楊寶堯，杜震洪，，劉仁義，張 豐，

(1.浙江大學(xué)浙江省資源與環(huán)境信息系統(tǒng)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，杭州 310028;2.浙江大學(xué)地理信息科學(xué)研究所，杭州 310027)

基于第二次全國(guó)土地調(diào)查數(shù)據(jù)的土地利用現(xiàn)狀圖制圖綜合技術(shù)研究

楊寶堯1，杜震洪1，2，劉仁義2，張 豐1，2

(1.浙江大學(xué)浙江省資源與環(huán)境信息系統(tǒng)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，杭州 310028;2.浙江大學(xué)地理信息科學(xué)研究所，杭州 310027)

利用浙江省第二次全國(guó)土地調(diào)查數(shù)據(jù)，著重在語義綜合和圖形綜合兩個(gè)方面對(duì)土地利用現(xiàn)狀圖的制圖方法進(jìn)行了相關(guān)研究，通過將小面積圖斑降維處理等方法實(shí)現(xiàn)了綜合前后土地面積的基本平衡，同時(shí)又提出了圖斑合并的最小面積原則。實(shí)驗(yàn)證明，該原則下的制圖綜合可以更真實(shí)地反映原始圖斑的地理屬性。

土地利用;制圖綜合;相對(duì)平衡;小面積圖斑;圖斑合并

0 引言

土地利用現(xiàn)狀圖是以地圖形式全面系統(tǒng)地反映不同行政區(qū)內(nèi)的土地資源類型、分布、利用現(xiàn)狀以及與自然、社會(huì)經(jīng)濟(jì)等要素相互關(guān)系的專題地圖［1－3］。第二次全國(guó)土地調(diào)查開展了農(nóng)村土地調(diào)查，查清了全國(guó)農(nóng)村各類土地的利用狀況，建立了比例尺為1∶1萬的土地利用數(shù)據(jù)庫(kù)。利用該數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行制圖綜合，生成小比例尺土地利用現(xiàn)狀圖，可以更直觀地反映較高行政區(qū)范圍內(nèi)的土地利用現(xiàn)狀。

土地利用現(xiàn)狀圖用不同的圖斑來表達(dá)不同土地利用類型，具有幾何目標(biāo)類型單一和多邊形地塊在空間分布上全覆蓋、無縫隙、無重疊的特點(diǎn)，在語義上具有類型的層次化劃分的特點(diǎn)［4］。這樣就使得數(shù)字環(huán)境下或GIS環(huán)境下的土地利用現(xiàn)狀圖綜合與傳統(tǒng)地圖綜合相比具有了明顯的階段性，即數(shù)據(jù)的語義概括過程和數(shù)據(jù)的圖形概括過程，或者說是語義綜合和圖形綜合兩個(gè)階段。

本文針對(duì)語義綜合中的保持圖斑綜合前后面積比率的相對(duì)平衡和圖形綜合中的小面積圖斑合并原則這兩個(gè)方面進(jìn)行了探討研究。

1 綜合類型

1.1 語義綜合

語義綜合方法是以GIS數(shù)據(jù)庫(kù)作為輸入源，對(duì)其進(jìn)行地物選取或刪除、類型轉(zhuǎn)換或重新分類、減少分級(jí)、指標(biāo)轉(zhuǎn)換等處理，目的是確定目標(biāo)數(shù)據(jù)庫(kù)中表現(xiàn)的地理對(duì)象類型、地理對(duì)象屬性及其值域范圍、屬性項(xiàng)取值級(jí)別、地理對(duì)象間邏輯關(guān)系等信息［5］。

對(duì)于土地利用現(xiàn)狀圖綜合來說，既要保證地類圖斑位置的正確性［6］，還要保持圖斑綜合前后面積比率的相對(duì)平衡，這樣才能真實(shí)地反映該地理區(qū)域內(nèi)各地類的質(zhì)量和數(shù)量分布特征，這也是衡量綜合結(jié)果是否合理的標(biāo)準(zhǔn)之一［7］。

第二次全國(guó)土地調(diào)查數(shù)據(jù)土地利用各地類面積之間的關(guān)系為

式中:A為地類圖斑面積;T為圖斑面積;S為零星地物面積;L為線狀地物面積;K為扣除地類面積。

由式(1)可以看出，要想保持圖斑綜合前后面積比率的相對(duì)平衡，就必須對(duì)制圖綜合過程中勢(shì)必會(huì)發(fā)生變化的地類圖斑面積、零星地物面積、線狀地物面積等予以充分考慮。

1.2 圖形綜合

土地利用現(xiàn)狀圖中不同的圖斑表達(dá)不同土地利用類型。當(dāng)土地利用圖由大比例尺縮編為小比例尺時(shí)，必然導(dǎo)致綜合前清晰可辨的小圖斑和狹長(zhǎng)形圖斑不再清晰。這也就導(dǎo)致了土地利用的復(fù)雜多樣性同有限的地圖幅面之間的矛盾。解決這一矛盾的關(guān)鍵就是要通過實(shí)施選取、化簡(jiǎn)和概括等綜合手段，對(duì)一定閾值范圍內(nèi)的小圖斑和狹長(zhǎng)形圖斑進(jìn)行綜合。

《第二次全國(guó)土地調(diào)查培訓(xùn)教材》［7］中指出，地類圖斑綜合取舍的原則是，上圖圖斑與調(diào)查圖斑的地類面積比例保持一致，形狀相似;道路、河流等應(yīng)成網(wǎng)狀，充分反映不同地區(qū)分布密度的對(duì)比關(guān)系及通行狀況。

1∶1萬比例尺圖斑最小上圖指標(biāo)規(guī)定城鎮(zhèn)村及工礦用地為2～4 mm2;耕地、園地及其他農(nóng)用地為4～6 mm2;林地、草地等為10～15 mm2;水庫(kù)、湖泊應(yīng)全部選取;圖上坑塘面積大于1 mm2的一般應(yīng)選取，對(duì)于坑塘密集區(qū)可適當(dāng)取舍，但只能取或舍，不能合并。最小寬度閾值規(guī)定圖上寬度小于1 mm的狹長(zhǎng)圖斑可歸并;非重要地類(如林地、草地)寬度小于2 mm可歸并。最小長(zhǎng)度閾值規(guī)定為主要公路圖上長(zhǎng)度10 mm以上、一般公路15 mm以上、溝渠15 mm以上予以保留。

2 綜合技術(shù)方法

2.1 地類圖斑綜合

2.1.1 小面積圖斑綜合

各類用地呈面狀分布是土地利用現(xiàn)狀圖的基本特點(diǎn)，也是制圖綜合的主要依據(jù)。小圖斑綜合時(shí)不能進(jìn)行刪除操作，而是需要將面積小于給定閾值的小圖斑與周圍相鄰圖斑進(jìn)行合并［8］。具體規(guī)則是首先確定圖斑合并原則，在同一行政區(qū)域內(nèi)尋找與小圖斑同地類的相鄰圖斑;如果沒有同地類相鄰圖斑，就尋找與小圖斑地類相似的相鄰圖斑;如果上述2種圖斑都沒有，則按預(yù)定合并規(guī)則尋找相應(yīng)的相鄰圖斑;最后將尋找到的圖斑與小圖斑合并。

在進(jìn)行合并的過程中，要充分考慮保持綜合前后各地類圖斑面積的相對(duì)平衡這一原則。小圖斑與同一地類或相似地類圖斑合并時(shí)并不產(chǎn)生大地類總面積的變化，但在與其他地類圖斑合并時(shí)會(huì)產(chǎn)生圖斑地類面積的變化。為此考慮將該小圖斑進(jìn)行降維處理，即將該圖斑轉(zhuǎn)換為零星地物，并將該小圖斑的面積等屬性信息賦給此零星地物。根據(jù)各地類土地面積計(jì)算公式可知，這樣就可以保證綜合前后各地類圖斑面積的相對(duì)平衡。其效果如圖1所示。

圖1 小面積圖斑降維處理Fig.1 An example of area －patches dimensionality reduction

小面積圖斑綜合的流程如圖2所示。

圖2 小圖斑綜合流程圖Fig.2 Flow chart of area － patches generalization

2.1.2 狹長(zhǎng)圖斑綜合

土地利用現(xiàn)狀圖中存在一部分狹長(zhǎng)圖斑，它們一般由河流、溝渠、公路及農(nóng)村道路等構(gòu)成。當(dāng)比例尺小到一定程度時(shí)，狹長(zhǎng)圖斑兩側(cè)之間的距離已經(jīng)到了人眼不能識(shí)別的程度，就需要用線段來表達(dá)。

具體來說，狹長(zhǎng)圖斑的綜合規(guī)則是，對(duì)于圖上寬度大于給定閾值的予以保留;對(duì)于寬度小于給定閾值的，提取其中軸線表示該狹長(zhǎng)圖斑，然后用與其相鄰的圖斑合并;對(duì)于那些既有寬度大于閾值又有小于閾值的狹長(zhǎng)圖斑，需要先對(duì)其按閾值進(jìn)行分解，使其寬度基本均一，這樣就可以按單一寬度的綜合規(guī)則進(jìn)行綜合。

2.2 零星地物綜合

大比例尺下的零星地物一般都是面積較小但具有一定代表性的保留地物，在1∶1萬比例尺土地調(diào)查中規(guī)定零星地物實(shí)地面積不小于100 mm2且小于最小上圖面積。

在由大比例尺土地利用圖縮編為小比例尺土地利用圖時(shí)，零星地物由原有零星地物和由圖斑轉(zhuǎn)化而來的零星地物組成。對(duì)于零星地物，按照預(yù)定的閾值進(jìn)行取舍。

2.3 線狀地物綜合

土地利用現(xiàn)狀圖中線狀地物基本可以分為鐵路、公路、農(nóng)村道路、河流水面、溝渠及水工建筑等。線狀地物的綜合一般根據(jù)其寬度和長(zhǎng)度判斷，對(duì)于不滿足要求且不重要(條件選擇)的線狀地物予以刪除，并修改其相鄰圖斑的屬性數(shù)據(jù)和幾何信息，以保證拓?fù)潢P(guān)系的一致性。一般縣級(jí)以上公路予以保留，并保證公路的完整性、連貫性;農(nóng)村道路選取村以上居民點(diǎn)的道路和丘陵山區(qū)的主要小路，其余全部舍去;水系網(wǎng)要根據(jù)完整性和連貫性，保留的要素與相應(yīng)比例尺的地形圖的水系網(wǎng)基本一致。

進(jìn)行圖斑合并時(shí)，如果涉及到線狀地物，需要根據(jù)實(shí)際情況對(duì)線狀地物進(jìn)行合并或刪除。

2.4 綜合技術(shù)流程

綜上所述，土地利用現(xiàn)狀圖圖斑綜合技術(shù)流程如圖3所示。

圖3 綜合技術(shù)流程Fig.3 Flow chart of generalization

3 小面積圖斑合并原則探討

從某種意義上來說，土地利用現(xiàn)狀圖綜合的主要任務(wù)是小面積圖斑的綜合。因此，研究小面積圖斑綜合方法對(duì)土地利用現(xiàn)狀圖綜合具有重要意義。

現(xiàn)有的有關(guān)圖斑合并原則最常用的是最大面積原則和最長(zhǎng)鄰接邊原則，即尋找預(yù)定圖斑的所有相鄰圖斑中面積最大或鄰接邊最長(zhǎng)的圖斑與之進(jìn)行合并操作。選取相鄰圖斑中面積最大的圖斑合并可以最大程度上減少小面積圖斑，對(duì)于進(jìn)一步的更小比例尺的綜合很有幫助;選取鄰接邊最長(zhǎng)的圖斑合并則可以最大程度上保持合并后圖斑的整體美觀性和完整性，以減少小面積圖斑合并對(duì)圖斑整體輪廓的影響。

但是土地利用現(xiàn)狀圖綜合有其特定專題地圖綜合的特殊性，為能最大程度地保持綜合后圖斑的地理真實(shí)性，本文對(duì)應(yīng)于最大面積原則提出最小面積原則，即小面積圖斑在符合地類相同、相似等條件下與面積最小的相鄰圖斑進(jìn)行合并，以期最大程度上保留原始圖斑的地理屬性，真實(shí)地反映地理實(shí)物。

圖4是原始圖斑、最大面積原則綜合后圖斑和最小面積原則綜合后圖斑示意圖，可以看出，按最小面積原則綜合后的圖斑較好地保留了原始圖斑的地理屬性，體現(xiàn)了其在土地利用現(xiàn)狀圖綜合中的優(yōu)勢(shì)。

圖4 原始圖、最大、最小面積原則綜合結(jié)果Fig.4 Generalization results under different rules

4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

為驗(yàn)證最小面積原則是否適用于土地利用現(xiàn)狀圖綜合，利用浙江省第二次全國(guó)土地調(diào)查成果數(shù)據(jù)，選取黃巖區(qū)部分?jǐn)?shù)據(jù)成果，對(duì)最大面積原則和最小面積原則進(jìn)行對(duì)比分析。

表1—表2是最大面積原則和最小面積原則下不同比例尺綜合下各地類圖斑面積變化情況。

表1 最大面積原則綜合前后地類土地面積對(duì)比Tab.1 Area comparison before and after generalization under the max－area rule

表2 最小面積原則綜合前后地類土地面積對(duì)比Tab.2 Area comparison before and after generalization under the min － area rule

通過對(duì)表1和表2的對(duì)比分析可以發(fā)現(xiàn):在保持綜合前后各地類土地面積相對(duì)平衡方面，最小面積原則和最大面積原則一樣，可以比較有效地控制各個(gè)地類的面積，尤其是在1∶1萬原始數(shù)據(jù)到1∶2.5萬綜合過程中，2種原則下的綜合沒有太大差異，而且各地類圖斑面積在綜合前后的面積比率基本平衡;在1∶2.5萬原始數(shù)據(jù)到1∶5萬綜合過程中出現(xiàn)的差異也不是很大，各個(gè)地類土地面積變化均在可控范圍之內(nèi)。這也就說明了，最小面積原則在保持綜合前后各地類土地面積相對(duì)平衡方面，對(duì)于1∶1萬到1∶2.5萬再到1∶5萬土地利用現(xiàn)狀圖綜合是可行的。

在保持綜合前后各地類土地面積相對(duì)平衡的情況下，分析綜合前后圖斑個(gè)數(shù)的變化情況(表3)。

表3 綜合前后圖斑個(gè)數(shù)變化對(duì)比Tab.3 Comparison of polygon numbers before and after generalization

對(duì)表3進(jìn)行分析可以發(fā)現(xiàn)，在最小面積原則下的圖斑個(gè)數(shù)要多于最大面積原則下的圖斑個(gè)數(shù)，這說明最小面積原則下的制圖綜合很好地保留了原始圖斑，更真實(shí)反映了原始圖斑的地理屬性。

5 結(jié)論

本文以第二次全國(guó)土地調(diào)查成果數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，針對(duì)土地利用現(xiàn)狀數(shù)據(jù)的特點(diǎn)及其制圖綜合方法的特殊性，對(duì)圖斑綜合方法進(jìn)行深入研究。通過降維處理將小面積圖斑轉(zhuǎn)化為零星地物，將狹長(zhǎng)圖斑轉(zhuǎn)化為線狀地物，很好地保證了綜合前后各地類圖斑面積的相對(duì)平衡。對(duì)應(yīng)于最大面積原則，本文提出了最小面積原則，并通過實(shí)例驗(yàn)證證明，最小面積原則下的制圖綜合能夠更真實(shí)地反映原始圖斑的地理屬性。

土地利用制圖綜合是一個(gè)比較復(fù)雜的工程，本文雖然提出了一些自己的思想方法，但受水平和技術(shù)所限，仍需進(jìn)一步完善。

［1］王家耀，武 芳.數(shù)字地圖自動(dòng)綜合原理與方法［M］.北京:解放軍出版社，1998.Wang J Y，Wu F.Automatic Map Generalization Principles and Methods［M］.Beijing:PLA Publishing House，1998(in Chinese).

［2］閆浩文，王家耀.地圖群(組)目標(biāo)描述與自動(dòng)綜合［M］.北京:科學(xué)出版社，2009.Yan H W，Wang J Y.Map Group Target Description and Automatically Integrated［M］.Beijing:Science Press，2009(in Chinese).

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Researches on Generalization Technology for Land Use Mapping Based on 2nd National Land Survey Data

YANG Bao － yao1，DU Zhen － hong1，2，LIU Ren － yi2，ZHANG Feng1，2
(1.Zhejiang Key Laboratory of GIS，Zhejiang University，Hangzhou 310028，China;2.Institute of Geographic Information Science，Zhejiang University，Hangzhou 310027，China)

Using the 2nd national land survey data and focusing on the semantic generalization and graphics generalization，the authors reduced the dimension of the area－patches to achieve the area proportion of different kinds of land －use.At the same time，the authors proposed the minimum area principle.Experiments have proved that the generalization results guided by the principle can more accurately reflect the geographical attributes of the original map.

land use;generalization;relative stable;area－patches;polygon merge

TP 79

A

1001－070X(2012)04－0107－05

2011－12－15;

2012－02－01

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(編號(hào):41001227)、國(guó)家863計(jì)劃項(xiàng)目(編號(hào):2007AA12Z182，2009AA12Z222)、浙江省重點(diǎn)科技攻關(guān)基金資助項(xiàng)目(編號(hào):2009C33011)、教育部博士點(diǎn)專項(xiàng)基金資助項(xiàng)目(編號(hào):200803350017)以及浙江省自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(編號(hào):Y5090130)共同資助。

10.6046/gtzyyg.2012.04.18

楊寶堯(1985－)，男，碩士研究生，主要研究方向?yàn)橥恋乩矛F(xiàn)狀系統(tǒng)。E－mail:yangbaoyao1985@163.com。

杜震洪(1981－)，男，浙江省資源與環(huán)境信息系統(tǒng)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室講師。E－mail:duzhenhong@zju.edu.cn。

(責(zé)任編輯:李 瑜)