土壤制图全国土壤质量标准化技术委员会

国家《土壤制图1：50000、1：100000土壤图数字化》编制说明（征求意见稿）《土壤制图1:50000、1:100000土壤图数字化规范》国家标准编写组2013年3月国家标准《土壤制图1：50000、1：100000土壤图数字化规范》（征求意见稿）编制说明1、工作概况1.1任务来源和工作简况：国家标准《土壤制图1：50000、1：100000土壤图数字化规范》制定项目，列入全国土壤质量标准化技术委员会2011年度国家标准制定计划，项目编号为20111821-T-326。2012年5月，在全国土壤质量标准化技术委员会组织下，成立了编写工作组，编写组成员为土壤科学、信息科学方面的专家，具有土壤空间数据库和土壤科学数据库建设、数字土壤制图、土壤分类等方面的研究背景。标准编制单位为：中国农业科学院农业资源与农业区划研究所、中国科学院南京土壤研究所和江苏省标准化研究院。编写组采用编制单位循环工作的方式，根据工作进展情况召开编写组会议，对工作进展和遇到的问题进行讨论，最终形成本征求意见稿。1.2起草阶段主要工作内容编写组成立后，经过讨论，确定了项目具体工作内容、研究范围、、时间安排和任务分工。编写组首先对国内外基础地理信息、土地、林业、地质等领域有关数字化和数字产品的标准进行了收集和文献研究，重点研究了基础地理信息的数字化和数字产品标准，以及土地、林业的行业专题地图数字化标准规范，调研了我国土壤调查成果图件实际状况和数字化技术应用现状，并结合编写组主要成员在1000余个县的大比例尺土壤图数字化基础上形成的规范，了这些标准技术要求的特点和区别，明确了本标准的技术要求。在前期调研工作的基础上，2012年8月，通过编写组讨论，确定了扫描矢量化法是目前专题地图主要的数字化生产技术方法，而标准范围应涵盖这一方法的整个生产流程及其技术要求，包括扫描、几何纠正、数据分层、要素采集数字化环节。明确了标准定位和范围后，重点界定了标准中的专业术语、技术指标、生产流程、要素采集等内容，并于2012年11月形成初稿。2012年12月，编写组对生产流程、要素采集等具体内容进一步讨论，增加资料性附录A（非土壤地物代码表），形成修改稿。2013年1月，经编写组讨论，参考《1：500、1：1000、1：2000地形图数字化规范（GB/T17160）》与其他有关地图数字产品的标准，认为“数字化规范”比“数字化基本要求”更能准确反映标准的内容，明确比例尺更能准确地反映标准中的指标参数，因此，将标准名称改为《土壤制图1：50000、1：100000土壤图数字化规范》（原为《土壤制图1：50000—1：100000土壤图数字化基本要求》），并对标准范围和“矢量土壤图”等有关术语进行了重新界定，对数字化作业流程中有关图幅拼接内容进行了补充，于2013年3月形成本征求意见稿。2、标准制定目的和意义土壤图件是国家的基础土壤资料，土壤图数据是国家土壤资源的基础信息数据，也是土壤科学数据的重要组成部分，广泛应用于农业、林业、生态、环保、国土等研究领域和部门。由于缺乏土壤图数字化生产作业流程、数据采集技术、作业方法及质量控制的统一规范，数字土壤图的数据质量参差不齐，直接影响土壤空间数据库建设质量及其在相关领域的应用效果。《土壤制图1：50000、1：100000土壤图数字化规范》了大比例尺数字土壤图的数据采集技术、生产作业流程、作业方法及其质量控制要求，是建立相应大比例尺数字土壤图数据库的基础标准，依据本标准获取的数字土壤图数据可用于建立相应大比例尺数字土壤图数据库，或为其他专题信息系统提供土壤基础信息。3、国家标准编制原则和确定国家标准主要内容3.1标准的制定原则本标准是在我国土壤调查现有成果和数字化技术水平的基础上，对数据生产技术方法、工作底图的分辨率、定位坐标系和平面位置精度，以及专题要素提取、非土壤地物及代码、质量控制等方面做了较详细的规定，以确保按标准获取的数字土壤图数据质量的一致性。遵循面向应用需求，反映科学技术的发展水平的原则；遵循采用成熟的数字化技术，便于使用和推广的原则。编写中参考了《GBT17278-2009数字地形图产品基本要求》标准中的有关内容，力求与国家基础地理信息数据产品标准相一致。3.2国内外相关数字化建库标准研究进展随着地理信息技术的快速发展，基础资源数据库需求不断加大，各国相关部门和标准化机构较早开始了地理数据生产过程与产品标准的研究与制定工作，以规范数据库建设，其中以美国起步最早。1979年，美国地质调查局（USGS）在国家制图计划中提出数字矢量地形图产品—数字线划图（DLG）。到2001年，USGS陆续发布和修订了不同地形图数据产品的系列标准。其中1988年发布的DLG-3《数字线划图标准》，针对纸质地形图的全要素数字化生产，在《第二部分规范》中详细规定了DLG-3数据的内容、坐标系统、分幅、误差、数据质量（数据来源、位置精度、属性精度、接边、逻辑一致性等）、分发格式以及属性编码。该数据是目前唯一进入美国国家数字制图数据库（NDCDB）的数据。在土壤信息方面，美国农业部发布的国家土壤调查手册（TheNationalSoilSurveyHandbook）中规定了县级土壤调查地理数据库SSURGO的数字化标准和建库标准，针对现有1:12,000或1:24,000比例尺土壤图状况，规定了坐标系、图层要素提取、属性编码、定位精度、采点密度等内容。目前SSURGO数据库是全美土壤土地评价、水土流失及面源污染预测、环境监测等许诸多研究领域和部门决策的重要数据支撑。国际标准化组织地理信息委员会(ISOTC211）主要制定关于地理数据集和地理信息服务的理论上的基础标准，一般不涉及生产性标准。如2007年颁布的《地理信息数据产品规范》（ISO19131）中，只对地理信息产品的数据内容和结构、参照系、数据质量、数据获取等做了原则性规定。因此，特定应用需要实现标准化时，需运用专用标准来达到。我国数字信息标准的研究和制定始于上世纪90年代开始的国家基础地理信息数据库建设。1997年，国家测绘局提出《1:5001:10001:2000地形图数字化规范》（GBT17160-1997）；2007年国家测绘局发布了《基础地理信息数字产品1:100001:50000生产技术规程第1部分：数字线划图（DLG）》（CHT1015.1-2007），规定了大比例尺地形图数据的数字化作业流程和技术要求。在地形图数字产品方面，国家测绘局于2001年、2009年分别提出和修订了《数字地形图系列和基本要求》（GBT18315-2001）。与此同时，各行业也加快了数字信息建设和相关标准的研究制定工作。2007年，国土资源部发布《第二次全国土地调查技术规程》（TDT1014-2007），在相关章节规定了土地详查的影像精度、地类要素采集、土地分类属性等数字化和数据建库的要求。2008年，国家林业局发布了《数字林业标准与规范》的11项相关标准（LY/T1662.1—LY/T1662.11），内容包括数据库建库、数据库管理、元数据、森林资源非空间数据等。1998年，中国地质调查局发布了《数字化地质图图层及属性文件格式》（DZ/T0197-1997），2006年发布《数字地质图空间数据库》（DD2006-06）。这些标准的研究制定保证了行业数字信息采集、建库的规范和统一，促进了社会共享和公众服务。土壤图件是国家土壤资源状况的基础资料，我国于上世纪50年代末进行的第一次土壤普查和70年代末进行的第二次土壤普查，积累了大量大比例尺土壤调查图件和数据资料，这是我国建立高精度数字土壤的基础。由于缺乏统一的土壤图数字化及建库标准，各科研机构或部门分别参照项目制定的规范执行，数据标准不一，影响了国家土壤资源基础数据库的建设和信息共享。因此，参考现有的基础地理信息和其他行业数字化及空间建库标准，结合土壤图数据信息的特点，尽快制定土壤图数字化标准，是加快完成国家土壤资源基础数据库的必要保证。3.3标准的主要内容及论据3.3.1生产技术方法本标准规定土壤图数字化采用扫描矢量化法。本标准不包括基于遥感影像勾绘土壤界线划的数字化方法。这是基于我国土壤调查成果图件状况而确定的。土壤图是土壤调查成果的基础图件，与多数专题地图一样，大比例尺土壤图主要是通过对土壤剖面形态及其周围环境的观察、描述记载和综合分析比较，判断土壤类型，在地形图或航片、卫片上勾绘，经清绘、转绘形成大比例尺的纸质土壤图。我国于上世纪50年代末至六十年代初的第一次土壤普查、70年代末至80年代中期的第二次土壤普查，均以这种方式完成了大比例尺的土壤制图。这些土壤调查成果图是我国数字土壤图的基础。由于目前我国尚未形成应用大比例尺航测或卫星遥感影像进行土壤遥感制图的专业技术规范，因此本标准不包括这一生产技术方法。3.3.2工作底图分辨率参照《CHT1010-2001基础地理信息数字产品数字栅格地图》和《CHT1015.1-2007基础地理信息数字产品1：100001：50000生产技术规程第1部分：数字线划图（DLG）》中对基础地理信息数字产品之数字栅格地图分辨率的规定，分辨率参数为300dpi。3.3.3工作底图的定位坐标系工作底图所采用的平面坐标系应符合原始扫描土壤图的坐标系。我国目前大比例尺土壤调查成果图件主要是在大比例尺地形图基础上勾绘、转绘形成的，采用的坐标系与当时国家基础地形图一致，如第一、二次全国土壤普查时基础地形图均为北京54坐标系。与地形图不同的是，我国土壤普查以县为调查单位，形成的土壤成果图件也基本以县为图幅单元，而不是国家基本比例尺地形图分幅，且图上缺乏公里格网等坐标信息。因此本标准规定扫描土壤图采用原有坐标系进行定位纠正，可以一定程度保证定位精度。3.3.4工作底图的平面位置精度中误差是带权残差平方和的平均数的平方根，作为在一定条件下衡量测量精度的一种数值指标。在工程测量中，地形图的平面位置精度，是由主要地物点相对于邻近图根控制点的点位中误差来衡量的。本标准采用点位中误差规定栅格土壤图数据产品的平面位置精度，本标准参考了《GBT17278-2009数字地形图产品基本要求》中两种地形类型的数字地形图对平面位置精度的规定，但放宽了0.5倍，即：平原、丘陵类型栅格土壤图的点位中误差分别为0.75mm，山地、高山地类型的点位中误差1mm。对于1:50000，分别相当于实地37.5m和50m，而GBT17278-2009中，同比例尺两种类别实地点位中误差分别为25m和37.5m。规定放宽主要出于专业和技术两方面的原因：第一，在专业上，土壤类型主要是通过野外土壤调查或航卫片解译，判断土壤类型界线后勾绘在地图上。一方面，受调查者专业水平、认识角度的不同，土壤界线的确定有一定主观性，不同土壤专家判定的界线可能有一定差别；另一方面，受土壤剖面的密度、数量限制和遥感解译效果的影响，土壤界线本身有一定的不确定性。因此，在多数地区，土壤类型界线的精准性对土壤资源分布的影响较小。此外，数字化采集的矢量土壤图仅包含土壤要素，不包括河流等基础地理信息地物要素，因此，本标准在对栅格土壤图的定位精度上，对平面位置精度的指标较数字地形图（GBT17278-2009）略有放宽。第二，技术方面，原始纸质土壤图上缺少公里格网等坐标信息增加了定位纠正的难度。由于历史原因，现有的大比例尺（1：5万~1:10万）土壤调查成果图上均无公里格网和坐标，只能选取一个县级行政区划范围内地形图上的同名地物点进行几何纠正，这种方法较标准图幅用图廓点和公里格网点进行几何纠正的偏差要大；土壤图上较小的河流、湖泊、道路等地物比同比例尺地形图有较多缩减，增加了纠正难度和误差。同时，土壤调查成图的图纸保存不规范，经过多年的折叠、受潮、搬运，部分图纸变形较大，也影响定位纠正质量。本标准考虑到我国土壤调查成果图件的现实状况，精度的规定具有适用性和可操作性。3.3.5专题要素提取土壤图中土壤专题要素有两类：土壤类型要素和土壤剖面点要素，前者为面状要素，为土壤类型信息；后者为点状要素，为野外挖取的土壤剖面点位。因此采集的要素层为两层：土壤层和土壤剖面点层。土壤层为面状要素，除土壤类型外，还有河湖库水面、居民地等，本标准规定对面状要素不分层，均在土壤层进行要素采集，这与基础地理信息数字产品国家标准中水面/线、居民地/点、公路、铁路等要素分层不同。一方面，作为专题地图，图上的基础地理信息用于指示了专题要素空间位置与地理背景，对于土壤图，水系等地理要素可从环境角度显示土壤类型的形成条件，若土壤层仅含有土壤类型要素，则降低了使用者对其分布的规律性和科学性的判读。另一方面，一些土壤图中个别区域没有进行土壤调查，面状要素为林草地、工矿地等土地利用信息，或者为行政单位信息，如农场等，保持这些面状要素及其土地利用类型属性，可为数字土壤图数据的使用者提供可能的土壤类型信息，也为今后土壤补充调查提供历史利用状况等基本数据。3.3.6非土壤地物及代码本着突出土壤专题内容的原则，对土壤层面状要素中的非土壤地物，采用适当的归类，并进行名称和代码的统一，以保证数据结构的一致性。本标准编写中对非土壤地物采用了国家标准《GB-T13923-2006HYPERLINK"http://www.spsp.gov.cn/DataCenter/Standard/PDFView.aspx?ca=z0/WFU//3iM="\t"_blank"\o"点击可在线浏览电子文本"基础地理信息要素分类与代码》标准中关于水系、居民地、地貌、植被与土质（用地类型）四个要素大类的部分要素分类和代码，主要采用该标准中中级类要素，如要素大类“水系”中，仅取到“常年河、时令河、干河床”一级，要素大类“植被与土质”中仅取到“林地”、“草地”一级。对周边土壤类型的形成有说明作用的部分要素，采用了基层分类，如海洋要素大类中的滩涂，采用了基层分类“沙滩”、“红树林滩”等。对于无类型标识的要素，因《GB-T13923-2006HYPERLINK"http://www.spsp.gov.cn/DataCenter/Standard/PDFView.aspx?ca=z0/WFU//3iM="\t"_blank"\o"点击可在线浏览电子文本"基础地理信息要素分类与代码》中无规定，本标准做了适当扩展，规定要素名称为“无资料地区”，代码9900000。参考标准与文献[1]GB/T17160-19971：500、1：1000、1：2000地形图数字化规范.[2]GB/T17278-2009数字地形图产品基本要求[3]GB/T18316数字测绘产品检查验收规定和质量评定.[4]CH/T1015.1-2007《基础地理信息数字产品1：100001：50000生产技术规程第1部分：数字线划图（DLG）》.[5]CH/T1015.4-2007《基础地理信息数字产品1：100001：50000生产技术规程第4部分：数字栅格地图（DRG）》.[6]ISO19131:2007Geographicinformation–Dataproductspecifications[7]ISO19113:2002Geographicinformation–Qualityprinciples.[8]ISO19115:2003Geographicinformation–Metadata.[9]ISO19138:2006Geographicinformation–Dataqualitymeasures.[10]GB/T25528―2010/ISO19131:2007《地理信息数据产品规范》[11]CH/T1010-2001基础地理信息数字产品1:100001:50000数字栅格地图.[12]GB/T18317专题地图信息分类与代码.[13]GB/T17296中国土壤分类与代码.[14]GB/T13923-2006HYPERLINK"http://www.spsp.gov.cn/DataCenter/Standard/PDFView.aspx?ca=z0/WFU//3iM="\t"_blank"\o"点击可在线浏览电子文本"基础地理信息要素分类与代码.[15]CH/T1004-2005测绘技术设计规定.[16]CH/T1001测绘技术总结编写规定.[17]全国土壤普查办公室，中国土壤普查技术，农业出版社,1992.[18]GB/T21010-2007土地利用现状分类.[19]GB/T17941-2008数字测绘成果质量要求.[20]李一兵.主要地物点图上平面位置误差的探讨，1999，测绘通报，3:29-30.[21]TDT1014-2007第二次全国土地调查技术规程[22]GB/T1.1-2009标准化工作导则_第1部分：标准的结构和编写.[23]USDA,NRCS,theNationalSoilSurveyHandbook,2001