試論基于GIS的土地專題圖的制圖概括技術

李長輝 彭建林

（1.宣城市國土資源局，安徽 宣城 242000；2.廣德縣房地產管理局，安徽 廣德 242200）

試論基于GIS的土地專題圖的制圖概括技術

李長輝1彭建林2

（1.宣城市國土資源局，安徽 宣城 242000；2.廣德縣房地產管理局，安徽 廣德 242200）

本文結合數字國土工程項目的實踐，探討基于GIS的數字土地專題圖制圖概括的理論和技術方法，并針對專題圖制圖概括所涉及的若干技術問題提出具體的解決途徑。

GIS；土地專題圖；制圖概括

1 前言

土地專題圖是根據應用目的確定目標地圖的主題和比例尺，利用數據綜合手段生成的目標地圖。它不僅要遵循地圖概括的基本原則，還要考慮土地的位置、分布、利用現狀、規律性及典型特征等信息，并顧及不同應用目的對上述信息表達的不同要求。

2 數字制圖概括的特點

由于專題圖的特殊要求，使其與傳統的普通地圖制圖概括有較大的差別，這主要表現在：

2.1 普通地圖的制圖概括完全基于對各要素的同等概括，所反映的內容、采用的方法和要求達到的精度隨地圖比例尺的不同而不同。專題圖是一類特殊的專用圖，是反映不同部門、不同領域的專題類型、質量、數量、利用現狀及其分布等的專用地圖。影響制圖概括的主要因素是專題圖的具體內容和表示方法。

2.2 數字制圖概括則是在一定比例尺的限制之下，從GIS的應用目標出發，對數據進行抽象和概括，生成各種專題用途的空間數據和屬性數據集。普通地圖的制圖概括是靠制圖人員通過對客觀現實的認知和經驗，在頭腦中先建立抽象模型，再運用制圖者的繪圖技巧在圖紙上實現的。

2.3 空間數據與屬性數據高度的統一。在通常土地管理過程中，土地利用方式的變更往往會引起空間數據的改動，其相應的屬性數據也必將隨之發生變化。空間數據的分析常常需要使用屬性數據。

3 數字土地專題圖的制圖概括

在進行制圖概括時往往要涉及各種不同的專用地圖和相關信息，須遵循以下主要規則：

3.1 地圖規則

土地類型系列制圖必須遵循地圖制圖的一般規則。地圖規則的內容很廣，從單個地理要素的圖形表達到整個地圖的圖面整飾的全過程，一般從合理性及精度兩個方面描述。

在進行土地類型系列制圖時，一般要著重處理屬性信息概括后造成的不符合地圖規則的狀況。如不同因素圖件進行疊置或圖斑的類型由子類向父類轉換，實際上是一個從源圖斑到目標圖斑的轉換過程，這種轉換不但包括區域邊界形狀的改變，更重要的是包括源圖斑所包含的屬性信息到目標圖斑的屬性信息的轉換。

3.2 幾何規則

制圖概括的目的之一是避免在圖面上出現不可識別或出現不合理的圖形。對于土地類型專題圖來說，除保證地類圖斑或級(等)別圖斑位置準確外，還要求圖形間保持正確的拓撲關系和表達方式。

(1)正確的拓撲關系

數據概括必然會改變原始數據所反映的地理對象之間的拓撲關系，它包括拓撲關系的幾何意義和屬性意義的正確與合理性兩個方面。拓撲關系的幾何意義是對數據概括后所反映的地理對象進行拓撲分析和地理精度的合理性分析，如在進行圖形數據疊加工序時，并不是簡單地將兩幅數字化圖件數據放在一起，重新生成一次拓撲關系，而是要分析每一弧段與圖件A的有關圖斑的拓撲關系，還要分析與圖件B有關的圖斑的拓撲關系，此外還要對每一個結點重新做一次與弧段的拓撲分析。拓撲疊加是對兩幅圖件做全面空間分析的疊加，疊加產出結果既可以用作邏輯的“交”，也可以用作邏輯的“或”和邏輯的“差”分析(如圖1)。但是拓撲關系的變化需要遵循一定的規則，如在對疊加出現的“碎屑多邊形”進行處理時，不能因為刪除某個小面積圖斑而造成空洞或原來處于外側鄰接關系的兩個圖斑概括后不能變成包含關系或相離關系等。地理精度的合理性分析是指在表達和處理地理要素之間關系時的合理程度。如水系的連通性、高層次地物壓蓋低層次地物、主要地物與次要地物處理等，以及在概括過程中，在空間允許的情況下，要盡量保持因區位、地形、土壤等因素條件變化所引起的等(級)別或地類的變化，即土地要素的概括要考慮與地理要素的關系。

拓撲關系的屬性意義是圖斑屬性概括前后的面積比率平衡關系，一般說來，土地系列專題圖均系根據目標地圖的主題突出表現土地要素的分布特征，如在進行數字農用地等別圖的制圖概括時，概括前各地類面積(工作底圖上的地類面積)應與成果圖(如等別圖)上的各地類面積比率保持平衡，只有這樣才能真實地反映該地理地域土地的質量和數量的分布特征，也是衡量概括結果是否合理的標準之一。

圖1 拓撲分析

(2)閾值的設定

圖形的可識別度包括面積和距離的最小識別單位，稱為最小面積閾值和最小距離閾值。

a.面積閾值的設置。通常兩幅圖件各圖斑疊加前互不相關，疊加后會形成很多“細碎圖斑”，拓撲疊加在實際應用中需要解決的一個問題是剔除在進行圖形數據疊加時出現的“細碎圖斑”或圖斑出現鋸齒狀。事實上，系統軟件在執行拓撲疊加任務的過程中，可以安排隨時計算閉合區域面積的程序，若計算出一個封閉區域的面積小于事先設定的面積閾值，即需要進行圖斑合并，將該面狀圖形與周圍的圖斑融合。

b.距離閾值的設置。該閾值既可約束彼此不相鄰地物之間的最短可視距離，也可以用來約束面狀圖形(如道路、水系等)狹窄部分的最小寬度。

3.3 屬性數據的概括規則

專題地圖的概括需要重點考慮目的圖的專題屬性特征，其屬性數據的概括規則在概括過程中至關重要。在屬性數據概括中，屬性數據的概括主要體現在屬性數據按照一定的體系進行單向和邏輯一致性的類型轉換。

4 掃描誤差的校正與圖形拼接

圖紙掃描是目前對工作底圖內容進行數字化處理的主要技術手段，也是一個容易被忽視，而實際上對成果質量有重大影響的技術環節。工作圖經野外調繪，往往會產生圖紙變形和調繪線差異，經圖紙掃描后出現拼接誤差。如何根據拼接誤差的大小選擇圖紙變形糾正的方法，是實際工作中十分關注的技術問題之一。

圖幅的掃描誤差包括幾何誤差與輻射度誤差兩個方面。幾何誤差來源于儀器誤差和圖紙變形。從誤差校正的角度，可將幾何誤差分解為系統誤差、局部誤差和隨機誤差。系統誤差一般可通過辨識與量測標記點進行校正。殘余誤差僅是在圖像上量測圖廓點的誤差，一般在0.5像元之內，可通過取中點進行避免。圖紙掃描的輻射度誤差主要指灰度誤差。一般說來，線劃密集的圖紙，經過二值化掃描后會出現線劃中斷或粘連現象。對于紙質不好的圖紙，最好不要在掃描前二值化，而應該先進行多級灰度掃描，再采取浮動閾值法軟件二值化。通過上述分析與處理并顧及多方面的殘余誤差，圖幅的掃描誤差主要由圖幅的掃描誤差和多方面的殘余誤差組成。

5 面積加權內插法和面積量算

一些土地經濟評價成果圖中的目標圖斑往往由多個因素的源圖斑疊置形成，這時目標圖斑的屬性值(含分值)應考慮源圖斑的共同作用與影響。在進行目標圖斑面積要素處理時多采用面積內插方法。所謂面積內插，是指按照源圖斑空間數據的分布特征與規律，采用一定的插值算法求取目標圖斑中的數據分布。

目標圖斑的面積量算是土地專題圖的重要內容之一。不同的土地專題圖其量算方法和要求亦存在一定的差異。土地專用圖的面積量算有兩種情況：一種是按生成的目標圖斑直接求算；另一種是在目標圖斑中要扣除線狀地物面積，先作緩沖區得到緩沖區圖斑，接著緩沖區圖斑與相應的地類圖斑進行拓撲，最后扣除其緩沖區面積。在進行面積量算時，無論屬于何種情況均需滿足目標區域內的實際面積與量算面積的邏輯一致性原則。

結束語

如何正確理解和執行《規程》，掌握數字土地專用圖制圖概括中的“協調”和“綜合”的原則，做到既保證成圖的數學精度和地理精度，又便于進行逐級成果匯總，是目前土地專用圖制圖的關鍵所在。

[1]王家耀等.普通地圖制圖概括原理[M].北京：測繪出版社，1993.

[2]張克權，黃仁濤.專題地圖編制[M].北京：測繪出版社，1991.

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