基于GIS的農(nóng)地四至自動計(jì)算方法

康念坤 吳少華

【摘要】針對當(dāng)前農(nóng)地調(diào)查工作中農(nóng)地四至計(jì)算存在的準(zhǔn)確率低、自動化程度不高等問題，結(jié)合GIS空間分析原理與方法，提出一種高效的農(nóng)地四至自動計(jì)算方法。利用構(gòu)建的方向搜索線段和搜索區(qū)間，獲得農(nóng)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(qū)間為補(bǔ)充，進(jìn)一步提高四至計(jì)算的準(zhǔn)確率。最后，通過實(shí)例數(shù)據(jù)驗(yàn)證和對比分析，表明本文所提方法與現(xiàn)有軟件的四至計(jì)算功能相比，無論是從時間效率，還是準(zhǔn)確率方面，都有很大的提高。

【關(guān)鍵詞】農(nóng)地調(diào)查;農(nóng)地四至;GIS;空間分析

1、引言

農(nóng)地是指具有封閉權(quán)屬界線的地塊，是地球表面有確定的邊界和權(quán)屬的土地[1]。農(nóng)地四至是指某一農(nóng)地四個方向與相鄰?fù)恋氐慕唤咏缇€，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(nóng)地四至的確定，一是為了快速界定農(nóng)地的范圍，二是為了在農(nóng)地管理中快速檢索出農(nóng)地的位置信息。

目前，現(xiàn)有農(nóng)地調(diào)查建庫軟件針對農(nóng)地四至自動計(jì)算與提取功能實(shí)用性不強(qiáng)，在實(shí)際工作過程中，農(nóng)地四至更多是依靠外業(yè)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(dǎo)致其受人為因素的干擾，無法保證四至信息的準(zhǔn)確性和完整性。基于此，本文提出一種基于GIS的農(nóng)地四至自動計(jì)算方法。利用GIS強(qiáng)大的空間分析功能，以農(nóng)地幾何和屬性數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，構(gòu)建空間搜索線段和搜索區(qū)間，快速、準(zhǔn)確、高效地獲取農(nóng)地四至信息[6-9]，在很大程度上提高了農(nóng)地調(diào)查工作的效率。

2、農(nóng)地四至計(jì)算方法及流程

2.1 農(nóng)地四至計(jì)算基本思想

農(nóng)地四至信息的獲取是對目標(biāo)農(nóng)地東、南、西、北四個方向進(jìn)行搜索，得到每個方向上最合理的鄰接農(nóng)地。對于不規(guī)則的農(nóng)地，四至信息難以判別時，則利用GIS空間分析中的緩沖區(qū)思想，通過設(shè)定目標(biāo)地塊的搜索區(qū)間，在構(gòu)建的搜索區(qū)間內(nèi)判定該地塊的四至鄰接地塊?；舅枷胧牵阂源?jì)算四至信息的農(nóng)地為目標(biāo)地塊，計(jì)算該農(nóng)地的最小外包矩形，再以目標(biāo)地塊的幾何中心作為起算點(diǎn)，平行于坐標(biāo)軸構(gòu)建東、南、西、北四個方向直線段，得到直線段與目標(biāo)地塊邊界的交點(diǎn);然后以交點(diǎn)為起點(diǎn)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(jì)算出與各方向搜索線段相交的農(nóng)地集合，將幾何中心距離目標(biāo)地塊最近的農(nóng)地要素，作為目標(biāo)地塊的某一四至信息。若搜索結(jié)果為空，則將之前的搜索線段分別向兩側(cè)旋轉(zhuǎn)設(shè)定的角度，形成扇形搜索區(qū)間，計(jì)算出與之相交的農(nóng)地集合，同樣選擇幾何中心距離目標(biāo)地塊最近的農(nóng)地要素，作為目標(biāo)地塊該方向上的息。如果農(nóng)地集合依然為空，則說明目標(biāo)地塊在該方向上無鄰接農(nóng)地要素，直接將其四至賦值為田壟（埂）。

2.2 農(nóng)地四至計(jì)算流程

基于GIS的農(nóng)地四至自動計(jì)算方法，核心思想是如何在各自方向上進(jìn)行有效的空間搜索，主要是通過設(shè)定緩沖距離和掃描角度來控制搜索區(qū)間的范圍。當(dāng)進(jìn)行方向線段搜索時，主要是根據(jù)設(shè)定的緩沖距離來獲得搜索范圍，緩沖距離的設(shè)定主要是根據(jù)農(nóng)地空間分布密集程度來進(jìn)行必要調(diào)整。當(dāng)進(jìn)行方向區(qū)間搜索時，需要由方向線段和設(shè)定的旋轉(zhuǎn)角度來獲得各自的方向搜索區(qū)間，旋轉(zhuǎn)角度的設(shè)定同樣需根據(jù)農(nóng)地空間分布密集程度進(jìn)行調(diào)整。

3、農(nóng)地四至計(jì)算方法實(shí)現(xiàn)

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

3.1 獲取農(nóng)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(diǎn)都設(shè)置為目標(biāo)地塊的幾何中心，而另外一端點(diǎn)獲取首先需要求出四個直線方向分別與目標(biāo)地塊邊界的交點(diǎn)，然后再通過設(shè)置的緩沖距離沿著各自邊界交點(diǎn)延伸得到搜索線段的另一端點(diǎn)。第一步：邊界交點(diǎn)的獲取，首先利用GIS空間分析的拓?fù)淝蠼徊僮鳙@取交線段，拓?fù)淝蠼坏膮?shù)一個是目標(biāo)地塊，另一個是中心點(diǎn)到目標(biāo)地塊外包矩形邊界的線段，求交結(jié)果為線段要素。然后將其線段的起點(diǎn)和終點(diǎn)中非中心點(diǎn)作為邊界交點(diǎn)。這里可能存在目標(biāo)地塊為凹多邊形的情況，這時幾何中心落在目標(biāo)地塊外面，用上述方法拓?fù)淝蠼唤Y(jié)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(diǎn)。

3.2 利用搜索線段計(jì)算四至

搜索線段計(jì)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(shè)定查詢條件，然后進(jìn)行要素查詢操作，最后遍歷要素查詢結(jié)果集。在查詢結(jié)果集中，選擇查詢結(jié)構(gòu)地塊中心距離目標(biāo)地塊中心最近的農(nóng)地要素作為目標(biāo)地塊的某一方向的四至信息，若查詢結(jié)果為空則返回空。在農(nóng)地調(diào)查工作中，大部分農(nóng)地四至信息可以通過搜索線段直接獲取，

3.3 扇形區(qū)域的構(gòu)建及四至計(jì)算

在上述搜索線段獲取四至信息得到的結(jié)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(kuò)大搜索范圍。進(jìn)一步的建立對應(yīng)方向的搜索區(qū)間進(jìn)行空間查詢操作。對于搜索區(qū)間的確定，是將之前的搜索線段分別向兩側(cè)旋轉(zhuǎn)至設(shè)定的角度，形成一個扇形區(qū)域要素，作為該方向上的的搜索區(qū)間。利用扇形搜索區(qū)間進(jìn)行GIS空間查詢操作，遍歷查詢結(jié)果集，依次求得每個要素幾何中心與目標(biāo)地塊幾何中心的距離，選擇距離最小的農(nóng)地要素作為目標(biāo)地塊的某一方向的四至信息。如果查詢結(jié)果為空則返回空。

利用扇形要素計(jì)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(jì)算繞著該方向搜索線段旋轉(zhuǎn)至給定角度，可以獲得扇形起點(diǎn)和終點(diǎn)，通過這兩點(diǎn)即可構(gòu)建對應(yīng)的圓弧，同時與起始的方向搜索線段和旋轉(zhuǎn)后的方向線段進(jìn)行組合，則可組建扇形區(qū)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(jìn)行空間查詢操作，方法與利用搜索線段進(jìn)行查詢操作類似。

4、實(shí)例驗(yàn)證與分析

為了驗(yàn)證本文所提出方法的可行性，以農(nóng)地確權(quán)登記工作中數(shù)據(jù)為例，將本方法與現(xiàn)有軟件計(jì)算四至進(jìn)行對比，這里選擇進(jìn)行對比的軟件是農(nóng)業(yè)部指定的農(nóng)經(jīng)權(quán)登記系統(tǒng)中的蒼穹農(nóng)經(jīng)權(quán)軟件，該軟件包含農(nóng)地四至自動計(jì)算功能，將兩者進(jìn)行對比，可以從計(jì)算時間效率和準(zhǔn)確率方面進(jìn)行綜合對比分析，其中準(zhǔn)確率主要是通過抽檢的方式進(jìn)行人工判讀來計(jì)算得到。采取不同地塊數(shù)量下測試實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表1所示。

從表1可以看出，本文所提出的農(nóng)地四至自動計(jì)算時間效率優(yōu)于蒼穹農(nóng)經(jīng)權(quán)軟件四至計(jì)算功能，并且能夠保證準(zhǔn)確率達(dá)到90%以上，可以說在很大程度上提高了目前農(nóng)地四至計(jì)算的效率。此外，蒼穹農(nóng)經(jīng)權(quán)軟件在計(jì)算四至?xí)r只設(shè)置了方向距離查詢，對于分布極不規(guī)則的農(nóng)地，難免會遺漏在該方向范圍內(nèi)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(bǔ)充，避免了對農(nóng)地四至的漏判、誤判，可進(jìn)一步提高四至計(jì)算的準(zhǔn)確率。

結(jié)語：

本文提出了一種基于GIS的農(nóng)地四至自動計(jì)算方法，在很大程度上解決了目前現(xiàn)有軟件四至計(jì)算存在的準(zhǔn)確率和時間效率不高等問題。通過實(shí)驗(yàn)證明，本文所提方法在時間效率方面比當(dāng)前現(xiàn)有農(nóng)經(jīng)權(quán)軟件四至計(jì)算有了很大的提高，且準(zhǔn)確率也可達(dá)到90%以上。本文將農(nóng)地四至鄰接地塊搜索方法分為方向線段搜索和方向區(qū)間搜索兩種情況，在方向線段搜索不到的情況下，以方向區(qū)間搜索作為補(bǔ)充，可以在很大程度上防止漏判、誤判等情況，提高了四至計(jì)算的準(zhǔn)確率，為當(dāng)前農(nóng)地調(diào)查工作中數(shù)據(jù)整合與處理提供了有效的技術(shù)支持。

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作者簡介：

康念坤（1992-），男，理學(xué)碩士，主要從事GIS應(yīng)用開發(fā)。