地理國情普查地表覆蓋圖斑快速綜合研究

杜麗萍，康二梅

（1.甘肅省基礎(chǔ)地理信息中心，甘肅 蘭州730000）

地理國情普查地表覆蓋圖斑快速綜合研究

杜麗萍1，康二梅1

（1.甘肅省基礎(chǔ)地理信息中心，甘肅 蘭州730000）

以甘肅省第一次全國地理國情普查圖為實踐基礎(chǔ)，探討地理國情地表覆蓋圖斑的快速綜合方法。對圖斑制圖綜合的相關(guān)理論與方法進行分析總結(jié)，針對不同類型地表覆蓋圖斑提出不同的綜合方法，并提出狹長圖斑篩選指數(shù)。利用ArcGIS10．0軟件，采用人機交互方式，提出一套切實可行的圖斑綜合方法，提高了工作效率。

地理國情普查；圖斑綜合；狹長圖斑； ArcGIS；人機交互

國務(wù)院于2013～2015年開展第一次全國地理國情普查工作，全面掌握我國國土范圍內(nèi)的地表覆蓋信息。地表覆蓋數(shù)據(jù)采集精度高，最小采集面積為200 m2，圖斑密集區(qū)域每平方公里圖斑數(shù)量達到1 500 個。為使地理國情普查成果在政府決策、應(yīng)急保障、生態(tài)建設(shè)等服務(wù)方面發(fā)揮積極作用，要求編制地理國情普查掛圖。在進行國情掛圖編制時，須進行制圖綜合。以甘肅省縣級行政單元全開掛圖為例，制圖比例尺在1∶2．5萬到1∶60萬之間，比例尺跨度大，圖幅數(shù)量多，對圖斑制圖綜合的效率提出了新要求。

圖斑綜合的研究以往主要集中在土地利用圖斑綜合的研究中[1]，諸多學(xué)者已經(jīng)有了一定的研究成果[1-9]，這些方法都有較好的理論支撐，方法復(fù)雜，在對小區(qū)域圖斑綜合時都能提高一定的自動化程度并取得較好的效果，但在進行大數(shù)據(jù)量的圖斑綜合時，由于圖斑數(shù)量多、結(jié)構(gòu)復(fù)雜等原因，處理效率低、易出錯，實際解決問題的穩(wěn)定性不夠。為保證制圖時間，不宜采用過于復(fù)雜的算法。本文借助ArcGIS 10．0軟件，將圖斑綜合過程分解，合理進行人機分工，引入狹長圖斑選擇指數(shù)及格網(wǎng)分割方法，提出了一套既能保證綜合效果，又能提高工作效率的圖斑綜合技術(shù)流程。

1 地表覆蓋分類數(shù)據(jù)制圖綜合分析

根據(jù)《地理國情普查成果圖技術(shù)規(guī)定》GDPJ 17-2016，對圖斑最小表達面積、綜合原則與指標進行具體的規(guī)定。根據(jù)規(guī)定，甘肅省地理國情普查掛圖中地表覆蓋需表達二級類。

1.1 綜合目標及要求

地表覆蓋圖斑綜合后要正確反映出覆蓋要素的區(qū)域分布特征，合理概括區(qū)域地表覆蓋語義特征，正確反映地表形態(tài)特征。綜合過程中，主要考慮了各類型地表覆蓋圖斑間的語義關(guān)系、圖上最小圖斑面積，同類型圖斑最小間距等。

不同類型的圖斑由于分布特征不同，使用不同的綜合方法。種植土地、林草覆蓋、房屋建筑區(qū)、構(gòu)筑物、人工堆掘地等地類圖斑形狀不規(guī)則、離散分布，采用先聚合，再對剩余的小圖斑合并的方法；道路在中、小比例尺圖中以道路線表示，覆蓋圖斑需全部剖分到相鄰的其他地類中；房屋建筑區(qū)綜合后要保持建筑區(qū)的直角特征；水面只能選擇與化簡，不能將周圍的小圖斑合并到水面中。

1.2 地表覆蓋圖斑制圖綜合主要技術(shù)方法

地表覆蓋圖斑綜合其核心涉及到4個方面的問題：①確定綜合目標比例尺，計算圖斑最小表達面積及最窄狹長圖斑寬度；②對不滿足最小表達指標的覆蓋圖斑進行綜合，也即小圖斑消除；③對比例尺縮小后不滿足最小表達寬度的狹長地物進行剖分；④圖斑彎曲化簡。

2 地表覆蓋分類數(shù)據(jù)制圖綜合流程

2.1 數(shù)據(jù)預(yù)處理

地表覆蓋數(shù)據(jù)與處理包括：①投影轉(zhuǎn)換；②確定圖斑最小表達面積、最小間距、窄狹長圖斑寬度；③地表覆蓋數(shù)據(jù)級別轉(zhuǎn)換，相鄰?fù)悎D斑合并；④數(shù)據(jù)分層。

2.2 離散分布地類聚合

①根據(jù)最小間距指標，對每層同類圖斑進行聚合（水面、道路不聚合），對房屋建筑區(qū)進行聚合時保持建筑區(qū)的直角屬性；②屬于同一父類的二級地類間圖斑存在同等語義相關(guān)，否則認為語義無關(guān)、一級地類間語義無關(guān)，因此將屬于同一父類的二級地類層完成圖斑聚合后合并為一個一級類層。為避免總面積較小且離散分布于總面積較大相鄰地類中的圖斑被重新分割，合層時按照地類總面積越小優(yōu)先級越高的順序進行。

2.3 小圖斑綜合

對聚合后的一級類層進行小圖斑融合（建筑區(qū)、水面、道路層除外），將不夠表達指標的小圖斑融合到與其具有最長公共邊界的相鄰圖斑中。分別對每一個一級類層進行小圖斑融合可保證小圖斑消除時的語義鄰近關(guān)系。本步驟不能完成所有小圖斑的消除，對于島狀小圖斑的消除要在一級類合層并完成狹長圖斑剖分后進行。按照水面、房屋建筑區(qū)、種植土地、林草覆蓋、構(gòu)筑物、人工堆掘地、荒漠與裸露地表、道路的順序合層，形成新的表覆蓋層。

2.4 狹長圖斑剖分

狹長圖斑在進行地類聚合時已經(jīng)有部分圖斑被分割為小圖斑，對剩余的狹長圖斑，可進行以下步驟剖分：

①選取狹長圖斑：根據(jù)狹長圖斑周長與面積的關(guān)系提出狹長圖斑特征指數(shù)I= Perimeter/Area（其中Perimeter、Area分別代表圖斑多邊形的周長、面積），對多區(qū)域試驗后發(fā)現(xiàn)，當I＞0．17且Area＞Areamin（Areamin為圖斑最小表達面積）時，85%的狹長圖斑可被選中。對選中的狹長圖斑進行人機交互處理，將選中的狹長圖斑中寬度明顯增大，夠表達指標的部分分割出來，如與河流水面較寬的部分、大型水庫等；②對狹長地物進行格網(wǎng)分割，降低單個圖斑的復(fù)雜度，道路圖斑通常為一個或多個連通的網(wǎng)狀圖斑，形狀復(fù)雜，通過格網(wǎng)分割后，復(fù)雜度降低，處理速度提高；③獲取狹長地物的中心線；④以該狹長圖斑邊界上的每個節(jié)點為起始向中心線做垂線，與中心線形成對狹長圖斑的剖分網(wǎng)對該狹長圖斑進行剖分，其剖分示意圖如圖1所示；⑤剖分生成的新多邊形則融合進相鄰多邊形（圖1）。

通過該方法，85%以上的狹長圖斑都被剖分消除，少量形狀較復(fù)雜，未被完全剖分的狹長圖斑可通過人機交互選擇后再進行剖分。

圖1 狹長圖斑綜合過程

2.5 剩余小圖斑綜合

通過合層及狹長圖斑剖分后剩余的小圖斑可視為與周圍的地類具有同等語義相關(guān)度的圖斑，將其合并到與其具有最長公共邊的相鄰圖斑中，為避免破壞房屋建筑區(qū)圖斑的直角特性及增大水面面積，此過程將房屋建筑區(qū)與水面剔除，小圖斑消除完成后再合并。

2.6 圖斑邊線彎曲化簡

ArcGIS10．0可直接進行圖斑邊線的彎曲化簡，但在面邊線彎曲化簡時會出現(xiàn)面裂隙，且數(shù)據(jù)量較大時效率較低。文中采用將圖斑面轉(zhuǎn)為線，彎曲化簡后再轉(zhuǎn)面的方法。為保持房屋建筑區(qū)的直角特征，本步驟中對房屋建筑區(qū)邊線不進行彎曲化簡。

3 實例分析

采用甘肅省清水縣紅堡鎮(zhèn)唐楊村地表覆蓋數(shù)據(jù)為例，該數(shù)據(jù)最小圖斑面積為200 m2，比例尺為1∶5 000。按照清水縣圖1∶7萬的設(shè)計要求，最小表達面積為10 000 m2，圖斑聚合最大距離為50 m，運用上述綜合方法進行綜合，處理結(jié)果數(shù)據(jù)如圖2b。綜合完成后圖斑數(shù)由764個減少到193個，處理時長為0．5個工作日。對比綜合前后圖斑可以看到，相離且聚集在一起的同類離散小圖斑合并成了一個大圖斑，信息得到保留且位置信息準確，道路及其他狹長圖斑被完全剖分，整體圖面清晰，合理展示了該區(qū)域地表覆蓋的整體狀況。

圖2 唐楊村地表覆蓋圖斑綜合前后對比

實際的數(shù)據(jù)生成是一個既追求質(zhì)量，又追求效率的過程，因此當單幅圖的圖斑數(shù)量多、綜合比例尺跨度大、數(shù)據(jù)處理效率降低時，可將數(shù)據(jù)通過規(guī)則格網(wǎng)根據(jù)面積大小劃分成6到12塊，對分塊數(shù)據(jù)進行單獨的圖斑綜合后再接邊合并，接邊時保證接邊處自然過渡。

4 結(jié) 語

圖斑綜合實現(xiàn)自動化還有很多技術(shù)難點需要解決，通過人機交互的方式，提出了一套行之有效的圖斑綜合解決方案，尤其在制作小比例尺、大量圖斑綜合工作量時能發(fā)揮良好作用，并已在甘肅省地理國情普查系列掛圖的生產(chǎn)中發(fā)揮了實際作用，使圖斑綜合的生產(chǎn)效率與手工綜合相比顯著提高，能夠使原始圖斑與綜合后的圖保持高度的一致性，滿足了地理國情普查掛圖制圖綜合的需求。

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P208

B

1672-4623（2017）10-0044-02

10.3969/j.issn.1672-4623.2017.10.013

2017-04-14。

杜麗萍，碩士，主要從事地圖制圖與地理信息系統(tǒng)應(yīng)用工作。