(shù)據(jù)形式為線狀要素、面狀要素。主要體現(xiàn)水土保持方案中的工程措施、植物措施、臨時措施。首先根據(jù)防治責任范圍圖層確定每塊防治責任范圍需要設計及布設的水土保持措施，然后按照不同措施特點分別用線狀要素或面狀要素表示，最后通過水土保持措施矢量圖層統(tǒng)計水土保持措施工程量。

(4)建設區(qū)域基礎數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)形式為線狀要素、面狀要素。主要包含行政區(qū)劃圖(面狀要素)、土地利用現(xiàn)狀圖(面狀要素)、等高線(線狀要素)、DEM(柵格圖)等。建設區(qū)域基礎數(shù)據(jù)用于判斷項目所涉及的行政區(qū)、占地類型、地形地貌等信息?；A圖層和防治責任范圍圖層可以做空間鏈接，鏈接形成后，基礎數(shù)據(jù)圖層可以為防治責任范圍圖層關聯(lián)相關屬性。

3 矢量圖形制作要求

(1)數(shù)據(jù)格式。數(shù)據(jù)格式可以使用GDB地理信息數(shù)據(jù)庫或shape圖層文件。在繪制階段建議使用GDB地理信息數(shù)據(jù)庫，最終形成成果可以導出shape圖層。

(2)坐標系。選用CGCS2000坐標系3度投影帶，原因如下：①響應國家要求。②使用CGCS2000坐標系繪制的工程圖可以直接導入使用。③兼容WGS84坐標系。WGS84坐標的影像數(shù)據(jù)可以直接疊加使用，繪制成果也可以導出為WGS84標準的矢量格式(例如kml格式)，用于移動設備。

(3)數(shù)據(jù)庫字段標準。見表1。

表1 數(shù)據(jù)庫字段標準

4 矢量圖形制作過程

4.1 柵格圖導入

在GIS軟件中，選擇“文件—導入外部數(shù)據(jù)—圖像”，彈出“導入圖像”對話框，直接輸入圖像的掃描分辨率和原圖的比例尺。點擊“瀏覽”選中導入處理的圖像，在“新圖層名稱”中輸入該圖層的名稱。

4.2 地圖影像配準

對于沒有地理坐標的柵格圖像，導入軟件后需要先進行影像配準。具體步驟為：①把需要糾正的柵格影像導入ArcMap中，激活Georeferencing工具條。在View/data frame properties的coordinate properties中選擇坐標系。如果是大地(投影)坐標系，坐標單位為米；如果是地理坐標系，坐標單位為度。②在校正過程中，從圖中選取一些控制點，如公里網(wǎng)格的交點，選取不少于5個，選取的控制點要在圖中均勻分布。③為每個控制點輸入該點實際的坐標位置。采用投影坐標系時輸入X、Y坐標，采用地理坐標系時輸入經(jīng)緯度，經(jīng)緯度用小數(shù)表示。④再用相同的方法，在柵格影像上增加多個控制點，輸入它們的實際坐標。⑤所有控制點增加完成后，在Georeferencing菜單下，點擊Update Display。⑥更新后，校準的柵格影像變?yōu)檎鎸嵉淖鴺?。⑦在Georeferencing菜單下，點擊Rectify，將校準后的柵格影像保存。

4.3 數(shù)據(jù)矢量化[3]

選擇“預處理—二值化”，根據(jù)掃描圖的質(zhì)量輸入“右域值”(注：此處右域值越大，冗余線越多，右域值越小，斷線越多，一般為80～120)。二值化后執(zhí)行“預處理—二值化圖像處理—細化”，然后進行矢量化。矢量化可以通過兩種方式實現(xiàn)，一種是全自動矢量化，另一種是交互式矢量化。對于底圖比較清晰的可以進行全自動矢量化，對于底圖質(zhì)量不好的則需要進行交互式矢量化。最常用的方法是交互式矢量化，便于分層處理。

4.4 圖層拼接

每幅圖矢量化后，需要進行接邊處理。拼接方式為分層拼接，圖形拼接到一起后，需要參照對應地圖將拼接處進行修改編輯。點、線圖層中的屬性與拼接前相同。把需轉換成面圖層的線封閉轉換成多邊形圖層，再創(chuàng)建拓撲，自動計算各類多邊形面積，同時通過對各多邊形的邊界弧段區(qū)分，對不同空間數(shù)據(jù)特征賦予不同代碼，自動建立空間信息數(shù)據(jù)庫。

4.5 屬性數(shù)據(jù)輸入

屬性數(shù)據(jù)是數(shù)據(jù)庫中與圖形對應的屬性信息。若屬性數(shù)據(jù)庫已經(jīng)用其他數(shù)據(jù)庫工具建好，則用戶可直接獲取外部數(shù)據(jù)鏈接表，選擇所需外部數(shù)據(jù)的類型及名稱，將該外部數(shù)據(jù)導入工程管理器的數(shù)據(jù)表中，再執(zhí)行鏈接數(shù)據(jù)表功能。

直接輸入相關屬性數(shù)據(jù)。如土壤數(shù)據(jù)、土地利用現(xiàn)狀數(shù)據(jù)、植被數(shù)據(jù)、土壤侵蝕類型數(shù)據(jù)、土壤侵蝕強度數(shù)據(jù)、水土保持治理項目管理數(shù)據(jù)、生產(chǎn)建設項目管理數(shù)據(jù)、水土保持監(jiān)督執(zhí)法數(shù)據(jù)、社會經(jīng)濟情況數(shù)據(jù)、水土保持政策法規(guī)數(shù)據(jù)、水土保持定點監(jiān)測數(shù)據(jù)、水文氣象等數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)是水土保持規(guī)劃和設計的基礎，也是水土保持監(jiān)測和管理的內(nèi)容。若地形圖中有相關數(shù)據(jù)，則可以直接進行數(shù)字化與屬性輸入；若沒有則可在屬性表中增加相應的字段，人工輸入。這些數(shù)據(jù)與圖形構成系統(tǒng)屬性文件。

4.6 編輯地圖

新建地圖，選中已建好的圖層名稱，加入到該地圖中，圖層的順序可隨意調(diào)換。在地圖窗口中，進行疊加分析，產(chǎn)生新數(shù)據(jù)層，其結果是新數(shù)據(jù)層綜合原來兩層或多層要素所具有的屬性。其中疊加分析包括點與多邊形疊加，線與多邊形疊加和多邊形與多邊形疊加。利用屬性查詢功能來實現(xiàn)填充圖例圖層，設置點(或線、多邊形符號)功能，選擇合適的圖例進行填充，使數(shù)據(jù)圖形可視化。

4.7 地圖輸出

布局視圖用于地圖輸出，布局的內(nèi)容可以是地圖、數(shù)據(jù)表、統(tǒng)計表等任何一種元素。新建布局，在布局界面中，先執(zhí)行“版面—紙張大小”功能，選定出圖的紙張大小，然后執(zhí)行“版面—插入”功能，依次插入地圖、指北針、比例尺、圖例、圖片等功能，做好相應的布局工作，便可將成果圖打印輸出。

5 不同項目分區(qū)的繪制方法

5.1 單點式項目分區(qū)

分區(qū)特點：項目區(qū)在單一地理位置，比較集中。項目區(qū)內(nèi)組成較為復雜。

適用范圍：發(fā)電站、變電(換流)站、鐵路車站、公路服務區(qū)、工廠廠區(qū)等。

數(shù)據(jù)依據(jù)：可行性研究或者初步設計的CAD平面布置圖。

適用元素：主體工程、防治責任范圍、措施布局。

根據(jù)可行性研究或者初步設計的平面布置圖進行繪制。平面設計圖通常為CAD格式，若CAD圖是按照CGCS2000或WGS84大地投影坐標繪制的，則可以在GIS軟件中定義相應的坐標系，直接導入CAD圖形。若CAD圖不是按照上述大地坐標系繪制的，則需要找到地面控制點，進行圖像配準。主體設計圖配準完成后，根據(jù)設計圖繪制矢量格式的站址圍墻、防治責任范圍、硬化區(qū)域、非硬化區(qū)域。見圖1、圖2。