基于第二次全国土地调查数据的土地利用现状图制图综合技术研究

杨宝尧，杜震洪，，刘仁义，张 丰，

(1.浙江大学浙江省资源与环境信息系统重点实验室，杭州 310028;2.浙江大学地理信息科学研究所，杭州 310027)

基于第二次全国土地调查数据的土地利用现状图制图综合技术研究

杨宝尧1，杜震洪1，2，刘仁义2，张 丰1，2

(1.浙江大学浙江省资源与环境信息系统重点实验室，杭州 310028;2.浙江大学地理信息科学研究所，杭州 310027)

利用浙江省第二次全国土地调查数据，着重在语义综合和图形综合两个方面对土地利用现状图的制图方法进行了相关研究，通过将小面积图斑降维处理等方法实现了综合前后土地面积的基本平衡，同时又提出了图斑合并的最小面积原则。实验证明，该原则下的制图综合可以更真实地反映原始图斑的地理属性。

土地利用;制图综合;相对平衡;小面积图斑;图斑合并

0 引言

土地利用现状图是以地图形式全面系统地反映不同行政区内的土地资源类型、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［1－3］。第二次全国土地调查开展了农村土地调查，查清了全国农村各类土地的利用状况，建立了比例尺为1∶1万的土地利用数据库。利用该数据库进行制图综合，生成小比例尺土地利用现状图，可以更直观地反映较高行政区范围内的土地利用现状。

土地利用现状图用不同的图斑来表达不同土地利用类型，具有几何目标类型单一和多边形地块在空间分布上全覆盖、无缝隙、无重叠的特点，在语义上具有类型的层次化划分的特点［4］。这样就使得数字环境下或GIS环境下的土地利用现状图综合与传统地图综合相比具有了明显的阶段性，即数据的语义概括过程和数据的图形概括过程，或者说是语义综合和图形综合两个阶段。

本文针对语义综合中的保持图斑综合前后面积比率的相对平衡和图形综合中的小面积图斑合并原则这两个方面进行了探讨研究。

1 综合类型

1.1 语义综合

语义综合方法是以GIS数据库作为输入源，对其进行地物选取或删除、类型转换或重新分类、减少分级、指标转换等处理，目的是确定目标数据库中表现的地理对象类型、地理对象属性及其值域范围、属性项取值级别、地理对象间逻辑关系等信息［5］。

对于土地利用现状图综合来说，既要保证地类图斑位置的正确性［6］，还要保持图斑综合前后面积比率的相对平衡，这样才能真实地反映该地理区域内各地类的质量和数量分布特征，这也是衡量综合结果是否合理的标准之一［7］。

第二次全国土地调查数据土地利用各地类面积之间的关系为

式中:A为地类图斑面积;T为图斑面积;S为零星地物面积;L为线状地物面积;K为扣除地类面积。

由式(1)可以看出，要想保持图斑综合前后面积比率的相对平衡，就必须对制图综合过程中势必会发生变化的地类图斑面积、零星地物面积、线状地物面积等予以充分考虑。

1.2 图形综合

土地利用现状图中不同的图斑表达不同土地利用类型。当土地利用图由大比例尺缩编为小比例尺时，必然导致综合前清晰可辨的小图斑和狭长形图斑不再清晰。这也就导致了土地利用的复杂多样性同有限的地图幅面之间的矛盾。解决这一矛盾的关键就是要通过实施选取、化简和概括等综合手段，对一定阈值范围内的小图斑和狭长形图斑进行综合。

《第二次全国土地调查培训教材》［7］中指出，地类图斑综合取舍的原则是，上图图斑与调查图斑的地类面积比例保持一致，形状相似;道路、河流等应成网状，充分反映不同地区分布密度的对比关系及通行状况。

1∶1万比例尺图斑最小上图指标规定城镇村及工矿用地为2～4 mm2;耕地、园地及其他农用地为4～6 mm2;林地、草地等为10～15 mm2;水库、湖泊应全部选取;图上坑塘面积大于1 mm2的一般应选取，对于坑塘密集区可适当取舍，但只能取或舍，不能合并。最小宽度阈值规定图上宽度小于1 mm的狭长图斑可归并;非重要地类(如林地、草地)宽度小于2 mm可归并。最小长度阈值规定为主要公路图上长度10 mm以上、一般公路15 mm以上、沟渠15 mm以上予以保留。

2 综合技术方法

2.1 地类图斑综合

2.1.1 小面积图斑综合

各类用地呈面状分布是土地利用现状图的基本特点，也是制图综合的主要依据。小图斑综合时不能进行删除操作，而是需要将面积小于给定阈值的小图斑与周围相邻图斑进行合并［8］。具体规则是首先确定图斑合并原则，在同一行政区域内寻找与小图斑同地类的相邻图斑;如果没有同地类相邻图斑，就寻找与小图斑地类相似的相邻图斑;如果上述2种图斑都没有，则按预定合并规则寻找相应的相邻图斑;最后将寻找到的图斑与小图斑合并。

在进行合并的过程中，要充分考虑保持综合前后各地类图斑面积的相对平衡这一原则。小图斑与同一地类或相似地类图斑合并时并不产生大地类总面积的变化，但在与其他地类图斑合并时会产生图斑地类面积的变化。为此考虑将该小图斑进行降维处理，即将该图斑转换为零星地物，并将该小图斑的面积等属性信息赋给此零星地物。根据各地类土地面积计算公式可知，这样就可以保证综合前后各地类图斑面积的相对平衡。其效果如图1所示。

图1 小面积图斑降维处理Fig.1 An example of area －patches dimensionality reduction

小面积图斑综合的流程如图2所示。

图2 小图斑综合流程图Fig.2 Flow chart of area － patches generalization

2.1.2 狭长图斑综合

土地利用现状图中存在一部分狭长图斑，它们一般由河流、沟渠、公路及农村道路等构成。当比例尺小到一定程度时，狭长图斑两侧之间的距离已经到了人眼不能识别的程度，就需要用线段来表达。

具体来说，狭长图斑的综合规则是，对于图上宽度大于给定阈值的予以保留;对于宽度小于给定阈值的，提取其中轴线表示该狭长图斑，然后用与其相邻的图斑合并;对于那些既有宽度大于阈值又有小于阈值的狭长图斑，需要先对其按阈值进行分解，使其宽度基本均一，这样就可以按单一宽度的综合规则进行综合。

2.2 零星地物综合

大比例尺下的零星地物一般都是面积较小但具有一定代表性的保留地物，在1∶1万比例尺土地调查中规定零星地物实地面积不小于100 mm2且小于最小上图面积。

在由大比例尺土地利用图缩编为小比例尺土地利用图时，零星地物由原有零星地物和由图斑转化而来的零星地物组成。对于零星地物，按照预定的阈值进行取舍。

2.3 线状地物综合

土地利用现状图中线状地物基本可以分为铁路、公路、农村道路、河流水面、沟渠及水工建筑等。线状地物的综合一般根据其宽度和长度判断，对于不满足要求且不重要(条件选择)的线状地物予以删除，并修改其相邻图斑的属性数据和几何信息，以保证拓扑关系的一致性。一般县级以上公路予以保留，并保证公路的完整性、连贯性;农村道路选取村以上居民点的道路和丘陵山区的主要小路，其余全部舍去;水系网要根据完整性和连贯性，保留的要素与相应比例尺的地形图的水系网基本一致。

进行图斑合并时，如果涉及到线状地物，需要根据实际情况对线状地物进行合并或删除。

2.4 综合技术流程

综上所述，土地利用现状图图斑综合技术流程如图3所示。

图3 综合技术流程Fig.3 Flow chart of generalization

3 小面积图斑合并原则探讨

从某种意义上来说，土地利用现状图综合的主要任务是小面积图斑的综合。因此，研究小面积图斑综合方法对土地利用现状图综合具有重要意义。

现有的有关图斑合并原则最常用的是最大面积原则和最长邻接边原则，即寻找预定图斑的所有相邻图斑中面积最大或邻接边最长的图斑与之进行合并操作。选取相邻图斑中面积最大的图斑合并可以最大程度上减少小面积图斑，对于进一步的更小比例尺的综合很有帮助;选取邻接边最长的图斑合并则可以最大程度上保持合并后图斑的整体美观性和完整性，以减少小面积图斑合并对图斑整体轮廓的影响。

但是土地利用现状图综合有其特定专题地图综合的特殊性，为能最大程度地保持综合后图斑的地理真实性，本文对应于最大面积原则提出最小面积原则，即小面积图斑在符合地类相同、相似等条件下与面积最小的相邻图斑进行合并，以期最大程度上保留原始图斑的地理属性，真实地反映地理实物。

图4是原始图斑、最大面积原则综合后图斑和最小面积原则综合后图斑示意图，可以看出，按最小面积原则综合后的图斑较好地保留了原始图斑的地理属性，体现了其在土地利用现状图综合中的优势。

图4 原始图、最大、最小面积原则综合结果Fig.4 Generalization results under different rules

4 实验结果与分析

为验证最小面积原则是否适用于土地利用现状图综合，利用浙江省第二次全国土地调查成果数据，选取黄岩区部分数据成果，对最大面积原则和最小面积原则进行对比分析。

表1—表2是最大面积原则和最小面积原则下不同比例尺综合下各地类图斑面积变化情况。

表1 最大面积原则综合前后地类土地面积对比Tab.1 Area comparison before and after generalization under the max－area rule

表2 最小面积原则综合前后地类土地面积对比Tab.2 Area comparison before and after generalization under the min － area rule

通过对表1和表2的对比分析可以发现:在保持综合前后各地类土地面积相对平衡方面，最小面积原则和最大面积原则一样，可以比较有效地控制各个地类的面积，尤其是在1∶1万原始数据到1∶2.5万综合过程中，2种原则下的综合没有太大差异，而且各地类图斑面积在综合前后的面积比率基本平衡;在1∶2.5万原始数据到1∶5万综合过程中出现的差异也不是很大，各个地类土地面积变化均在可控范围之内。这也就说明了，最小面积原则在保持综合前后各地类土地面积相对平衡方面，对于1∶1万到1∶2.5万再到1∶5万土地利用现状图综合是可行的。

在保持综合前后各地类土地面积相对平衡的情况下，分析综合前后图斑个数的变化情况(表3)。

表3 综合前后图斑个数变化对比Tab.3 Comparison of polygon numbers before and after generalization

对表3进行分析可以发现，在最小面积原则下的图斑个数要多于最大面积原则下的图斑个数，这说明最小面积原则下的制图综合很好地保留了原始图斑，更真实反映了原始图斑的地理属性。

5 结论

本文以第二次全国土地调查成果数据为基础，针对土地利用现状数据的特点及其制图综合方法的特殊性，对图斑综合方法进行深入研究。通过降维处理将小面积图斑转化为零星地物，将狭长图斑转化为线状地物，很好地保证了综合前后各地类图斑面积的相对平衡。对应于最大面积原则，本文提出了最小面积原则，并通过实例验证证明，最小面积原则下的制图综合能够更真实地反映原始图斑的地理属性。

土地利用制图综合是一个比较复杂的工程，本文虽然提出了一些自己的思想方法，但受水平和技术所限，仍需进一步完善。

［1］王家耀，武 芳.数字地图自动综合原理与方法［M］.北京:解放军出版社，1998.Wang J Y，Wu F.Automatic Map Generalization Principles and Methods［M］.Beijing:PLA Publishing House，1998(in Chinese).

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［3］王光霞.地图设计与编绘［M］.北京:测绘出版社，2011.Wang G X.Map Design and Compilation［M］.Beijing:Surveying and Mapping Press，2011(in Chinese).

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［8］李志刚，张小勇，艾廷华.土地利用图斑综合研究［J］.地理空间信息，2004，2(3):13 －15.Li Z G，Zhang X Y，Ai T H.Generalization Research of Land Use Patch［J］.Geospatial Information，2004，2(3):13 －15(in Chinese with English Abstract).

Researches on Generalization Technology for Land Use Mapping Based on 2nd National Land Survey Data

YANG Bao － yao1，DU Zhen － hong1，2，LIU Ren － yi2，ZHANG Feng1，2
(1.Zhejiang Key Laboratory of GIS，Zhejiang University，Hangzhou 310028，China;2.Institute of Geographic Information Science，Zhejiang University，Hangzhou 310027，China)

Using the 2nd national land survey data and focusing on the semantic generalization and graphics generalization，the authors reduced the dimension of the area－patches to achieve the area proportion of different kinds of land －use.At the same time，the authors proposed the minimum area principle.Experiments have proved that the generalization results guided by the principle can more accurately reflect the geographical attributes of the original map.

land use;generalization;relative stable;area－patches;polygon merge

TP 79

A

1001－070X(2012)04－0107－05

2011－12－15;

2012－02－01

国家自然科学基金项目(编号:41001227)、国家863计划项目(编号:2007AA12Z182，2009AA12Z222)、浙江省重点科技攻关基金资助项目(编号:2009C33011)、教育部博士点专项基金资助项目(编号:200803350017)以及浙江省自然科学基金资助项目(编号:Y5090130)共同资助。

10.6046/gtzyyg.2012.04.18

杨宝尧(1985－)，男，硕士研究生，主要研究方向为土地利用现状系统。E－mail:yangbaoyao1985@163.com。

杜震洪(1981－)，男，浙江省资源与环境信息系统重点实验室讲师。E－mail:duzhenhong@zju.edu.cn。

(责任编辑:李 瑜)