基于GIS的農地四至自動計算方法

康念坤 吳少華

【摘要】針對當前農地調查工作中農地四至計算存在的準確率低、自動化程度不高等問題，結合GIS空間分析原理與方法，提出一種高效的農地四至自動計算方法。利用構建的方向搜索線段和搜索區間，獲得農地四周的四至信息，其中搜索線段可以快速獲取四至信息，同時以搜索區間為補充，進一步提高四至計算的準確率。最后，通過實例數據驗證和對比分析，表明本文所提方法與現有軟件的四至計算功能相比，無論是從時間效率，還是準確率方面，都有很大的提高。

【關鍵詞】農地調查;農地四至;GIS;空間分析

1、引言

農地是指具有封閉權屬界線的地塊，是地球表面有確定的邊界和權屬的土地[1]。農地四至是指某一農地四個方向與相鄰土地的交接界線，通常填寫四鄰的土地所有者或使用單位和個人的名稱[2-3]。農地四至的確定，一是為了快速界定農地的范圍，二是為了在農地管理中快速檢索出農地的位置信息。

目前，現有農地調查建庫軟件針對農地四至自動計算與提取功能實用性不強，在實際工作過程中，農地四至更多是依靠外業人工判讀，再手動輸入到入庫屬性表中。采用人工判斷+手動輸入模式確定四至信息，勢必導致其受人為因素的干擾，無法保證四至信息的準確性和完整性。基于此，本文提出一種基于GIS的農地四至自動計算方法。利用GIS強大的空間分析功能，以農地幾何和屬性數據為基礎，構建空間搜索線段和搜索區間，快速、準確、高效地獲取農地四至信息[6-9]，在很大程度上提高了農地調查工作的效率。

2、農地四至計算方法及流程

2.1 農地四至計算基本思想

農地四至信息的獲取是對目標農地東、南、西、北四個方向進行搜索，得到每個方向上最合理的鄰接農地。對于不規則的農地，四至信息難以判別時，則利用GIS空間分析中的緩沖區思想，通過設定目標地塊的搜索區間，在構建的搜索區間內判定該地塊的四至鄰接地塊。基本思想是：以待計算四至信息的農地為目標地塊，計算該農地的最小外包矩形，再以目標地塊的幾何中心作為起算點，平行于坐標軸構建東、南、西、北四個方向直線段，得到直線段與目標地塊邊界的交點;然后以交點為起點向外延伸一段緩沖距離，形成各自方向上的搜索線段，利用GIS空間查詢分析，分別計算出與各方向搜索線段相交的農地集合，將幾何中心距離目標地塊最近的農地要素，作為目標地塊的某一四至信息。若搜索結果為空，則將之前的搜索線段分別向兩側旋轉設定的角度，形成扇形搜索區間，計算出與之相交的農地集合，同樣選擇幾何中心距離目標地塊最近的農地要素，作為目標地塊該方向上的息。如果農地集合依然為空，則說明目標地塊在該方向上無鄰接農地要素，直接將其四至賦值為田壟（埂）。

2.2 農地四至計算流程

基于GIS的農地四至自動計算方法，核心思想是如何在各自方向上進行有效的空間搜索，主要是通過設定緩沖距離和掃描角度來控制搜索區間的范圍。當進行方向線段搜索時，主要是根據設定的緩沖距離來獲得搜索范圍，緩沖距離的設定主要是根據農地空間分布密集程度來進行必要調整。當進行方向區間搜索時，需要由方向線段和設定的旋轉角度來獲得各自的方向搜索區間，旋轉角度的設定同樣需根據農地空間分布密集程度進行調整。

3、農地四至計算方法實現

農地四至的計算實現主要是利用了GIS原理中緩沖區分析的思想，通過構建的搜索線段和搜索區間限制農地四至的查詢范圍，從而更加精確的計算出四至信息。在本方法的程序實現過程中主要解決的核心問題有三個：（1）獲取農地四個方向搜索線段（2）利用搜索線段計算四至（3）扇形區域的構建及四至計算。

3.1 獲取農地四個方向搜索線段

方向搜索線段是沿著東、南、西、北四個方向緩沖一定距離的線段。四個方向的起點都設置為目標地塊的幾何中心，而另外一端點獲取首先需要求出四個直線方向分別與目標地塊邊界的交點，然后再通過設置的緩沖距離沿著各自邊界交點延伸得到搜索線段的另一端點。第一步：邊界交點的獲取，首先利用GIS空間分析的拓撲求交操作獲取交線段，拓撲求交的參數一個是目標地塊，另一個是中心點到目標地塊外包矩形邊界的線段，求交結果為線段要素。然后將其線段的起點和終點中非中心點作為邊界交點。這里可能存在目標地塊為凹多邊形的情況，這時幾何中心落在目標地塊外面，用上述方法拓撲求交結果必然為空，這樣的情況可以直接以幾何中心作為該方向上的邊界交點。

3.2 利用搜索線段計算四至

搜索線段計算四至是指通過搜索線段搜尋出各自方向上的鄰接地塊。搜尋的原理主要是利用GIS空間分析中的空間查詢操作。首先設定查詢條件，然后進行要素查詢操作，最后遍歷要素查詢結果集。在查詢結果集中，選擇查詢結構地塊中心距離目標地塊中心最近的農地要素作為目標地塊的某一方向的四至信息，若查詢結果為空則返回空。在農地調查工作中，大部分農地四至信息可以通過搜索線段直接獲取，

3.3 扇形區域的構建及四至計算

在上述搜索線段獲取四至信息得到的結果為空的情況下，說明正方向搜索不到要素信息，需要考慮擴大搜索范圍。進一步的建立對應方向的搜索區間進行空間查詢操作。對于搜索區間的確定，是將之前的搜索線段分別向兩側旋轉至設定的角度，形成一個扇形區域要素，作為該方向上的的搜索區間。利用扇形搜索區間進行GIS空間查詢操作，遍歷查詢結果集，依次求得每個要素幾何中心與目標地塊幾何中心的距離，選擇距離最小的農地要素作為目標地塊的某一方向的四至信息。如果查詢結果為空則返回空。

利用扇形要素計算四至步驟如下：

1）確定東南西北四個方向的搜索線段OE、OS、OW、ON;

2）對于某一方向，計算繞著該方向搜索線段旋轉至給定角度，可以獲得扇形起點和終點，通過這兩點即可構建對應的圓弧，同時與起始的方向搜索線段和旋轉后的方向線段進行組合，則可組建扇形區域要素。

3）對于東南西北四個方向分別利用上述方法得到四個扇形搜索要素OE1E2，、OS1S2、OW1W2、ON1N2;

4）利用扇形要素進行空間查詢操作，方法與利用搜索線段進行查詢操作類似。

4、實例驗證與分析

為了驗證本文所提出方法的可行性，以農地確權登記工作中數據為例，將本方法與現有軟件計算四至進行對比，這里選擇進行對比的軟件是農業部指定的農經權登記系統中的蒼穹農經權軟件，該軟件包含農地四至自動計算功能，將兩者進行對比，可以從計算時間效率和準確率方面進行綜合對比分析，其中準確率主要是通過抽檢的方式進行人工判讀來計算得到。采取不同地塊數量下測試實驗結果如表1所示。

從表1可以看出，本文所提出的農地四至自動計算時間效率優于蒼穹農經權軟件四至計算功能，并且能夠保證準確率達到90%以上，可以說在很大程度上提高了目前農地四至計算的效率。此外，蒼穹農經權軟件在計算四至時只設置了方向距離查詢，對于分布極不規則的農地，難免會遺漏在該方向范圍內的地塊。而本文所提方法能夠以范圍查詢作為方向查詢的補充，避免了對農地四至的漏判、誤判，可進一步提高四至計算的準確率。

結語：

本文提出了一種基于GIS的農地四至自動計算方法，在很大程度上解決了目前現有軟件四至計算存在的準確率和時間效率不高等問題。通過實驗證明，本文所提方法在時間效率方面比當前現有農經權軟件四至計算有了很大的提高，且準確率也可達到90%以上。本文將農地四至鄰接地塊搜索方法分為方向線段搜索和方向區間搜索兩種情況，在方向線段搜索不到的情況下，以方向區間搜索作為補充，可以在很大程度上防止漏判、誤判等情況，提高了四至計算的準確率，為當前農地調查工作中數據整合與處理提供了有效的技術支持。

參考文獻：

[1]鄭振源，張曉玲，施引之，等.GB/T19231-2003.土地基本術語[S].北京：中國標準出版社，2003.

[2]湛洪舉，任國業，楊健，等.NY/T2537-2014.農村土地承包經營權調查規程[S].北京：中華人民共和國農業部，2014.

[3]朱留華，邵凌志，馮文利，等.TD/T1001-2012.地籍調查規程[S].北京：中國質檢出版社，2012.

[4]邵晴晴，朱福利.一種宗地四至提取方法探討[J].測繪地理信息，2014（04）：58-61.

[5]方衎，胡維.農村土地承包地塊四至自動讀取的研究[J].測繪與空間地理信息，2015（11）：202-24.

[6]陳述彭，魯學軍，周成虎.地理信息系統導論[M].北京：科學出版社，2000：1-2.

[7]王家耀，成毅，吳明光，等.地理信息系統的演進與發展[J].測繪科學技術學報，2008（04）：235-240.

[8]湯國安.地理信息系統教程[M].北京：高等教育出版社，2007：1-3.

[9]許捍衛，馮學智.空間數據存儲機制研究[J].計算機應用研究，2003（2）：39-40.

作者簡介：

康念坤（1992-），男，理學碩士，主要從事GIS應用開發。