基于GIS的农地四至自动计算方法

康念坤 吴少华

【摘要】针对当前农地调查工作中农地四至计算存在的准确率低、自动化程度不高等问题，结合GIS空间分析原理与方法，提出一种高效的农地四至自动计算方法。利用构建的方向搜索线段和搜索区间，获得农地四周的四至信息，其中搜索线段可以快速获取四至信息，同时以搜索区间为补充，进一步提高四至计算的准确率。最后，通过实例数据验证和对比分析，表明本文所提方法与现有软件的四至计算功能相比，无论是从时间效率，还是准确率方面，都有很大的提高。

【关键词】农地调查;农地四至;GIS;空间分析

1、引言

农地是指具有封闭权属界线的地块，是地球表面有确定的边界和权属的土地[1]。农地四至是指某一农地四个方向与相邻土地的交接界线，通常填写四邻的土地所有者或使用单位和个人的名称[2-3]。农地四至的确定，一是为了快速界定农地的范围，二是为了在农地管理中快速检索出农地的位置信息。

目前，现有农地调查建库软件针对农地四至自动计算与提取功能实用性不强，在实际工作过程中，农地四至更多是依靠外业人工判读，再手动输入到入库属性表中。采用人工判断+手动输入模式确定四至信息，势必导致其受人为因素的干扰，无法保证四至信息的准确性和完整性。基于此，本文提出一种基于GIS的农地四至自动计算方法。利用GIS强大的空间分析功能，以农地几何和属性数据为基础，构建空间搜索线段和搜索区间，快速、准确、高效地获取农地四至信息[6-9]，在很大程度上提高了农地调查工作的效率。

2、农地四至计算方法及流程

2.1 农地四至计算基本思想

农地四至信息的获取是对目标农地东、南、西、北四个方向进行搜索，得到每个方向上最合理的邻接农地。对于不规则的农地，四至信息难以判别时，则利用GIS空间分析中的缓冲区思想，通过设定目标地块的搜索区间，在构建的搜索区间内判定该地块的四至邻接地块。基本思想是：以待计算四至信息的农地为目标地块，计算该农地的最小外包矩形，再以目标地块的几何中心作为起算点，平行于坐标轴构建东、南、西、北四个方向直线段，得到直线段与目标地块边界的交点;然后以交点为起点向外延伸一段缓冲距离，形成各自方向上的搜索线段，利用GIS空间查询分析，分别计算出与各方向搜索线段相交的农地集合，将几何中心距离目标地块最近的农地要素，作为目标地块的某一四至信息。若搜索结果为空，则将之前的搜索线段分别向两侧旋转设定的角度，形成扇形搜索区间，计算出与之相交的农地集合，同样选择几何中心距离目标地块最近的农地要素，作为目标地块该方向上的息。如果农地集合依然为空，则说明目标地块在该方向上无邻接农地要素，直接将其四至赋值为田垄（埂）。

2.2 农地四至计算流程

基于GIS的农地四至自动计算方法，核心思想是如何在各自方向上进行有效的空间搜索，主要是通过设定缓冲距离和扫描角度来控制搜索区间的范围。当进行方向线段搜索时，主要是根据设定的缓冲距离来获得搜索范围，缓冲距离的设定主要是根据农地空间分布密集程度来进行必要调整。当进行方向区间搜索时，需要由方向线段和设定的旋转角度来获得各自的方向搜索区间，旋转角度的设定同样需根据农地空间分布密集程度进行调整。

3、农地四至计算方法实现

农地四至的计算实现主要是利用了GIS原理中缓冲区分析的思想，通过构建的搜索线段和搜索区间限制农地四至的查询范围，从而更加精确的计算出四至信息。在本方法的程序实现过程中主要解决的核心问题有三个：（1）获取农地四个方向搜索线段（2）利用搜索线段计算四至（3）扇形区域的构建及四至计算。

3.1 获取农地四个方向搜索线段

方向搜索线段是沿着东、南、西、北四个方向缓冲一定距离的线段。四个方向的起点都设置为目标地块的几何中心，而另外一端点获取首先需要求出四个直线方向分别与目标地块边界的交点，然后再通过设置的缓冲距离沿着各自边界交点延伸得到搜索线段的另一端点。第一步：边界交点的获取，首先利用GIS空间分析的拓扑求交操作获取交线段，拓扑求交的参数一个是目标地块，另一个是中心点到目标地块外包矩形边界的线段，求交结果为线段要素。然后将其线段的起点和终点中非中心点作为边界交点。这里可能存在目标地块为凹多边形的情况，这时几何中心落在目标地块外面，用上述方法拓扑求交结果必然为空，这样的情况可以直接以几何中心作为该方向上的边界交点。

3.2 利用搜索线段计算四至

搜索线段计算四至是指通过搜索线段搜寻出各自方向上的邻接地块。搜寻的原理主要是利用GIS空间分析中的空间查询操作。首先设定查询条件，然后进行要素查询操作，最后遍历要素查询结果集。在查询结果集中，选择查询结构地块中心距离目标地块中心最近的农地要素作为目标地块的某一方向的四至信息，若查询结果为空则返回空。在农地调查工作中，大部分农地四至信息可以通过搜索线段直接获取，

3.3 扇形区域的构建及四至计算

在上述搜索线段获取四至信息得到的结果为空的情况下，说明正方向搜索不到要素信息，需要考虑扩大搜索范围。进一步的建立对应方向的搜索区间进行空间查询操作。对于搜索区间的确定，是将之前的搜索线段分别向两侧旋转至设定的角度，形成一个扇形区域要素，作为该方向上的的搜索区间。利用扇形搜索区间进行GIS空间查询操作，遍历查询结果集，依次求得每个要素几何中心与目标地块几何中心的距离，选择距离最小的农地要素作为目标地块的某一方向的四至信息。如果查询结果为空则返回空。

利用扇形要素计算四至步骤如下：

1）确定东南西北四个方向的搜索线段OE、OS、OW、ON;

2）對于某一方向，计算绕着该方向搜索线段旋转至给定角度，可以获得扇形起点和终点，通过这两点即可构建对应的圆弧，同时与起始的方向搜索线段和旋转后的方向线段进行组合，则可组建扇形区域要素。

3）对于东南西北四个方向分别利用上述方法得到四个扇形搜索要素OE1E2，、OS1S2、OW1W2、ON1N2;

4）利用扇形要素进行空间查询操作，方法与利用搜索线段进行查询操作类似。

4、实例验证与分析

为了验证本文所提出方法的可行性，以农地确权登记工作中数据为例，将本方法与现有软件计算四至进行对比，这里选择进行对比的软件是农业部指定的农经权登记系统中的苍穹农经权软件，该软件包含农地四至自动计算功能，将两者进行对比，可以从计算时间效率和准确率方面进行综合对比分析，其中准确率主要是通过抽检的方式进行人工判读来计算得到。采取不同地块数量下测试实验结果如表1所示。

从表1可以看出，本文所提出的农地四至自动计算时间效率优于苍穹农经权软件四至计算功能，并且能够保证准确率达到90%以上，可以说在很大程度上提高了目前农地四至计算的效率。此外，苍穹农经权软件在计算四至时只设置了方向距离查询，对于分布极不规则的农地，难免会遗漏在该方向范围内的地块。而本文所提方法能够以范围查询作为方向查询的补充，避免了对农地四至的漏判、误判，可进一步提高四至计算的准确率。

结语：

本文提出了一种基于GIS的农地四至自动计算方法，在很大程度上解决了目前现有软件四至计算存在的准确率和时间效率不高等问题。通过实验证明，本文所提方法在时间效率方面比当前现有农经权软件四至计算有了很大的提高，且准确率也可达到90%以上。本文将农地四至邻接地块搜索方法分为方向线段搜索和方向区间搜索两种情况，在方向线段搜索不到的情况下，以方向区间搜索作为补充，可以在很大程度上防止漏判、误判等情况，提高了四至计算的准确率，为当前农地调查工作中数据整合与处理提供了有效的技术支持。

参考文献：

[1]郑振源，张晓玲，施引之，等.GB/T19231-2003.土地基本术语[S].北京：中國标准出版社，2003.

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[9]许捍卫，冯学智.空间数据存储机制研究[J].计算机应用研究，2003（2）：39-40.

作者简介：

康念坤（1992-），男，理学硕士，主要从事GIS应用开发。