基于ArcGIS的土地利用現(xiàn)狀地圖縮編方法研究

姚 瑾，謝元禮，范熙偉，王文娟，呂亞妮

(西北大學 城市與環(huán)境學院，陜西 西安 710127)

市(地、州)土地利用現(xiàn)狀圖具有一般地圖嚴格的數(shù)學基礎(chǔ)、適當?shù)牡乩硪睾酮毺氐耐恋乩脤ｎ}內(nèi)容。其專題內(nèi)容是在各縣、鄉(xiāng)完成的1:1萬分幅土地利用現(xiàn)狀圖的基礎(chǔ)上，按照比例尺，如1:5萬，1:10萬，1:25萬的編圖工藝流程，經(jīng)過縮編得到［1］。而地圖縮編是一項概括性極強的創(chuàng)造性工作，影響制圖綜合質(zhì)量的因素很多，主要有制圖人員的技術(shù)素質(zhì)、基礎(chǔ)圖件的質(zhì)量以及制圖區(qū)域的土地利用復(fù)雜程度等等［2］。

傳統(tǒng)的地圖縮編是利用數(shù)字化應(yīng)用系統(tǒng)的編輯功能對原有的數(shù)據(jù)進行手工編輯、綜合取舍的過程，成圖的精度低，效率不高［3］。完整解決制圖綜合問題，絕不是一個單純的軟件開發(fā)問題，它不僅受當前計算機技術(shù)在制圖綜合領(lǐng)域的研究水平與應(yīng)用水平的制約，還受到數(shù)據(jù)源中包含的特征信息、數(shù)據(jù)邏輯、數(shù)據(jù)質(zhì)量的完備性、合理性、正確性等因素的極大影響［4］。而在自動縮編的研究方面，目前市場上也有一些地圖軟件帶有地圖自動縮編功能。例如:武漢大學的大比例尺地形圖縮編系統(tǒng)(Automap)，它采用人機協(xié)同的作業(yè)方式，將地圖綜合過程分解，廣州開思軟件公司的LengthStar軟件也帶有地圖自動縮編模塊，但是這些軟件的自動縮編功能轉(zhuǎn)化效率不是很高，只能減少20%?30%的縮編工作量，而且縮編效果不盡人意［5］。

綜上可知，在進行地圖自動縮編時采用人機互輔方式是最佳選擇，也是最易控制和最易實現(xiàn)的選擇。所謂人機互輔方式是指:數(shù)據(jù)預(yù)處理、自動縮編、人工編輯。

1 制圖原則

制圖概括的目的是為了解決土地利用的復(fù)雜多樣性同有限的地圖幅面之間的矛盾，這種矛盾具體反映在資料的處理和編繪過程中，主要表現(xiàn)在:要正確處理地圖的詳細完整性和清晰易讀性、各類用地的地塊輪廓面積的幾何精確性和地理真實性之間的矛盾。所以說，表示主要的舍去次要的，是制圖概括應(yīng)遵循的基本原則。考慮數(shù)字制圖的特點，在繪制土地利用圖時主要應(yīng)遵循以下幾條原則:

1.1 定位原則

必須注意土地利用各種類型的地理空間位置的相對關(guān)系。地類界線的劃分、輪廓形狀的布局要嚴格遵循地理基礎(chǔ)的控制，以保持各類用地空間分布的準確性。對地形圖中已有的水系、道路、居民地等和土地利用特別有關(guān)的地物以及行政界線要盡可能地準確選取，這樣才便于土地利用各種類型的定位;而像注記、高程點等關(guān)系不大的要素則可適當?shù)貏h減，以免干擾土地利用的主題，造成喧賓奪主的局面。

根據(jù)地物間相對重要性的原則，在處理地物關(guān)系時，應(yīng)該保持水系的連通性，即在分層上依次為水系、鐵路、高速公路、其他公路。當它們相互交叉時，高層次地物壓蓋低層次地物。在保證明顯及人工地物位置準確的同時，可以移動不明顯及非人工地物，減少不同地類之間的狹小空隙，例如河流與道路毗鄰時，可將河岸旁移靠近道路，使水域與交通用地之間只有一條邊界線。

1.2 閉合原則

各類用地呈面狀分布是土地利用的基本特點，也是制圖概括的主要依據(jù)。土地利用的各種類型在圖上表現(xiàn)為封閉的圖斑，但構(gòu)成圖斑輪廓的界線在數(shù)字地形圖上分屬于不同的要素層，因而不一定能夠生成完全閉合的面域。所以在勾畫各類用地的輪廓時，必須注意線條的聯(lián)結(jié)性，避免接合處出現(xiàn)斷頭、交叉、錯位等現(xiàn)象，最終使所有的分界線都能夠精確閉合為面域。

1.3 取舍原則

必須注意圖斑的輪廓形狀、大小的表現(xiàn)，防止任意地增刪、裁彎取直、去棱變圓、擴窄變寬。河流、林帶、道路、溝渠、田埂等線狀地物，以保留原有數(shù)字地形圖的表示為原則，圖上寬度小于2 mm的線狀地物可以刪除。對面狀地物而言，考慮地類、地物概括取舍的需要，為降低圖面的“破碎性”，圖上保留的最小地塊(圖斑)限定為:城鎮(zhèn)村及工礦用地的圖上面積不小于4.0 mm2(邊長2 mm的正方形)，耕地、園地的圖上面積不小于6.0 mm2(邊長2.5 mm的正方形)，林地、草地等其他地類的圖上面積不小于15.0 mm2(邊長4 mm的正方形)。

1.4 歸并原則

主要遵循以下兩個原則:

(1)性質(zhì)相近規(guī)則:在進行相鄰地類圖斑合并時，盡可能歸并到性質(zhì)最接近的地類。例如，茭塘統(tǒng)一并入水田，葦?shù)亟y(tǒng)一歸入河灘。對相鄰的同一性質(zhì)用地則可在更大范圍內(nèi)進行合并，如將并排的魚塘統(tǒng)一化為連片的漁業(yè)用地。

(2)權(quán)屬相同規(guī)則:對地類圖斑進行合并，要考慮行政界線，在同一行政區(qū)域(權(quán)屬區(qū)、鄉(xiāng))內(nèi)進行合并，兩相同地類的地塊相鄰，但不在同一個鄉(xiāng)，則不進行歸并;相同地類、同一行政單元(鄉(xiāng))，可以合并［6］。

1.5 編碼原則

考慮到今后數(shù)字土地利用現(xiàn)狀圖與土地信息系統(tǒng)的銜接，在制圖過程中應(yīng)實現(xiàn)圖形數(shù)據(jù)與屬性數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)，即對圖上地塊(圖斑)進行編碼。圖斑的編碼作為識別該塊土地的關(guān)鍵字，是建立數(shù)據(jù)庫和查詢的基礎(chǔ)［7］。

2 解決方法

2.1 實驗所用軟件

由于陜西省二調(diào)選用ESRI公司的ArcGIS軟件作為GIS軟件平臺，因此本文選擇 ArcGIS9.2軟件作為縮編工具。ArcGIS9.2的功能很強大，具有數(shù)據(jù)可視化、數(shù)據(jù)查詢分析、圖形輸入輸出等功能［8］。

2.2 實驗流程

實驗流程如圖1所示。

2.3 地物處理過程

因為將1∶1萬地類圖斑縮編到1∶5萬后，地類界線將會改變，因此需要用新生成地類圖斑生成新的地類界線。鑒于以上原因，地物處理主要包括三個圖層:行政區(qū)界線、線狀地物以及地類圖斑。

2.3.1 線狀要素的處理

在進行線狀地物處理時，選取地物主要依據(jù)的是資格法［9］，其他方法作為輔助。地物的取舍主要遵循重要性原則以及連貫性原則。線狀地物的最小上圖寬度按照根號法則計算［10］，通過計算可知，在1:5萬地圖上線狀地物的最小上圖寬度為4.5 m～45 m，對于像農(nóng)村道路這種線狀地物，寬度可適當放低。

1)自動平滑

使用Simplify Line工具。

2)手工處理

(1)彎曲的處理，這是線狀地物編繪的重點。彎曲的處理有兩種情況，一種是去掉，另一種是化簡。去掉的情況比較簡單，比如河流1.0 mm×1.2 mm的彎曲可適當化簡，小彎曲直接去掉，彎線變成了直線。化簡的情況就比較復(fù)雜些，比如比較尖的彎曲經(jīng)過化簡，尖彎變鈍，比較長的彎曲，經(jīng)過化簡，長彎變成短彎。

(2)線狀地物與其他地物之間的關(guān)系問題。制圖規(guī)定中有一條，各地物之間最小間隔不小于0.2 mm，所以，凡實地距離小于10 m間隔的地物，都要移位繪出。

(3)線狀地物的移位表示，即主次問題。一般情況下，主要地物不動，移動次要地物，重要地物不動，移動一般地物。

(4)地物壓蓋問題。比如鐵路和公路交叉時，鐵路符號不間斷，公路接在鐵路上，即鐵路壓斷公路。公路和鄉(xiāng)村路交叉時，公路在上壓斷鄉(xiāng)村路。公路過河流時，一般都有橋梁符號，如果沒有橋梁符號時。公路壓斷河流，不能讓河流穿過公路［11］。

行政區(qū)界線的處理與線狀地物類似。

圖1 實驗流程

2.3.2 地類圖斑的處理

對地類圖斑的處理步驟如下:

1)合并同類地物

合并同類地物時要遵循性質(zhì)相近規(guī)則以及權(quán)屬相同規(guī)則。合并時使用的工具是 Aggregate Polygons，Minimum Area表示合并后多邊形的最小面積，Minimum Hole Size表示設(shè)置一個多邊形孔予以保留，默認值是零，這三個參數(shù)值需要根據(jù)地類來確定。

合并多邊形前后圖形的變化如圖2所示:

圖2 合并前后對比圖(注:左圖為合并前，右圖為合并后)

做完Aggregate Polygons后，新生成的多邊形是沒有屬性的，需要添加DLBM(地類編碼)以及DLMC(地類名稱)兩個字段，而且字段的類型設(shè)置要與合并前一致。

2)更新

使用Update工具將合并后新生成的圖層更新到原地類圖斑圖層。更新的時候必須特別注意順序，不同的順序，會產(chǎn)生不同的結(jié)果。確定更新順序的主要依據(jù)是地物的上圖圖斑大小以及重要性。圖2中合并后的圖斑更新前后圖形的變化如圖3。

圖3 更新前后對比圖(注:左圖為更新前，右圖為更新后)

3)去除小圖斑

由圖3可以看到，在更新圖斑后，仍然存在不符合上圖面積的碎小圖斑，所以需要使用Eliminate工具按類別對各類地物進行去除小圖斑處理。做Eliminate前后圖形的變化如圖4所示。

4)面轉(zhuǎn)線、面轉(zhuǎn)點

將一幅1:1萬的地類圖斑圖層直接縮放到1:5萬顯示，邊界會不平滑，因此有必要對地類圖斑的邊界進行平滑處理。然而，直接使用Simplify Polygon處理可能會產(chǎn)生拓撲問題，因此將地類圖斑進行面轉(zhuǎn)線操作，然后對生成的線圖層進行平滑處理得到地類界線圖層。地類界線改變后地類圖斑會隨著改變，因此需要重新線轉(zhuǎn)面生成新的地類圖斑，轉(zhuǎn)換過程中為了解決地類圖

圖4 去除小圖斑前后對比圖(注:左圖為去除前，右圖為去除后)

斑屬性丟失的問題，將原始地類圖斑進行面轉(zhuǎn)點處理，生成的點圖層保存屬性。

5)地類界線自動平滑

6)行政區(qū)界線擦除地類界線、線狀地物

使用Erase工具，分別用行政區(qū)界線圖層來擦除地類界線圖層以及線狀地物圖層，以消除重復(fù)區(qū)域。

7)行政區(qū)界線、地類界線、線狀地物手工處理、點處理

用ArcGIS自動做出來的線條平滑不盡美觀，因此還要再手工處理。

手工處理的時候，主要有四個任務(wù):

(1)將面積不符合要求的圖斑的邊界刪除掉或者歸屬于相鄰圖斑，同時將點要素文件里此多邊形所對應(yīng)的點刪除或者移動，以防對線轉(zhuǎn)面造成影響。

(2)狹長面狀河流、道路處理。

狹長的面狀河流以及道路的處理，主要有兩種方法，一種是在地類圖斑圖層上通過ArcGIS的Collapse Dual Lines to centerline工具提取中心線，賦予屬性保存起來，最后在地類圖斑層上沿著這些河流、道路的中心線進行切割以及分段切割，并使之和周圍圖斑合并。第二種方法是在面轉(zhuǎn)線之后得到的線圖層中，手工繪制中心線，將狹長地物邊界刪除，并使中心線與周圍線段相交。

(3)檢查行政區(qū)界線與地類界線、線狀地物的交界區(qū)域。

由于行政區(qū)界線與地類界線的公共區(qū)域是通過自動擦除實現(xiàn)的，因此很有可能出現(xiàn)線段不連貫或者碎小線段，此時就需要人工檢查，并處理問題。

(4)線條平滑。

8)地類界線、行政區(qū)界線、點轉(zhuǎn)面

地類界線與行政區(qū)界線疊置后為地類圖斑的邊界，因此需要二者一起來構(gòu)面，面的屬性通過點要素加載。

3 結(jié)論

通過對陜西省鳳縣土地利用現(xiàn)狀圖制作方法的研究，提出利用ArcGIS軟件，結(jié)合人工處理，以二調(diào)1:1萬土地利用數(shù)據(jù)庫為實驗數(shù)據(jù)，制作1:5萬土地利用現(xiàn)狀圖的一種方法。提出的制作過程簡單，成圖速度快，而且成圖質(zhì)量較高，對于二調(diào)土地利用現(xiàn)狀圖的制作具有一定的指導(dǎo)意義。

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