土地利用现状图斑选取方法

李 晶，赵晓霞，任俊涛，张 鹏，静国斌，周书俊

(中国矿业大学(北京)地球科学与测绘工程学院，北京 100083)

土地利用现状图斑选取方法

李 晶，赵晓霞，任俊涛，张 鹏，静国斌，周书俊

(中国矿业大学(北京)地球科学与测绘工程学院，北京 100083)

针对土地利用图斑综合过程中现行方法多、对同一地类采用同一指标而未考虑区域差异的问题，提出分区域设置面状图斑上图指标的方法，以北京市朝阳区、昌平区和密云县为例，分别采用统一和分区域设置面状图斑选取指标的方法，对3个区域土地利用现状图进行1∶50 000至1∶100 000的制图综合。结果表明，分区域设置面状图斑选取指标在保持制图综合前后各地类面积相对均衡方面可行，且在保持各地类在不同区域间土地利用结构对比关系方面明显优于统一设置面状图斑面积指标的方法。

制图综合；面状图斑；统一指标；分区域指标

一、引 言

一直以来，土地利用图斑综合都是土地利用调查和土地利用规划数据库建设的核心内容之一。但目前大多数的研究都集中于如何实现综合过程的自动化上[1-2]，如钱海忠等提出自动制图综合链理论与技术模型[3]；毛炜青等提出基于规则的交互式制图综合方法[4]。而选取综合后能够得以保留的图斑是土地利用图形数据综合的首要任务，对综合的结果有着重要的影响。

土地利用图斑综合包括选取和概括两个过程，选取是指选择对制图综合有用的、主要的信息，并保留在地图上，不需要的信息则被舍弃。目前常用的选取方法主要有资格法、定额法和开方根规律法等。图斑综合中通常采用的是资格法，如李志刚等选取面积大于给定阈值的小图斑，研究小图斑的综合流程[5]；李英等采用《第二次全国土地调查成果数据缩编技术指标规范》(试行)(以下简称《二调》)中规定的1∶100 000全国各类用地最小面积，研究长沙市宁乡县1∶100 000土地利用数据综合[6]。上述研究中，针对不同区域采用了同样的图斑选取指标，如不对综合结果进行经验调整，容易导致区域间的对比关系发生变化。为了解决这一问题，可考虑分区域设置图斑的选取指标。这一思想在土地利用数据综合中已有提及，如祝国瑞提出在不同的区域确定不同的选取标准或对选取标准规定一个活动的范围[7]；刘晓慧提出针对不同区域和复杂的地理环境，标准不能绝对化[8]，但是未对具体指标的确定方法进行深入研究。本文针对上述问题，提出了兼顾区域差异的土地利用面状图斑选取方法，并以北京市朝阳区、昌平区和密云县为例，进行1∶50 000至1∶100 000的土地利用现状图斑综合研究，以期对土地利用图斑的综合方法有所改进。

二、研究区概况

北京市是我国的政治、文化中心，共辖14个市辖区、2个县，面积16 800 km2。从市中心向外围分为中心城区、近郊区、远郊区(县)3部分。针对这3种不同区域，本文分别选取朝阳区、昌平区和密云县作为研究区域。其中，朝阳区是重要的工业和商业服务业中心，建设用地在土地利用结构中的比例达60%以上；昌平区是重要的卫星城市，居住、教育、文化用地较多；密云县是国家生态县，园地、林地和水域用地所占比例相对较大，森林覆盖率较高。

三、研究方法

1.面状图斑上图指标选取方法

面状图斑上图指标属于资格法中的数量选取指标，是指在由大比例尺到小比例尺的制图综合过程中，针对面状图斑设置的面积选取标准，面积达到指标的图斑得以保留，否则依据综合原则将被舍弃[9]，它是能够保留在小比例尺地图上的面状图斑的最小面积。

(1)一般的选取方法

目前，一般的面状图斑上图指标是分地类设置，没有考虑区域间的差异，同一地类在不同区域设置同样的选取标准。如在《二调》中，规定1∶100 000的全国耕地和园地的上图面积指标分别是5 hm2和4 hm2。同一指标对土地利用结构特征相似的区域较为适用；但当区域土地利用特征差异较大时，如两个区域，其中一个区域的耕地数量少且耕地图斑破碎和零星分布，另一区域土地利用结构以耕地为主，耕地多毗连分布且单个图斑面积较大时，如果不考虑区域差异，在两个区域设置同样的面积指标，容易导致综合前后耕地分布发生较大变化，不能真实反映区域土地利用特征。

(2)改进的选取方法

分区域设置面状图斑的上图指标是指针对某一地类，根据该地类在不同区域内的分布特征(主要是指各地类在不同区域间的面积对比关系和图斑的面积大小等)，设置不同的图斑面积选取标准，制图综合后，能够更大程度地保留该地类在不同区域间的面积对比关系。以x市的制图综合为例，为保证综合前后地类的比例关系，需要成立下式

基于《二调》的上图指标，调整得到i县(区)某地类(以耕地为例)的图斑面积指标，记为si，从而可得bi；再根据ai和aj之比可得bj，为j县(区)制图综合过程中耕地减少的面积；然后将j县(区)内的耕地图斑，按面积从小到大累加求和，当和达到bj时的图斑面积，即可确定j区域耕地的上图面积指标，也可根据综合目的，在此指标的基础上作适当调整。

需要指出的是，占 x市耕地面积比例大的县(区)，图斑面积的上图指标不一定大，即某县(区)的耕地图斑面积指标与该县(区)耕地面积占x市耕地面积的比例不一定成比例关系。笔者针对某地类设置初始县(区)的图斑面积指标后，根据不同县(区)间该地类面积的比例关系，采用同样的方法，可以得到该地类在所有县(区)的上图面积指标。

(3)不同方法的比较

本研究中，统一指标采用的是《二调》中规定的各地类的图斑面积指标，分区域上图指标采用本文中提出的方法计算所得。以耕地为例，选择耕地面积占3个区域耕地总面积的比例居中的区域，将该区域的耕地指标设置为《二调》中规定的指标，据此求得其他区域耕地的指标。其中，地类代码参照《土地利用现状分类》(GB/T 21010—2007)，“10交通运输用地”和“11水域及水利设施用地”的面积指标是指除道路、河流等狭长图斑外的面状图斑上图指标，见表1。

表1 不同选取方法的面状图斑上图指标 hm2

2.综合软件与综合流程

ArcGIS是Esri公司开发的地理信息系统软件，本文借助其聚合、消除、擦除及合并等工具进行制图综合。根据依托项目研究需求，地类综合的先后顺序是：12、09、08、05、06、07、10、11、01、02、03、04。

3.综合质量的评价方法

(1)面积变化率

面积变化率反映的是综合前后各地类面积的均衡状态，如下式

式中，ACP是综合前后某地类的面积变化率；AD是综合后该地类的面积；AS是综合前该地类的面积。

(2)结构相似度指数

结构相似度指数反映的是制图综合前后某地类在各区域中土地利用结构的相似程度，以耕地为例，如下式

式中，SSI为耕地的结构相似度指数，0≤SSI＜1；SSi为i区域耕地在综合前后的结构相似性的值；IADi为i区域综合后耕地的面积与综合后各区域耕地总面积的比值；IASi为i区域综合前耕地的面积与综合前各区域耕地总面积的比值；n为区域个数。结构相似度指数越大，说明制图综合前后某地类在各区域间的土地利用结构对比关系变化越小，制图综合的质量越高[10]。

另外，还需综合考虑所有地类的结构相似度指数，如下式

式中，WSSI为所有地类综合结构相似度指数；SSIi为结构相似度指数；n为地类个数。

四、研究结果

本文按照上述不同面状图斑上图指标设置方法，对北京市的朝阳区、昌平区和密云县进行1∶50 000至1∶100 000的土地利用现状图进行综合，统计综合前后各地类的面积，并依据式(3)、式(4)、式(5)计算各地类面积变化率、结构相似度指数和综合结构相似度指数，对不同指标设置方法的综合结果进行比较。

1.各地类面积变化率的比较

采用两种上图指标选取方法进行制图综合后，各区域不同地类的面积变化率如图1—图3所示。

图1 朝阳区各地类面积变化率

图2 昌平区各地类面积变化率

图3 密云县各地类面积变化率

由图可见，采用两种面积指标设置方法进行制图综合后，朝阳区地类12和 05的面积变化率＞20%，地类04、06、07和08的面积变化率为10%～20%，地类01、02、03、09、10和11的面积变化率＜10%。其中，除地类12和03采用分区域指标的面积变化率大于统一指标外，地类02采用分区域指标略大于统一指标，其他地类采用分区域指标的面积变化率均小于统一指标。

昌平区地类12、09和05的面积变化率＞20%，地类04和08的面积变化率为10%～20%，地类01、02、03、06、07、10和11的面积变化率＜10%。其中，除地类12采用分区域指标的面积变化率大于统一指标外，地类01、02、03、06、10和11采用分区域指标略大于统一指标，其他地类采用分区域指标的面积变化率均小于统一指标。

密云县地类12、09和05的面积变化率＞20%，其他地类的面积变化率均＜10%。同样，除地类12采用分区域指标的面积变化率大于统一指标外，地类01、02、03、04、05、06、08和11采用分区域指标略大于统一指标，其他地类采用分区域指标的面积变化率均小于统一指标。

将3个区域各地类的面积变化率取绝对值后求算数平均值，见表2。

表2 各地类面积变化率绝对值的算术平均值 (%)

由表2可见，3个区域各地类面积变化率绝对值的算术平均值均小于20%，最大值为朝阳区采用统一指标的15.6%，最小值为密云县采用分区域指标的9.7%，且除昌平区采用分区域指标比统一指标大0.5%外，朝阳区和密云县采用分区域指标比统一指标分别小4.5%和1.8%。

上述比较可以看出，分区域设置面状图斑面积指标的方法在保持综合前后各地类面积比例平衡方面，应用于县域1∶50 000至1∶100 000的土地利用现状图的制图综合过程中是可行的。

2.结构相似度的比较

各地类的结构相似度指数如图4所示。

图4 制图综合结构相似度比较

由图4可见，采用两种面积指标设置方法进行制图综合后，除地类09和12的结构相似度指数小于0.90外，其他地类均在0.90以上，说明综合前后各地类在不同区域的土地利用结构对比关系变化较小。

采用统一指标进行制图综合后，仅地类01、03和11的结构相似指数比采用分区域指标略大，其他地类均是分区域指标大于统一指标。其中，地类05、06、07和08采用分区域指标的结构相似度指数均在0.95以上，而采用统一指标的结构相似度指数均小于0.95。另外，地类12和05采用分区域指标进行制图综合后结构相似度指数明显高于采用统一指标，分别高出0.08和0.07。

根据式(5)计算所有地类的综合结构相似度指数，分区域指标和统一指标的综合结构相似度指数分别是0.95和0.86，综合所有地类考虑，分区域设置面状图斑面积指标的综合结果也明显优于统一设置指标的选取方法。

五、结论与讨论

本文分别采用统一和分区域设置面状图斑面积指标方法，借助ArcGIS平台中制图综合工具，对北京市朝阳区、昌平区和密云县进行1∶50 000至1∶100 000的制图综合。通过实例验证表明，分区域指标法在保持制图综合前后各地类面积相对均衡方面可行，且在保持各地类在不同区域间土地利用结构对比关系方面明显优于统一指标法。

本文中制图综合后个别地类的面积变化率较大，这主要是因为案例研究过程中完全借助ArcGIS综合工具自动实现，其中的消除过程是按照最大边长的原则进行的，未进行任何手动或经验调整；另外，还与各地类的综合先后顺序有关。

分区域设置面状图斑上图指标的方法只是根据各区域间的面积比例关系设置图斑面积的最低标准，在特定专题地图中需要突出某些重要区域或地物时，则不适用，需要对该方法进行修正。

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[2] 王桥.数字环境下制图综合若干问题的探讨[J].武汉测绘科技大学学报，1995，20(3)：208-212.

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Patches Selection Method of Actual Land Use Map

LI Jing，ZHAO Xiaoxia，REN Juntao，ZHANG Peng，JING Guobin，ZHOU Shujun

P208

B

0494-0911(2014)07-0105-04

2014-01-03

国土资源部公益性行业科研专项课题(201211001-05)

李 晶(1975—)，女，吉林四平人，副教授，主要从事土地资源管理、地理信息工程、土地利用与土地复垦等方面的研究。

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10.13474/j.cnki.11-2246.2014.0238