對不同形態空間矢量數據一致性轉換方法探討

顏振宇

（1.海南國源土地礦產勘測規劃設計院，海南 海口 570203）

第三次全國國土調查（以下簡稱“三調”）是一項重大的國情國力調查[1]，是查實查清土地資源的重要手段。隨著經濟社會的持續發展，已有的第二次全國土地調查（以下簡稱“二調”）成果已不能滿足各方新需求和適應管理新需要。根據《土地管理法》和《土地調查條例》的要求，2017-10-16，國務院發布《關于開展第三次全國土地調查的通知》（國發〔2017〕48號）。為了適應國務院機構改革要求，2018-08-20，國務院辦公廳發布《關于調整成立國務院第三次全國國土調查領導小組的通知》（國辦函〔2018〕53號），決定將第三次全國土地調查調整為第三次全國國土調查。“三調”的主要目標是在第二次土地調查成果基礎上，全面細化和完善土地利用基礎數據，直接掌握翔實準確的國土利用現狀和自然資源變化情況，進一步完善國土調查、監測和統計制度，滿足生態文明建設、國土空間規劃編制、國土空間用途管制、國土空間生態修復、國土空間治理能力現代化等各項工作的需要。“三調”是“二調”的延續和發展，在現有成果資料基礎上，按照統一的技術標準，利用3S、測繪、互聯網、云計算等技術手段，以正射影像圖為基礎，實地調查土地利用現狀地類、面積和權屬，全面反映國土利用現狀和自然資源變化的情況，同時根據“三調”調查成果數據，分別對其范圍內的國土利用情況進行綜合分析，為生態文明建設、自然資源管理提供基礎依據。

由于“二調”與“三調”所用的調查技術規程不同，具體包括同一種調查地類上圖精度和表現形態存在不同，如“二調”時線狀地物寬度小于20 m的，調繪中心線，用單線符號表示，稱為單線線狀地物；當線狀地物寬度大于等于20 m的按圖斑調查，而“三調”時鐵路、公路、農村道路、河流和溝渠等線狀地物均以圖斑方式調查[2]。如“二調”時建設用地最小上圖圖斑面積為400 m2，農用地為600 m2，其他地類為1 500 m2，達不到最小上圖圖斑面積時可用點狀表示，稱為零星地物；而“三調”時建設用地最小上圖圖斑面積為200 m2，農用地為400 m2，其他地類為600 m2，達不到最小上圖圖斑面積時可采用圖斑綜合方式合并至相鄰圖斑。針對“二調”與“三調”地類上圖精度和表現形態存在的不同，在開展調查成果數據綜合比對分析時，需要對調查成果中空間矢量數據“點、線、面”的表現形態進行統一轉換[3-6]。本文探討了基于ArcGIS平臺對不同形態空間矢量數據一致性轉換的方法，對海南省“三調”成果數據綜合比對分析應用進行了實驗性的研究。

1 空間矢量數據轉換工作流程

以海南省“二調”數據為例，針對不同形態的空間矢量數據一致性轉換工作大致可分為3個階段，分別為非面狀化矢量數據提取、矢量數據分類面狀化轉換、轉換后地類圖斑更新匯總，具體工作流程如圖1所示。

圖1 轉換工作流程圖

1.1 非面狀化矢量數據提取

依據《第二次全國土地調查技術規程》[7]、《土地利用數據庫標準》、《土地利用現狀分類》、《第二次全國土地調查數據庫建設技術規范》等規范性文件，以海南省“二調”成果數據為例，提取“二調”成果數據中的非面狀化空間矢量數據，具體包括線狀地物和零星地物兩大類，其中，線狀地物包含有林地（031）、其他林地（033）、鐵路用地（101）、公路用地（102）、農村道路（104）、管道運輸用地（107）、河流水面（111）、溝渠（117）等11個二級分類；零星地物則包含其他園地（023）、有林地（031）、其他林地（033）、其他草地（043）、坑塘水面（114）、設施農用地（122）、裸地（127）、村莊用地（203）、風景名勝及特殊用地（205）等17個二級分類。

1.2 矢量數據分類面狀化轉換

根據“二調”成果數據中的非面狀化空間矢量數據類型、屬性結構及調查現狀分類等不同，采用分類分步的方式，實現對“二調”成果中的不同形態空間矢量數據的一致性轉換。具體包括：一是從線狀地物矢量數據中提取寬度（KD）、扣除圖斑編號（KCTBBH）、扣除圖斑單位代碼（KCTBDWDM）及扣除比例（KCBL）等屬性信息，結合土地利用現狀調查分類編碼排序，在ArcGIS平臺中通過緩沖區分析工具（Buffer），實現對“二調”成果中線狀地物矢量數據面狀化轉換；二是從零星地物中提取面積（MJ）、坐落圖斑編號（ZLTBBH）等屬性信息，通過零星地物面積屬性反算點狀地物緩沖半徑，同樣在ArcGIS平臺中通過緩沖區分析工具（Buffer），實現對“二調”成果中點狀地物矢量數據的面狀化轉換。

1.3 轉換后地類圖斑更新匯總

首先應對分類轉換后的線狀地物圖斑、零星地物圖斑分別進行圖斑拓撲關系檢查和拓撲錯誤處理，刪除因緩沖區處理后形成的自相交重疊區域；接著分別在ArcGIS平臺中通過疊加分析工具（Update），將完成拓撲處理后的線狀地物和零星地物與原地類圖斑進行疊加更新，匯總形成“二調”面狀化轉換數據成果；最后在ArcGIS平臺中通過求交分析工具（Intersect），疊加分析“二調”與“三調”空間矢量數據，獲取各類現狀用地面積流量變化情況，通過對海南省第三次國土調查成果數據綜合比對，生成各類現狀地類流量分析報表，為后續自然資源管理工作提供基礎依據。

2 數據處理與轉換方法驗證

以海南省國土調查成果數據為例，本文探討了基于ArcGIS對不同形態空間矢量數據進行一致性轉換的方法，主要針對“二調”成果數據中的線狀地物和點狀地物分類進行實驗性轉換研究，并對轉換前后各地類面積進行比對驗證。

2.1 線狀數據轉換（XZDW）

海南省“二調”成果數據中的線狀矢量數據，具體包含有林地（031）、其他林地（033）、鐵路用地（101）、公路用地（102）、農村道路（104）、管道運輸用地（107）、河流水面（111）、溝渠（117）等11個二級分類，合計1 651 740條記錄，面積合計 66 176.28 hm2，具體情況見表1。

表1 “二調”線狀矢量數據分類統計表

通過從線狀地物矢量數據中提取寬度（KD）、扣除圖斑編號（KCTBBH）、扣除圖斑單位代碼（KCTBDWDM）及扣除比例（KCBL）等屬性信息，同時考慮到不同線狀地物面狀化轉換后有可能存在相互壓蓋重疊，國土調查成果數據疊加比對分析時各類現狀用地面積關注度也有所不同，按照優先保障重點關注地類圖斑的完整性原則，用地面積變化關注程度越高的地類應越往后更新，采用未利用地＜農用地＜建設用地的先后順序進行分類更新。綜合考慮，具體到二級分類 更 新 順 序 為：111＜033＜032＜031＜123＜117＜114＜108＜107＜102＜101。在ArcGIS平臺中通過緩沖區分析工具（Buffer），按上述分類按順序對“二調”成果中線狀地物矢量數據進行面狀化轉換，轉換后各線狀地物圖斑面積對比情況見表2。

表2 “二調”線狀矢量數據分類面狀化轉換后面積對比統計表

2.2 點狀數據轉換（LXDW）

海南省“二調”成果數據中的點狀矢量數據，具體包含其他園地（023）、有林地（031）、其他林地（033）、其他草地（043）、坑塘水面（114）、設施農用地（122）、裸地（127）、村莊用地（203）等17個二級分類，合計6 264條記錄，面積合計351.85 hm2。

通過從零星地物中提取面積（MJ）、坐落圖斑編號（ZLTBBH）等屬性信息，同時考慮到不同點狀地物面狀化轉換后有可能存在相互壓蓋重疊，但點狀地物面積普遍較小，面狀化轉換后壓蓋重疊面積對地類比對分析結果影響也較小，因此不采用分類更新的方式，統一依據零星地物面積屬性反算點狀地物緩沖半徑，在ArcGIS平臺中通過緩沖區分析工具（Buffer），實現對“二調”成果中點狀地物矢量數據的面狀化轉換。對轉換后的零星地物做圖形拓撲檢查，刪除重疊壓蓋區域后面積差異比對情況見表3。

表3 “二調”點狀矢量數據面狀化轉換后面積對比統計表

2.3 原因分析與驗證結論

通過上述方法對“二調”成果中的點狀、線狀地物矢量數據進行面狀化轉換，再根據轉換后各地類面積比對情況，進一步分析驗證轉換方法。

1）線狀地物面積偏差原因分析。造成線狀地物轉換后面積存在一定偏差的原因主要有2個。一是不同線狀地物的垂直交叉重疊，為保持高等級的線狀地物貫通，低等級線狀地物則斷開表示，造成部分線狀地物面積滅失的情況，如圖2a所示；二是不同線狀地物的平行交叉重疊，由于線狀地物按原寬度屬性緩沖構面后，也會出現部分交叉重疊區域，同樣為保持高等級的線狀地物圖斑完整性，低等級線狀地物則被壓蓋更新，造成部分線狀地物面積滅失的情況，如圖2b所示。

圖2 線狀地物面積偏差的原因

3 點狀地物面積偏差原因分析

造成點狀地物轉換后面積存在一定偏差的原因有兩個，主要原因是不同零星地物按原面積屬性緩沖構面后，會出現部分交叉重疊區域，因此造成部分零星地物面積滅失的情況；另外由于零星地物按原面積屬性反算緩沖半徑時，由于計算精度的原因，同樣會造成造成部分零星地物面積滅失的情況，但由于四舍五入計算精度原因造成的面積滅失都比較小，可以忽略不計。

綜上所述，基于ArcGIS平臺通過緩沖構面的方法，對“二調”成果中的點狀、線狀地物矢量數據進行實驗性轉換后，雖有部分地類面積出現偏差，但偏差結果對全省“三調”成果數據綜合比對分析應用影響較小，筆者認為可采用上述方式針對全省不同時期、不同形態的國土調查空間矢量數據進行一致性轉換，并在此基礎上開展數據綜合比對分析，為自然資源管理提供基礎數據。

4 關鍵技術方法的應用

4.1 矢量數據分類轉換建模

Model Builder作為ArcGIS的可視化建模工具，可以實現一系列流程化的工作[8]。將上述點狀、線狀地物矢量數據按步驟采用Model Builder進行建模，可以輕松實現不同形態空間矢量數據分類面狀化的功能[9]。根據“二調”成果數據中的非面狀化空間矢量數據類型、屬性結構及調查現狀分類等不同，采用分類分步的方式，提取原有相關矢量數據屬性信息模型構建參數，批量實現不同形態空間矢量數據一致性轉換，大大提高了數據轉換工作效率。

4.2 圖斑橢球面積重算

圖斑橢球面積重算是國土調查數據綜合比對分析中的一個關鍵性問題，“三調”數據庫啟用后，新的面積量算將全部以“三調”數據庫為基礎。相比于“二調”數據庫，“三調”去除了線狀地物和零星地物圖層，調查成果全部歸結到地類圖斑（DLTB）面狀圖層中[10]。要做好“二調”與“三調”空間矢量數據綜合比對分析，需要對上述面狀化轉換后的圖斑重新進行橢球面積計算，以提高數據綜合比對分析精度。根據圖斑橢球面積計算公式，在ArcGIS中利用ArcObject進行圖斑橢球面積計算工具的設計與實現，大大提高了數據綜合比對分析精度。

5 結語

本文所闡述的可基于ArcGIS對不同形態空間矢量數據一致性轉換方法，在應用于對海南省不同時期國土成果數據綜合比對分析工作中，既提高了空間矢量數據疊加分析工作效率，也提高了數據分析精度，具有一定的推廣價值。隨著經濟社會的持續發展，為更好地服務于生態文明建設及自然資源管理工作，在掌握翔實的自然資源利用現狀數據基礎上，同時更需要掌握準確的自然資源變化趨勢，對全省范圍內的自然資源利用變化情況進行綜合比對分析，只有進一步提高數據分析精度才能更好為自然資源管理工作提供準確可靠的基礎數據依據。