第三次全国国土调查高精度坡度图图斑融合方法研究

梁永刚

（江西省自然资源厅国土资源勘测规划院 江西南昌 330025）

1 引言

第三次全国国土调查（以下简称三调）相比于第二次全国国土调查，调查比例尺（精度）从1:1 万提高到1:5 千，耕地的最小上图面积从600 m2减小到400m2。坡度图是地类图斑“耕地坡度图级别”字段属性赋值的依据，也是耕地净面积计算的基础。根据三调的精度，江西省第二次土地调查基于1:5 万比例尺DEM 生产的坡度图已不能满足全省第三次全国国土调查的需求，为了适应三调耕地调查精度和提升全省自然资源精细化水平，省第三次全国国土调查领导小组办公室决定基于1:1 万比例尺的最新DEM 重新制作全省坡度图[1]。

利用1:1 万比例尺DEM 生产的初始坡度图的图斑比较破碎，一个中等县初始坡度图图斑个数达到500～600 万个，这种坡度图显然对三调的耕地坡度级赋值和净耕地面积计算都会带来运算负荷过重，而且不利于实际自然资源管理工作应用，实际应用效率不高，所以，需要对初始坡度图数据进行图斑融合处理，使其到达数量和应用上的最优配置。

2 坡度图制作原则

根据满足当前，兼顾远期的目标，在充分调研的基础上，结合全省自然资源管理实际应用情况，基于1:1 万比例尺DEM 制作的坡度图应遵循以下四项基本原则：

（1）与第二次全省土地调查基于1:5 万比例尺DEM 制作的坡度图相比，新制作的坡度图坡度分级与实际的地形、地貌更加接近和吻合。

（2）能满足于全省三调的田坎面积和耕地净面积计算，计算出的田坎面积与耕地净面积与第二次全省土地调查计算的田坎和耕地净面积具有可比性和可分析性，并且计算的田坎面积和耕地净面积准确性有明显提高。

（3）从远期看，有利于提升全省自然资源管理精细化管理水平，有利于提升土地整治精细化掌控和提升耕地保护水平。

（4）新制作的坡度图，在各级第三次国土调查数据库建设及管理系统应用中能进行高效赋值和分析，业务应用与技术操作同时兼顾。

3 融合方法试验

基于以上坡度图制作原则，处理好坡度图融合规则和图斑最小面积是两个基础和关键问题。为了有效解决这两个问题，进行了相关试验。

3.1 图斑融合规则试验

参考其他相关文献[2-4]及结合实际情况，坡度图图斑融合的规则主要有两种方式，面积阈值法和面积坡度阈值法。

（1）面积阈值融合法

在本模型中，决策专家群体给出的决策信息为与其中与均为PD-HFLTS，t=1,2,,T，m=1,2,,M，n=1,2,,N。本文以应急决策信息为例，给出冲突调整过程。

面积阈值融合法主要是只考虑坡度图图斑面积，设定一个阈值，图斑面积小于设定的阈值时：首先合并坡度级别相同的相邻图斑面积小于阈值的图斑；再与邻近的图斑面积小于阈值图斑合并，当邻近图斑的图斑面积都大于阈值时，在邻近图斑中选择面积与该图斑图斑面积最接近的进行融合。按此规则，循环进行融合，直至整个坡度图没有小于阈值的图斑。

（2）面积坡度值阈值融合法

坡度图图斑融合时，同时考虑面积和坡度级别两个因素。具体步骤如下：

1）相同坡度级别。优先合并坡度级别相同的相邻图斑。

2）对于没有坡度级别相同的相邻图斑时。在坡度图数据中搜索面积小于阈值的图斑，按照从上到下，从左到右的顺序进行图斑融合，选择其中需要融合的一个图斑，统计这个图斑周围图斑的面积和坡度级别；首先查找该图斑邻近图斑是否存在小于面积阈值的图斑，如果存在，则与坡度图级别最接近的图斑融合，融合后的坡度级别取值两者面积较大的坡度级别；当该图斑邻近图斑面积都大于阈值时，则选择与邻近图斑坡度级别最接近的图斑融合，融合后的坡度图级别取值与被融合图斑相同。当周围存在两个甚至多个坡度级别相同的图斑时，按照面积最接近原则融合，当坡度级别和面积都相等时，按照从上到下，从左到右的顺序融合，融合后的坡度图级别取值与被融合图斑相同。

以400 为最小图斑融合阀值，分别采用上述两种融合方法进行融合，从图1、图2 融合结果可以看出，同时设置坡度级别与面积两个阀值比只设置面积一个阀值融合的坡度图更符合实际的地形、地貌，更加合理、科学。

图1 面积为阈值融合过程

图2 面积和坡度级别为阈值融合过程

3.2 图斑最小面积试验

综合考虑耕地调查最小上图面积、田坎和耕地净面积计算及数据库负荷等因素[5]，分别选取400、600 和1200 三个指标为最小上图面积，结合全省地形分布，选取平原区（鄱阳县、都昌县）；山地区（修水县、婺源县）；丘陵区（于都县、吉水县）6 个县进行试验。

将栅格坡度图按技术规定对坡度进行分级，形成栅格坡度分级图[6-8]。分别按最小图斑上图面积400、600、1200 三种指标进行图斑综合、同属性图斑合并、数据裁切、数据接边等处理后生成三种指标的矢量坡度分级图。

分别对三种融合指标的融合率进行对比，平原区和山区[8]的图斑融合率较大，丘陵区的图斑融合率较小。最小图斑面积指标为1200 时，95%以上的图斑被融合掉；最小图斑面积指标为400 时，仍有近90%的图斑被融合掉。说明5 格网的DEM 生产的坡度图图斑细碎，图斑融合率大，精度损失多，不利于地形地貌的真实反映。尤其在山区和平原区，最小图斑面积指标不宜确定为1200。

最小图斑面积指标越小，平原区和山区的图斑数量越多；从三种面积指标对比来看，当最小图斑面积指标为1200 时，平原区和山区的图斑数量越趋近于丘陵区。详见表1。

表1 6 个试验县不同融合指标图斑融合率对比

利用县级行政区划界线对试验县按400 融合的坡度图进行裁切，6 个试验县的坡度图图斑个数和数据量见表2。

表2 6 个试验县坡度图成果图斑个数和数据量统计表

综合考虑以上两个因素，选取400 为最小图斑融合面积。

3.3 应用效果

按照上述融合方法生产的6 个试验县的坡度图成果，在第三次县级建库软件坡度赋值和田坎、耕地净面积计算测试中，总体运行正常，结果准确。

（1）在县级三调数据库建设过程中，基于上述融合方法制作的坡度图在建库软件中拓扑关系正确，数据库运行稳定正常，能正常进行耕地坡度级别赋值，未出现死机现象。

（2）利用耕地坡度级别计算田坎系数和净耕地面积，通过与第二次土地调查田坎和净耕地面积对比，差值可比较且可控。当坡度级别比较大且变化频繁的区域，两种坡度图计算的田坎、耕地净面积统计值存在较大差异。通过实地踏勘调查，在丘陵地区和山区分别选取一片区域，分别实地测量两个区域内耕地面积、田坎面积和耕地净面积，通过与通过坡度图赋值的地类图斑数据计算耕地面积、田坎面积与耕地净面积比较，本次利用高精度DEM 制作的坡度图更接近实地地形情况。

4 结束语

利用上述研究的坡度图图斑融合方法，应用在基于1:1 万比例尺DEM 的坡度图制作工作中，切实可行，制作的坡度图更加真实，在全省三调县级数据库建设中运行正常，有力保障了全省三调田坎面积和耕地净面积的计算，为提升全省自然资源管理精细化水平起到积极的基础和推动作用。