基于國土“三調”數據地類屬性及空間拓撲“1+N”銜接方案的研究

楊志軍，許等平，譚緒泉，王森林，楊宛蓉，張 芬，關 梅，王家福，王建體

（1.山東省國土空間規劃院，山東濟南250014；2.國家林業和草原局林產工業規劃設計院，中國北京100010；3.濰坊理工學院，濰坊青州262500；4.山東省自然資源廳自然資源調查監測處，山東濟南250014）

1 研究背景

2020年1月17日，自然資源部發布《自然資源調查監測體系構建總體方案》，為切實履行自然資源統一調查監測職責，確立了基礎調查與專項調查統籌謀劃、同步部署、協同開展的工作思路，明確了以國土三調為基礎，集成現有森林資源、濕地資源、草原資源等數據成果，形成自然資源調查監測“一張底圖”的工作要求。

在該背景下開展國土三調與森林資源、國土三調與濕地資源或國土三調與草地資源的地類屬性及空間拓撲“1+N”銜接方案的研究。

2 圖形地類屬性及空間拓撲的研究

以國土“三調”數據和森林資源管理“一張圖”數據為例，制作模擬數據進行圖形地類屬性及空間拓撲兩方面研究。

2.1 圖形地類屬性

2.1.1 三調土地利用現狀工作分類

（1）根據第三次全國國土調查工作分類標準，一級分類13 個，二級分類56 個，見表1。

表1 第三次全國國土調查分類

（2）為簡化三調地類模型，選擇有代表性的森林沼澤（0304）、旱地（0103）、果園（0201）、茶園（0202）、其他園地（0204）、喬木林地（0301）、竹林地（0302）、灌木林地（0305）、其他林地（0307）、其他草地（0404）、采礦用地（0602）、農村宅基地（0702）、公園與綠地（0810）、公路用地（1003）、坑塘水面（1104）和裸巖石礫地（1207）等16 個二級地類制作三調地類模擬數據模型。三調地類模型見圖1。

2.1.2 林業行業地類分類系統

（1）森林資源管理“一張圖”年度更新地類分類系統，一級分類為林地和非林地2 個，其中林地二級分類8 個，三級分類13 個，見表2。

表2 林業行業地類分類系統

（2）為簡化森林資源管理“一張圖”地類模型，選擇有代表性的喬木林（0111）、竹林（0113）、國家特別規定灌木林（0131）、其他灌木林（0132）、未成林造林地（0141）、苗圃地（0150）、其他無林木林地（0163）、其他宜林地（0173）、林業輔助生產用地（0180）、耕地（0210）和建設用地（0250）等11 個三級地類制作“一張圖”地類模擬數據模型。“一張圖”地類模型見圖2。

2.2 圖形空間拓撲

就現有國土三調、森林資源、濕地資源和草原資源等多種自然資源數據，必須確保圖層內部及圖層間存在規定好的圖形拓撲關系，才能實現以國土三調數據為基礎“1+N”多種數據源的銜接。為簡化問題研究的復雜性，并能簡明構建模擬數據，對拓撲規則做如下要求。孤島、空洞和范圍不一致等情況不考慮。

2.2.1 圖層內拓撲規則 以國土三調數據為基礎，參與銜接的“1+N”多種數據源圖層內部必須滿足2個拓撲規則:一是構成圖層全部要素的各個圖形間必須不重疊;二是構成圖層全部要素的各個圖形間必須不存在縫隙。

2.2.2 圖層間拓撲規則以國土三調數據為基礎，參與銜接的“1+N”多種數據源圖層間必須滿足2 個拓撲規則，一是各圖層最外圍界線完全一致，二是各圖層圖形間嚴格保持一對一或一對多的對應關系（因為以三調數據為基礎，銜接后模型不存在多對一或多對多的對應關系）。

2.3 構建模型

2.3.1 地類模型圖以現有國土“三調”數據和森林資源管理“一張圖”數據為例，構建地類模型圖層見圖1、2，圖形分子式為“小班號—地類”

圖1 三調地類模型

2.3.2 屬性結構表最大限度簡化所構建的地類模型圖層數據庫結構屬性表，僅包含縣、鄉、村、小班號、地類和面積等6 個字段。三調和“一張圖”地類模型圖層數據庫結構屬性表見表3 表4。

表3 三調地類模型圖層數據庫結構屬性

表4 “一張圖”地類模型圖層數據庫結構屬性

2.3.3 三調地類模型圖共有16 塊圖形，每塊圖形一種地類，共涉及16 個地類，每塊圖形面積為1，總面積為16，且圖形拓撲規則滿足不重疊無縫隙；“一張圖”地類模型圖共有15 個圖形，共涉及11 個地類，圖形面積有2、1.5、1 和0.5 四種，總面積為16，且圖形拓撲規則滿足不重疊無縫隙；三調地類模型圖層與“一張圖”地類模型圖層最外圍界線完全一致，但銜接前兩圖層圖形間存在多對多、一對一、一對多或多對一的關系。

2.4 銜接處理

圖2 “一張圖”地類模型

從上面所構建模型看，以三調數據為基礎，三調地類模型與“一張圖”地類模型兩圖層圖形間存在多對一和多對多的關系，因此不能進行屬性銜接，所以首先需要進行圖形銜接處理，使兩圖層圖形間只存在一對一和一對多對應關系。

2.4.1 圖形銜接：首先對兩圖層圖形間多對一和多對多的關系進行處理，比如“01-0304 和05-0301”與01-0111 為多對一關系，“04-0202 和08-0305”與“05-0131 和06-0132”為多對多關系。以三調數據為基礎，對“一張圖”地類模型進行圖形銜接處理，處理結果如圖3。

圖3 圖形銜接處理結果

經過處理后“一張圖”地類模型與三調地類模型圖層圖形間滿足“一對一或一對多”的拓撲關系，在此條件下進行屬性銜接。

2.4.2 屬性銜接：地類屬性銜接涉及影像判讀和現場地類認定，在此不贅述。屬性銜接后圖形狀態及其數據庫結構屬性表如圖4 和表5。

圖4 屬性銜接處理結果

表5 “一張圖”地類模型銜接后數據庫結構屬性

2.5 銜接結果查詢

2.5.1 三調地類模型查詢統計

根據構建的三調地類模型進行查詢統計，共有16 塊圖形，每塊圖形一種地類，共涉及16 個二級地類，分別為森林沼澤（0304）、旱地（0103）、果園（0201）、茶園（0202）、其他園地（0204）、喬木林地（0301）、竹林地（0302）、灌木林地（0305）、其他林地（0307）、其他草地（0404）、采礦用地（0602）、農村宅基地（0702）、公園與綠地（0810）、公路用地（1003）、坑塘水面（1104）和裸巖石礫地（1207），每一地類面積為1。進一步統計涉及11 個一級地類，面積分別為：濕地面積為1，耕地面積為1，種植園用地面積為3，林地面積為4，草地面積為1，工礦用地面積為1，住宅用地面積為1，公共管理與公共服務用地面積為1，交通運輸用地面積為1，水域及水利設施用地面積為1，其他用地面積為1，總面積為16。

2.5.2 “一張圖”地類模型查詢統計

根據構建的“一張圖”地類模型，銜接前（圖2）和銜接后（圖4）分別進行查詢統計。

（1）“一張圖”地類模型銜接前查詢統計：共有15塊圖形，涉及11 個三級地類，面積分別為：喬木林（0111）面積為3.5，竹林（0113）面積為1.5，國家特別規定灌木林（0131）面積為1.5，其他灌木林（0132）面積為0.5，未成林造林地（0141）面積為0.5，苗圃地（0150）面積為0.5，其他無林木林地（0163）面積2，其他宜林地（0173）面積為2，林業輔助生產用地（0180）面積為1，耕地（0210）面積為2，建設用地（0250）面積為1。進一步統計涉及9 個二級地類，面積分別為：有林地面積為5，灌木林地面積為2，未成林地面積為0.5，苗圃地面積為0.5，無立木林地面積為2，宜林地面積為2，林業輔助生產用地面積為1，耕地面積為2，建設用地面積為1，總面積為16。

（2）“一張圖”地類模型銜接后查詢統計：共有20 塊圖形，其各類統計面積與銜接前完全一致。由此說明，銜接后原有圖斑細化為更多的圖斑，但銜接前后數據查詢完全一致。

2.5.3 三調地類模型與“一張圖”地類模型對應查詢統計

（1）三調地類模型與“一張圖”地類模型銜接前，由于不滿足拓撲規則，無法進行對應查詢統計。

（2）三調地類模型與“一張圖”地類模型銜接后，由于滿足一對一或一對多的拓撲規則，可以進行對應查詢統計，結果如表6：

表6 地類銜接后面積統計表

（3）以三調數據為基礎，按三調地類因子進行統計，由“地類銜接后面積統計表”可以看出三調地類與“一張圖”地類間差別，比如茶園，三調屬于種植園用地，而“一張圖”屬于林地，為國家特別規定灌木林，且參與森林覆蓋率計算；比如三調灌木林地，對應“一張圖”地類可能分解為國家特別規定灌木林和其他灌木林；比如三調其他林地，對應“一張圖”地類可能分解為未成林造林地和苗圃地；比如三調公園綠地，對應“一張圖”地類可能分解為建設用地和竹林，其中竹林參與森林覆蓋率計算；比如三調公路用地，對應“一張圖”地類可能分解為喬木林和喬木林，其中喬木林參與森林覆蓋率計算。以上差別原因本文不做論述。

3 “1+N”銜接方案

3.1 以國土“三調”數據和森林資源管理“一張圖”數據為例

通過以上模型構建，在滿足前文設定拓撲規則條件下，能夠實現國土三調與“一張圖”地類屬性銜接。

3.2 國土三調與多種自然資源數據的銜接

國土三調數據為基礎，與濕地資源或草地資源等多種自然資源數據“1+N”地類屬性銜接，在滿足前文設定拓撲規則條件下同樣能夠實現。

4 結論

通過地類屬性為關鍵因子構建模型，以三調數據與森林資源數據為銜接研究對象，以此推廣到三調數據與其他多種自然資源數據的銜接，在滿足一定拓撲規則條件下，以地類屬性為紐帶，能夠實現，基礎調查與專項調查統籌謀劃、同步部署、協同開展的工作思路，能夠構建，以國土三調為基礎，集成現有森林資源、濕地資源、草原資源等數據成果，形成“一張底圖”的自然資源統一調查監測體系。