基于ArcGIS的土地利用现状图缩编方法研究

毕 强，崔 利，段建刚，杨清臣

(1.吉林省水利水电勘测设计研究院，吉林长春130012;2.长春工程学院，吉林长春130021)

基于ArcGIS的土地利用现状图缩编方法研究

毕 强1，崔 利2，段建刚1，杨清臣1

(1.吉林省水利水电勘测设计研究院，吉林长春130012;2.长春工程学院，吉林长春130021)

从ArcGIS的制图综合功能出发，结合相关的制图综合理论，提出基于ArcGIS平台的人机交互式缩编技术方法，并对其中关键过程的处理技巧进行阐述。

ArcGIS;土地利用现状图;制图综合

一、概 述

第二次全国土地调查是我国加强土地管理和调控的一项重要基础工作［1］。土地利用现状图则是土地调查的一项重要成果，它以地图的形式，全面、系统、直观地反映本行政区的土地利用类型，分布、利用现状以及与自然、社会经济等要素相互关系的专题地图。根据《第二次全国土地调查成果数据缩编技术指标规范(试行)》要求［2］，要利用数据库管理和计算机辅助制图等技术，采用缩编等手段，在完成1∶10 000土地调查基础图件的基础上，编制1∶50 000、1∶100 000标准分幅土地利用现状图和相应比例尺的县、乡两级土地利用现状图。

传统的土地利用现状图制图综合方法速度慢、精度差，难以体现土地利用现状图的现势性。因此，迫切需要快速、高效的制图综合方法来解决这个问题。由于计算机制图综合目前还处于理论研究阶段，要实现完全的自动化综合难度很大，因此本文基于上述需要，探究基于ArcGIS平台以人机交互实现土地利用制图综合的方法，并论述其中若干关键过程的处理技巧。

二、缩编原则

制图的基本目的是以缩小的图形来显示客观世界［3］。制图综合的主要目的是保证图面清晰醒目，保持与比例尺相应的地图内容的详细程度;符合地图用途，在有限的图面上反映制图区域的地理特征和区域特征;从庞大而复杂的地理信息中进行去粗取精，反映本质的、主要的方面，舍弃非本质的、次要的方面，以确保地图的易读性。针对第二次全国土地调查完成的1∶10 000土地利用现状图的特点，在缩编时应遵循以下七条基本原则［4－5］:

1)土地利用数据缩编应合理概括区域土地利用语义特征，图斑归并时遵循土地利用类型属性邻近优先原则。

2)土地利用数据缩编前后土地利用类型分布面积的视觉对比应保持一致，对主要一级地类的面积比例变化进行控制。

3)土地利用数据缩编时应保持要素的区域分布特征，如土地利用类型图斑的大小、密度等区域特征及其区域之间对比、道路网分布密度特征等。

4)土地利用数据缩编时应考虑要素综合的优先级，次要地物避让重要地物。

5)土地利用数据缩编时应保持要素的地理特征，如岸线的类型特征、水系分布特征等，保持特定要素的特殊形态特征，如建设用地、机场等的规则轮廓特征等。

6)土地利用数据缩编后各要素之间空间关系协调，保持逻辑一致性。

7)土地利用数据缩编应保证综合后要素的位置精度和属性精度，并保持数据完备性。

三、ArcGIS的制图综合功能

ArcGIS是美国Esri公司开发的新一代GIS软件，它是一个全面的、完善的、可伸缩的GIS软件平台，由三个重要部分组成:ArcGIS桌面软件、数据路通ArcSDE和网络软件ArcIMS。本文主要基于Arc-GIS桌面软件开展相关工作。

ArcMap、ArcCatalog和 ArcToolbox是 ArcGIS桌面软件的应用环境，其中ArcMap是创建、浏览、查询、编辑、绘制和出版地图的工具;ArcCatalog是浏览、组织、分发、记录GIS数据的工具，类似于Windows的资源浏览器;ArcToolbox是执行复杂的地理数据处理的工具。

ArcToolbox中集成了数种制图综合的功能［5-6］，包括多边形聚合(aggregate polygons)、道路中心线提取(collapse dual lines to centerline)、要素融合(dissolve)、区域融合(dissolve regions)、要素取舍(eliminate)、线状要素简化(simplify line)、多边形简化(simplify polygon)、建筑物简化(simplify building)、曲线平滑(smooth line)等，这些功能最大的优点是可以对图层的所有要素进行批量处理，为制图综合自动化提供了解决方案，最大程度上满足了常用制图综合方法的需求。

四、设计方案与缩编技术指标

1.设计方案

借助ArcGIS软件，采用人机协同的工作形式，将地图综合过程分解，合理地进行人机分工，交互式地完成地图缩编工作。首先将县级土地调查数据库按照乡镇进行切割;然后分别编绘乡镇土地利用现状图数据，得到乡级土地利用现状图缩编数据库，并生成乡级土地利用现状图;再将乡级土地利用现状图缩编数据库整合为全县数据库;最后对整合后的全县数据库进行编绘，得到县级土地利用现状图缩编数据库，从而生成县级土地利用现状图。土地利用现状图缩编技术流程如图1所示。

2.缩编技术指标

土地利用现状图反映的主要内容是各类用地的分布情况，缩编的主要工作就是把小面积地类图斑合并到相邻的大面积地类图斑中。参考《第二次全国土地调查成果数据缩编技术指标规范(试行)》的要求，对第二次土地调查形成的1∶10 000土地利用现状成果数据库逐级综合缩编到1∶50 000、1∶100 000，归纳整理其主要缩编指标(以缩编到1∶50 000土地利用现状图为例)如下:

1)面积规则:图上面积小于4 mm2的地类图斑需进行归并，但不同的用地类型其对应的最小上图指标不同。

2)宽度规则:图上宽度小于1 mm的道路用线状地物表示。

3)长度规则:图上长度12 mm以上的道路予以保留，河渠的最小上图长度依据密度分区不同而采取不同的指标。

4)综合规则:小于0.5 mm×0.6 mm的道路、河渠、海岸线岸部弯曲细部，一般舍去拉直;地类图斑界线小于0.5 mm×0.6 mm的弯曲可综合。

5)重要性规则:遵循从高级到低级、从主要到次要、从大到小、从整体到局部的顺序原则。如地类图斑中，耕地、居民地和独立工矿、交通用地等可从紧执行规则，林地、草地、未利用地等可从松执行规则。而线状地物重要性次序为河流、铁路、高速公路、国道、干渠、县(含)以上公路、农村道路、沟渠、林带、管道。

6)合并规则:性质相近规则，即在进行相邻地类图斑合并时，尽可能归并到性质最相近的地类;权属相同规则，即对地类图斑进行合并时，要考虑行政界线，在同一行政区域内进行合并。

图1 土地利用现状图缩编技术流程图

五、缩编关键技术

图形缩编是编制工作中最主要的环节，也是工作量最大的环节，合理的缩编步骤和方法，有利于提高作业效率，能使工作有条不紊地进行。

1.线状地物的综合取舍

1)道路选取:铁路、乡(含)以上公路应全部选取，平原中的农村道路可适当选取，丘陵、山区的小路应全部选取。

2)河流沟渠选取:河流应全部选取，沟渠可适当选取。

3)并列线状地物:只保留一条主要线状地物(作求积线用)，其余线状地物可舍掉。所选取的道路、河流等应成网状，以充分反映不同地区分布密度的对比关系及通行状况。

2.地类图斑的综合取舍

(1)按地类编码和坐落代码合并图斑

在ArcMap下打开地类图斑图层，利用ArcTool-Box下的命令来实现图斑的综合取舍功能。通过要素融合(dissolve)命令，按照同地类同坐落的原则对地类图斑图层进行合并。

(2)打散图斑

用要素融合(dissolve)合并图斑时，地类图斑会出现多部分的现象。将经过要素融合(dissolve)操作生成的地类图斑图层全部选中，用打散工具(explode multi-part feature)对地类图斑进行打散处理，使各图斑分散为独立的单元。

(3)地类图斑的综合取舍

图斑合并的前提是图斑所属行政区相同，图斑合并分两步进行:一是按地类等级合并地类相同且相邻的图斑;二是面积小于某一规定数值的小图斑，根据合并规则将其合并到相邻的图斑中。

利用图斑属性选择需要综合取舍的图斑，选择完成后，与其邻近的上一级地类相同的图斑，利用要素取舍(eliminate)命令，将需要综合取舍的图斑合并。如果还有小图斑没有被合并，则用要素取舍(eliminate)，依据设定合并小图斑到相邻图斑面积最大或重合边最长的图斑。操作过后，如果还有小图斑没有被合并，则反复调用要素取舍(eliminate)命令，直到检查至没有不够上图的小图斑为止。这一步在使用条件组合查询地类图斑时经常会出现语法错误，为了避免出错，提高效率，可以先将不同地类图斑的最小上图指标按照缩编指定的比例尺计算出实际面积，然后将不同比例尺下的SQL查询语句写下来分别存储为exp文件。这一步需要仔细检查由字段、运算符、属性值构成的表达式的正确性，以后查询选择图斑要素时就可以轻松调用exp文件即可。

3.图形的概括

线状、面状地物随着比例尺的缩小，其轮廓线上的很多折点对整体形态的影响随之减少，从而导致折点的冗余，需要消除多余折点，保持线条的基本形态，对其形状进行简化，这也是土地利用现状图制图综合中的重要一步。对于土地利用现状图，小于0.5 mm×0.6 mm的道路、河渠、海岸线岸部弯曲细部，一般需要舍去拉直;地类图斑界线小于0.5 mm×0.6 mm的弯曲也需要综合。自然界的地物边界由于受自然条件的影响，大多数应该光滑且具有曲线美;而人工地物应该棱角分明，特别是建筑物(如平板房)应具有四四方方的结构。所以，对这两类地物图形的化简有很大的区别。人工地物边界消除细小锯齿，使棱角清晰分明，如道路的去弯拉直，使用线状要素简化(simplify line)命令;自然地物其边界多作光滑处理，如河流、海岸线岸部使用曲线平滑(smooth line)命令。针对人工地物边界的化简，如建筑物，自动化实现的效果并不好，所以需要结合人工判读并修正。

特别要注意的是当有一些线状地物为图斑边界的时候，该线状地物的化简应与图斑边界的化简一致，即应保证化简后的线状地物还是化简后的图斑的边界。用1∶10000土地利用现状数据缩编到1∶50 000土地利用现状图效果图的对比如图2、图3所示。

图2 1∶10 000土地利用现状数据(局部)

图3 从1∶10 000缩编到1∶50 000的土地利用现状图(局部)

六、结 论

土地利用现状图缩编工作是一项系统性、规范性很强的工作，尽管目前的技术水平距离自动制图综合还需要有一定的过程［7］，但是随着研究的深入，部分工作已经实现了自动化或半自动化，使得工作效率明显提高。笔者通过参加第二次土地调查项目，在1∶10 000土地利用现状数据库的基础上，基于ArcGIS软件平台依靠人机交互的方式缩编完成1∶50 000、1∶100 000土地利用现状图的工作实际，探索出一套缩编的技术方法。除总结出上述若干技术要点外，体会到实际作业中还需要注意以下几个问题:

1)图形和属性相互匹配。在进行系列比例尺综合的过程中，要注意保持图形要素和属性记录的一致性。做到图形化简符合综合的要求，其属性也要产生相应的变化，这主要与作业员的严谨认真和熟练程度有关。图形和属性相互匹配还表现在图斑在属性表中必能找到对应的属性记录，属性表中的记录也能找到其对应的图斑，二者是一一对应并且是准确的。

2)制定周密的制图综合设计书。制图综合是一项复杂的工程技术，需要通盘考虑，制定周密的计划和设计书。遵循从“整体到局部，从局部到整体”的设计思路。从整体上进行全要素的分析，确定整个图面的负载和表示的突出要素，确定各要素的比例关系和协调关系，制定整体的综合指标参数，使图面既保证重点，又照顾一般。局部考虑主要是对每个要素进行单独的综合分析。从局部到整体的思路是整个图面再平衡的过程，根据成图后数据的分析，对图面的各类面积比例再作适当的调整［8］。

3)加强对道路、水系网的衔接。道路和水系是整个综合成图的骨架，采用计算机制图综合往往存在道路不贯通、断头路多、道路网络不清晰等衔接不好的现象;线状地物的综合关键是要注意地物的重要性和连通性，防止“断头”现象。

［1］国务院第二次全国土地调查领导小组办公室.第二次全国土地调查培训教材［M］.北京:中国农业出版社，2007.

［2］国务院第二次全国土地调查领导小组办公室.第二次全国土地调查成果数据缩编技术指标规范(试行)［R］.北京:国务院第二次全国土地调查领导小组办公室，2010.

［3］祝国瑞.地图学［M］.武汉:武汉大学出版社，2004.

［4］中华人民共和国国土资源部.TD/T 1014—2007第二次全国土地调查技术规程［S］.北京:中国标准出版社，2007.

［5］吴秀芹，张洪岩，李端改，等.ArcGIS 9地理信息系统应用与实践［M］.北京:清华大学出版社，2007.

［6］朱蕾，张玮，杨丽君，等.GIS支持下的土地利用现状数据制图综合［J］.上海地质，2009(4):42-45.

［7］邓红艳.基于保质设计的自动制图综合研究［D］.郑州:信息工程大学，2006.

［8］刘耀林，焦利民.顾及尺度效应和景观格局的土地利用数据综合指标研究［J］.测绘学报，2009，38(6):549-555.

Study of the Methods of Land Use Map Generalization Based on ArcGIS

BI Qiang，CUI Li，DUAN Jiangang，YANG Qingchen

0494-0911(2011)03-0078-04

P285.23

B

2010-11-10

毕 强(1973—)，男，吉林长春人，高级工程师，主要从事测绘工程项目的技术设计与管理工作。