摘要：為減少鐵路設(shè)計(jì)項(xiàng)目中土地外業(yè)調(diào)查工作量，提高征地?cái)?shù)量統(tǒng)計(jì)準(zhǔn)確性，提出利用土地利用數(shù)據(jù)庫(kù)和基本農(nóng)田數(shù)據(jù)庫(kù)，基于空間相交分析和空間擦除分析計(jì)算征地?cái)?shù)量的方法，實(shí)現(xiàn)快捷、準(zhǔn)確的鐵路設(shè)計(jì)項(xiàng)目用地?cái)?shù)量的計(jì)算統(tǒng)計(jì)。與傳統(tǒng)的依賴人工外業(yè)土地調(diào)查作業(yè)來(lái)統(tǒng)計(jì)鐵路征地?cái)?shù)量的計(jì)算方法相比，該方法可顯著提高內(nèi)業(yè)統(tǒng)計(jì)效率與征地?cái)?shù)量準(zhǔn)確度，為鐵路設(shè)計(jì)項(xiàng)目帶來(lái)一定的經(jīng)濟(jì)效益。
關(guān)鍵詞：鐵路；征地；相交分析；擦除分析；數(shù)量統(tǒng)計(jì)
鐵路工程征地費(fèi)用是鐵路工程投資的重要組成部分，鐵路設(shè)計(jì)單位勘察設(shè)計(jì)深度不夠，征地?cái)?shù)量統(tǒng)計(jì)不準(zhǔn)確，會(huì)導(dǎo)致設(shè)計(jì)預(yù)算遠(yuǎn)低于實(shí)際征地補(bǔ)償。
本文基于國(guó)土部門土地調(diào)查成果，提出基于空間分析的征地?cái)?shù)量計(jì)算方法，可省去土地外業(yè)調(diào)查工作，對(duì)提高征地?cái)?shù)量計(jì)算效率和準(zhǔn)確性具有重要意義。
01
傳統(tǒng)鐵路工程征地?cái)?shù)量計(jì)算方法的問(wèn)題分析
傳統(tǒng)鐵路工程征地?cái)?shù)量計(jì)算是先調(diào)查沿鐵路線位地塊的土地類型（水田、旱地、公路用地、基本農(nóng)田等）、里程范圍、土地性質(zhì)（集體或國(guó)有）
所屬行政區(qū)劃等信息；根據(jù)里程范圍，結(jié)合鐵路工程用地界，計(jì)算該地塊面積，按行政區(qū)劃、土地權(quán)屬性質(zhì)對(duì)土地進(jìn)行分類統(tǒng)計(jì)，得到鐵路工程征地?cái)?shù)量表。
按照傳統(tǒng)征地?cái)?shù)量計(jì)算方法，地塊邊界并不是真實(shí)邊界，邊界按照直線處理，地塊面積不準(zhǔn)確， 如圖1所示。
圖1 傳統(tǒng)征地?cái)?shù)量計(jì)算方法示意
其次，土地所屬行政區(qū)劃是依據(jù)地塊座落位置確定的，這種調(diào)查方式對(duì)于“飛地”存在統(tǒng)計(jì)錯(cuò)誤?！帮w地”是指地塊實(shí)際落單位與權(quán)屬單位不同，如位于湖北省麻城市的羅陽(yáng)村屬于武漢市新洲區(qū)；此外，基本農(nóng)田調(diào)查依賴基本農(nóng)田標(biāo)志牌進(jìn)行識(shí)別，存在人為誤差。
綜上所述，傳統(tǒng)征地?cái)?shù)量計(jì)算方法需耗費(fèi)人力和物力開(kāi)展外業(yè)土地調(diào)查，內(nèi)業(yè)計(jì)算效率低下，還無(wú)法保證準(zhǔn)確性。當(dāng)鐵路線路設(shè)計(jì)發(fā)生變更，需重新進(jìn)行外業(yè)土地調(diào)查。為此，需要一種更為高效、準(zhǔn)確的征地?cái)?shù)量計(jì)算方法。
王志林等人提出一種基于三維激光掃描獲取征地拆遷紅線內(nèi)房屋及其附屬物、樹(shù)木植被、電力線等實(shí)物的征地?cái)?shù)量計(jì)算方法。余波提出一種基于實(shí)測(cè)地形圖征地房屋統(tǒng)計(jì)方法。這些方法實(shí)為計(jì)算拆遷數(shù)量，并非用地?cái)?shù)量。目前，鮮有文章介紹征地?cái)?shù)量計(jì)算方法。
02
基于空間分析的征地?cái)?shù)量計(jì)算方法
2.1 數(shù)據(jù)收集
目前，第三次全國(guó)國(guó)土調(diào)查已取得初步成果，各地區(qū)國(guó)土部門已更新土地利用數(shù)據(jù)庫(kù)和基本農(nóng)田數(shù)據(jù)庫(kù)；其中，基本農(nóng)田數(shù)據(jù)庫(kù)是土地利用數(shù)據(jù)庫(kù)的子集。因此，鐵路外業(yè)勘測(cè)時(shí)，無(wú)需再調(diào)查土地，可向鐵路線路所經(jīng)地區(qū)的國(guó)土部門收集土地利用數(shù)據(jù)庫(kù)和基本農(nóng)田數(shù)據(jù)庫(kù)。
土地利用數(shù)據(jù)庫(kù)準(zhǔn)確記錄該地區(qū)每塊土地的幾何坐標(biāo)、土地權(quán)屬性質(zhì)、土地地類名稱、土地權(quán)屬單位信息，其它屬性含義可參見(jiàn)第三次全國(guó)土地調(diào)查技術(shù)規(guī)程?；巨r(nóng)田數(shù)據(jù)庫(kù)記錄該地區(qū)每塊基本農(nóng)田的幾何坐標(biāo)、土地權(quán)屬性質(zhì)、土地地類名稱、土地權(quán)屬單位信息，其它屬性含義可參見(jiàn)基本農(nóng)田數(shù)據(jù)庫(kù)標(biāo)準(zhǔn)。圖2為土地利用數(shù)據(jù)庫(kù)屬性信息示例，高亮土地為水田，其屬性表中 DLMC、QSXZ、QSDWDM、QSDWMC 分別為地類名稱、權(quán)屬性質(zhì)、權(quán)屬單位代碼、權(quán)屬單位名稱。
圖2 土地利用數(shù)據(jù)庫(kù)屬性信息示例
地類名稱（DLMC）表示土地的類型，比如水田、林地；權(quán)屬單位名稱（QSDWMC）表示土地所屬行政區(qū)劃的名稱，該屬性往往并不包含完整的行政區(qū)劃信息，分類統(tǒng)計(jì)征地?cái)?shù)量時(shí)，更多采用權(quán)屬單位代碼（QSDWDM）；權(quán)屬單位代碼（QSDWDM）為完整的土地所屬行政區(qū)劃代碼，前 6 位數(shù)字是?。ㄖ陛犑校?、市、縣（縣級(jí)市）代碼，7~12位是鄉(xiāng)（鎮(zhèn)）、村代碼；權(quán)屬性質(zhì)（QSXZ）取值見(jiàn)表1。
表1 土地權(quán)屬性質(zhì)代碼表
土地利用數(shù)據(jù)庫(kù)和基本農(nóng)田數(shù)據(jù)庫(kù)有3種常見(jiàn)
文件格式 ：Shapefile、Personal Geodatabase和File
Geodatabase；Shapefile數(shù)據(jù)庫(kù)至少包括 “ .shp”、 “.shx”、“.dbf”和“.prj”4 個(gè)文件，外業(yè)收集數(shù)據(jù)時(shí)需檢查收集到的數(shù)據(jù)庫(kù)文件是否齊全；其中， “.shp”文件記錄幾何信息，“.shx”文件記錄幾何圖形的索引，“.dbf”文件記錄屬性，“.prj”文件記錄空間參考信息。Personal Geodatabase 是 Access數(shù)據(jù)庫(kù)，文件擴(kuò)展名為“mdb”；File Geodatabase 數(shù)據(jù)庫(kù)是1個(gè)文件夾，文件夾名稱以“.gdb”結(jié)尾。
2.2 鐵路征地?cái)?shù)量計(jì)算方法
先使用土地幾何坐標(biāo)數(shù)據(jù)計(jì)算土地面積，再按土地權(quán)屬性質(zhì)、土地地類名稱和土地權(quán)屬單位代碼進(jìn)行土地?cái)?shù)量分類統(tǒng)計(jì)，鐵路征地?cái)?shù)量計(jì)算流程見(jiàn)圖3所示。
圖3 鐵路征地?cái)?shù)量計(jì)算流程
2.2.1 用地界坐標(biāo)轉(zhuǎn)換
鐵路工程坐標(biāo)參考往往與土地利用數(shù)據(jù)庫(kù)和基本農(nóng)田數(shù)據(jù)庫(kù)的坐標(biāo)參考不一致，進(jìn)行空間分析前，需對(duì)鐵路工程用地界進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換。鐵路工程用地界采用笛卡爾平面直角坐標(biāo)系，測(cè)量平面直角坐標(biāo)系南北方向?yàn)閄軸，東西方向?yàn)閅軸；進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換時(shí)，應(yīng)先將用地界的X坐標(biāo)與Y坐標(biāo)互換，轉(zhuǎn)換為測(cè)量平面直角坐標(biāo)系下坐標(biāo)值；使用開(kāi)源跨平臺(tái)地圖投影庫(kù)Proj.4完成坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，坐標(biāo)轉(zhuǎn)換完畢之后再將X坐標(biāo)與Y坐標(biāo)互換，即可得到與數(shù)據(jù)庫(kù)坐標(biāo)參考一致的坐標(biāo)值。通過(guò)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，用地界的坐標(biāo)參考可與土地利用數(shù)據(jù)庫(kù)和基本農(nóng)田數(shù)據(jù)庫(kù)的坐標(biāo)參考保持一致。
2.2.2 空間相交分析
空間相交分析判斷2個(gè)幾何多邊形空間上是否相交；若相交，空間相交結(jié)果為被相交圖形中與相交圖形重疊的部分，如圖4所示。
圖4 空間相交分析原理示意
將鐵路工程用地界與基本農(nóng)田數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行相交分析，可得到用地界范圍內(nèi)的基本農(nóng)田圖形集。
空間相交分析算法描述如下：
IntersectionAnalysis()
{
for each(基本農(nóng)田圖斑 in 基本農(nóng)田數(shù)據(jù)庫(kù))
{
for each(用地界多邊形 in 用地界)
{
//判斷圖形包圍盒是否相交可加速程序運(yùn)行
if (基本農(nóng)田圖斑包圍盒與用地界多邊形包圍盒有交集)
{
基本農(nóng)田圖斑與用地界多邊形相交分析
返回 geo;
if (geo 非空) {
geo 添加至結(jié)果集；
}//end if
}//end if
}//end for
}//end for
返回結(jié)果集;
}//end function
2.2.3 空間擦除分析
空間擦除分析判斷2個(gè)幾何多邊形空間關(guān)系上是否相交；若相交，空間擦除結(jié)果為被擦除圖形與擦除圖形不重疊的部分，如圖5所示。
圖5 空間擦除分析原理示意
基本農(nóng)田數(shù)據(jù)庫(kù)是土地利用數(shù)據(jù)庫(kù)的子集，對(duì)鐵路工程用地界與土地利用數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行相交分析，得到用地界范圍內(nèi)的土地集包含基本農(nóng)田。為避免重復(fù)統(tǒng)計(jì)基本農(nóng)田數(shù)量，通過(guò)空間擦除分析，從土地利用數(shù)據(jù)庫(kù)中剔除基本農(nóng)田數(shù)據(jù)，得到非基本農(nóng)田數(shù)據(jù)庫(kù)。
空間擦除分析算法描述如下：
EraseAnalysis()
{
for each(土地利用圖斑 in 土地利用數(shù)據(jù)庫(kù))
{
for each(基本農(nóng)田圖斑 in 基本農(nóng)田數(shù)據(jù)庫(kù))
{
//判斷圖形包圍盒是否相交可加速程序運(yùn)行
if (土地利用圖斑包圍盒與基本農(nóng)田圖斑包
圍盒有交集)
{ 土地利用圖斑與基本農(nóng)田圖斑擦
除分析返回 geo;
if (geo 非空) {
geo 添加至結(jié)果集；
}//end if
}//end if
}//end for
}//end for
返回結(jié)果集;
}//end function
對(duì)土地利用數(shù)據(jù)庫(kù)與基本農(nóng)田數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行空間擦除分析，得到的非基本農(nóng)田數(shù)據(jù)庫(kù)不再含有基本農(nóng)田數(shù)據(jù)；再將非基本農(nóng)田數(shù)據(jù)庫(kù)與用地界進(jìn)行相交分析，得到用地界內(nèi)非基本農(nóng)田征地?cái)?shù)據(jù)。
03
征地?cái)?shù)量統(tǒng)計(jì)方法
通過(guò)空間擦除分析和空間相交分析，得到用地界內(nèi)基本農(nóng)田數(shù)據(jù)庫(kù)和用地界內(nèi)非基本農(nóng)田數(shù)據(jù)庫(kù)。按權(quán)屬單位代碼 (QSDWDM)、權(quán)屬性質(zhì) (QSXZ) 和地類名稱（DLMC），對(duì)這2個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行分類統(tǒng)計(jì)，得到基本農(nóng)田數(shù)量表和非基本農(nóng)田數(shù)量表。非基本農(nóng)田征地?cái)?shù)量統(tǒng)計(jì)與基本農(nóng)田征地?cái)?shù)量統(tǒng)計(jì)算法一致，以基本農(nóng)田征地?cái)?shù)量統(tǒng)計(jì)為例，闡述詳細(xì)的計(jì)算過(guò)程。
3.1 爬取權(quán)屬單位名稱
將基本農(nóng)田數(shù)據(jù)庫(kù)記為NT，數(shù)據(jù)庫(kù)中每塊土地的 QSDWDM 屬性為完整的土地所屬行政區(qū)劃代碼，利用爬蟲(chóng)技術(shù)解析行政區(qū)劃的中文名稱。
（1）讀取 NT 數(shù)據(jù)庫(kù)中1條土地記錄，記為L(zhǎng)and；提取 Land 的QSDWDM屬性值，記為DM，屬性值前6位數(shù)字是?。ㄖ陛犑校?、市、縣（縣級(jí)市）代碼，7~12 位是鄉(xiāng)（鎮(zhèn)）、村代碼。國(guó)家統(tǒng)計(jì)局每年公布全國(guó)行政區(qū)劃代碼與行政區(qū)劃名稱對(duì)照表，該對(duì)照表的訪問(wèn)地址為：http://www.stats.gov.cn/tjsj/tjbz/tjyqhdmhcxhfdm/Year/index.html，記為 Url；其中，屬性Year為國(guó)家統(tǒng)計(jì)局網(wǎng)站上公布的統(tǒng)計(jì)用區(qū)劃和城鄉(xiāng)劃分代碼的最新年份。
（2）將DM分解為5個(gè)部分，每1個(gè)部分不足12位時(shí)，在其末尾補(bǔ)足數(shù)字“0”；行政區(qū)劃按從大到小，依次記為 DM1，DM2，DM3，DM4，DM5。采用網(wǎng)絡(luò)爬蟲(chóng)技術(shù)，爬取對(duì)照表訪問(wèn)地址Url，將DM解析為行政區(qū)劃名稱，如圖6所示。
圖6 征地所屬行政區(qū)劃名稱的爬取過(guò)程示意
（3）?。ㄗ灾螀^(qū)、直轄市）的數(shù)量少，且代碼固定，直接在程序中設(shè)置?。ㄗ灾螀^(qū)、直轄市）代碼與名稱的映射關(guān)系，根據(jù)DM1代碼可獲取省（自治區(qū)、直轄市）名稱，記為PName；
（4）利用HtmlAgilityPack 程序集解析對(duì)照表訪問(wèn)地址Url所對(duì)應(yīng)的 HTML 代碼；設(shè)置搜索條件 XPath=“.//tr[@class=’ provincetr’]”，可獲取所有省份名稱與跳轉(zhuǎn)鏈接地址集，記為{P}；在集合{P}中查找 PName，對(duì)應(yīng)的跳轉(zhuǎn)鏈地址接記為U1；爬取跳轉(zhuǎn)鏈地址 U1,使用 XPath=“ .//tr[@class=’citytr’]”作為搜索條件，獲取當(dāng)前省份 (直轄市) 下屬所有地區(qū) (市、州、盟) 的代碼、名稱和跳轉(zhuǎn)鏈接地址集，記為集合{City}。在集合{City}中查找代碼 DM2 對(duì)應(yīng)的地區(qū)名稱和跳轉(zhuǎn)鏈接地址，記為U2。
（5）爬取網(wǎng)址U2,設(shè)置搜索條件XPath=“.//tr[@class=’countytr’]”，獲取當(dāng)前地區(qū)下屬所有縣 (區(qū)、市 、旗 ) 代碼 、名稱和跳轉(zhuǎn)鏈接地址集 ， 記為{County}；在集合{County}中查找代碼DM3對(duì)應(yīng)的縣名稱和跳轉(zhuǎn)鏈接地址，記為U3。
（6）爬取跳轉(zhuǎn)鏈接地址U3,設(shè)置搜索條件為XPath=“.//tr[@class=’towntr’]”，獲取當(dāng)前縣下屬所有鄉(xiāng)、鎮(zhèn)（街道辦事處）代碼、名稱和跳轉(zhuǎn)鏈接地址集，記為{Town}；在集合{Town}中查找代碼DM4對(duì)應(yīng)的鄉(xiāng)鎮(zhèn)名稱和跳轉(zhuǎn)鏈接地址，記為U4。
（7）爬取網(wǎng)址U4, 設(shè)置搜索條件XPath=“.//tr[@class=’villagetr’]”，獲取當(dāng)前鄉(xiāng)鎮(zhèn)下屬所有村（組、社區(qū)）代碼、名稱集，記為{Village}；在集合{Town}中查找代碼DM5對(duì)應(yīng)的村（組、社區(qū)）名稱。
按以上步驟，通過(guò)解析QSDWDM屬性值，可得到完整的行政區(qū)劃名稱。
3.2 土地分組統(tǒng)計(jì)
讀取土地Land的DLMC屬性值進(jìn)行分組，取值“10”或“20”歸為國(guó)有土地分組，其它歸為集體土地分組。
遍歷數(shù)據(jù)庫(kù)中所有土地，爬取對(duì)應(yīng)的土地行政區(qū)劃中文名稱，按照行政區(qū)劃名稱、權(quán)屬性質(zhì)、土地類型進(jìn)行分組，統(tǒng)計(jì)各分組的地塊面積，得到用地界內(nèi)基本農(nóng)田數(shù)量表。
04
應(yīng)用實(shí)踐
DotSpatial 是一套開(kāi)源地理信息系統(tǒng)類庫(kù)，支持C#編程語(yǔ)言，可用于實(shí)現(xiàn)土地利用數(shù)據(jù)庫(kù)的可視化；采用C#語(yǔ)言，基于Dotspatial開(kāi)發(fā)征地?cái)?shù)量計(jì)算統(tǒng)計(jì)軟件。以安徽省某鐵路工程為例，計(jì)算基本農(nóng)田征地?cái)?shù)量和非基本農(nóng)田征地?cái)?shù)量。
4.1 基本農(nóng)田數(shù)量計(jì)算
提取鐵路用地界坐標(biāo)進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，使其坐標(biāo)參考與基本農(nóng)田數(shù)據(jù)庫(kù)的坐標(biāo)參考一致，用地界與基本農(nóng)田數(shù)據(jù)庫(kù)的疊加顯示見(jiàn)圖7。
圖7 基本農(nóng)田與用地界的疊加顯示
圖7中，紅色帶狀區(qū)域是經(jīng)過(guò)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換的鐵路用地界，基本農(nóng)田作為被相交圖形，用地界作為相交圖形進(jìn)行空間相交分析，得到用地界內(nèi)基本農(nóng)田數(shù)據(jù)庫(kù)，最后根據(jù)數(shù)據(jù)庫(kù)的 QSXZ、DLMC、QSDWDM 屬性進(jìn)行分類統(tǒng)計(jì)輸出基本農(nóng)田數(shù)量表，如圖8所示。
圖8 相交分析統(tǒng)計(jì)結(jié)果
在圖8中，顯示區(qū)域（a）為鐵路用地界與基本農(nóng)田數(shù)據(jù)庫(kù)相交分析結(jié)果，顯示區(qū)域（b）為分類統(tǒng)計(jì)屬性字段設(shè)置以及行政區(qū)劃統(tǒng)計(jì)級(jí)別設(shè)置，顯示區(qū)域（c）為征用基本農(nóng)田數(shù)量統(tǒng)計(jì)結(jié)果。
4.2 非基本農(nóng)田數(shù)量計(jì)算
使用擦除分析方法將從土地利用數(shù)據(jù)庫(kù)中擦除與基本農(nóng)田數(shù)據(jù)庫(kù)相交的部分，得到非基本農(nóng)田數(shù)據(jù)庫(kù)，如圖9所示。
圖9 擦除分析實(shí)例
在圖9中，（a）為土地利用數(shù)據(jù)庫(kù)，（b）為基本農(nóng)田數(shù)據(jù)庫(kù)，（c）為非基本農(nóng)田數(shù)據(jù)庫(kù)。非基本農(nóng)田數(shù)據(jù)庫(kù)與用地界進(jìn)行空間相交分析，得到用地界內(nèi)非基本農(nóng)田數(shù)據(jù)庫(kù)，經(jīng)分類統(tǒng)計(jì)，得到非基本農(nóng)田征地?cái)?shù)量表。非基本農(nóng)田征地?cái)?shù)量分類統(tǒng)計(jì)與基本農(nóng)田征地?cái)?shù)量分類統(tǒng)計(jì)步驟一致，不再贅述。
05
結(jié)束語(yǔ)
本文提出鐵路征地?cái)?shù)量計(jì)算方法，利用既有土地利用數(shù)據(jù)庫(kù)和基本農(nóng)田數(shù)據(jù)庫(kù)，通過(guò)空間相交分析和空間擦除分析，計(jì)算出征地面積；利用網(wǎng)絡(luò)爬蟲(chóng)技術(shù)，獲取土地所屬的行政區(qū)劃名稱，按照行政區(qū)劃、權(quán)屬性質(zhì)、土地名稱進(jìn)行分類統(tǒng)計(jì)，得到征地?cái)?shù)量統(tǒng)計(jì)表。
該方法無(wú)需進(jìn)行土地外業(yè)調(diào)查作業(yè)，可減少外業(yè)勘測(cè)工作量；此外，當(dāng)線路平面發(fā)生變更時(shí)，也無(wú)需返工重新進(jìn)行外業(yè)土地調(diào)查。與傳統(tǒng)土地調(diào)查方法相比，土地利用數(shù)據(jù)庫(kù)和基本農(nóng)田數(shù)據(jù)庫(kù)提供了更為準(zhǔn)確的土地邊界和土地權(quán)屬等信息，征地?cái)?shù)量統(tǒng)計(jì)也更為精確?；诳臻g分析的鐵路征地?cái)?shù)量計(jì)算方法不僅適用于鐵路永久征地和大臨工程等臨時(shí)征地?cái)?shù)量計(jì)算，也適用于公路工程。
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