基于ArcGIS和苍穹软件的土地利用图的制图综合

冯贺珍 ，翁敏

(1.武汉大学资源与环境科学学院，湖北 武汉 430079; 2.武汉大学地理信息系统教育部重点实验室，湖北 武汉 430079)

1 引 言

受计算机技术及地图技术理论的限制，地图的全自动化制图综合还不能完全实现，目前还需要使用人机交互的办法。为了提高制图综合的质量和速度，国内外工作者提出了两种解决方法:①采用单一的软件进行数据的综合和入库，马晶等人利用ArcGIS 进行1∶ 10 000土地利用现状图制图综合的研究［1］，但效率不高;②采用自主研制的软件解决制图综合的问题，艾廷华等人基于VC + +研制了地图综合缩编软件Do-Map［2］，但自主研发的软件并没有投入市场，广泛为测绘行业人士使用。目前制图综合问题的难点主要在于以下几个方面:①制图综合的复杂性及综合后信息的不完整;②全自动化综合还不能完全实现;③自动综合的理论不能完全转化为计算机可以识别和执行的工作流程;④自动综合使用的软件杂乱，数据格式不统一。

针对以上问题，在现有理论的基础上，本文采用ArcGIS 10.0 软件和苍穹软件结合的方法进行土地利用现状图的编绘和数据入库的工作。ArcGIS 10.0 软件可以对空间数据进行存储、编辑、更新、管理、分析等操作。苍穹(KQ)空间数据库具有对空间数据的显示、查询、修改、输出等功能，能够进行破碎图斑的融合以及成果数据的入库［3］，两种软件的结合可以高效地制作土地利用图。ArcGIS 的数据格式主要有E00 、Shape、Geodatabase、Coverage，其中E00 是ArcGIS 的外部交换格式。ArcGIS 通过E00 数据格式和其他软件相互转化，在转化的过程中一般存在属性和图形数据的丢失问题，但是ArcGIS 的shape 数据格式能够和苍穹空间数据库无缝连接，在数据转换的过程中可以直接把ArcGIS 导出的shape 数据导入到苍穹软件已建好的数据库中［4，5］。

2 地类图斑制图综合的理论

2.1 土地分类规范

根据《第二次全国土地调查技术规程》的规定，土地利用现状采用二级分类体系，分为一级类和二级类，其中一级类12 个，二级类57 个，二级类是在一级类的基础上划分的。12 个一级类依次为:耕地、园地、林地、草地、商服用地、工矿仓储用地、住宅用地、公共管理与公共服务用地、特殊用地、交通运输用地、水域及水利设施用地和其他土地［6］。在进行与土地利用规划有关的工作时，必须计算出地类图斑的面积，土地利用现状分类是准确统计各地类图斑椭球面面积和净面积的基础。第二次全国土地调查给出各地类面积之间的关系为:

A=T－S－L－K

式中:A 为地类图斑的面积;T 为图斑的面积;S 为零星地物的面积;L 为线状地物的面积;K 为扣除地类的面积［7］。

2.2 制图综合的原则

空间数据综合的问题虽然复杂，但归纳起来只有3个:是否需要综合、如何综合、综合的实施［2］。其中是否需要综合的问题会因工作性质的不同、空间尺度的不同和相关操作人员对问题理解的不同而发生相应的变化;如何综合的问题会随着地图学理论及相关理论的发展不断完善;综合的实施受计算机技术的影响很大。制图概括的目的是将地表最重要、最基本的事物或现象反映在地图上，舍去某些非本质的、次要的事物或现象［8］，并可以延长地图的时效性，避免地图很快地失去作用。总体来说，制图综合的实质是对地图要素进行合理的选取和概括。选取是从制图要素中选择出重要的物体表现在地图上;概括是对物体的形状、数量和质量的化简。选取和概括既有区别又紧密相连，概括通常是在选取的基础上进行的［9，10］，具有科学性和艺术性。

2.3 土地利用图制图综合的特点

土地利用现状图是表达土地资源的类型、面积、结构、关系等要素的专题地图，具有全覆盖、无缝隙、无重叠的特点［7］。其内容包括小图斑的综合、大图斑的合并、狭长图斑的骨架化和线状图斑的处理。图斑合并时需要考虑两种邻近方式:语义邻近和空间邻近。土地利用图和普通地图制图综合的不同之处表现在:①普通地图的制图综合主要依据比例尺的变化而变化，土地利用图的制图综合主要受地图内容和表示方法的限制。②普通地图要素的制图综合程度一致，土地利用图的专题要素主要包括地类界线、地类图斑、线状地物及其注记，其综合的程度也不一致。③普通地图综合后不需要过多考虑面积的平衡，土地利用图综合后要保证要素之间无重叠、无缝隙，还要使综合后各地类面积保持平衡。

3 地类图斑自动综合的技术方法及试验分析

土地利用现状图的编制以及数据的入库是一项规范性、系统性很强的工作，能够为国土资源等相关部门提供决策、规划。为了避免传统纯手工综合和利用单一软件综合造成的工作效率不高、工作量大的问题，本次工作在青海省同仁县已有土地利用现状数据的基础上，借助ArcGIS 10.0 软件、苍穹(KQ)数据库软件以及数据质量检查软件，采用人机交互的方法制作土地利用现状图，最终得到数据库成果和各种图形、图表成果。技术路线如图1所示。

图1 技术流程图

3.1 线状地类图斑的制图综合

线状图斑是指河流、公路、铁路等呈线状的地类图斑［11］。《第二次全国土地调查技术规程》规定了基本比例尺下图斑上图的最小宽度(城镇、村及工矿用地为图上4．0 mm2，耕地、园地为6．0 mm2，林地、草地等其他地类为15．0 mm2)［6］，如果不满足上图最小尺寸的要求就需要进行制图综合。对于线状图斑的综合，我们参考Bader 和Weibel 提出的骨架线剖分方法［12］，提取线状图斑的骨架线，并把线状图斑的面积分配到相邻的图斑中，当几何邻近地块不止一个时，需要把骨架线剖分。被骨架线分割的面状地类图斑即使在同一个行政区域内，地类编码相同也不能合并。相反，如果河流、公路、铁路等线状地物的宽度能够满足要求，就按照面状地类图斑对待，不需要提取骨架线。如下图所示:图2中的河流是合并前的线状地类图斑，地块A 和B 是被河流隔开的内陆滩涂。图3是综合后的线状河流，可以看出合并前的河流图斑的面积被分配到与之邻近的图斑中，内陆滩涂A 和B 由于被河流隔开不能合并成一块图斑。

图2 综合前的河流

图3 综合后的河流

3.2 面状地类图斑的制图综合

除了河流、交通要素等线状图斑，其他都是面状地类图斑。面状地类图斑处理的流程如下:

(1)面状图斑的打散处理。由于不同类型的地类图斑可能连在一起，首先在ArcGIS 10.0 的高级编辑器下对图斑进行“拆分多部分要素处理”，打散相连接的地类图斑。

(2)面状图斑的制图综合。首先运用苍穹软件根据距离最近的原则进行微小图斑的合并，把微小图斑合并到与之空间邻近的地类图斑中，这种做法比在ArcGIS 10.0 软件下进行微小图斑的合并要快速、简单，而且能够避免手动合并过程中容易出现的跨行政区划合并、遗漏和重复合并等错误。在ArcGIS 10.0软件中，微小图斑的合并是手动进行的，而苍穹软件下的合并是按照要素的地类代码和权属单位代码根据距离最近的原则自动合并的。如下图所示:图4为合并前的图斑，图斑个数为236 个，图5为合并后的图斑，图斑个数为70 个，图斑个数减少了166 个。

图4 合并前的地类图斑

图5 合并后的地类图斑

(3)在ArcGIS 10.0 软件中进行面状图斑的进一步综合。经过苍穹软件处理后的地类图斑需要在Arc-GIS 10.0 软件中做进一步的处理，这时要根据语义邻近和空间邻近两方面进行图斑的合并。在同一行政区域内部，语义邻近要优先选择，如果需要合并的地类图斑附近没有与之地类编码相同的地类图斑，就应该把该地类图斑合并到与它距离最近的地类图斑中。而且要保证合并后各种地类图斑的面积变化不能过大。如图6所示，图斑A 和B 都是水浇地，图斑C 是有林地，图斑D 是天然牧草地。图斑A 和B、C、D 空间邻近，图斑A 和图斑B 不仅空间邻近，而且语义邻近，所以优先选择图斑A 和图斑B 合并，如图7所示。如果把图斑B 合并到图斑A 中，合并后图斑的属性和图斑A的属性相同。相反，如果把图斑A 合并到图斑B 中，合并后图斑的属性和图斑B 的属性相同。另外，如果地类图斑不属于同一个行政区域，则不能合并。

图6 合并前的图斑

图7 合并后的图斑

3.3 数据质量检查及入库

(1)把综合后的地类图斑先在ArcGIS 10.0 下进行拓扑检查，检查线线要素之间是否交叉、悬挂，线面要素之间是否悬挂，面面要素之间是否有空洞、重叠等错误。

(2)图形错误检查完毕后，把输出的shape 数据导入到苍穹软件下已经建好的数据库中并对属性数据进行维护。主要有数据编号的维护、ID 值的维护、图斑面积和椭球面积的维护以及图斑面积的平差结果等。

(3)数据库建立完成后可以在专业的土地调查质检软件中建立检查任务，对数据库进行质检。主要包括逻辑错误、拓扑错误、报表错误和图件错误等。

(4)把质检软件检查出来的错误返回到ArcGIS 10.0 和苍穹软件下修改。最终得到无误的数据库和各种图件成果。

3.4 实例应用及结果分析

同仁县位于青海省东南部，东邻甘肃省夏河县，西连贵德县，南接泽库县，北与循化、尖扎县接壤，地处青藏高原与黄土高原的过渡地带，隆务河纵贯全境南北，形成东西部山区和中部河谷地区的地形，全县总面积3 275 km2。研究区的土地利用数据来源于青海省第二次土地调查，原始比例尺1∶ 10 000。经过ArcGIS 10.0 和苍穹软件处理后的地类图斑面积比例基本保持平衡，微小图斑的处理过程由手动转为自动，图斑的个数减少了2 173个，制图综合的结果令人满意。最终的土地利用图如图8所示。

图8 同仁县土地利用图

4 结 语

在青海省同仁县土地利用现状图的编绘及成果输出方面，本研究利用ArcGIS 10.0 软件、苍穹(KQ)数据库软件、土地调查质检软件相结合的方法，趋利避害，顺利完成了这项工作。与在单一软件下处理的结果相比，大大减少了劳动量，提高了工作效率，也提高了工作质量。以上是基于ArcGIS 10.0 和苍穹软件相结合的方法对土地利用现状图制作过程的一些探讨，重点是地类图斑的制图综合。但是要实现地类图斑全自动化综合，还需要很大的努力。

随着计算机技术的发展，制图综合的自动化水平也在不断地提高，但是离全自动化综合还有一定的距离，我们要做的工作分为两个方面:一方面是进行科学探究，找到提高制图综合水平的技术和模型，服务于生产，比如把遗传算法和专家知识应用于制图综合是目前研究的一个热点;另一方面在现有制图综合理论和技术水平的基础上，灵活运用多种软件，合理利用各种软件的优点，加快制图综合的速度，提高制图综合的质量，减少人力物力。

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