土地利用圖縮編中小圖斑綜合方法的改進(jìn)

鄒勝武，鄒時(shí)林，李大軍，何亮柱

(1.東華理工大學(xué) 測繪工程學(xué)院，江西 南昌 330000；2.中南大學(xué) 地球科學(xué)與信息物理學(xué)院,湖南 長沙 410083）

土地利用圖縮編是指地圖制圖者將大比例尺地圖縮編成小比例尺地圖的過程。隨著比例尺的縮小，既要使目標(biāo)比例尺地圖清晰易讀，又要使其詳細(xì)完整，必然要對(duì)原始比例尺地圖中的一些要素進(jìn)行綜合舍取[1]，其主要包括對(duì)點(diǎn)、線、面三要素的綜合取舍。其中面狀要素在反映土地地類要素的分布特征中有著重要的意義，對(duì)面狀要素的綜合取舍顯得極其重要。小圖斑綜合是縮編中面狀要素綜合的一部分，也是其余要素綜合的前提。小圖斑綜合取舍得是否合理，直接關(guān)系到能否將土地地類要素的分布特征反映在地圖上。

1 小圖斑綜合常規(guī)方法及存在的問題

通常小圖斑綜合的第一步是選取最小上圖面積指標(biāo)，再根據(jù)指標(biāo)和地類圖斑的重要性（主要指在地圖上反映地類要素分布特征的重要程度），對(duì)小圖斑進(jìn)行綜合處理，具體流程見圖1。將不具有重要性的小圖斑直接合并到周圍圖斑中去，將具有重要性的小圖斑進(jìn)行夸大操作（如圖2所示），將非鄰近且相連成片的小圖斑進(jìn)行聚合操作（如圖3所示），將那些具有重要意義且面積較小的小圖斑轉(zhuǎn)點(diǎn)并以零星地類符號(hào)表示，見圖4。

圖1 小圖斑綜合流程圖

圖2 小圖斑夸大處理示意圖

圖3 小圖斑聚合處理示意圖

圖4 小圖斑轉(zhuǎn)零星地物示意圖

確定小圖斑最小上圖面積指標(biāo)往往是一個(gè)或多個(gè)地區(qū)共用1套參數(shù)，如安徽二調(diào)成果縮編中淮北平原27個(gè)縣市共用1套指標(biāo)；判別小圖斑的重要性也是由作業(yè)人員根據(jù)小圖斑與周圍其他圖斑的地類相同與否而進(jìn)行判斷的。這樣的做法存在的問題如下[2-5]：

1）最小上圖面積指標(biāo)的選取單一，沒有考慮地區(qū)間的差異，缺乏針對(duì)性；

2）由作業(yè)員直接判斷小圖斑的重要性效率低下，且主觀性太強(qiáng)，受制于作業(yè)員對(duì)地圖的認(rèn)知水平和制圖經(jīng)驗(yàn)。

2 小圖斑綜合的改進(jìn)方法

針對(duì)以上問題，提出以下解決方案：

1）針對(duì)每一個(gè)工作區(qū)提出至少1套最小上圖面積指標(biāo)，如1個(gè)縣1套指標(biāo)參數(shù)；

2）將專家的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)引入到計(jì)算機(jī)制圖中，使小圖斑的綜合合理、高效。

2.1 最小上圖面積指標(biāo)的選取

為確定一個(gè)地區(qū)土地利用圖各地類最小上圖面積指標(biāo)，可以先分別確立該地類最后應(yīng)該保留的圖斑要素的數(shù)量。德國學(xué)者特普費(fèi)爾提出一種方案，用于解決原始地圖與新編地圖由于比例尺的變換而產(chǎn)生的地物數(shù)量遞減的問題。新編地圖應(yīng)選取的地物數(shù)量與原始地圖和新編地圖2種比例尺的分母之比的開方根有關(guān)[1]，如式（1）所示：

式中，NA為原始地圖地物個(gè)數(shù)；NB為目標(biāo)地圖地物個(gè)數(shù)；MA為原始地圖比例尺分母；MB為目標(biāo)地圖比例尺分母；C為符號(hào)尺寸改正系數(shù)。對(duì)于面圖斑，C由式（2）計(jì)算得到：

式中，fA為原始地圖面狀符號(hào)的尺寸面積;fB為目標(biāo)地圖面狀符號(hào)的尺寸面積，則有：

在一般地圖中fA=fB，則有：

式中，D為地物重要性改正系數(shù)，有3種情況：①很重要，則②一般，則D=1；③次要，則

在土地利用圖中，所有的地類要素都是同等重要的，所以可以先假設(shè)土地利用圖中所有地類要素的重要性均為一般，則得到式（5）。至于小圖斑的重要性不在于其地類自身，而是它相對(duì)于周圍地類圖斑而言的，在后面具體綜合中來體現(xiàn)。

將各地類圖斑按照面積由大到小的順序排列，則某地類第NB個(gè)地類圖斑的面積就是最小上圖面積。

2.2 小圖斑綜合

小圖斑綜合處理的具體工作就是根據(jù)小圖斑自身面積大小和其重要性對(duì)其進(jìn)行合并、夸大、聚合和轉(zhuǎn)點(diǎn)。

假設(shè)所有的大圖斑均為重要圖斑，小圖斑均為次要圖斑。選取某一小圖斑，判斷其緩沖區(qū)R范圍是否有同地類大圖斑，如果有，則其為非重要小圖斑；否則，其為重要小圖斑。具體按以下5條規(guī)則處理：

1）聚合。其對(duì)象為所有非境界邊上的小圖斑，處理規(guī)則為小圖斑緩沖區(qū)半徑40 m范圍內(nèi)如有同地類圖斑，則對(duì)其進(jìn)行聚合操作。

2)合并。當(dāng)對(duì)象為非境界邊上的小圖斑的面積S'?（0，40%S）時(shí)，其處理規(guī)則為直接合并到周圍拓?fù)湎噜彽膱D斑中去。地類圖斑合并時(shí)遵循語義鄰近優(yōu)先原則，相同二級(jí)分類的圖斑語義鄰近度最高，一級(jí)分類土地用地類型語義鄰近度見表1[6，7]。

表1 一級(jí)土地用地類型語義鄰近度統(tǒng)計(jì)表

當(dāng)對(duì)象為所有非境界邊上的小圖斑的面積S'?（40%S，80%S）時(shí)，其處理規(guī)則為：小圖斑緩沖區(qū)半徑R范圍內(nèi)若有同地類大圖斑，則此小圖斑為非重要地類，對(duì)其進(jìn)行合并操作，合并規(guī)則同上。

3）轉(zhuǎn)點(diǎn)。當(dāng)對(duì)象為所有非境界邊上的小圖斑的面積S'?（80%S，S）時(shí)，其處理規(guī)則為：小圖斑緩沖區(qū)半徑R范圍內(nèi)若有相同地類大圖斑，為使太湖縣地類結(jié)構(gòu)變化不至于過大，選擇性地保留一部分圖斑，將其進(jìn)行轉(zhuǎn)點(diǎn)操作。

當(dāng)對(duì)象為所有非境界邊上的小圖斑的面積S'?（40%S，80%S）時(shí)，其處理規(guī)則為：小圖斑緩沖區(qū)半徑R范圍內(nèi)若沒有同地類大圖斑，則此小圖斑為重要地類，面積相比較小，對(duì)其進(jìn)行轉(zhuǎn)點(diǎn)操作，原來的圖斑合并到周圍地類中。

4）夸大。其對(duì)象為所有非境界邊上的小圖斑的面積S'?（70%S，S）。其處理規(guī)則：小圖斑緩沖區(qū)半徑R范圍內(nèi)若沒有同地類大圖斑，則此小圖斑為重要地類，對(duì)其進(jìn)行夸大操作?？浯蠛蟮膱D形與原圖斑形狀相似，不能改變地類要素的自然形態(tài)特征，面積達(dá)到最小上圖面積即可。

5）特殊情況。其對(duì)象為所有非境界邊上的小圖斑的面積S'?（40%S，S），處理規(guī)則為小圖斑緩沖區(qū)半徑R范圍內(nèi)沒有同地類的大圖斑，只有面積為S'?（40%S，S）的小圖斑群。對(duì)此圖斑作特殊標(biāo)記，最后由人機(jī)交互處理。

3 應(yīng)用實(shí)例

以太湖縣二調(diào)成果1∶10萬圖制作為例，說明本文所提出方法的應(yīng)用。利用式（5），得到太湖縣從1∶5萬比例尺縮編到1∶10萬比例尺各地類的最小上圖面積指標(biāo)，如表2所示。

表2 太湖縣1∶10萬各地類圖斑最小上圖面積指標(biāo)統(tǒng)計(jì)表

通過表2可以看出，除其他土地地類外，其余用地類型最小上圖指標(biāo)均在全國彈性范圍之內(nèi)。

在以上的改進(jìn)方法中有一個(gè)未知參數(shù)就是緩沖區(qū)半徑R，此值由已通過驗(yàn)收且質(zhì)量評(píng)價(jià)較好的1∶5萬到1∶10萬的縮編成果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，同時(shí)結(jié)合了一些專家知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)得到，具體見表3。

將此改進(jìn)方法和常規(guī)的方法分別與計(jì)算機(jī)制圖結(jié)合，同時(shí)處理太湖縣二調(diào)成果1∶5萬到1∶10萬的小圖斑綜合。2個(gè)成果由專業(yè)技術(shù)人員進(jìn)行質(zhì)量評(píng)價(jià)對(duì)比，改進(jìn)方法綜合的成果質(zhì)量較好，符合規(guī)范，可以證明本文中小圖斑綜合方法的改進(jìn)是可行的。

對(duì)小圖斑綜合的改進(jìn)方法進(jìn)行總結(jié)分析，其具有以下特點(diǎn)：

1）由數(shù)學(xué)模型確立的各種用地類型的最小上圖面積具有針對(duì)性，該值均在國家制定的彈性范圍內(nèi)，符合技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)；

表3 太湖縣1∶10萬各地類小圖斑緩沖區(qū)半徑R取值統(tǒng)計(jì)表

2）引進(jìn)專家知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)，通過確立緩沖區(qū)半徑R來判斷小圖斑的重要程度具有客觀性；

3）改進(jìn)方法和計(jì)算機(jī)制圖結(jié)合，使得小圖斑綜合具有高效性；

4） 在處理特殊情況時(shí)，靈活性不夠，需要人工干涉。

4 結(jié) 語

本文引入數(shù)學(xué)模型和專家知識(shí)，對(duì)小圖斑綜合提出了改進(jìn)方法，有助于客觀、合理、高效地制作二調(diào)成果系列比例尺地圖。不過，土地利用圖中的地類分布多樣，不同地區(qū)都有各自的地方特征，綜合方法也需要有針對(duì)性地修改。圖斑綜合已經(jīng)由傳統(tǒng)的人工制圖轉(zhuǎn)變到人機(jī)交互制圖了，而由人機(jī)交互制圖到計(jì)算機(jī)智能化制圖仍處于研究階段。計(jì)算機(jī)智能化地圖綜合是GIS當(dāng)前研究的一個(gè)主要方向。

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