李長(zhǎng)輝 彭建林

（1.宣城市國(guó)土資源局，安徽 宣城 242000；2.廣德縣房地產(chǎn)管理局，安徽 廣德 242200）

試論基于GIS的土地專題圖的制圖概括技術(shù)

李長(zhǎng)輝1彭建林2

（1.宣城市國(guó)土資源局，安徽 宣城 242000；2.廣德縣房地產(chǎn)管理局，安徽 廣德 242200）

本文結(jié)合數(shù)字國(guó)土工程項(xiàng)目的實(shí)踐，探討基于GIS的數(shù)字土地專題圖制圖概括的理論和技術(shù)方法，并針對(duì)專題圖制圖概括所涉及的若干技術(shù)問(wèn)題提出具體的解決途徑。

GIS；土地專題圖；制圖概括

1 前言

土地專題圖是根據(jù)應(yīng)用目的確定目標(biāo)地圖的主題和比例尺，利用數(shù)據(jù)綜合手段生成的目標(biāo)地圖。它不僅要遵循地圖概括的基本原則，還要考慮土地的位置、分布、利用現(xiàn)狀、規(guī)律性及典型特征等信息，并顧及不同應(yīng)用目的對(duì)上述信息表達(dá)的不同要求。

2 數(shù)字制圖概括的特點(diǎn)

由于專題圖的特殊要求，使其與傳統(tǒng)的普通地圖制圖概括有較大的差別，這主要表現(xiàn)在：

2.1 普通地圖的制圖概括完全基于對(duì)各要素的同等概括，所反映的內(nèi)容、采用的方法和要求達(dá)到的精度隨地圖比例尺的不同而不同。專題圖是一類特殊的專用圖，是反映不同部門、不同領(lǐng)域的專題類型、質(zhì)量、數(shù)量、利用現(xiàn)狀及其分布等的專用地圖。影響制圖概括的主要因素是專題圖的具體內(nèi)容和表示方法。

2.2 數(shù)字制圖概括則是在一定比例尺的限制之下，從GIS的應(yīng)用目標(biāo)出發(fā)，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行抽象和概括，生成各種專題用途的空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)集。普通地圖的制圖概括是靠制圖人員通過(guò)對(duì)客觀現(xiàn)實(shí)的認(rèn)知和經(jīng)驗(yàn)，在頭腦中先建立抽象模型，再運(yùn)用制圖者的繪圖技巧在圖紙上實(shí)現(xiàn)的。

2.3 空間數(shù)據(jù)與屬性數(shù)據(jù)高度的統(tǒng)一。在通常土地管理過(guò)程中，土地利用方式的變更往往會(huì)引起空間數(shù)據(jù)的改動(dòng)，其相應(yīng)的屬性數(shù)據(jù)也必將隨之發(fā)生變化?？臻g數(shù)據(jù)的分析常常需要使用屬性數(shù)據(jù)。

3 數(shù)字土地專題圖的制圖概括

在進(jìn)行制圖概括時(shí)往往要涉及各種不同的專用地圖和相關(guān)信息，須遵循以下主要規(guī)則：

3.1 地圖規(guī)則

土地類型系列制圖必須遵循地圖制圖的一般規(guī)則。地圖規(guī)則的內(nèi)容很廣，從單個(gè)地理要素的圖形表達(dá)到整個(gè)地圖的圖面整飾的全過(guò)程，一般從合理性及精度兩個(gè)方面描述。

在進(jìn)行土地類型系列制圖時(shí)，一般要著重處理屬性信息概括后造成的不符合地圖規(guī)則的狀況。如不同因素圖件進(jìn)行疊置或圖斑的類型由子類向父類轉(zhuǎn)換，實(shí)際上是一個(gè)從源圖斑到目標(biāo)圖斑的轉(zhuǎn)換過(guò)程，這種轉(zhuǎn)換不但包括區(qū)域邊界形狀的改變，更重要的是包括源圖斑所包含的屬性信息到目標(biāo)圖斑的屬性信息的轉(zhuǎn)換。

3.2 幾何規(guī)則

制圖概括的目的之一是避免在圖面上出現(xiàn)不可識(shí)別或出現(xiàn)不合理的圖形。對(duì)于土地類型專題圖來(lái)說(shuō)，除保證地類圖斑或級(jí)(等)別圖斑位置準(zhǔn)確外，還要求圖形間保持正確的拓?fù)潢P(guān)系和表達(dá)方式。

(1)正確的拓?fù)潢P(guān)系

數(shù)據(jù)概括必然會(huì)改變?cè)紨?shù)據(jù)所反映的地理對(duì)象之間的拓?fù)潢P(guān)系，它包括拓?fù)潢P(guān)系的幾何意義和屬性意義的正確與合理性兩個(gè)方面。拓?fù)潢P(guān)系的幾何意義是對(duì)數(shù)據(jù)概括后所反映的地理對(duì)象進(jìn)行拓?fù)浞治龊偷乩砭鹊暮侠硇苑治?，如在進(jìn)行圖形數(shù)據(jù)疊加工序時(shí)，并不是簡(jiǎn)單地將兩幅數(shù)字化圖件數(shù)據(jù)放在一起，重新生成一次拓?fù)潢P(guān)系，而是要分析每一弧段與圖件A的有關(guān)圖斑的拓?fù)潢P(guān)系，還要分析與圖件B有關(guān)的圖斑的拓?fù)潢P(guān)系，此外還要對(duì)每一個(gè)結(jié)點(diǎn)重新做一次與弧段的拓?fù)浞治?。拓?fù)浏B加是對(duì)兩幅圖件做全面空間分析的疊加，疊加產(chǎn)出結(jié)果既可以用作邏輯的“交”，也可以用作邏輯的“或”和邏輯的“差”分析(如圖1)。但是拓?fù)潢P(guān)系的變化需要遵循一定的規(guī)則，如在對(duì)疊加出現(xiàn)的“碎屑多邊形”進(jìn)行處理時(shí)，不能因?yàn)閯h除某個(gè)小面積圖斑而造成空洞或原來(lái)處于外側(cè)鄰接關(guān)系的兩個(gè)圖斑概括后不能變成包含關(guān)系或相離關(guān)系等。地理精度的合理性分析是指在表達(dá)和處理地理要素之間關(guān)系時(shí)的合理程度。如水系的連通性、高層次地物壓蓋低層次地物、主要地物與次要地物處理等，以及在概括過(guò)程中，在空間允許的情況下，要盡量保持因區(qū)位、地形、土壤等因素條件變化所引起的等(級(jí))別或地類的變化，即土地要素的概括要考慮與地理要素的關(guān)系。

拓?fù)潢P(guān)系的屬性意義是圖斑屬性概括前后的面積比率平衡關(guān)系，一般說(shuō)來(lái)，土地系列專題圖均系根據(jù)目標(biāo)地圖的主題突出表現(xiàn)土地要素的分布特征，如在進(jìn)行數(shù)字農(nóng)用地等別圖的制圖概括時(shí)，概括前各地類面積(工作底圖上的地類面積)應(yīng)與成果圖(如等別圖)上的各地類面積比率保持平衡，只有這樣才能真實(shí)地反映該地理地域土地的質(zhì)量和數(shù)量的分布特征，也是衡量概括結(jié)果是否合理的標(biāo)準(zhǔn)之一。

圖1 拓?fù)浞治?/p>

(2)閾值的設(shè)定

圖形的可識(shí)別度包括面積和距離的最小識(shí)別單位，稱為最小面積閾值和最小距離閾值。

a.面積閾值的設(shè)置。通常兩幅圖件各圖斑疊加前互不相關(guān)，疊加后會(huì)形成很多“細(xì)碎圖斑”，拓?fù)浏B加在實(shí)際應(yīng)用中需要解決的一個(gè)問(wèn)題是剔除在進(jìn)行圖形數(shù)據(jù)疊加時(shí)出現(xiàn)的“細(xì)碎圖斑”或圖斑出現(xiàn)鋸齒狀。事實(shí)上，系統(tǒng)軟件在執(zhí)行拓?fù)浏B加任務(wù)的過(guò)程中，可以安排隨時(shí)計(jì)算閉合區(qū)域面積的程序，若計(jì)算出一個(gè)封閉區(qū)域的面積小于事先設(shè)定的面積閾值，即需要進(jìn)行圖斑合并，將該面狀圖形與周圍的圖斑融合。

b.距離閾值的設(shè)置。該閾值既可約束彼此不相鄰地物之間的最短可視距離，也可以用來(lái)約束面狀圖形(如道路、水系等)狹窄部分的最小寬度。

3.3 屬性數(shù)據(jù)的概括規(guī)則

專題地圖的概括需要重點(diǎn)考慮目的圖的專題屬性特征，其屬性數(shù)據(jù)的概括規(guī)則在概括過(guò)程中至關(guān)重要。在屬性數(shù)據(jù)概括中，屬性數(shù)據(jù)的概括主要體現(xiàn)在屬性數(shù)據(jù)按照一定的體系進(jìn)行單向和邏輯一致性的類型轉(zhuǎn)換。

4 掃描誤差的校正與圖形拼接

圖紙掃描是目前對(duì)工作底圖內(nèi)容進(jìn)行數(shù)字化處理的主要技術(shù)手段，也是一個(gè)容易被忽視，而實(shí)際上對(duì)成果質(zhì)量有重大影響的技術(shù)環(huán)節(jié)。工作圖經(jīng)野外調(diào)繪，往往會(huì)產(chǎn)生圖紙變形和調(diào)繪線差異，經(jīng)圖紙掃描后出現(xiàn)拼接誤差。如何根據(jù)拼接誤差的大小選擇圖紙變形糾正的方法，是實(shí)際工作中十分關(guān)注的技術(shù)問(wèn)題之一。

圖幅的掃描誤差包括幾何誤差與輻射度誤差兩個(gè)方面。幾何誤差來(lái)源于儀器誤差和圖紙變形。從誤差校正的角度，可將幾何誤差分解為系統(tǒng)誤差、局部誤差和隨機(jī)誤差。系統(tǒng)誤差一般可通過(guò)辨識(shí)與量測(cè)標(biāo)記點(diǎn)進(jìn)行校正。殘余誤差僅是在圖像上量測(cè)圖廓點(diǎn)的誤差，一般在0.5像元之內(nèi)，可通過(guò)取中點(diǎn)進(jìn)行避免。圖紙掃描的輻射度誤差主要指灰度誤差。一般說(shuō)來(lái)，線劃密集的圖紙，經(jīng)過(guò)二值化掃描后會(huì)出現(xiàn)線劃中斷或粘連現(xiàn)象。對(duì)于紙質(zhì)不好的圖紙，最好不要在掃描前二值化，而應(yīng)該先進(jìn)行多級(jí)灰度掃描，再采取浮動(dòng)閾值法軟件二值化。通過(guò)上述分析與處理并顧及多方面的殘余誤差，圖幅的掃描誤差主要由圖幅的掃描誤差和多方面的殘余誤差組成。

5 面積加權(quán)內(nèi)插法和面積量算

一些土地經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)成果圖中的目標(biāo)圖斑往往由多個(gè)因素的源圖斑疊置形成，這時(shí)目標(biāo)圖斑的屬性值(含分值)應(yīng)考慮源圖斑的共同作用與影響。在進(jìn)行目標(biāo)圖斑面積要素處理時(shí)多采用面積內(nèi)插方法。所謂面積內(nèi)插，是指按照源圖斑空間數(shù)據(jù)的分布特征與規(guī)律，采用一定的插值算法求取目標(biāo)圖斑中的數(shù)據(jù)分布。

目標(biāo)圖斑的面積量算是土地專題圖的重要內(nèi)容之一。不同的土地專題圖其量算方法和要求亦存在一定的差異。土地專用圖的面積量算有兩種情況：一種是按生成的目標(biāo)圖斑直接求算；另一種是在目標(biāo)圖斑中要扣除線狀地物面積，先作緩沖區(qū)得到緩沖區(qū)圖斑，接著緩沖區(qū)圖斑與相應(yīng)的地類圖斑進(jìn)行拓?fù)?，最后扣除其緩沖區(qū)面積。在進(jìn)行面積量算時(shí)，無(wú)論屬于何種情況均需滿足目標(biāo)區(qū)域內(nèi)的實(shí)際面積與量算面積的邏輯一致性原則。

結(jié)束語(yǔ)

如何正確理解和執(zhí)行《規(guī)程》，掌握數(shù)字土地專用圖制圖概括中的“協(xié)調(diào)”和“綜合”的原則，做到既保證成圖的數(shù)學(xué)精度和地理精度，又便于進(jìn)行逐級(jí)成果匯總，是目前土地專用圖制圖的關(guān)鍵所在。

[1]王家耀等.普通地圖制圖概括原理[M].北京：測(cè)繪出版社，1993.

[2]張克權(quán)，黃仁濤.專題地圖編制[M].北京：測(cè)繪出版社，1991.

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