胡開(kāi)

摘要：以巴宜區(qū)為例，在融合2012二類調(diào)查矢量數(shù)據(jù)和2009林地保護(hù)利用規(guī)劃矢量數(shù)據(jù)時(shí)引入基于模糊集的小多邊形處理方法，對(duì)原理和可行性操作步驟進(jìn)行了闡述。探討了疊加分析后不同處理方法對(duì)處理結(jié)果精度的影響，闡述了基于模糊集的小多邊形處理方法在西藏自治區(qū)、乃至全國(guó)林地年度變更中的應(yīng)用前景。

關(guān)鍵詞：矢量數(shù)據(jù)融合；模糊集；小多邊形處理；林地年度變更

中圖分類號(hào)：TP391 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-9944（2016）06-0181-03

1 引言

在林地年度變更工作中，由于西藏2012年二類調(diào)查矢量數(shù)據(jù)和2009林地保護(hù)利用規(guī)劃矢量數(shù)據(jù)在時(shí)效性、空間位置、屬性數(shù)據(jù)等方面均存在較大差異，需將二者融合形成林地年度變更本底數(shù)據(jù)庫(kù)以減少外業(yè)現(xiàn)地的核實(shí)工作量。

隨著二者的疊加分析后需消除小多邊形。目前常見(jiàn)的GIS軟件中普遍使用的處理方法是按相鄰最長(zhǎng)邊界線合并到臨近多邊形中去，或按照相鄰最大面積合并到臨近小班中，然而這些方法都是針對(duì)由幾何位置的不確定性引起的小多邊形而提出，沒(méi)有考慮屬性數(shù)據(jù)的差異，具有一定的隨機(jī)性。

筆者在此引入了基于模糊集的小多邊形處理方法，綜合考慮矢量數(shù)據(jù)幾何位置融合和屬性數(shù)據(jù)融合。

2 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

本次研究采用巴宜區(qū)（原林芝縣）2012年二類調(diào)查矢量數(shù)據(jù)和2009林地保護(hù)利用規(guī)劃矢量數(shù)據(jù)作為研究數(shù)據(jù)。

其中2012年二類調(diào)查矢量數(shù)據(jù)更新至2012年年底，采用高斯克呂格投影，西安80坐標(biāo)系，信息量大，調(diào)查大部分為實(shí)地調(diào)查，數(shù)據(jù)可靠。

2009年林地保護(hù)利用規(guī)劃矢量數(shù)據(jù)更新至2009年年底，是在2002年二類調(diào)查的基礎(chǔ)上補(bǔ)充區(qū)劃加實(shí)地驗(yàn)證而得，采用高斯克呂格投影，西安80坐標(biāo)系，該數(shù)據(jù)的屬性數(shù)據(jù)更加符合林地年度變更要求。

兩種數(shù)據(jù)坐標(biāo)系一致，不存在空間基準(zhǔn)的融合。

3 研究原理

3.1 矢量邊界適宜性判別

假設(shè)矢量數(shù)據(jù)有x種屬性，對(duì)于每個(gè)矢量面，其屬性值則可能與這x個(gè)屬性值有關(guān)。取各屬性值與矢量面相吻合的程度為其隸屬度，表達(dá)式為：（1）

其中r_ik表示第k種屬性與第i個(gè)面要素屬性符合的程度；i表示第i個(gè)矢量面；j表示矢量面的第j個(gè)特征；I_kj為第k種屬性類型的第j個(gè)特征準(zhǔn)則值；ω_j則為第j個(gè)屬性特征的權(quán)重。

如果矢量數(shù)據(jù)是通過(guò)n種矢量數(shù)據(jù)疊置所得，那么疊置后的矢量面屬性與n種類型的屬性有關(guān)，由式（1）可得

由于n=2，從而得到疊置圖上地理邊界適宜性判決函數(shù)為：

其中△r_ij表示兩相鄰矢量面屬性模糊集對(duì)應(yīng)元素的差值。架設(shè)各疊置層上各屬性值的權(quán)重系數(shù)相同，令各疊置層的權(quán)為ω₁，ω₂，……，ω_n，其中，λ為參數(shù)，應(yīng)該適當(dāng)選取，使得0≤μ≤1；則有：

3.2 屬性不確定性的度量

將小多邊形進(jìn)行合并時(shí)，必然引起屬性數(shù)據(jù)的變化，即小多邊形合并之后模糊屬性值調(diào)整為面域模糊屬性值時(shí)，與原模糊屬性值的差異。使小多邊形在合并前后屬性值變化最小的是最理想狀態(tài)。分析（3）式和（4）式可知，此時(shí)“取最小值。因此，進(jìn)行小多邊形合并的時(shí)候，應(yīng)選其邊界中μ值最小的邊界作為消除邊界，從而達(dá)到小多邊形在合并前后屬性值變化最小的目的。

3.3 小多邊形的處理

圖1為2012年二類調(diào)查矢量數(shù)據(jù)和2009林地保護(hù)利用規(guī)劃矢量數(shù)據(jù)疊加分析后產(chǎn)生了小多邊形C，其中A、B、D、E為其相鄰的多邊形，關(guān)鍵問(wèn)題為C與哪個(gè)多邊形合并最合理。對(duì)于C的四條邊界ab、bc、cd、ad選其邊界中適宜性最小的作為消除邊界，與鄰邊邊界合并。

由于二調(diào)數(shù)據(jù)與林地保護(hù)規(guī)劃利用規(guī)劃矢量屬性數(shù)據(jù)較多，如果對(duì)每種屬性都定義其與矢量面的隸屬度工作量巨大，而且實(shí)際意義不大。為了簡(jiǎn)化計(jì)算，結(jié)合疊置后矢量面的實(shí)際情況，以及兩種矢量數(shù)據(jù)的特征，作如下處理。

從兩種不同矢量數(shù)據(jù)中選取有代表性的屬性宇段。選取相關(guān)屬性字段為林地保護(hù)林用規(guī)劃數(shù)據(jù)的“地類”、“面積”、“林地保護(hù)等級(jí)”；二類調(diào)查數(shù)據(jù)的“地類1”，“圖形面積”、“小班蓄積”。選取“地類”是因?yàn)樗鼈兪菂^(qū)劃小班的主要屬性，選取“面積”和“蓄積”是為了跟蹤小多邊形（進(jìn)行相交后，被切碎的細(xì)小多邊形保留了原始數(shù)據(jù)的字段和屬性）。

對(duì)于每條邊界對(duì)應(yīng)的兩個(gè)不同矢量面的屬性模糊集，定義模糊集相對(duì)應(yīng)元素的差值。若邊界對(duì)應(yīng)兩矢量面屬性一致，則認(rèn)為△r_ij=0，若邊界對(duì)應(yīng)兩矢量面屬性不一致，則認(rèn)為△r_ij=1；涉及到行政界線，不可合并，認(rèn)為△_ij=1。以邊界ab為例，矢量面A和C對(duì)應(yīng)的屬性如表1。

由式（7），可知：

μ=1/4（△r₁₁+△r₁₂+△r₁₃+△r₂₁+△r₂₂+△r₂₃）=1/4（0+1+1+O+0+0+0）=0.5。

同樣的方法計(jì)算bc、cd、ac的邊界適適宜性判別值為0.25，0.75，1。其中邊界bc適宜性判別值最小，所以應(yīng)該消除邊界bc，將矢量面B和C進(jìn)行合并，并取B的屬性為合并后多邊形的屬性。

4 批量處理方法

實(shí)際操作中，如果對(duì)每個(gè)多邊形進(jìn)行不同邊界的適宜性判別，工作量巨大，可行性不高。下面結(jié)合實(shí)際，介紹一種批量處理的方法，對(duì)關(guān)鍵步驟作如下解釋。

4.1 轉(zhuǎn)換為coverage格式

Coverage是ArcInfo workstation的原生數(shù)據(jù)格式。它將空間信息、屬性信息分別存放在兩個(gè)文件夾。COV-erage可以存儲(chǔ)拓?fù)湟仡?，支持高?jí)要素類對(duì)象：比如多點(diǎn)和多線等。通過(guò)小多邊形由“shapefile”格式轉(zhuǎn)換成為“coverage”將相鄰面的屬性賦到公共邊界上提供了條件。

4.2 去偽節(jié)點(diǎn)

由面轉(zhuǎn)成線后，在很多線與線交叉的地方存在偽節(jié)點(diǎn)，使得原來(lái)一條邊界變成了兩條，在國(guó)產(chǎn)軟件geo-way3.6中可以批量處理該類偽節(jié)點(diǎn)。

4.3 計(jì)算value值

Value值即為前文提及的邊界適宜性判別值。

具體操作流程詳見(jiàn)圖2。

5 結(jié)果與分析

處理完小多邊形后重新計(jì)算面積，分地類統(tǒng)計(jì)面積變化，同時(shí)按照傳統(tǒng)方法“最大邊長(zhǎng)合并”與“最大面積合并”2種方法進(jìn)行小多邊形的自動(dòng)處理，分地類統(tǒng)計(jì)不同方法的兩種矢量數(shù)據(jù)面積的變化，以各樹種與原始數(shù)據(jù)的差平方和為方差，反映處理前后，數(shù)據(jù)的波動(dòng)。為突出處理前后，以及不同方法的效果，面積統(tǒng)一采用“公頃”，保留兩位小數(shù)。

從表2和表3可以看出，無(wú)論是二類調(diào)查數(shù)據(jù)，還是林地保護(hù)利用規(guī)劃數(shù)據(jù)，用基于模糊集的方法進(jìn)行合并，方差都遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于最大面積合并和最大邊長(zhǎng)合并的方差。從表中可以看出，“基于模糊集的方法”優(yōu)于“最大邊長(zhǎng)合并”，效果最差的是“最大面積合并”的方法。

6 結(jié)語(yǔ)

從數(shù)據(jù)分析可以得出，基于模糊集的小多邊形處理方法明顯優(yōu)于傳統(tǒng)的最大邊長(zhǎng)合并、最大面積合并兩種方法?；谀：男《噙呅翁幚矸椒ㄔ诰葥p失方面是最小的。但同時(shí)也會(huì)相應(yīng)增加數(shù)據(jù)處理工作量，根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，處理一個(gè)縣的數(shù)據(jù)大概要增加工作量一個(gè)工日。

隨著林地年度變更的全面鋪開(kāi)，西藏自治區(qū)2016年度將有65個(gè)縣（區(qū)）需要進(jìn)行林地年度變更工作，基于模糊集的小多邊形處理方法能明顯提高融合數(shù)據(jù)精度，減少外業(yè)工作量，能夠較好的適合林地年度變更的需求，提高林地年度變更工作效率。