土地利用現(xiàn)狀圖斑選取方法

李 晶，趙曉霞，任俊濤，張 鵬，靜國斌，周書俊

(中國礦業(yè)大學(xué)(北京)地球科學(xué)與測繪工程學(xué)院，北京 100083)

土地利用現(xiàn)狀圖斑選取方法

李 晶，趙曉霞，任俊濤，張 鵬，靜國斌，周書俊

(中國礦業(yè)大學(xué)(北京)地球科學(xué)與測繪工程學(xué)院，北京 100083)

針對土地利用圖斑綜合過程中現(xiàn)行方法多、對同一地類采用同一指標(biāo)而未考慮區(qū)域差異的問題，提出分區(qū)域設(shè)置面狀圖斑上圖指標(biāo)的方法，以北京市朝陽區(qū)、昌平區(qū)和密云縣為例，分別采用統(tǒng)一和分區(qū)域設(shè)置面狀圖斑選取指標(biāo)的方法，對3個區(qū)域土地利用現(xiàn)狀圖進行1∶50 000至1∶100 000的制圖綜合。結(jié)果表明，分區(qū)域設(shè)置面狀圖斑選取指標(biāo)在保持制圖綜合前后各地類面積相對均衡方面可行，且在保持各地類在不同區(qū)域間土地利用結(jié)構(gòu)對比關(guān)系方面明顯優(yōu)于統(tǒng)一設(shè)置面狀圖斑面積指標(biāo)的方法。

制圖綜合；面狀圖斑；統(tǒng)一指標(biāo)；分區(qū)域指標(biāo)

一、引 言

一直以來，土地利用圖斑綜合都是土地利用調(diào)查和土地利用規(guī)劃數(shù)據(jù)庫建設(shè)的核心內(nèi)容之一。但目前大多數(shù)的研究都集中于如何實現(xiàn)綜合過程的自動化上[1-2]，如錢海忠等提出自動制圖綜合鏈理論與技術(shù)模型[3]；毛煒青等提出基于規(guī)則的交互式制圖綜合方法[4]。而選取綜合后能夠得以保留的圖斑是土地利用圖形數(shù)據(jù)綜合的首要任務(wù)，對綜合的結(jié)果有著重要的影響。

土地利用圖斑綜合包括選取和概括兩個過程，選取是指選擇對制圖綜合有用的、主要的信息，并保留在地圖上，不需要的信息則被舍棄。目前常用的選取方法主要有資格法、定額法和開方根規(guī)律法等。圖斑綜合中通常采用的是資格法，如李志剛等選取面積大于給定閾值的小圖斑，研究小圖斑的綜合流程[5]；李英等采用《第二次全國土地調(diào)查成果數(shù)據(jù)縮編技術(shù)指標(biāo)規(guī)范》(試行)(以下簡稱《二調(diào)》)中規(guī)定的1∶100 000全國各類用地最小面積，研究長沙市寧鄉(xiāng)縣1∶100 000土地利用數(shù)據(jù)綜合[6]。上述研究中，針對不同區(qū)域采用了同樣的圖斑選取指標(biāo)，如不對綜合結(jié)果進行經(jīng)驗調(diào)整，容易導(dǎo)致區(qū)域間的對比關(guān)系發(fā)生變化。為了解決這一問題，可考慮分區(qū)域設(shè)置圖斑的選取指標(biāo)。這一思想在土地利用數(shù)據(jù)綜合中已有提及，如祝國瑞提出在不同的區(qū)域確定不同的選取標(biāo)準(zhǔn)或?qū)x取標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定一個活動的范圍[7]；劉曉慧提出針對不同區(qū)域和復(fù)雜的地理環(huán)境，標(biāo)準(zhǔn)不能絕對化[8]，但是未對具體指標(biāo)的確定方法進行深入研究。本文針對上述問題，提出了兼顧區(qū)域差異的土地利用面狀圖斑選取方法，并以北京市朝陽區(qū)、昌平區(qū)和密云縣為例，進行1∶50 000至1∶100 000的土地利用現(xiàn)狀圖斑綜合研究，以期對土地利用圖斑的綜合方法有所改進。

二、研究區(qū)概況

北京市是我國的政治、文化中心，共轄14個市轄區(qū)、2個縣，面積16 800 km2。從市中心向外圍分為中心城區(qū)、近郊區(qū)、遠(yuǎn)郊區(qū)(縣)3部分。針對這3種不同區(qū)域，本文分別選取朝陽區(qū)、昌平區(qū)和密云縣作為研究區(qū)域。其中，朝陽區(qū)是重要的工業(yè)和商業(yè)服務(wù)業(yè)中心，建設(shè)用地在土地利用結(jié)構(gòu)中的比例達60%以上；昌平區(qū)是重要的衛(wèi)星城市，居住、教育、文化用地較多；密云縣是國家生態(tài)縣，園地、林地和水域用地所占比例相對較大，森林覆蓋率較高。

三、研究方法

1.面狀圖斑上圖指標(biāo)選取方法

面狀圖斑上圖指標(biāo)屬于資格法中的數(shù)量選取指標(biāo)，是指在由大比例尺到小比例尺的制圖綜合過程中，針對面狀圖斑設(shè)置的面積選取標(biāo)準(zhǔn)，面積達到指標(biāo)的圖斑得以保留，否則依據(jù)綜合原則將被舍棄[9]，它是能夠保留在小比例尺地圖上的面狀圖斑的最小面積。

(1)一般的選取方法

目前，一般的面狀圖斑上圖指標(biāo)是分地類設(shè)置，沒有考慮區(qū)域間的差異，同一地類在不同區(qū)域設(shè)置同樣的選取標(biāo)準(zhǔn)。如在《二調(diào)》中，規(guī)定1∶100 000的全國耕地和園地的上圖面積指標(biāo)分別是5 hm2和4 hm2。同一指標(biāo)對土地利用結(jié)構(gòu)特征相似的區(qū)域較為適用；但當(dāng)區(qū)域土地利用特征差異較大時，如兩個區(qū)域，其中一個區(qū)域的耕地數(shù)量少且耕地圖斑破碎和零星分布，另一區(qū)域土地利用結(jié)構(gòu)以耕地為主，耕地多毗連分布且單個圖斑面積較大時，如果不考慮區(qū)域差異，在兩個區(qū)域設(shè)置同樣的面積指標(biāo)，容易導(dǎo)致綜合前后耕地分布發(fā)生較大變化，不能真實反映區(qū)域土地利用特征。

(2)改進的選取方法

分區(qū)域設(shè)置面狀圖斑的上圖指標(biāo)是指針對某一地類，根據(jù)該地類在不同區(qū)域內(nèi)的分布特征(主要是指各地類在不同區(qū)域間的面積對比關(guān)系和圖斑的面積大小等)，設(shè)置不同的圖斑面積選取標(biāo)準(zhǔn)，制圖綜合后，能夠更大程度地保留該地類在不同區(qū)域間的面積對比關(guān)系。以x市的制圖綜合為例，為保證綜合前后地類的比例關(guān)系，需要成立下式

基于《二調(diào)》的上圖指標(biāo)，調(diào)整得到i縣(區(qū))某地類(以耕地為例)的圖斑面積指標(biāo)，記為si，從而可得bi；再根據(jù)ai和aj之比可得bj，為j縣(區(qū))制圖綜合過程中耕地減少的面積；然后將j縣(區(qū))內(nèi)的耕地圖斑，按面積從小到大累加求和，當(dāng)和達到bj時的圖斑面積，即可確定j區(qū)域耕地的上圖面積指標(biāo)，也可根據(jù)綜合目的，在此指標(biāo)的基礎(chǔ)上作適當(dāng)調(diào)整。

需要指出的是，占 x市耕地面積比例大的縣(區(qū))，圖斑面積的上圖指標(biāo)不一定大，即某縣(區(qū))的耕地圖斑面積指標(biāo)與該縣(區(qū))耕地面積占x市耕地面積的比例不一定成比例關(guān)系。筆者針對某地類設(shè)置初始縣(區(qū))的圖斑面積指標(biāo)后，根據(jù)不同縣(區(qū))間該地類面積的比例關(guān)系，采用同樣的方法，可以得到該地類在所有縣(區(qū))的上圖面積指標(biāo)。

(3)不同方法的比較

本研究中，統(tǒng)一指標(biāo)采用的是《二調(diào)》中規(guī)定的各地類的圖斑面積指標(biāo)，分區(qū)域上圖指標(biāo)采用本文中提出的方法計算所得。以耕地為例，選擇耕地面積占3個區(qū)域耕地總面積的比例居中的區(qū)域，將該區(qū)域的耕地指標(biāo)設(shè)置為《二調(diào)》中規(guī)定的指標(biāo)，據(jù)此求得其他區(qū)域耕地的指標(biāo)。其中，地類代碼參照《土地利用現(xiàn)狀分類》(GB/T 21010—2007)，“10交通運輸用地”和“11水域及水利設(shè)施用地”的面積指標(biāo)是指除道路、河流等狹長圖斑外的面狀圖斑上圖指標(biāo)，見表1。

表1 不同選取方法的面狀圖斑上圖指標(biāo) hm2

2.綜合軟件與綜合流程

ArcGIS是Esri公司開發(fā)的地理信息系統(tǒng)軟件，本文借助其聚合、消除、擦除及合并等工具進行制圖綜合。根據(jù)依托項目研究需求，地類綜合的先后順序是：12、09、08、05、06、07、10、11、01、02、03、04。

3.綜合質(zhì)量的評價方法

(1)面積變化率

面積變化率反映的是綜合前后各地類面積的均衡狀態(tài)，如下式

式中，ACP是綜合前后某地類的面積變化率；AD是綜合后該地類的面積；AS是綜合前該地類的面積。

(2)結(jié)構(gòu)相似度指數(shù)

結(jié)構(gòu)相似度指數(shù)反映的是制圖綜合前后某地類在各區(qū)域中土地利用結(jié)構(gòu)的相似程度，以耕地為例，如下式

式中，SSI為耕地的結(jié)構(gòu)相似度指數(shù)，0≤SSI＜1；SSi為i區(qū)域耕地在綜合前后的結(jié)構(gòu)相似性的值；IADi為i區(qū)域綜合后耕地的面積與綜合后各區(qū)域耕地總面積的比值；IASi為i區(qū)域綜合前耕地的面積與綜合前各區(qū)域耕地總面積的比值；n為區(qū)域個數(shù)。結(jié)構(gòu)相似度指數(shù)越大，說明制圖綜合前后某地類在各區(qū)域間的土地利用結(jié)構(gòu)對比關(guān)系變化越小，制圖綜合的質(zhì)量越高[10]。

另外，還需綜合考慮所有地類的結(jié)構(gòu)相似度指數(shù)，如下式

式中，WSSI為所有地類綜合結(jié)構(gòu)相似度指數(shù)；SSIi為結(jié)構(gòu)相似度指數(shù)；n為地類個數(shù)。

四、研究結(jié)果

本文按照上述不同面狀圖斑上圖指標(biāo)設(shè)置方法，對北京市的朝陽區(qū)、昌平區(qū)和密云縣進行1∶50 000至1∶100 000的土地利用現(xiàn)狀圖進行綜合，統(tǒng)計綜合前后各地類的面積，并依據(jù)式(3)、式(4)、式(5)計算各地類面積變化率、結(jié)構(gòu)相似度指數(shù)和綜合結(jié)構(gòu)相似度指數(shù)，對不同指標(biāo)設(shè)置方法的綜合結(jié)果進行比較。

1.各地類面積變化率的比較

采用兩種上圖指標(biāo)選取方法進行制圖綜合后，各區(qū)域不同地類的面積變化率如圖1—圖3所示。

圖1 朝陽區(qū)各地類面積變化率

圖2 昌平區(qū)各地類面積變化率

圖3 密云縣各地類面積變化率

由圖可見，采用兩種面積指標(biāo)設(shè)置方法進行制圖綜合后，朝陽區(qū)地類12和 05的面積變化率＞20%，地類04、06、07和08的面積變化率為10%～20%，地類01、02、03、09、10和11的面積變化率＜10%。其中，除地類12和03采用分區(qū)域指標(biāo)的面積變化率大于統(tǒng)一指標(biāo)外，地類02采用分區(qū)域指標(biāo)略大于統(tǒng)一指標(biāo)，其他地類采用分區(qū)域指標(biāo)的面積變化率均小于統(tǒng)一指標(biāo)。

昌平區(qū)地類12、09和05的面積變化率＞20%，地類04和08的面積變化率為10%～20%，地類01、02、03、06、07、10和11的面積變化率＜10%。其中，除地類12采用分區(qū)域指標(biāo)的面積變化率大于統(tǒng)一指標(biāo)外，地類01、02、03、06、10和11采用分區(qū)域指標(biāo)略大于統(tǒng)一指標(biāo)，其他地類采用分區(qū)域指標(biāo)的面積變化率均小于統(tǒng)一指標(biāo)。

密云縣地類12、09和05的面積變化率＞20%，其他地類的面積變化率均＜10%。同樣，除地類12采用分區(qū)域指標(biāo)的面積變化率大于統(tǒng)一指標(biāo)外，地類01、02、03、04、05、06、08和11采用分區(qū)域指標(biāo)略大于統(tǒng)一指標(biāo)，其他地類采用分區(qū)域指標(biāo)的面積變化率均小于統(tǒng)一指標(biāo)。

將3個區(qū)域各地類的面積變化率取絕對值后求算數(shù)平均值，見表2。

表2 各地類面積變化率絕對值的算術(shù)平均值 (%)

由表2可見，3個區(qū)域各地類面積變化率絕對值的算術(shù)平均值均小于20%，最大值為朝陽區(qū)采用統(tǒng)一指標(biāo)的15.6%，最小值為密云縣采用分區(qū)域指標(biāo)的9.7%，且除昌平區(qū)采用分區(qū)域指標(biāo)比統(tǒng)一指標(biāo)大0.5%外，朝陽區(qū)和密云縣采用分區(qū)域指標(biāo)比統(tǒng)一指標(biāo)分別小4.5%和1.8%。

上述比較可以看出，分區(qū)域設(shè)置面狀圖斑面積指標(biāo)的方法在保持綜合前后各地類面積比例平衡方面，應(yīng)用于縣域1∶50 000至1∶100 000的土地利用現(xiàn)狀圖的制圖綜合過程中是可行的。

2.結(jié)構(gòu)相似度的比較

各地類的結(jié)構(gòu)相似度指數(shù)如圖4所示。

圖4 制圖綜合結(jié)構(gòu)相似度比較

由圖4可見，采用兩種面積指標(biāo)設(shè)置方法進行制圖綜合后，除地類09和12的結(jié)構(gòu)相似度指數(shù)小于0.90外，其他地類均在0.90以上，說明綜合前后各地類在不同區(qū)域的土地利用結(jié)構(gòu)對比關(guān)系變化較小。

采用統(tǒng)一指標(biāo)進行制圖綜合后，僅地類01、03和11的結(jié)構(gòu)相似指數(shù)比采用分區(qū)域指標(biāo)略大，其他地類均是分區(qū)域指標(biāo)大于統(tǒng)一指標(biāo)。其中，地類05、06、07和08采用分區(qū)域指標(biāo)的結(jié)構(gòu)相似度指數(shù)均在0.95以上，而采用統(tǒng)一指標(biāo)的結(jié)構(gòu)相似度指數(shù)均小于0.95。另外，地類12和05采用分區(qū)域指標(biāo)進行制圖綜合后結(jié)構(gòu)相似度指數(shù)明顯高于采用統(tǒng)一指標(biāo)，分別高出0.08和0.07。

根據(jù)式(5)計算所有地類的綜合結(jié)構(gòu)相似度指數(shù)，分區(qū)域指標(biāo)和統(tǒng)一指標(biāo)的綜合結(jié)構(gòu)相似度指數(shù)分別是0.95和0.86，綜合所有地類考慮，分區(qū)域設(shè)置面狀圖斑面積指標(biāo)的綜合結(jié)果也明顯優(yōu)于統(tǒng)一設(shè)置指標(biāo)的選取方法。

五、結(jié)論與討論

本文分別采用統(tǒng)一和分區(qū)域設(shè)置面狀圖斑面積指標(biāo)方法，借助ArcGIS平臺中制圖綜合工具，對北京市朝陽區(qū)、昌平區(qū)和密云縣進行1∶50 000至1∶100 000的制圖綜合。通過實例驗證表明，分區(qū)域指標(biāo)法在保持制圖綜合前后各地類面積相對均衡方面可行，且在保持各地類在不同區(qū)域間土地利用結(jié)構(gòu)對比關(guān)系方面明顯優(yōu)于統(tǒng)一指標(biāo)法。

本文中制圖綜合后個別地類的面積變化率較大，這主要是因為案例研究過程中完全借助ArcGIS綜合工具自動實現(xiàn)，其中的消除過程是按照最大邊長的原則進行的，未進行任何手動或經(jīng)驗調(diào)整；另外，還與各地類的綜合先后順序有關(guān)。

分區(qū)域設(shè)置面狀圖斑上圖指標(biāo)的方法只是根據(jù)各區(qū)域間的面積比例關(guān)系設(shè)置圖斑面積的最低標(biāo)準(zhǔn)，在特定專題地圖中需要突出某些重要區(qū)域或地物時，則不適用，需要對該方法進行修正。

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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

國土資源部公益性行業(yè)科研專項課題(201211001-05)

李 晶(1975—)，女，吉林四平人，副教授，主要從事土地資源管理、地理信息工程、土地利用與土地復(fù)墾等方面的研究。

李晶，趙曉霞，任俊濤，等.土地利用現(xiàn)狀圖斑選取方法[J].測繪通報，2014(7)：105-108.

10.13474/j.cnki.11-2246.2014.0238