基于第二次全國土地調查數據的土地利用現狀圖制圖綜合技術研究

楊寶堯，杜震洪，，劉仁義，張 豐，

(1.浙江大學浙江省資源與環境信息系統重點實驗室，杭州 310028;2.浙江大學地理信息科學研究所，杭州 310027)

基于第二次全國土地調查數據的土地利用現狀圖制圖綜合技術研究

楊寶堯1，杜震洪1，2，劉仁義2，張 豐1，2

(1.浙江大學浙江省資源與環境信息系統重點實驗室，杭州 310028;2.浙江大學地理信息科學研究所，杭州 310027)

利用浙江省第二次全國土地調查數據，著重在語義綜合和圖形綜合兩個方面對土地利用現狀圖的制圖方法進行了相關研究，通過將小面積圖斑降維處理等方法實現了綜合前后土地面積的基本平衡，同時又提出了圖斑合并的最小面積原則。實驗證明，該原則下的制圖綜合可以更真實地反映原始圖斑的地理屬性。

土地利用;制圖綜合;相對平衡;小面積圖斑;圖斑合并

0 引言

土地利用現狀圖是以地圖形式全面系統地反映不同行政區內的土地資源類型、分布、利用現狀以及與自然、社會經濟等要素相互關系的專題地圖［1－3］。第二次全國土地調查開展了農村土地調查，查清了全國農村各類土地的利用狀況，建立了比例尺為1∶1萬的土地利用數據庫。利用該數據庫進行制圖綜合，生成小比例尺土地利用現狀圖，可以更直觀地反映較高行政區范圍內的土地利用現狀。

土地利用現狀圖用不同的圖斑來表達不同土地利用類型，具有幾何目標類型單一和多邊形地塊在空間分布上全覆蓋、無縫隙、無重疊的特點，在語義上具有類型的層次化劃分的特點［4］。這樣就使得數字環境下或GIS環境下的土地利用現狀圖綜合與傳統地圖綜合相比具有了明顯的階段性，即數據的語義概括過程和數據的圖形概括過程，或者說是語義綜合和圖形綜合兩個階段。

本文針對語義綜合中的保持圖斑綜合前后面積比率的相對平衡和圖形綜合中的小面積圖斑合并原則這兩個方面進行了探討研究。

1 綜合類型

1.1 語義綜合

語義綜合方法是以GIS數據庫作為輸入源，對其進行地物選取或刪除、類型轉換或重新分類、減少分級、指標轉換等處理，目的是確定目標數據庫中表現的地理對象類型、地理對象屬性及其值域范圍、屬性項取值級別、地理對象間邏輯關系等信息［5］。

對于土地利用現狀圖綜合來說，既要保證地類圖斑位置的正確性［6］，還要保持圖斑綜合前后面積比率的相對平衡，這樣才能真實地反映該地理區域內各地類的質量和數量分布特征，這也是衡量綜合結果是否合理的標準之一［7］。

第二次全國土地調查數據土地利用各地類面積之間的關系為

式中:A為地類圖斑面積;T為圖斑面積;S為零星地物面積;L為線狀地物面積;K為扣除地類面積。

由式(1)可以看出，要想保持圖斑綜合前后面積比率的相對平衡，就必須對制圖綜合過程中勢必會發生變化的地類圖斑面積、零星地物面積、線狀地物面積等予以充分考慮。

1.2 圖形綜合

土地利用現狀圖中不同的圖斑表達不同土地利用類型。當土地利用圖由大比例尺縮編為小比例尺時，必然導致綜合前清晰可辨的小圖斑和狹長形圖斑不再清晰。這也就導致了土地利用的復雜多樣性同有限的地圖幅面之間的矛盾。解決這一矛盾的關鍵就是要通過實施選取、化簡和概括等綜合手段，對一定閾值范圍內的小圖斑和狹長形圖斑進行綜合。

《第二次全國土地調查培訓教材》［7］中指出，地類圖斑綜合取舍的原則是，上圖圖斑與調查圖斑的地類面積比例保持一致，形狀相似;道路、河流等應成網狀，充分反映不同地區分布密度的對比關系及通行狀況。

1∶1萬比例尺圖斑最小上圖指標規定城鎮村及工礦用地為2～4 mm2;耕地、園地及其他農用地為4～6 mm2;林地、草地等為10～15 mm2;水庫、湖泊應全部選取;圖上坑塘面積大于1 mm2的一般應選取，對于坑塘密集區可適當取舍，但只能取或舍，不能合并。最小寬度閾值規定圖上寬度小于1 mm的狹長圖斑可歸并;非重要地類(如林地、草地)寬度小于2 mm可歸并。最小長度閾值規定為主要公路圖上長度10 mm以上、一般公路15 mm以上、溝渠15 mm以上予以保留。

2 綜合技術方法

2.1 地類圖斑綜合

2.1.1 小面積圖斑綜合

各類用地呈面狀分布是土地利用現狀圖的基本特點，也是制圖綜合的主要依據。小圖斑綜合時不能進行刪除操作，而是需要將面積小于給定閾值的小圖斑與周圍相鄰圖斑進行合并［8］。具體規則是首先確定圖斑合并原則，在同一行政區域內尋找與小圖斑同地類的相鄰圖斑;如果沒有同地類相鄰圖斑，就尋找與小圖斑地類相似的相鄰圖斑;如果上述2種圖斑都沒有，則按預定合并規則尋找相應的相鄰圖斑;最后將尋找到的圖斑與小圖斑合并。

在進行合并的過程中，要充分考慮保持綜合前后各地類圖斑面積的相對平衡這一原則。小圖斑與同一地類或相似地類圖斑合并時并不產生大地類總面積的變化，但在與其他地類圖斑合并時會產生圖斑地類面積的變化。為此考慮將該小圖斑進行降維處理，即將該圖斑轉換為零星地物，并將該小圖斑的面積等屬性信息賦給此零星地物。根據各地類土地面積計算公式可知，這樣就可以保證綜合前后各地類圖斑面積的相對平衡。其效果如圖1所示。

圖1 小面積圖斑降維處理Fig.1 An example of area －patches dimensionality reduction

小面積圖斑綜合的流程如圖2所示。

圖2 小圖斑綜合流程圖Fig.2 Flow chart of area － patches generalization

2.1.2 狹長圖斑綜合

土地利用現狀圖中存在一部分狹長圖斑，它們一般由河流、溝渠、公路及農村道路等構成。當比例尺小到一定程度時，狹長圖斑兩側之間的距離已經到了人眼不能識別的程度，就需要用線段來表達。

具體來說，狹長圖斑的綜合規則是，對于圖上寬度大于給定閾值的予以保留;對于寬度小于給定閾值的，提取其中軸線表示該狹長圖斑，然后用與其相鄰的圖斑合并;對于那些既有寬度大于閾值又有小于閾值的狹長圖斑，需要先對其按閾值進行分解，使其寬度基本均一，這樣就可以按單一寬度的綜合規則進行綜合。

2.2 零星地物綜合

大比例尺下的零星地物一般都是面積較小但具有一定代表性的保留地物，在1∶1萬比例尺土地調查中規定零星地物實地面積不小于100 mm2且小于最小上圖面積。

在由大比例尺土地利用圖縮編為小比例尺土地利用圖時，零星地物由原有零星地物和由圖斑轉化而來的零星地物組成。對于零星地物，按照預定的閾值進行取舍。

2.3 線狀地物綜合

土地利用現狀圖中線狀地物基本可以分為鐵路、公路、農村道路、河流水面、溝渠及水工建筑等。線狀地物的綜合一般根據其寬度和長度判斷，對于不滿足要求且不重要(條件選擇)的線狀地物予以刪除，并修改其相鄰圖斑的屬性數據和幾何信息，以保證拓撲關系的一致性。一般縣級以上公路予以保留，并保證公路的完整性、連貫性;農村道路選取村以上居民點的道路和丘陵山區的主要小路，其余全部舍去;水系網要根據完整性和連貫性，保留的要素與相應比例尺的地形圖的水系網基本一致。

進行圖斑合并時，如果涉及到線狀地物，需要根據實際情況對線狀地物進行合并或刪除。

2.4 綜合技術流程

綜上所述，土地利用現狀圖圖斑綜合技術流程如圖3所示。

圖3 綜合技術流程Fig.3 Flow chart of generalization

3 小面積圖斑合并原則探討

從某種意義上來說，土地利用現狀圖綜合的主要任務是小面積圖斑的綜合。因此，研究小面積圖斑綜合方法對土地利用現狀圖綜合具有重要意義。

現有的有關圖斑合并原則最常用的是最大面積原則和最長鄰接邊原則，即尋找預定圖斑的所有相鄰圖斑中面積最大或鄰接邊最長的圖斑與之進行合并操作。選取相鄰圖斑中面積最大的圖斑合并可以最大程度上減少小面積圖斑，對于進一步的更小比例尺的綜合很有幫助;選取鄰接邊最長的圖斑合并則可以最大程度上保持合并后圖斑的整體美觀性和完整性，以減少小面積圖斑合并對圖斑整體輪廓的影響。

但是土地利用現狀圖綜合有其特定專題地圖綜合的特殊性，為能最大程度地保持綜合后圖斑的地理真實性，本文對應于最大面積原則提出最小面積原則，即小面積圖斑在符合地類相同、相似等條件下與面積最小的相鄰圖斑進行合并，以期最大程度上保留原始圖斑的地理屬性，真實地反映地理實物。

圖4是原始圖斑、最大面積原則綜合后圖斑和最小面積原則綜合后圖斑示意圖，可以看出，按最小面積原則綜合后的圖斑較好地保留了原始圖斑的地理屬性，體現了其在土地利用現狀圖綜合中的優勢。

圖4 原始圖、最大、最小面積原則綜合結果Fig.4 Generalization results under different rules

4 實驗結果與分析

為驗證最小面積原則是否適用于土地利用現狀圖綜合，利用浙江省第二次全國土地調查成果數據，選取黃巖區部分數據成果，對最大面積原則和最小面積原則進行對比分析。

表1—表2是最大面積原則和最小面積原則下不同比例尺綜合下各地類圖斑面積變化情況。

表1 最大面積原則綜合前后地類土地面積對比Tab.1 Area comparison before and after generalization under the max－area rule

表2 最小面積原則綜合前后地類土地面積對比Tab.2 Area comparison before and after generalization under the min － area rule

通過對表1和表2的對比分析可以發現:在保持綜合前后各地類土地面積相對平衡方面，最小面積原則和最大面積原則一樣，可以比較有效地控制各個地類的面積，尤其是在1∶1萬原始數據到1∶2.5萬綜合過程中，2種原則下的綜合沒有太大差異，而且各地類圖斑面積在綜合前后的面積比率基本平衡;在1∶2.5萬原始數據到1∶5萬綜合過程中出現的差異也不是很大，各個地類土地面積變化均在可控范圍之內。這也就說明了，最小面積原則在保持綜合前后各地類土地面積相對平衡方面，對于1∶1萬到1∶2.5萬再到1∶5萬土地利用現狀圖綜合是可行的。

在保持綜合前后各地類土地面積相對平衡的情況下，分析綜合前后圖斑個數的變化情況(表3)。

表3 綜合前后圖斑個數變化對比Tab.3 Comparison of polygon numbers before and after generalization

對表3進行分析可以發現，在最小面積原則下的圖斑個數要多于最大面積原則下的圖斑個數，這說明最小面積原則下的制圖綜合很好地保留了原始圖斑，更真實反映了原始圖斑的地理屬性。

5 結論

本文以第二次全國土地調查成果數據為基礎，針對土地利用現狀數據的特點及其制圖綜合方法的特殊性，對圖斑綜合方法進行深入研究。通過降維處理將小面積圖斑轉化為零星地物，將狹長圖斑轉化為線狀地物，很好地保證了綜合前后各地類圖斑面積的相對平衡。對應于最大面積原則，本文提出了最小面積原則，并通過實例驗證證明，最小面積原則下的制圖綜合能夠更真實地反映原始圖斑的地理屬性。

土地利用制圖綜合是一個比較復雜的工程，本文雖然提出了一些自己的思想方法，但受水平和技術所限，仍需進一步完善。

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Researches on Generalization Technology for Land Use Mapping Based on 2nd National Land Survey Data

YANG Bao － yao1，DU Zhen － hong1，2，LIU Ren － yi2，ZHANG Feng1，2
(1.Zhejiang Key Laboratory of GIS，Zhejiang University，Hangzhou 310028，China;2.Institute of Geographic Information Science，Zhejiang University，Hangzhou 310027，China)

Using the 2nd national land survey data and focusing on the semantic generalization and graphics generalization，the authors reduced the dimension of the area－patches to achieve the area proportion of different kinds of land －use.At the same time，the authors proposed the minimum area principle.Experiments have proved that the generalization results guided by the principle can more accurately reflect the geographical attributes of the original map.

land use;generalization;relative stable;area－patches;polygon merge

TP 79

A

1001－070X(2012)04－0107－05

2011－12－15;

2012－02－01

國家自然科學基金項目(編號:41001227)、國家863計劃項目(編號:2007AA12Z182，2009AA12Z222)、浙江省重點科技攻關基金資助項目(編號:2009C33011)、教育部博士點專項基金資助項目(編號:200803350017)以及浙江省自然科學基金資助項目(編號:Y5090130)共同資助。

10.6046/gtzyyg.2012.04.18

楊寶堯(1985－)，男，碩士研究生，主要研究方向為土地利用現狀系統。E－mail:yangbaoyao1985@163.com。

杜震洪(1981－)，男，浙江省資源與環境信息系統重點實驗室講師。E－mail:duzhenhong@zju.edu.cn。

(責任編輯:李 瑜)