基于ArcGIS的宗地四至自動(dòng)提取方法*

楊婧怡，郭海泉

(1.南京農(nóng)業(yè)大學(xué) 公共管理學(xué)院，江蘇 南京 210023；2.江蘇省地質(zhì)測(cè)繪院 江蘇 南京 211102)

0 引言

地籍調(diào)查是以宗地為基本調(diào)查單元，針對(duì)每宗地的權(quán)屬、界址、位置、面積、用途等進(jìn)行的土地調(diào)查。宗地是一個(gè)土地權(quán)屬界址線封閉的地塊或空間。進(jìn)行地籍調(diào)查時(shí)，應(yīng)按實(shí)際情況填寫宗地四至：如有相鄰宗地，填寫相鄰宗地的土地使用權(quán)人、所有權(quán)人名稱；與道路、河流等線狀地物相鄰的應(yīng)填寫地物名稱；與空地、荒山、荒灘等未確定使用權(quán)的國(guó)有土地相鄰的，應(yīng)準(zhǔn)確描述相應(yīng)地物、地貌的名稱，不得空項(xiàng)[1]。宗地四至應(yīng)當(dāng)在外業(yè)調(diào)查階段填寫，然后再將宗地四至信息錄入地籍調(diào)查數(shù)據(jù)庫(kù)。但在大部分情況下，都是根據(jù)前期的外業(yè)調(diào)查數(shù)據(jù)及測(cè)量成果在內(nèi)業(yè)完善宗地四至[2]。近年來(lái)，國(guó)家已經(jīng)多次下發(fā)文件，要求加快推進(jìn)農(nóng)村土地確權(quán)登記頒證工作，自然資源部于2020年5月14日下發(fā)文件《關(guān)于加快宅基地和集體建設(shè)用地使用權(quán)確權(quán)登記工作的通知》，要求各地在2020年底基本完成宅基地和集體建設(shè)用地使用權(quán)確權(quán)登記工作。這項(xiàng)工作時(shí)間緊、任務(wù)重，給各個(gè)測(cè)繪單位帶來(lái)了巨大的挑戰(zhàn)。在內(nèi)業(yè)建庫(kù)過(guò)程中，雖然大多數(shù)建庫(kù)軟件都提供了提取宗地四至的功能，但其運(yùn)行的效率及準(zhǔn)確率都不理想，仍需要過(guò)多的人工干預(yù)。為提高提取宗地四至的效率及準(zhǔn)確率，本文設(shè)計(jì)了一個(gè)提取算法，并以此提取算法為基礎(chǔ)，在ArcGIS平臺(tái)上開(kāi)發(fā)了一個(gè)宗地四至提取工具。

1 基礎(chǔ)概念

1.1 基準(zhǔn)方向

提取宗地四至實(shí)質(zhì)上是獲取當(dāng)前宗地的東、南、西、北四個(gè)邊與相鄰宗地、地物、地形之間的相互位置描述。本文中的宗地是指宅基地、農(nóng)村建設(shè)使用權(quán)等接近矩形的宗地。在農(nóng)村地區(qū)，宗地一般都呈現(xiàn)東西向或南北向，其軸線方向與坐標(biāo)軸夾角較小。如果軸線方向與坐標(biāo)軸方向的夾角過(guò)大(接近45度)，如圖1(a)所示，此時(shí)就不便進(jìn)行判斷(可以認(rèn)為1-2是北至，也可以認(rèn)為2-3是北至)。如果此地區(qū)的房屋走向都與此宗地相似，則可以設(shè)置一個(gè)符合地方習(xí)慣的北方向作為基準(zhǔn)方向，這樣做的目的是便于確定四至，圖1(b)中可以很準(zhǔn)確地判斷1-2為北至。

圖1 設(shè)置基準(zhǔn)方向前后的宗地示意圖

1.2 夾巷與巷道

夾巷與巷道是一個(gè)相對(duì)的概念，如果兩個(gè)宗地之間沒(méi)有物理上的直接連接，雖然兩戶人家互為鄰居，但從地籍調(diào)查角度來(lái)講，宗地JC00109的東至是一個(gè)夾巷(或巷道)，宗地JC00110的西至是一個(gè)夾巷(或巷道)，如圖2所示。一般情況下，如果兩個(gè)宗地之間的夾縫小于1 m且不相連時(shí)，則認(rèn)定兩宗地之間是一個(gè)夾巷；如果兩個(gè)宗地之間的夾縫在1～5 m之間時(shí)，則認(rèn)定兩個(gè)宗地之間是一個(gè)巷道[3]。

圖2 夾巷與巷道示意圖

1.3 優(yōu)先級(jí)

搜索四至?xí)r，當(dāng)前宗地優(yōu)先搜索與其直接相連的宗地(即鄰宗)，如果沒(méi)有找到鄰宗，則再依次搜索夾巷、巷道，還沒(méi)有找到時(shí)，就要在指定的緩沖范圍內(nèi)搜索地形要素，如道路、河流等。多個(gè)地形要素參與搜索時(shí)，就需要對(duì)地形的重要性設(shè)置相應(yīng)的優(yōu)先級(jí)。優(yōu)先級(jí)越高，先進(jìn)行搜索。沒(méi)有搜索到時(shí)，再搜索優(yōu)先級(jí)低一點(diǎn)的地形。

2 宗地四至提取方法

宗地四至提取是一種空間分析過(guò)程，主要步驟如下：

2.1 設(shè)置基準(zhǔn)方向并旋轉(zhuǎn)

基準(zhǔn)方向應(yīng)分片區(qū)設(shè)置，應(yīng)依據(jù)不同區(qū)域的房屋走向進(jìn)行設(shè)置。如果每個(gè)宗地的軸向與坐標(biāo)軸基本平行，則就不需要進(jìn)行設(shè)置，如果夾角接近45度，就應(yīng)進(jìn)行設(shè)置。設(shè)置基準(zhǔn)方向后，以此區(qū)域的最大外包矩形的左下角為旋轉(zhuǎn)點(diǎn)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，旋轉(zhuǎn)角度為基準(zhǔn)方向與正北方向的夾角。由于此旋轉(zhuǎn)是整個(gè)區(qū)域的所有圖形進(jìn)行整體旋轉(zhuǎn)，所以各個(gè)宗地之間的相互關(guān)系不會(huì)發(fā)生改變。軸向與坐標(biāo)軸夾角過(guò)大如圖3所示。

圖3 軸向與坐標(biāo)軸夾角過(guò)大

2.2 獲取宗地四邊

經(jīng)處理后的宗地的軸向已經(jīng)基本與坐標(biāo)軸平行，獲取宗地的最小包絡(luò)框可以最大限度地貼近此宗地。依次計(jì)算宗地的每個(gè)界址點(diǎn)到包絡(luò)框的四角(左上角、左下角、右上角、右下角)的距離，并獲取最近點(diǎn)。然后以最近點(diǎn)為分隔點(diǎn)，將宗地分割成四邊，每邊由一個(gè)或多個(gè)線段組成。如圖4所示，北邊為1-2，東北為2-3-4-5，南邊為5-6，西邊為6-1。

圖4 宗地四邊分析

2.3 緩沖分析

將獲取到的宗地四邊分別地籍號(hào)及北、東、南、西標(biāo)識(shí)，然后查找相鄰宗地。對(duì)于任意一條邊按以下次序進(jìn)行查找：

1) 搜索相鄰宗地，如果找到相鄰宗地，則記錄相鄰宗地的地籍號(hào)；

2) 如果沒(méi)有找到相鄰宗地或此邊的部分線段未找到鄰宗，則建立1 m的緩沖進(jìn)行查找，找到相鄰宗地時(shí)，則標(biāo)注為夾巷；

3) 如果1 m緩沖沒(méi)有找到相鄰宗地，則建立5 m緩沖查找相鄰宗地，找到時(shí)標(biāo)注為巷道；

4) 如果5 m緩沖沒(méi)有找到相鄰宗地，則根據(jù)地形配置中的優(yōu)先級(jí)及相應(yīng)的緩沖搜索地形要素(見(jiàn)圖5)；

圖5 地形要素及優(yōu)先級(jí)

5) 如果在地形中沒(méi)有搜索到，則就填寫默認(rèn)值，如空地、場(chǎng)地等。

3 宗地四至提取工具的實(shí)現(xiàn)

地籍?dāng)?shù)據(jù)庫(kù)基于ESRI公司的Personal GeoDatabase創(chuàng)建，因此本文選擇基于ArcGIS平臺(tái)實(shí)現(xiàn)宗地四至提取工具。ArcMap是ArcGIS Desktop中的一個(gè)組件，主要用于地圖制作、空間分析、空間數(shù)據(jù)建庫(kù)等。ArcMap AddIn是ArcGIS開(kāi)始提供的一種全新的擴(kuò)展ArcMap功能的開(kāi)發(fā)方式，支持ArcGIS10.0及更高的版本[4-6]。

基于ArcMap Add開(kāi)發(fā)框架，使用VB.Net編程語(yǔ)言，實(shí)現(xiàn)宗地四至提取工具的關(guān)鍵過(guò)程如下：

1) 創(chuàng)建宗地四至提取參數(shù)配置：通過(guò)配置的方式將參數(shù)暴露給用戶(見(jiàn)圖6)，便于工具的運(yùn)行。

圖6 參數(shù)配置界面

2) 整體旋轉(zhuǎn)對(duì)象：在GeoDatabase數(shù)據(jù)模型中，所有的幾何要素都可以調(diào)用IGeometry接口的Envelope屬性獲取對(duì)象的范圍，獲取到最大范圍后，使用ITransform2D接口的Rotate方法進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。

3) 相鄰宗地及地物：使用ITopologicalOperator.Buffer方法對(duì)宗地的每個(gè)邊創(chuàng)建緩沖，再使用IRelationalOperator.Overlaps及IRelationalOperator. Touches方法判斷位置關(guān)系。

工具編寫完成后，打包成擴(kuò)展名為esriAddIn安裝文件，安裝完此工具后，在ArcMap中以工具條的方式呈現(xiàn)出來(lái)供用戶使用。宗地四至提取的結(jié)果保存于Excel文件中，用戶使用時(shí)再將Excel文件引入到數(shù)據(jù)庫(kù)，這樣可以最大限度地降低工具與地籍?dāng)?shù)據(jù)庫(kù)的耦合度。

軟件運(yùn)行界面如圖7所示。

圖7 軟件運(yùn)行界面

4 實(shí)例驗(yàn)證

本工具編寫完成后，已被應(yīng)用于江蘇省盱眙縣的一個(gè)地籍調(diào)查項(xiàng)目的生產(chǎn)中。以該縣一個(gè)鎮(zhèn)約9 000宗的數(shù)據(jù)為測(cè)試樣本，利用此工具一次性提取宗地四至共花費(fèi)時(shí)間23 min。提取完畢后，項(xiàng)目組安排1人共花費(fèi)約3 d時(shí)間對(duì)此工具的提取情況進(jìn)行核對(duì)。統(tǒng)計(jì)結(jié)果如表1所示。

表1 統(tǒng)計(jì)結(jié)果

從統(tǒng)計(jì)結(jié)果可以得出，提取正確率為93%(僅將“不需要改動(dòng)”的內(nèi)容視為正確)，能夠滿足宗地四至的快速提取需求。

5 結(jié)束語(yǔ)

本文以地籍調(diào)查項(xiàng)目為依托，結(jié)合地籍建庫(kù)過(guò)程中的宗地四至提取需求，設(shè)計(jì)了一種提取宗地四至的方法并在ArcGIS平臺(tái)中基于ArcMap AddIn編程實(shí)現(xiàn)了此功能。宗地四至的提取是一個(gè)相對(duì)復(fù)雜的過(guò)程，沒(méi)有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，在今后的項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程中，還需要針對(duì)新的需要加以改進(jìn)，以便能夠提高準(zhǔn)確率、更好地服務(wù)于地籍調(diào)查項(xiàng)目的實(shí)際生產(chǎn)。