基于ArcGIS的第三次全国国土调查地类 流量计算方法研究

王传先，吕国娟，张鸿祥，吕国洋

（1.河南省地质科学研究所，河南 郑州 450001；2.河南省城市地质工程技术研究中心，河南 郑州 450001；3.河南省地质调查院，河南 郑州 450001）

自然资源管理部门开展的第三次全国国土调查（以下简称三调）项目是我国法定的一项重要制度，是全面查清土地资源家底的重要手段。作为一项重大的国情国力调查，国土调查的目的是全面查清目前的土地利用状况，掌握真实的土地基础数据，建立和完善土地调查、统计和登记制度，实现土地资源信息的社会化服务，满足经济社会发展和国土资源管理的需要[1]。 根据当前各行业对土地基础数据和资料的需求开展专项调查，能更好地满足国土空间规划、主体功能区规划、新型城镇化规划、土地利用总体规划、不动产统一登记、生态文明建设、耕地质量、粮食安全、城乡一体化发展、土地流转、土地整治工程、国土资源“一张图”建设、土地宏观调控、土地信息社会化服务等对土地基础数据的需要。准确的地类调查能有效地服务于整个国土发展规划，尤其是在调查地类后得到的准确计算数据和统计数据，对于整个国土资源管理具有重要作用[2]。

目前，各种三调软件均能实现地类流向流量分析，但大部分软件对耕地扣除（田坎等）地类转换为园林草等地类后的面积交代不清，不能准确反映变化地类的前世今生，可能导致面积统计结果出错，给国土部门土地规划工作带来麻烦[3]。本文利用ArcGIS平台对2016年变更数据和三调数据进行了相交处理，能得到地类的流向和流量，但ArcGIS相交处理后数据属性表中的面积不会随之发生变化，需要重新计算，且ArcGIS计算的是投影后的面积，需进行图斑椭球面积计算[4]。由于采用的计算软件不同，因此计算结果的精度也不统一，需根据三调区县控制面积进行图斑的平差计算，进而归算到县区控制面积。

1 叠加分析

叠加分析，即对2016年变更数据和三调数据进行相交处理（图1）。相交后的数据图斑数量会成倍增加，两次数据属性不同的图斑会被分割，因此可对分割后的图斑进行筛选，挑选出2016年变更调查到三调的地类变化图斑，以备地类流向流量分析[5]。

图1 数据相交前后对比

2 投影面积计算

对于分割后的图斑，其图斑面积不会自动更新，需重新进行计算。本文利用ArcGIS软件的几何计算功能重新计算图斑面积，需要注意的是，当耕地转换为林地时，扣除里面的田坎转换为林地，转换后面积为原耕地面积与扣除地类面积之和；但当林、园地转换为耕地时，需重新计算面积，并减去田坎等扣除地类面积。对于线状地物面积计算，可先对其进行面状化，再与三调地类图斑进行相交处理。

3 椭球面积计算

任意封闭图斑椭球面积计算的原理为：利用高斯投影反解变换模型将高斯平面坐标转换为相应椭球的大地坐标，再利用椭球面上任意梯形图块面积计算模型计算其椭球面积，从而得到任意封闭图斑的椭球面积。任意封闭区域均可分割成有限个任意小的梯形图块，因此任意封闭区域的面积可分割为任意小的梯形面积。由于在椭球面上同一经差随着纬度的升高，梯形图块的面积逐渐减小，而同一纬差上相同经差梯形图块的面积相等，因此将梯形图块按纬差分割成许多个小梯形图块，计算每个小梯形图斑的面积并进行累加，即可得到任意图斑的椭球面积。

2016年变更数据和三调数据相交后的地类变化情况如表1所示，相交完成后图斑被分割，属性面积未更新，需进行重新计算，计算结果在表格最后一列显示。对图斑进行椭球面积计算，结果与平面面积相差不大，其差值与图斑面积的大小和纬度有关。

表1 相交后地类和面积对比表/hm2

4 面积平差处理

利用ArcGIS软件对分割后的图斑面积进行平差，国家下发的县级行政区划控制面积与所有图斑计算的椭球面积之和在理论上要求严格一致。由于软件的面积计算误差存在不符值，需对其进行平差计算，将不符值分配到各图斑面积数值中。平差前需保证县区控制面积的准确性，地类图斑拓扑关系不能有问题，否则计算会出错。

以某县为例，其国家控制面积为3 663 565 330.4 m2，椭球面积计算结束后的面积为3 663 565 332.68 m2，差值为2.28 m2，因此需将多出来的2.28 m2取反值改正到每个图斑中。对于全县而言，图斑数量非常多，若分配到每个图斑中，改正量微乎其微，直接可以忽略，在小数有效位根本显示不出来，因此平差时选择图斑面积较大的图斑进行面积改正，选取的需添加改正值的图斑数量只要能满足质检软件要求精度即可。

5 数据流向流量分析

通过上述步骤，基本数据已准备妥当，然后可直接统计地类的流量和流向，结果如表1所示，可以看出，013地类转换为0301地类时，可直接汇总得到变化总面积；031地类转换为0103地类时，也可直接汇总得到变化总面积，以此类推，其他地类变化情况均采用该方法进行统计[6]。这种流量流向计算方法的优点在于整个变化过程都是可见的，而不是只能看到地类变化差值。

以某县为例，其实际计算结果为：

1）调查数据与2016年末数据的对比情况。调查数据中的主要地类与2016年末数据相比较，增减变化量分别为：耕地面积（扣除田坎系数之后的耕地净面积）减少1 548.53 hm2（合23 227.95亩）、园地面积增加750.4 hm2（合11 256亩）、林地面积增加3 811.81 hm2（合57 177.15亩）、草地面积减少1 156.53 hm2（合 17 347.95亩）、城镇村建设用地面积减少608.64 hm2（合9 129.6亩）、特殊用地面积减少6.18 hm2（合92.7亩）、 交通运输用地面积增加648.75 hm2（合9 731.25亩）、 水域水利设施用地面积减少1 029.05 hm2（合 15 435.75亩）、其他土地面积减少860.16 hm2[7]。

2）耕地变化流量流向。耕地面积减少了1 548.53 hm2，其中转换为园地747.36 hm2（合11 210.43亩）、林地 6 091.54 hm2（合91 373.04亩）、草地177.67 hm2（合 2 665.03亩）、建设用地1 160.59 hm2（合17 408.78亩）、水域水利设施用地251.94 hm2（合3 779.06亩）、田坎124.16 hm2（合1 862.41亩）。相反的，168.28 hm2（合2 524.17亩）的园地转换为耕地、3 884.55 hm2（合58 268.3亩）的林地转换为耕地、1 113.09 hm2（合16 696.33亩）的建设 用地转换为耕地、717.27 hm2（合10 759.11亩）的水域水利设施用地转换为耕地、116.78 hm2（合1 751.70亩）的其他土地转换为耕地。

6 结 语

国土调查是重大国力国情调查，目的是全面摸清土地利用状况，掌握真实的全国基础地类，方便土地利用规划，建立可靠的土地登记制度，能更好地满足经济社会发展的要求。为了能更好地做好土地利用规划、不动产登记、生态文明建设、城乡一体化管理和发展以及土地流转等工作，国家开展了国土调查工作，包括每10 a一次的全国国土大调查和每年的年度地类变更调查。调查后的成果数据分析是国土调查中的 一项重要工作，采用何种方法进行地类变化分析是数据分析结果准确与否的关键。准确掌握每个地块变化后的流向和流量是国土调查数据分析的重要工作。本文利用ArcGIS软件计算了三调地类与二调地类对比分析后的流向和流量，更好地掌握了变化地类的过去与现在。该方法的优点在于整个变化过程都是可见的，而不是只能看到变化前后的地类变化差值；不仅能掌握地类面积的变化量，而且能准确快速地查询地类变化的空间位置。