略论GIS土地专题图制作

略论GIS土地专题图制作摘要:本文结合数字国土工程项目的实践,探讨基于GIS的数字土地专题图制图概括的理论和技术方法,并针对专题图制图概括所涉及的若干技术问题提出具体的解决途径。关键词:GIS；土地专题图；制图概括一前言土地专题图是根据应用目的确定目标地图的主题和比例尺,利用数据综合手段生成的目标地图。它不仅要遵循地图概括的基本原则,还要考虑土地的位置、分布、利用现状、规律性及典型特征等信息,并顾及不同应用目的对上述信息表达的不同要求。二数字制图概括的特点制图概括是指根据地图的主体、用途、比例尺和制图区域的特点,对各地理要素及其内在联系加以分析和研究,并将地面最重要、最基本的事物或现象反映在地图上,而舍去某些次要的、非本质的事物或现象的过程。随着计算机数字制图的兴起,制图概括的内涵发生了许多变化,其概念扩展为在GIS环境下对空间信息和属性信息的加工方法。由于专题图的特殊要求,使其与传统的普通地图制图概括有较大的差别,这主要表现在:1. 普通地图的制图概括完全基于对各要素的同等概括,所反映的内容、采用的方法和要求达到的精度随地图比例尺的不同而不同。专题图是一类特殊的专用图,是反映不同部门、不同领域的专题类型、质量、数量、利用现状及其分布等的专用地图。影响制图概括的主要因素是专题图的具体内容和表示方法。如在土地专题图中,地籍图、土地利用现状图等是反映一个地区土地类型、质量、数量、利用现状及其分布等的专题地图,农用地分等图是反映一个地区的土地等别、质量、数量、分布等的专题地图。2. 数字制图概括则是在一定比例尺的限制之下,从GIS的应用目标出发,对数据进行抽象和概括,生成各种专题用途的空间数据和属性数据集。普通地图的制图概括是靠制图人员通过对客观现实的认知和经验,在头脑中先建立抽象模型,再运用制图者的绘图技巧在图纸上实现的。由于采用了计算机辅助制图,数字制图概括较手工概括更为快捷、准确。特别是以数字地形图、土地利用现状图为工作底图编绘的各类土地专题图,实现了对地理要素和专题要素的分层处理,既提高了成图精度,又便于信息的交换与共享。3. 空间数据与属性数据高度的统一。在通常土地管理过程中,土地利用方式的变更往往会引起空间数据的改动,其相应的属性数据也必将随之发生变化。空间数据的分析常常需要使用属性数据。三数字土地专题图的制图概括数字土地系列专题图多用面状图形(一般为不规则多边形)来描述土地用地类别的性质、质量、数量、分布特征、土地用地现状、土地等(级)别及评价等专题要素,这些要素与各地的自然地理要素、社会经济要素密切相关。在进行制图概括时往往要涉及各种不同的专用地图和相关信息,须遵循以下主要规则。1. 地图规则土地类型系列制图必须遵循地图制图的一般规则。地图规则的内容很广,从单个地理要素的图形表达到整个地图的图面整饰的全过程,一般从合理性及精度两个方面描述。在进行土地类型系列制图时,一般要着重处理属性信息概括后造成的不符合地图规则的状况。如不同因素图件进行叠置或图斑的类型由子类向父类转换,实际上是一个从源图斑到目标图斑的转换过程,这种转换不但包括区域边界形状的改变,更重要的是包括源图斑所包含的属性信息到目标图斑的属性信息的转换。一般说来,从地图表达合理性的角度,如果不考虑其他因素的影响(如重要线状地物或境界线),两个相邻接的图斑不应该具有相同的属性信息,否则要将两个图斑合并为一个图斑。在进行属性信息变换的同时还需要进行空间信息(位置信息、面积信息等)的相应变换,以满足地图表达的基本规则和土地管理工作现实性的需要。2. 几何规则制图概括的目的之一是避免在图面上出现不可识别或出现不合理的图形。对于土地类型专题图来说,除保证地类图斑或级(等)别图斑位置准确外,还要求图形间保持正确的拓扑关系和表达方式。(1) 正确的拓扑关系数据概括必然会改变原始数据所反映的地理对象之间的拓扑关系,它包括拓扑关系的几何意义和属性意义的正确与合理性两个方面。拓扑关系的几何意义是对数据概括后所反映的地理对象进行拓扑分析和地理精度的合理性分析,如在进行图形数据叠加工序时,并不是简单地将两幅数字化图件数据放在一起,重新生成一次拓扑关系,而是要分析每一弧段与图件A的有关图斑的拓扑关系,还要分析与图件B有关的图斑的拓扑关系,此外还要对每一个结点重新做一次与弧段的拓扑分析。拓扑叠加是对两幅图件做全面空间分析的叠加,叠加产出结果既可以用作逻辑的“交”,也可以用作逻辑的“或”和逻辑的“差”分析(如图1)。但是拓扑关系的变化需要遵循一定的规则,如在对叠加出现的“碎屑多边形”进行处理时,不能因为删除某个小面积图斑而造成空洞或原来处于外侧邻接关系的两个图斑概括后不能变成包含关系或相离关系等。地理精度的合理性分析是指在表达和处理地理要素之间关系时的合理程度。如水系的连通性、高层次地物压盖低层次地物、主要地物与次要地物处理等,以及在概括过程中,在空间允许的情况下,要尽量保持因区位、地形、土壤等因素条件变化所引起的等(级)别或地类的变化,即土地要素的概括要考虑与地理要素的关系。图1 拓扑分析拓扑关系的属性意义是图斑属性概括前后的面积比率平衡关系,一般说来,土地系列专题图均系根据目标地图的主题突出表现土地要素的分布特征,如在进行数字农用地等别图的制图概括时,概括前各地类面积(工作底图上的地类面积)应与成果图(如等别图)上的各地类面积比率保持平衡,只有这样才能真实地反映该地理地域土地的质量和数量的分布特征,也是衡量概括结果是否合理的标准之一。(2) 阈值的设定地图图面上的几何图形和距离的表达一般要受地图比例尺精度的约束。在进行土地系列制图综合时,往往要根据制图目的,在保持制图图斑位置准确的基础上,还要求图形的可识别度即图形表达清晰程度。图形的可识别度包括面积和距离的最小识别单位,称为最小面积阈值和最小距离阈值。a面积阈值的设置。通常两幅图件各图斑叠加前互不相关,叠加后会形成很多“细碎图斑”,拓扑叠加在实际应用中需要解决的一个问题是剔除在进行图形数据叠加时出现的“细碎图斑”或图斑出现锯齿状。事实上,系统软件在执行拓扑叠加任务的过程中,可以安排随时计算闭合区域面积的程序,若计算出一个封闭区域的面积小于事先设定的面积阈值,即需要进行图斑合并,将该面状图形与周围的图斑融合。b. 距离阈值的设置。该阈值既可约束彼此不相邻地物之间的最短可视距离,也可以用来约束面状图形(如道路、水系等)狭窄部分的最小宽度。如地物之间的距离小于该阈值,可以认为人眼已经不能识别它们之间的距离。而面状图形的狭窄部分则可以用线段表达。3. 属性数据的概括规则专题地图的概括需要重点考虑目的图的专题属性特征,其属性数据的概括规则在概括过程中至关重要。在属性数据概括中,属性数据的概括主要体现在属性数据按照一定的体系进行单向和逻辑一致性的类型转换。四、扫描误差的校正与图形拼接图纸扫描是目前对工作底图内容进行数字化处理的主要技术手段,也是一个容易被忽视,而实际上对成果质量有重大影响的技术环节。工作图经野外调绘,往往会产生图纸变形和调绘线差异,经图纸扫描后出现拼接误差。如何根据拼接误差的大小选择图纸变形纠正的方法,是实际工作中十分关注的技术问题之一。图幅的扫描误差包括几何误差与辐射度误差两个方面。几何误差来源于仪器误差和图纸变形。从误差校正的角度,可将几何误差分解为系统误差、局部误差和随机误差。系统误差一般可通过辨识与量测标记点进行校正,如采用纸质DOM进行野外土地现状调查时,调绘图的图纸变形较大且不均匀,这时可根据图纸变形情况按坐标格网点或划分变形区域按区域格网进行纠正。如采用4个图廓点的线性校正可改善图因扫描时引起的旋转和大区域的图纸变形；采用图廓点和区域格网点的二次线性、曲线校正可校正局部的图纸变形。残余误差仅是在图像上量测图廓点的误差,一般在0.5像元之内,可通过取中点进行避免。图纸扫描的辐射度误差主要指灰度误差。一般说来,线划密集的图纸,经过二值化扫描后会出现线划中断或粘连现象。对于纸质不好的图纸,最好不要在扫描前二值化,而应该先进行多级灰度扫描,再采取浮动阈值法软件二值化。通过上述分析与处理并顾及多方面的残余误差,图幅的扫描误差主要由图幅的扫描误差和多方面的残余误差组成。五、面积加权内插法和面积量算一些土地经济评价成果图中的目标图斑往往由多个因素的源图斑叠置形成,这时目标图斑的属性值(含分值)应考虑源图斑的共同作用与影响。在进行目标图斑面积要素处理时多采用面积内插方法。所谓面积内插,是指按照源图斑空间数据的分布特征与规律,采用一定的插值算法求取目标图斑中的数据分布。面积内插算法大体可分为3类:面积加权内插法、基于表面模型的面积内插法和基于统计模型的面积内插法。我们在实际工作中采用较多的是面积加权内插法。它是根据目标区域内各源图斑所占面积的百分比为权来确定目标图斑的新属性数值。目标图斑的面积量算是土地专题图的重要内容之一。不同的土地专题图其量算方法和要求亦存在一定的差异。土地专用图的面积量算有两种情况:一种是按生成的目标图斑直接求算；另一种是在目标图斑中要扣除线状地物面积, 先作缓冲区得到缓冲区图斑,接着缓冲区图斑与相应的地类图斑进行拓扑,最后扣除其缓冲区面积。在进行面积量算时,无论属于何种情况均需满足目标区域内的实际面积与量算面积的逻辑一致性原则。六、结束语如何正确理解和执行规程,掌握数字土地专用图制图概括中的“协调”和“综合”的原则,做到既保证成图的数学精度和地理精度,又便于进行逐级成果汇总,是目前土地专用图制图的关键所在。参考文献:1 TD 1002293.土地利用现状调查地(市)级汇总技术规程S .2 TD/ T 100422003.农用地分等规程S.3 GB/ T 1850822001.城镇土地估价规程S .4 王家耀,等.普通地图制图概括原理M.北京:测绘出版社,1993.5 张克权,黄仁涛.专题地图编制M.北京:测绘出版社,1991.