基于ArcGIS和蒼穹軟件的土地利用圖的制圖綜合

馮賀珍 ，翁敏

(1.武漢大學資源與環境科學學院，湖北 武漢 430079; 2.武漢大學地理信息系統教育部重點實驗室，湖北 武漢 430079)

1 引 言

受計算機技術及地圖技術理論的限制，地圖的全自動化制圖綜合還不能完全實現，目前還需要使用人機交互的辦法。為了提高制圖綜合的質量和速度，國內外工作者提出了兩種解決方法:①采用單一的軟件進行數據的綜合和入庫，馬晶等人利用ArcGIS 進行1∶ 10 000土地利用現狀圖制圖綜合的研究［1］，但效率不高;②采用自主研制的軟件解決制圖綜合的問題，艾廷華等人基于VC + +研制了地圖綜合縮編軟件Do-Map［2］，但自主研發的軟件并沒有投入市場，廣泛為測繪行業人士使用。目前制圖綜合問題的難點主要在于以下幾個方面:①制圖綜合的復雜性及綜合后信息的不完整;②全自動化綜合還不能完全實現;③自動綜合的理論不能完全轉化為計算機可以識別和執行的工作流程;④自動綜合使用的軟件雜亂，數據格式不統一。

針對以上問題，在現有理論的基礎上，本文采用ArcGIS 10.0 軟件和蒼穹軟件結合的方法進行土地利用現狀圖的編繪和數據入庫的工作。ArcGIS 10.0 軟件可以對空間數據進行存儲、編輯、更新、管理、分析等操作。蒼穹(KQ)空間數據庫具有對空間數據的顯示、查詢、修改、輸出等功能，能夠進行破碎圖斑的融合以及成果數據的入庫［3］，兩種軟件的結合可以高效地制作土地利用圖。ArcGIS 的數據格式主要有E00 、Shape、Geodatabase、Coverage，其中E00 是ArcGIS 的外部交換格式。ArcGIS 通過E00 數據格式和其他軟件相互轉化，在轉化的過程中一般存在屬性和圖形數據的丟失問題，但是ArcGIS 的shape 數據格式能夠和蒼穹空間數據庫無縫連接，在數據轉換的過程中可以直接把ArcGIS 導出的shape 數據導入到蒼穹軟件已建好的數據庫中［4，5］。

2 地類圖斑制圖綜合的理論

2.1 土地分類規范

根據《第二次全國土地調查技術規程》的規定，土地利用現狀采用二級分類體系，分為一級類和二級類，其中一級類12 個，二級類57 個，二級類是在一級類的基礎上劃分的。12 個一級類依次為:耕地、園地、林地、草地、商服用地、工礦倉儲用地、住宅用地、公共管理與公共服務用地、特殊用地、交通運輸用地、水域及水利設施用地和其他土地［6］。在進行與土地利用規劃有關的工作時，必須計算出地類圖斑的面積，土地利用現狀分類是準確統計各地類圖斑橢球面面積和凈面積的基礎。第二次全國土地調查給出各地類面積之間的關系為:

A=T－S－L－K

式中:A 為地類圖斑的面積;T 為圖斑的面積;S 為零星地物的面積;L 為線狀地物的面積;K 為扣除地類的面積［7］。

2.2 制圖綜合的原則

空間數據綜合的問題雖然復雜，但歸納起來只有3個:是否需要綜合、如何綜合、綜合的實施［2］。其中是否需要綜合的問題會因工作性質的不同、空間尺度的不同和相關操作人員對問題理解的不同而發生相應的變化;如何綜合的問題會隨著地圖學理論及相關理論的發展不斷完善;綜合的實施受計算機技術的影響很大。制圖概括的目的是將地表最重要、最基本的事物或現象反映在地圖上，舍去某些非本質的、次要的事物或現象［8］，并可以延長地圖的時效性，避免地圖很快地失去作用。總體來說，制圖綜合的實質是對地圖要素進行合理的選取和概括。選取是從制圖要素中選擇出重要的物體表現在地圖上;概括是對物體的形狀、數量和質量的化簡。選取和概括既有區別又緊密相連，概括通常是在選取的基礎上進行的［9，10］，具有科學性和藝術性。

2.3 土地利用圖制圖綜合的特點

土地利用現狀圖是表達土地資源的類型、面積、結構、關系等要素的專題地圖，具有全覆蓋、無縫隙、無重疊的特點［7］。其內容包括小圖斑的綜合、大圖斑的合并、狹長圖斑的骨架化和線狀圖斑的處理。圖斑合并時需要考慮兩種鄰近方式:語義鄰近和空間鄰近。土地利用圖和普通地圖制圖綜合的不同之處表現在:①普通地圖的制圖綜合主要依據比例尺的變化而變化，土地利用圖的制圖綜合主要受地圖內容和表示方法的限制。②普通地圖要素的制圖綜合程度一致，土地利用圖的專題要素主要包括地類界線、地類圖斑、線狀地物及其注記，其綜合的程度也不一致。③普通地圖綜合后不需要過多考慮面積的平衡，土地利用圖綜合后要保證要素之間無重疊、無縫隙，還要使綜合后各地類面積保持平衡。

3 地類圖斑自動綜合的技術方法及試驗分析

土地利用現狀圖的編制以及數據的入庫是一項規范性、系統性很強的工作，能夠為國土資源等相關部門提供決策、規劃。為了避免傳統純手工綜合和利用單一軟件綜合造成的工作效率不高、工作量大的問題，本次工作在青海省同仁縣已有土地利用現狀數據的基礎上，借助ArcGIS 10.0 軟件、蒼穹(KQ)數據庫軟件以及數據質量檢查軟件，采用人機交互的方法制作土地利用現狀圖，最終得到數據庫成果和各種圖形、圖表成果。技術路線如圖1所示。

圖1 技術流程圖

3.1 線狀地類圖斑的制圖綜合

線狀圖斑是指河流、公路、鐵路等呈線狀的地類圖斑［11］。《第二次全國土地調查技術規程》規定了基本比例尺下圖斑上圖的最小寬度(城鎮、村及工礦用地為圖上4．0 mm2，耕地、園地為6．0 mm2，林地、草地等其他地類為15．0 mm2)［6］，如果不滿足上圖最小尺寸的要求就需要進行制圖綜合。對于線狀圖斑的綜合，我們參考Bader 和Weibel 提出的骨架線剖分方法［12］，提取線狀圖斑的骨架線，并把線狀圖斑的面積分配到相鄰的圖斑中，當幾何鄰近地塊不止一個時，需要把骨架線剖分。被骨架線分割的面狀地類圖斑即使在同一個行政區域內，地類編碼相同也不能合并。相反，如果河流、公路、鐵路等線狀地物的寬度能夠滿足要求，就按照面狀地類圖斑對待，不需要提取骨架線。如下圖所示:圖2中的河流是合并前的線狀地類圖斑，地塊A 和B 是被河流隔開的內陸灘涂。圖3是綜合后的線狀河流，可以看出合并前的河流圖斑的面積被分配到與之鄰近的圖斑中，內陸灘涂A 和B 由于被河流隔開不能合并成一塊圖斑。

圖2 綜合前的河流

圖3 綜合后的河流

3.2 面狀地類圖斑的制圖綜合

除了河流、交通要素等線狀圖斑，其他都是面狀地類圖斑。面狀地類圖斑處理的流程如下:

(1)面狀圖斑的打散處理。由于不同類型的地類圖斑可能連在一起，首先在ArcGIS 10.0 的高級編輯器下對圖斑進行“拆分多部分要素處理”，打散相連接的地類圖斑。

(2)面狀圖斑的制圖綜合。首先運用蒼穹軟件根據距離最近的原則進行微小圖斑的合并，把微小圖斑合并到與之空間鄰近的地類圖斑中，這種做法比在ArcGIS 10.0 軟件下進行微小圖斑的合并要快速、簡單，而且能夠避免手動合并過程中容易出現的跨行政區劃合并、遺漏和重復合并等錯誤。在ArcGIS 10.0軟件中，微小圖斑的合并是手動進行的，而蒼穹軟件下的合并是按照要素的地類代碼和權屬單位代碼根據距離最近的原則自動合并的。如下圖所示:圖4為合并前的圖斑，圖斑個數為236 個，圖5為合并后的圖斑，圖斑個數為70 個，圖斑個數減少了166 個。

圖4 合并前的地類圖斑

圖5 合并后的地類圖斑

(3)在ArcGIS 10.0 軟件中進行面狀圖斑的進一步綜合。經過蒼穹軟件處理后的地類圖斑需要在Arc-GIS 10.0 軟件中做進一步的處理，這時要根據語義鄰近和空間鄰近兩方面進行圖斑的合并。在同一行政區域內部，語義鄰近要優先選擇，如果需要合并的地類圖斑附近沒有與之地類編碼相同的地類圖斑，就應該把該地類圖斑合并到與它距離最近的地類圖斑中。而且要保證合并后各種地類圖斑的面積變化不能過大。如圖6所示，圖斑A 和B 都是水澆地，圖斑C 是有林地，圖斑D 是天然牧草地。圖斑A 和B、C、D 空間鄰近，圖斑A 和圖斑B 不僅空間鄰近，而且語義鄰近，所以優先選擇圖斑A 和圖斑B 合并，如圖7所示。如果把圖斑B 合并到圖斑A 中，合并后圖斑的屬性和圖斑A的屬性相同。相反，如果把圖斑A 合并到圖斑B 中，合并后圖斑的屬性和圖斑B 的屬性相同。另外，如果地類圖斑不屬于同一個行政區域，則不能合并。

圖6 合并前的圖斑

圖7 合并后的圖斑

3.3 數據質量檢查及入庫

(1)把綜合后的地類圖斑先在ArcGIS 10.0 下進行拓撲檢查，檢查線線要素之間是否交叉、懸掛，線面要素之間是否懸掛，面面要素之間是否有空洞、重疊等錯誤。

(2)圖形錯誤檢查完畢后，把輸出的shape 數據導入到蒼穹軟件下已經建好的數據庫中并對屬性數據進行維護。主要有數據編號的維護、ID 值的維護、圖斑面積和橢球面積的維護以及圖斑面積的平差結果等。

(3)數據庫建立完成后可以在專業的土地調查質檢軟件中建立檢查任務，對數據庫進行質檢。主要包括邏輯錯誤、拓撲錯誤、報表錯誤和圖件錯誤等。

(4)把質檢軟件檢查出來的錯誤返回到ArcGIS 10.0 和蒼穹軟件下修改。最終得到無誤的數據庫和各種圖件成果。

3.4 實例應用及結果分析

同仁縣位于青海省東南部，東鄰甘肅省夏河縣，西連貴德縣，南接澤庫縣，北與循化、尖扎縣接壤，地處青藏高原與黃土高原的過渡地帶，隆務河縱貫全境南北，形成東西部山區和中部河谷地區的地形，全縣總面積3 275 km2。研究區的土地利用數據來源于青海省第二次土地調查，原始比例尺1∶ 10 000。經過ArcGIS 10.0 和蒼穹軟件處理后的地類圖斑面積比例基本保持平衡，微小圖斑的處理過程由手動轉為自動，圖斑的個數減少了2 173個，制圖綜合的結果令人滿意。最終的土地利用圖如圖8所示。

圖8 同仁縣土地利用圖

4 結 語

在青海省同仁縣土地利用現狀圖的編繪及成果輸出方面，本研究利用ArcGIS 10.0 軟件、蒼穹(KQ)數據庫軟件、土地調查質檢軟件相結合的方法，趨利避害，順利完成了這項工作。與在單一軟件下處理的結果相比，大大減少了勞動量，提高了工作效率，也提高了工作質量。以上是基于ArcGIS 10.0 和蒼穹軟件相結合的方法對土地利用現狀圖制作過程的一些探討，重點是地類圖斑的制圖綜合。但是要實現地類圖斑全自動化綜合，還需要很大的努力。

隨著計算機技術的發展，制圖綜合的自動化水平也在不斷地提高，但是離全自動化綜合還有一定的距離，我們要做的工作分為兩個方面:一方面是進行科學探究，找到提高制圖綜合水平的技術和模型，服務于生產，比如把遺傳算法和專家知識應用于制圖綜合是目前研究的一個熱點;另一方面在現有制圖綜合理論和技術水平的基礎上，靈活運用多種軟件，合理利用各種軟件的優點，加快制圖綜合的速度，提高制圖綜合的質量，減少人力物力。

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