地圖縮編中小圖斑綜合問題研究

游晉卿，李大軍，鄒勝武

(1.東華理工大學測繪工程學院，江西南昌330013;2.江西省測繪局，江西南昌330000)

隨著計算機技術及信息技術的發展，地圖制圖綜合技術也發生了巨大的變化，由純人工制作過渡到采用人機協同的作圖，將地圖縮編過程分解，進行人機分工，交互式地完成地圖縮編工作［1］。小圖斑在反映地類分布特性和地類結構特征方面有著極其重要的地位，小圖斑的制圖綜合是否合理對綜合成果的質量有著決定性的作用［2］。但是通常小圖斑綜合過程中存在著如圖上斑最小圖斑指標的選取單一、人機交互主觀性強、制圖綜合效率較低等因素［3］。因此，對小圖斑制圖綜合方法的研究有著重要的理論意義與實際應用價值。

1 小圖斑制圖綜合的方法

小圖斑綜合的操作方法主要歸為合并、夸大、聚合和轉零星地物4種。

1.1 小圖斑合并 小圖斑合并就是對那些面積不滿足上圖標準，且不具有重要意義的小圖斑根據圖斑語義鄰近度進行合并操作。一般都合并到與其拓撲相鄰且權屬相同的大圖斑中間去。合并不重要的小圖斑雖然不影響地類要素的分布特征，但是對地類面積的改變還是有著極大的影響［4－5］。

1.2 小圖斑夸大 如果有些面積不滿足標準不能上圖，但是又具有重要的意義，不能直接將其合并或者刪除，此時可以進行夸大處理。在進行夸大處理時需要注意其形狀，保證圖斑夸大后形狀與原始小圖斑相似，來保證其地理形態要素不變。小圖斑夸大示意見圖1。

1.3 小圖斑聚合 一些非鄰近地物由于面積很小，若根據最小上圖面積要求的進行圖斑剔除，則這類地物的面積就會減少很多，所以要對這些非鄰近且連片存在的同地類圖斑進行聚合操作。圖斑聚合不僅能保持要素分布特征，同時還能對地類面積的比例變法進行有效的控制。在縮編過程中盡量保持聚合后的圖形與原成片圖斑形狀相似不能過度改變地物的特征。小圖斑聚合示意見圖2。

1.4 小圖斑轉零星地物 為了保留一部分小圖斑，保證地類面積變化不至于過大，可以選擇將一部分圖斑進行轉點，用相應的獨立符號表示。有些獨立存在但不滿足上圖標準的小圖斑，但是在整個制圖范圍內具有重要意義，不能直接剔除，如果面積與該地類的最小上圖指標要求相差很大，不能進行夸大或聚合處理，需要將小圖斑進行變點處理，也用相應的獨立符號表示。小圖斑轉零星地物示意見圖3。

2 傳統小圖斑綜合方法存在的問題

目前小圖斑綜合存在的問題主要有以下3點:

(1)效率低。人工判斷小圖斑上圖尺度需要對圖幅進行逐一判別，耗時長效率低下。

(2)選取目標指標單一。依靠作業手冊及制圖規范來進行目標選取存在著選取指標單一的問題不能考慮到各個地區不同的地貌特征下的特殊狀況。

(3)主觀性強。就現階段來看，要保證制圖綜合的制圖精度任將長期使用人機交互處理。每一位制圖員對上圖指標認識不同，主觀性的選擇會導致制圖綜合科學性較低。

3 小圖斑制圖綜合改進

針對上述3個小圖斑制圖綜合存在的主要問題，設定以下3個主要解決方案:①引入數學模型，使最小圖斑面積指標的選取更具針對性和科學性;②通過統計已有高質量成果確定制圖綜合緩沖區半徑，利用語義鄰近度確定圖斑重要性從而得到制圖綜合選取指標范圍，減少主觀性影響;③建立模型后利用計算機自動甄別與綜合，提高綜合效率。

3.1 確定最小上圖面積 為了確定最小圖斑面積指標，可以開方根規律的拓展來確立。特普菲爾提出的開方根規律是是研究地圖制圖綜合的一個模式系統。描述綜合程度所有單個公式都和地圖地圖比例尺分母的開方根有關，主要可以用于選取和形狀概括。開方根簡單選取規律如下:

式中，Na為原始比例尺地物個數;Nb為綜合后地物個數;Ma為綜合前地圖比例尺分母;Mb為綜合后地圖比例尺分母。A為符號尺度系數，B為地物類重要性系數。

由于對于面狀的圖斑來A說可以由公式(2)得出:

對于一般的圖幅來說Fa=Fb，且對于一般土地利用圖來說其地物類重要性都是一般。所以B=1，即可得出下式:

由此可以推斷出若將某類地物按面積由小到大排列，則第Nb個地物面積則為該地類圖斑最小上圖面積S。

3.2 建立數學模型 小圖斑的重要性是由其自身的地理位置和周邊環境決定的。假設所有小圖斑的重要程度都是一般，其他圖斑為較重要圖斑。選取某一地類的小圖斑，判斷其緩沖區半徑R的范圍內是否存在與其一級地類相同的大圖斑，如果有，那么可以判斷該小圖斑的重要性為一般;如果沒有與其一級地類相同的大圖斑，那么此小片區域范圍內此地類圖斑是唯一的，可以判斷此地類的小圖斑為重要的;如果沒有一級地類相同的大圖斑，卻有一級地類相同的小圖斑，那么此圖斑重要程度待定。再結合其自身的面積大小，采取相應的操作方法。同時由計算機來判斷不僅具有高效性，還具有客觀性。

緩沖區半徑R值由專家分析已有成果，給定統一數值，達到統一標準，減少制圖員主觀性影響，如表1所示。

根據小圖斑的重要程度和其自身的面積，結合屬性綜合規則和圖形綜合規則，分別對不同的圖斑選取不同的操作方法。具體流程如圖4所示。

表1 緩沖半徑R m

4 應用實例

現在以崇義縣土地利用1∶100 000圖數據作為例來驗證本文所述方法。利用公式(3)得到各地物最小圖斑面積指標，結果見表2。

利用專家提供緩沖區半徑R，交由計算機自動對各地類地物綜合。最后對待定數據進行人機交互操作。

由以上成果可看出，所有用地最小圖斑上圖面積均在全國彈性指標限定范圍中。同樣數據由資深作業員使用傳統綜合方法通過對比，該研究提出的方法只需要傳統綜合方法2/3的工作日，得出其耗時更短，綜合質量更高的結論。以此證明該研究提出的改進型綜合方法可行。

5 結論

該研究通過建立數學模型，確定具有針對性的最小圖斑上圖面積，并輔以專家提供固定緩沖區半徑參數，利用計算機自動甄別與綜合。通過數據驗證，其有效提高土地利用數據制圖綜合效率，提供了更客觀合理的作業指標。但是對于多變的土地利用數據綜合時無法進行完全的計算機自動綜合，仍然需要進行一定的參數修正與人機交互操作。圖斑綜合智能化還需長久而深入的研究，其仍是GIS的一個主要攻克難點。

［1］中華人民共和國國土資源部.第二次全國土地調查實施方案［S］.北京，2007.

［2］陳方偉，張進偉.武義縣萬分之一土地利用現狀計算機成圖［J］.華東森林經理，2000(4):55－56.

［3］武芳，錢海忠，鄧紅艷，等.面向地圖自動綜合的空間信息智能處理［M］.北京:科學出版社，2008.

［4］閏浩文，王家耀.地圖群(組)目標描述與自動綜合［M］.北京:科學出版社，2009.

［5］MARTIN G.Automated Polygon Generalization in a Multi Agent System［D］.Zurich:Zurich University，2003.