（地图学与地理信息系统专业论文）土地利用数据制图综合方法的实践性研究.pdf

摘要 士地利川数据是地理数据的重要组成部分，突出描述了十地s j lj 专、l k 领域涉及的地理现象特 征。十地利州数据包括描述其空间状态的空间数据和反映其自然和社会属性的属性数据。r 地利 川数据制圈综合作为g i s 环境下数据处理的重要方式2 ，为满足上地利用专题地理信息的多 尺度或多分辨率描述和管理提供条件。数据综台过程中要考虑综合运_ i _ j 图形知识、数据库知识和 过程性知识，并使知识规则与综合操作两者之问相得益彰，有效结合。 本文在前人研究的基础上，分析了土地利用数据制图综合的主要内容和特征，在制图综合理 论和原则的指导下，采刖人l 智能中的产生式规则方法，将综合知识与练合操作相结合，建立了 面向土地利用地理要素的制图综合体系。并在理论研究的摹础上，以m a p g i s6 5 为g i s 平台、 m i t t s o f l v i s u a l6 0 为二次开发环境，进行了面向上地利用数据的几个自动综合模块的二次开发： 线状地物取含模块、图斑地物综合模块、各类型用地面积平衡统计模块。详细介绀了各摸块的设 计思路和界面】功能。 最后以北京市1 4 个区县l ：1 0 0 0 0 基础数据为具体应用实例，建立实验系统，对l ：5 0 0 0 0 、 1 ：1 0 0 0 0 0 、1 ：2 0 0 0 0 0 三种比例尺分别进行了一次实践性的制图综合尝试，并对二种比例尺的综 合结果进行了总结、评价以及效果图比较。其结果证明本次实验是成功的、达到了预期目的。 关键词：土地利j h ，制图综台，知识规则，综合操作 a b s t r a c t l a n d u s ed a t a ，a sa ni m p o r t a n tp a r to fg e o g r a p h i cd a t ai n g i s ，h i g h l i g h tt h ec h a r a c t e r i s t i c so f g e o g r a p h i cp h e n o m e n ai n v o l v e di n l a n d u s ef i e l dt h eg e n e r a l i z a t i o nk n o w l e d g eo fl a n d u s ed a t a i n c l u d e st h em a pk n o w l e d g et h a ti su s e dt or e p r e s e n tl a n d u s ed a t aa sw e l la sn a t u r ea n dd i s t r i b u t i o n r u l e so fg e o g r a p h i cp h e n o m e n ad e s c r i b e db yl a n d u s ed a t a l a n d u s ed a t ag e n e r a l i z a t i o n ，a so n eo fd a t a o p e r a t i o n si ng i s ，p r o v i d e sm u l t i s c a l eo rm u l t i r e s o l u t i o nd a t af o rs o m ea p p l i c a t i o n sg e n e r a l i z a t i o n s h o u l dt a k ei n t oa c c o u n tg r a p h i ck n o w l e d g e ，s e m a n t i ck n o w l e d g e , p r o c e d u r ek n o w l e d g ea n ds t r u c t u r e k n o w l e d g e ，m a dm a k ek n o w l e d g er o l ew i t hg e n e r a l i z a t i o no p e r a t i o nb o t h i tb e n e f i tb ya s s o c i a t i o n t o g e t h e r , v a l i dc o m b i n a t i o n b a s e do nt h ec u r r e n tr e s e a r c h e s ，t h i sp a p e ra n a l y s e st h em a i nc o n t e n ta n dc h a r a c t e r i s t i co f l a n d u s ed a t ag e n e r a l i z a t i o n u n d e rt h eg u i d a n c eo fg e n e r a l i z a t i o nt h e o r ya n dp r i n c i p l e ，a d o p tt h e r e p r e s e n t a t i o n o f g e n e r a l i z a t i o nk n o w l e d g e w i t hp r o d u c t i o n r u l em e t h o df r o ma r t i f i c i a l i n t e l l i g e n c e ，c o m b i n eg e n e r a l i z a t i o nk n o w l e d g e sw i t hg e n e r a l i z a t i o no p r a t i o n se s t a b l i s hag e n e r a l i z a t i o n i n d e xs y s t e mf a c i n gt h el a n d u s ed a t af h c t o r sb a s e do nt h es t u d i e so ft h e o r e t i c s m a p g i s6 5a sg i s c n v i r e m e n t ，m i c r o s o f tv i s u a l6 0a ss e c o n dd e v e l o p m e n te n v i r e m e n t ，d e v e l o pt h ea u t o g e n e r a l i z a t i o n m o d u l e s ：l i n e s e l e c t e dm o d u l e 、p o l y g o n g c n c m l i z a t i o nm o d n l ea n db a l a n c eo f a r e am o d u l e 1 t c m i z el h e d e s i g nt h o u g h t sa n di n t e r f a c e sa n df i m c t i o n so f e v r ym o d u l e a tl a s t ，t h i sp a p e rt a k e st h el a n d u s ed a t ao f1 4r e g i o n so fb e i j i n ga ss o u r c ed a t a s ，t ob u i l da n e x p e r i m e n ts y s t e ma n dp r o c e e dg e n e r a l i z a t i o nf u l f i l l m e n ta p p l i c a t i o nf o r1 ：5 0 0 0 0a n di ：1 0 0 0 0 0a n d 1 ：2 0 0 0 0 0t h r e ek i n d so fs c a l e s e ，s u m m a r i z ea n da p p r a i s et h ed a t ag e n e r a l i z a t i o nr e s u l tf o rt h et h r e e s c a l e s e t h e s er e s u l e sc a np r o v et h a tt h i se x p e r i m e n t a t i o ni sf e a s i b l e k e yw o r d ：l a n d u s e ，m a pg e n e r a l i z a t i o n ，k o n w l e d g er n l e s ，g e n e r a l i z a t i o no p e r a t i o n 独创性声明 本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成 果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中，f ：包含其他人已经发 表或撰写过的研究成果，也不包含为获得中国农业人学或其它教育机构的学位或证书 而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中作了明 确的说明并表示了谢意。 研究牛签名鲥勘参时间：埘年；月f 日 关于论文使用授权的说明 本人完全了解中国农业大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留 送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅，可以采用影印、缩印或扫描等复 制手段保存、汇编学位论文。同意中国农业大学可以用不同方式在不同媒体上发表、 传播学位论文的全部或部分内容。 ( 保密的学位论文在解密后应遵守此协议) 研究生签名：纠呓蓥时间：坩年月，) 目 导师签名： 时间：2 。o 年月歹日 中国农业大学硕士学位论文第一章引言 第一章引言 地图学既是科学义是艺术；既是拽术科学又是区域科学。现代信息与空间科学的e 速进步， 更加深了地图学图形思维与时空分析相结合的必要性与可能性。地图曾铍地理学家称之为第_ 二语 言，是指地图特有的量化、定位和图形显示功能，甚至超过语言、文字的描述，而且有信息增值 与知识集成的潜力。 士地作为一种稀缺资源，其不可再生性决定了合理利用十地的重要性。开展土地资源调查是 了解土地资源的各种特征和规律，掌握士地资源的数量、质量及分布格局的主要手段，是开展土 地资源研究的基础性工作。土地利用现状图作为十地资源调查：r 作的主要成果，反映了土地利用 的特点和利用的合理程度，为改良土地利川方式和进一步挖掘土地潜力捉供科学依据口j 。随着g i s 技术应用的普及，传统的t 地资源阔查成果已i i 能满足建立土地信息系统的需要，编制数字土地 利h j 现状图势在必行。如何按照制图的目的和要求，更好地对原有地图内容进行选取、简化、概 括帛i 关系协调，将士地利用的规律睦羊典型特征，清f | 耔i 、准确地表刁 出米是完成土地利用现状图 编制的关键，也是数字专题图制图概括的核心问题之一。 简化或者概括( g e n e r o l i z a t i o n ) ，不是低级的粗制滥造，而是高度的科学升华。借助g i s 的町视 化以及g i s 的空间分析工具，制图自动综合的研究进入了一个新阶段；方面，g i s 扩大了制图 自动综合的内涵，另一方面，制图自动综合推动了g i s 的发展，丰富了g i s 的研究内容。实际上， 制图自动综合应该是g i s 系统的重要组成部分或应具有的重要功能。制图自动综合的研究手段和l 研究方法越来越丰富并取得了很大进展。 1 1 问题的提出及研究意义 1 、数字化地图已成为一个趋势 随着计算机技术和g i s 技术的普及，数字化信息技术已深入i 地图学领域，并且，随着市场 经济的发展及十地使用制度的改革，十地信息变更迅速。地图的更新周期越来越短，地图的时效 性越来越强，传统的纸质地图由于成图效率低， 存和管理等原因，已经越来越难以满足要求了， 地图的制幽综合也在逐渐地退出制图综合领域， 2 、土地利用现状图计算机自动综合的迫切需要 误差大，更新周期长t 图纸易破损，不宣氏期保 于是有了越来越多的数字地图。同样的基于传统 而基于g i s 的计算机自动综合必然要发展起来。 土地利用数据的获取一般通过复杂土地详查、结合地形图、地貌图、影像、航空像片的联合 判读与分析，并进行实地勘察确定每块土地的利用状况。详查工作往往是以较小的行政区划单位， 如乡镇、村等为基础进行的，因而详查结果比较详细的记录了每块十地的信息，并经过编绘生成 大比例尺_ 十地利用图。如何利用十地详查数据反映较高行政区划范围，如县、市、省级的土地利 用状况，就是从人比例尺土地利用图综合到小比例尺图的主要任务。目前随着g 1 s 在土地管理部 门的应用和推广，土地利用信息被输入计算机，逐步转向自动化办公管理，这样十地利用图的综 中国农业人学硕上学位论文第一章引言 合也相应要求实现自动化的数据综合。这是比较迫切需要解决的问题。 1 2 基本概念 1 2 1 地理数据 地理数据( g e o g r a p h i cd a t a ) ：是指表征地理圈或地理环境吲有要素或物质的数量、质量、分 布特征、联系和规律的数字、文字、图像和图形等的总称，具有空间特征、属性特征和时间特征， 由空间数据、属性数据和时间数据组成，分为基础地理数据和专业地理数据两种类型。 1 、基础地理数据( f u n d a m e n t a lg e o g r a p h i cd a t a ) ：表示地球表面的自然和社会基础信息，包括 水系、居民地、交通、境界、地形、土地覆盖等，也就是常说的普通图表示的信息，有时又 称作地形数据。 2 、专业地理数据( t h e m a t i cg e o g r a p h i cd a t a ) ：指与某个专业领域相关的地理数据，它突出描述 与某个专业相关的各种信息，如土地利用现状数据就属于专题数据的一种。 3 、空间数据( s p a t i c a ld a t a ) ：描述地理数据中空问特征部分的数据，即描述地理现象或地理实 体的空间位置、形状、大小以及它们之间关系( 如拓扑关系) 所需要的数据。 4 、属眭数据( a t t r i b u t e d a t a ) ：义称为1 f 空间数据，描述地理数据中属性特征部分的数据，即描 述地理现象或地理实体的定性或定量指标，包括语义与统计数据等。 5 、时间数据( t i m ed a t a ) ：是描述数据形成周期的长短以及数据更新的相关信息。 1 2 2 地理数据的多尺度性 地理数据的多尺度性是地理数据的重要特征，指数据表达的空间范围的相对人小、属性变化 的强弱、内容的层次性以及时间的相对长短，不同尺度所表达的信息密度有很大的差异。地理数 据包括空间数据、属性数据和时间数据，因此地理数据的多尺度也可以分为空间数据的多尺度和 时间数据的多尺度，其中任何一个尺度的变化都可能引起状体数据的综合。 空间数据的多尺度：指空间数据表达空问范围的大小层次。 属性数据的多尺度：指属性数据变化的强弱、内容的层次性以及衡量标准、量纲的多样性等。 时间数据的多尺度：指时间周期及数据形成周期的长短。 空间尺度指空间数据表达的空间范围的大小。这种特征表现了数据的可综合性，也就是根据 数据内容表达的规律性、相关性及其自身规则，由相同的数据源形成再现不同尺度规律的数据。 大尺度数据在空间上表现为相对于共同参照的地球表面或其它层次区域，占有较大的空间范围， 在时间上表现为相对于人可以接受的时间长度较长，表现在属性上则是反映地理现象的整体、抽 象、轮廓状态：小尺度则反映地表地理实体的较为细节的空间特征和详细的属性信息：中等尺度 则为一种过渡尺度。尺度越人地理现象的空间形态抽象程度越高，分辨率和精度较低。 数据综合是实现数据多尺度表达的主要手段，它充分利用数据库资源，从较为详细的数据信 息中派生出较为概略的信息，反映地理现象在大范围空间上的主要特征。 2 中国农业大学硕士学位论文第一章引言 1 3 国内外相关技术研究综述 1 、计算机制图综合的基本原理和特点 传统的手i ：制图综合是根据不同比例尺和不同类型图件的规范要求凭作业者的 三富经验进 行取舍、台并、夸大的 一艺方法，具有较大的主观性，成果质量的好坏与作业者的经验自j 很大关 系。计算机制图综台则根据规范平图面分析给定的各类参数，由计算机进行白动处理，极大部分 ，i i 作量由计算机完成，在完成过程中人仍起着主要作用，特别是有些复杂的条件判断，计算机还 不能解决，还需要人机交互的方式，经验丰富的作业员可以把图件处理得更合理。 在g i s 中，空间实体可抽象概括为点、线、面等要素，并且他们具有空问几何特征和属性特征。 在矢量型空间数据库中，空间实体都以点坐标或其集合来描述其空间位置与几何形态，以拓扑结 构来描述实体问相互关系，并建立几何特性和属性特性的联结关系，其联结纽带是计算机内部内 部代码和计算机识别码。在栅格空间数据库中，空问实体用棚格单元的组合来描述，栅格单元的 值就是其对应的属性，而栅格所在的行列位置是标识的空问几何坐标【4 】。 2 、 计算机制图综合研究进展 计算机制图综合，是通过空间和地理属性的变换，从数据源导出一个符号化的、数字编码的 地蚓数据集的过程，其目标是减少或简化图域内地图或编码数据的数量、类型和地图学描述，以 求符合于所选择的制图目的和所面向的读者，并保持预定比例尺上表达的清晰性。 计算机综台是手t 综合的延伸千发展：一方面，它继续遵循传统制图综合的基本思想毋i 原则： 另一方面，它又不是传统意义上的制图综合，制图综合一经与计算机相结合，事实上发生了一系 列质的变化，这种变化不仅发生在操作层次上，也发生在思维方式上。计算机综合与人j 综合的 主要区别可以归纳为f 述三个方面”j ： 第一，人工综合过程是极端费力的；而计算机综合通过高效率自动化动作，力图把地图学家 从高强度的繁难手工劳动中解放出来。 第二，人丁综合的过程是高度主观的，因而在各种制图综合方法的选择和应用程度上，是个 性化、风格各异的。相比之下，计算机综合定额化地遵循组预先决定的计算机指令，以求为制 图综合实践提供客观、一致性的应用方法。 第三，人工综合的行为始终在图域内全局、整体性考虑下进行；而计算机综合操作是一系列 按预先定义的顺序依次进行、相对独立的局部性综合措施之组台。计算机综合至今不具备人脑综 合思维的能力难以从全局、整体的角度( 而不是仅从相邻图元的角度) 很好地估价施加在一个 图元上的综合行为对其它图元综合的影响。 上述三点实际上给出了计算机制图综合相对人工过程的两个主要优点：高效率和客观性，和 一个主要的缺点：局限性。克服这个局限性，即不断提高综合的智能化程度，正是计算机制图综 台领域的主要努力方向。 计算机制图综合的早删t 作多是基于某种单纯的图形，主要是线状符号，发展较单一的制图 综合的程序或算法。这个时期的制图综合普遍存在着两个问题，一个是孤立倾向，即常常专注于 单个局部的问题而不顾其它；另一个是抽象倾向，即仅把研究对象看作是抽象的图形实体，而不 顾其地理意义。 首先，一系列线形简化( 删减细节) 的算法被开发出来。这些算法太体可分为几类：其一， 主里垒些盔兰竺：兰簦兰兰! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ，! ，耋三：圣! ：塞 逐点考虑相邻点特征的沿线顺序处理方法，有代表性的如j e n k s ( 1 9 8 1 ) 的算法。其二，逐段分 析特征的沿线顺序处理算法，如d e v e a u ( 1 9 8 5 ) 、b u t t e n f i e l d ( 1 9 8 5 ) 和r e u i t j a n n ( 1 9 7 4 ) 等的 程序( 后者较为特殊，其算法基于线形的几何形态复杂性分析) 。其三，将全线段作为整体米处 理的线形简化算法以d o u g l a s ( 1 9 7 3 ) 的为典型。其四，根据m a n d e l b r o t ( 1 9 8 3 ) 提出的分形 几何理论所发展起来的线形简化算法。 其次，线形平滑( 柔缓尖硬折角) 的一些程序，采州滑动平均、过滤或数学曲线拟合等思路 被殴计出来( b o y l e ，1 9 7 0 ；c h a i k e n ，1 9 7 4 ) 。m c m a s t e r ( 1 9 8 9 ) 等进步研究了不同算法合理 选择，以及线形简化和线形平滑两种算法集成的问题。 点状与面状( 多边形) 图元的制图综合问题，明显没有象线状图元那样受到较多的关注：只 有少数学者作了研究，如d e l u c i a 和b l a c k ( 1 9 8 7 ) 给出若干点状图元聚台为一个面状图元的算 法。 8 0 年代中后期计算机制图综合领域的另一个重要进步，是引入a i 即计算机人工智能技术 ( 首先是专家系统) ，该技术为模拟人类制图综合过程提供了可能性。系列关注专家系统应用 的研究出现在制图综台文献之中，但这些研究大多处于理论探讨阶段，只有少数1 作进入实施方 法的层次。 9 0 年代计算机制圈综合发展最突出的特点，是实践技术的突飞猛进，8 0 年代还难以想象的 复杂地图的计算机制图综合实践，很快地成为现实；这种进步的背景，是众所周知的计算机技术 的1 毛速发展。随着软硬件性能价格比的极大提高，高级图形界面( g u i ) 和并行处理( p a r a l l e l p r o c e s s i n g ) 等技术，很快地在g i s 或地图软件中成为现实并普遍地被应用；对那些需要大量重 复劳动和需要客观综合行为的制图环节采用全自动的方法；而在计算机力不能及、要求人脑整体 和全局思维的环节上，采用人机交互的、r 自动方法作为补充；在不断的实践中，逐步提高全自动 部分所占的比重。 9 0 年代计算机制图综合领域的主要工作是较理论框架更深入具体的理论方法、原则的探讨。 一方面，一些学者涉猎多学科进行理论探索，在较深入讨论的基础上提出了：建议进一步应用包 括专家系统和神经网络在内的a i 技术、包括知识工程和人机交互心理学在内的感觉科学和社会 科学的研究结果；基于信息理论讨论了通过信息量( 熵) 度量来控制自动化制图综合和地图设计 的原则方法；基于地图学模型理论阐述发展机助制图综合的问题，该理论利用可视化交流、空间 推理和地图用户思维过程等三层环境模型，描述地理信息有关的信息交流过程。 另一方面，不少针对制图综合的具体子领域、且具有一定实践、操作指导意义的理论方法被 发展出米。如：从单一数字文件导出多种比例尺多种基本图元的方法；面向地形等高线制图综合 建议了一个能自适应不同的地形类型、比例尺和绘图目的的综合策略；以城市路网为专门研究对 象，发展了一个计算机制图综合的动态决策树结构，该决策树指导城市路网自动制图综合过程中 的具体推理和决策。 在操作层次上，将图元作为几何体处理的技术开发t 作继续深入，这一时期的 作更多的是 层次提高、普遍适用性加大的技术开发。如：根据分形理论发展了一种对不同复杂程度的线型自 动选取简化阈值的线状符号自动综合方法，从而将其分形分析的线形几何方法提高成为对等高 线、岸线等的综合有一定普遍意义的方法；把数学形态学( m o r p h o l o g y ) 方法引入制图综合，给 出了一个多边形图斑自动综合的代数基础。 d 中国农业k 学硕，l 学位论文第一章引言 1 4 本文的主要研究内容 本文研究的是“十地利用数据制图综合方法与实践性研究”。其具体含义有以卜几个方面： i 、g i s 环境f 的制削综合。这包含以下两层含义： 其，制图综台是g i s 系统的组成部分或应具备的功能。g i s 中需要制图综合足近几年 来才被人们认识到的。一方面出于h 约成本、减少数据采集最的考虑，人们逐渐认识到了数据 库库多用”的重要性：另一方面，g i s 的空间分析结果只有用通过恰当的制图表达，才具有最 优化的可读性，而按地图要求进行表达，就必然要使削制图综合手段。因此，本文所述的“制图 综合”是g i s 系统中的制图综合，其含义比传统地图学中的制图综合概念丰富。 其：通用g i s 软件中的某些空间分析工具可以用于制图综合操作。从这个意义上讲，“g i s 环境下的制图综合”又可以彼理解为“g i s 环境支持r 的制图综台”。 2 、基于知识规则的制倒综合 知识表示是近年来随着计算机技术的进步而发展起来的新兴领域，制图综合系统解决问题的 能力在很大程度上依赖r 其拥有的知识的数量和质量。制图综合的知识就是有关地理信息空间中 的信息抽象、概括和特征化的知识与经验，是实现地图自动综合的源泉。地图综合是地理信息领 域中一个人上干预较强的决策过程，如何将地理空间知识进行合理表达，将专家知识和专家经验 转化为计算机能自动处理的知识，是实现制图综台自动化的关键。制图综合系统不仅要面对g i s 中人量的时兰；三数据，更需要大量的制图专家的知识和经验，这是地图综合系统不j 司于一般g i s 软 件的区别。 知识表示是信息系统设计和实现的重要环节，它是将领域专家的知识符号化和形式化，使之 成为计锋机能识别和处理的形式。但是由于受计算机语言限制，一般采用形式化的知识表示方法， 以实现计算机自动知识处理，主要有基干逻辑、关系、对象、规则、语义网络、模型和本体等方 式的知识表示。在本实验基于规则的知识表示中，由预先设定的条件来触发各种变换和处理。知 识表达上多采用符合b n f 的产生式规则形式i f ( 条件) t h e ( 结论) 。 3 、面向七地利用专题地理要素的制图综合。“面向土地利用专题地理要素的制图综合”一词也 有两层含义： 其一，地理制图中的制图综合必须以地理规律作为指导，在对地物对象实施综合时，必须顾 及到它们的地理特征( 如空间维数、空间分布、空间相互关系、类型和等级等) 。 其二，制图综合的结果又反映了十地利用规律。不仅综合后的地图更加突出了地物的土地利 用的地理特征和规律，而且综合后所形成的系列地图也从大、中、小不同尺度( 指比例概括) 反 映出地物特征的层次性，或通过不同要素的组合( 指目的概括) 反映出土地利片j 专题地理要素间相 互关系的各个侧面。 4 、制图综台的实践性研究 本文所有的理论模型的研究与探讨都是以实践应用为出发点的，咀达到现阶段土地利用现状 图制图综合实际一1 作中的省时、省力、高效、快捷的目的。 中国农业大学硕i 学位论文 第一章土地利用数据制图综合理论概述 第二章土地利用数据制图综合理论概述 2 1 土地利用数据说明 2 1 1 土地利用数据的特点 土地利用数据是多边形类型数据的典型代表( 其他还有诸如森林植被、土壤、矿物分布等) ， 在空间分布上具有全覆盖、无重叠、无缝隙特征，在语义上具有类型的层次化划分。对其综合包 含着空问上几何特征简化处理和语义上类型层次的归并，相邻地块的邻近关系既有几何上的距离 影响也有专题属性上的语义相似度影响。综合的结果应达到类型减少( 子类向父类归并) ，几何 形状简化，同时保持全覆盖、无重替特征，以及统计上的各类型_ h 地面积相对百分比不变。同时 满足这些综台约束条件足十分困难的，对多边形地块逐个化简使儿何形状简化了，但必然导致共 享边界的小一致，产生裂缝或重叠碎片。对小面积地块删除由相邻地块填充可能导致小面积地块 所在类型的白分比严重下降，破坏原有十地类型的相对平衡”。 2 1 2 土地利用数据分类系统 分类是f 地利用研究的基础所分类型是数字土地利用图所耍反映内容的中心。确定分类的 原则主要应根据综合性、地域差异性和生产上的实用性等等。土地利用类型是1 3 然和社会经济条 件的综合产物，在分布上具有明显的地域差异，这是土地利用的基本特征，分类应充分加以考虑。 但是二l i 地利用调查研究的目的，在下合理利用十地，因此土地利用类型的划分，还须从生产 实用观点出发。比如从县区域来讲，它是宏观与微观的结合部。按照地域分异规律原理，一个县 的七地利用结构与布局，虽然也具有一定的复杂性和较强的宏观性与综台性，但比之与全国和全 省而言，是属于低层次的，显得更具体、更微观些。因此县、乡两级政府和其它有关生产部门， 则要求该县的土地利用分类尽量全面、详细、具体，不仅从宏观上，还要求尽可能在微观上反映 全县各地区十地利用类型情况，以便指导生产，此外，我国农村1 3 实行“联产承包”责任制以来， 农民有了十地利用的1 3 主权，有利丁| 多种经营和农村商品经济的发展。在此情况下，增加了土地 利用类型的多样性和复杂性。这就需要从微观上研究土地利用类型的划分，反映这种新形势的变 化，提供生产部门参考。 土地利用类型的划分，必须反映土地利用的现状特征和制图区域的地域特征。本文以e 京市 第二次土地利用现状调查为例，它所制定的土地剥用分类系统是依据1 9 8 4 年原全国农业区划委 员会颁布的士地利用现状调查技术规程、1 9 9 4 年北京市_ 十地管理局制定的北京市+ 地利 用现状调查技术规程实施细则和北京市土地管理局2 0 0 0 年编写的北京市土地利用现状调查 补充规定中标列的“土地利用现状分类”而成的。其宗旨是在保证本分类系统与国家及全市土 地利用调查成果的统一，在讲究科学性的同时更能反映北京市的自然和社会经济特点。该分类系 6 主星尘兰查兰竺：兰竺鎏苎兰三兰主兰型2 茎芝型望釜兰竺兰竺兰 统将调查区域土地利j j 分为8 个一级类、4 6 个_ 二级类。 2 2 数字土地利用图制图综合的特点 制图综合是指根据地图的主题、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 加以分析平l i 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群。随着数字制图的兴起，制图综合的内涵发生了许多变化，其概念扩展 为在g i s 环境下对空间信息和属性信息的加工方法。由于数字土地利用现状图的特殊要求，使其 与传统的普通地图制圈综合有很大的差别，这主要表现在： ( 1 ) 普通地图的制图综合主要受地图比例尺的约束，而土地利用现状图的内容和表示方法 才是影响制图综合的主要因素。土地利用现状图是用质底法反映一个地区农、林、牧、居民地、 工矿、交通及其它行业的用地现状的专题地图。制作土地利用现状图是以同等比例尺的地形图为 j 二作底图，勾绘 “各类用地的分界线及其权属界线，最后生成各地块的图斑，属于目的综合的问题。 ( 2 ) 七地利用现状图不象普通地图那样完全着眼于对各要素的同等综合，而是紧紧围绕用 地权属和l 刑地性质来选取专题要素。因此，十地利用现状图的基本要素包括地类界线、权属界线、 地块编号、权属名张和高眶电力线等，且各要素的综合程度也不尽一致。 ( 3 ) 常规的制剐综合是靠制图人员通过对客观现实的认知，在头脑中先建立抽象模型，再 运用制图者的绘图技巧在纸上实现的。数字制图综台则是在一定比例尺的限制之下，从g i s 的应 _ l _ j 目标出发，对数据进行抽象和综合，生成各种专题用途的空间数据和属性数据集。由f 采用了 计葬机辅助制斟，较手工概括更为快捷、准确。特别是以数字地形幽为工作底图，实现了对地理 要素的分层处理，就可以完全采取机器判读，这样既减轻了人工判读的劳动强度，义提高了成图 精度。 ( 4 ) 十- 地类型制图综合要注意底图的几何精度与土地类型界线的匹配，力求使各十地类型 的图斑在阁上定位准确。既要注意土地类型的概念性分布，也要重视严格的定位和定量控制基础： 既要防 ：综合内容过于粗略，信息量缺乏，也要避免综合内容过于精细，图纸幅面负载过量。 2 ，3 土地利用数据制图综合的基本问题 在进行十地利用数据制图综合时，有三个基本问题要回答：为什么要综合? 综合什么、什么 地方需要综合? 如何进行综合1 6 j ? “为什么要综合”提出了制图综合的目的问题，也决定了制图综合成果的评价标准。 “什么地方需要综合? ”主要考虑制图综台的限制条件，地理抽象时应该保持什么样的地理 特征，以及这些将怎样控制下面的综合过程。 “如何综合”表现为制图综合方法的具体实现和综合参数的选择。 制图综合必须具备的三个模块是：模型综合、制图综合知识的获取和综合方法选择的评价。 综合方法评价的基本要求是： 1 ) 可产生预知的的结果； 2 ) 精度的变化最小： 3 ) 数据压缩量最大： 7 中国农业大学歌上学位论文第一二章土地利用数据制图综合理论概述 4 j 目标的完整性、关系的完整性； 5 ) 综台结果应当明显； 6 ) 效率高 从以上所述的三个基本问题可以看山，限制制幽综合的因素有：制图综合目的、比例尺要求、 数据的质量、区域特定的地理特征、幽形可视化的限制等。 因此，实现土地利圳数据制图综合的必备条件是： 1 ) 具有完整土地利j h 目标概念的基础土地利用空间数据库的建立。 2 ) 空间关系和地理要素特征的相互关联。 3 ) 制图综台过稃中知识的获取、表达和应用。 4 ) 空间信息的抽象及地理空间关系和要素特征的维护。 5 ) 地图综合方法和成果的评价标准。 2 4 土地利用数据制图综合的类型 土地利用数据制图综合主要有两个目的：不同精度的地理分析( 空问分析) 的需要和不同比 例尺的地蚓显示( 乍产) 的需要。 土地利川数据制图综合是对土地利用专题地理信息的综合，综台的起点是土地利川数据库， 综合的环境是在g 1 s 的支持下。 士地利用数据库是用地理实体来表示_ 十地利用现象或者说是将土地利用现象以地理实体的 形式来表达。地理实体具备了空间、属性、时间等地理特征，对地理实体以及地理实体之间的空 间关系的定义和描述是连续的、完整的。o i s 环境下土地利用数据综合分为两个阶段：数据库综 台( 属性综合) 和地图综合( 图形综合) 。数据库综合是从原始的数字景观模型经过信息抽象派 生次级数字景观模型。它独立于地理实体的地图表达方式，其结果除了通过继续进行图形综合制 作地图之外，还可以用于其他川途，如空间查询、空间分析等。图形综合是从数字景观模型到数 字地图模型的转变过程。在g i s 环境下的数据库综合能够保持地理实体的空间位置精度，可以 从高分辨率的内容丰富的土地利用数据库派生出适用于一定目的的子数据库，在派生数据库上进 行统计分析、空间查询、空间分析等其他操作。 土地利用数据预处理是制图综合的起点，主要任务是： 1 ) 确定数据制图综合的目的、应用内容、研究区域、比例尺、结果表达等基本的控制信息。 2 ) 考察和检验土地利崩基础数据库中的数据内容及精度是否满足基本控制信息的需要。 3 ) 归纳总结用于数据制图综合的综合知识，并建立综合知识规则。在此基础上，建立土地 利用数据综合指标体系。 数据预处理工作为十地利用数据制图综合准备了必要条件，制图综合操作从数据库综合开 始，数据库综合涉及到空间数据变化、属性数据变化和时间数据变化，综合的结果拦生成了目标 数据库。 生成目标数据库后，有两种综合方向：一种是继续在综合规则的指导下进行图形综合，运用 点实体、线实体、面实体的合并、压缩、删除等操作解决图形冲突，反映土地利用现象的主要特 征，并保证数据表达的清晰易读；另一种是将目标数据库用于空间查询，统计，空间分析，以及 中国农业大学硕士学位论文 第一章土地利用数据制图综合理论概述 其它应_ e | j 。 最后都要进行数据可视化的表达，根据应用需求生成各种类型的剀件。 2 4 1 数据库综合 数据库综合操作主要包括地物选取删除( s e l e c t i o n e l i m i n a t i o n ) 、类型转换或重新分类 ( c l a s s i f i c a t i o n ) 、减少分级( r e d u c a t i o no f g r a d e s ) 、指标转换( d e s c r i p t i o nt r a n s f o r m a t i o n ) 等。 数据库综合操作的目的是确定目标数据库中表现哪些类型的地理对象、确定地理对象属性项及其 值域范围、属性项取值的级别、地理对象间的逻辑关系等信息。 1 、地物选取删除：从原始数据库中选取与表现应用专题有关的地理要素及相关属性信息，或者 从原始数据库中删除与表现应用主题无关的要素，生成目标数据库。 2 、类型转换或重新分类：类型转换指在同一分类结构体系内，降低分类级别，从高级分类转换 成低级分类。重新分类首先是采用不同的分类结构体系，然后建立新、老分类结构体系之间的转 换关系。 3 、缩减分级：根据数据库中数据内容的不同分为两种情形：一是数据库中存储的是原始的定量 数据；另一种情形是数据库中存储的不足原始的统计数据，而是已经经过分级处理之后的级别， 在这种情况r ，只能通过级别归并来缩减分级数。 4 、指标转换：指标转换有多种情形，如：用不同指标表现同一专题内容；相同指标采用不同数 据模型；相关属性数据重新组合产生新的数据指标。 24 2 图形综合 图形综台主要包括：合并( m e r g i n g ) 、聚合( a g g r e g a t i o n ) 、融合( a m a l g a m a t i o n ) 、压缩 ( c o l l a p s i n g ) 、移位( d i s p l a c e m e n t ) 、简化( s i m p l i f i c a t i o n ) 、光滑( s m o o t h i n g ) 等。这些操作 有些适用丁面状对象，有些适抖| 于线状对象或点状对象。 数据制图综合质量评价和合理性分析是对各级综合步骤结果正确性的检验，也是对运行过程 的效率和准确性的检验。检验针对数据库综合阶段和图形综合阶段进行，还包括对其他操作的检 验( 空间查询和空间分析) 。 数据库制图综合阶段的数据质量检验主要包括：数据库综合的方向策略是否正确，是否符合 客观事实，土地利用地理要素分类结构体系是否合理，综台后目标数据库的空间实体的数量是否 满足实际应用的需求。不同地物实体之间的比例是否保持原来的空间统计规律等。 图形综合阶段的数据质量检验包括各空间实体要素位置的精度是否满足要求，空间实体的尺 寸和间距是否满足综合后空间分辨率的要求，是否解决了图形冲突问题并且避免了新的图形冲 突，是否保持了正确的空间拓扑关系和全局性的空间结构等。 当数据质量检验结果不符合制图综合的要求或标准时，综合过程要返回到原来的步骤，重新 开始。 9 中国农业大学坝卜学位沦文 第二章十地利用数据制图综合理论概述 2 5 土地利用图制图综合的原则 2 5 1 土地利用数据制图综合的基本原则 1 、针对本区域土地利用的具体情况，制订合理的分类系统和上图标准，井采圳科学的综合 取舍方法，以完成各要素的选取、概括羊f l 综合协调。 2 、制图综合后的地类图斑和线状地物应疏密有度，并与相应比例尺的图幅载荷相适应，从 而准确地反映各十地利用要素的空问结构和区域特征。 3 、综合后的地类图斑应与原图斑形状相似，排列走向相同面积相近，咀保持原幽各地类 问面积对比及其零星分布的特征。 4 、十地利用类型分布，应与区域地貌类型、自然和社会经济要素关系协调，应能充分反映 上地利用现状与周围环境的关系。 5 、不同制图人员或不同图幅间的综合取舍标准应均衡一致，从而保证区域的协调统一。 6 、数据库中各要素齐全，主次分明，层次清楚”“。 2 5 2 土地利用数据图形综合的原则 考虑土地利用数据的特点，在进行十：地利用数据图形综合时主要应遵循以下几条原则l i ： 1 、定位原则 必须注意土地利用各种类型的分布背景和条件，即地理空间位置的相对关系。地类界线的划 分、轮廓形状的布局要严格遵循地理基础的控制，以保持各类用地空间分布的准确性。对地形图 中已有的水系、道路、居民地等和十地利用特别有关的地物以及行政界线要尽可能地准确选取， 这样才便于十地利用各种类型的定位；而像注记、高程点等关系不人的要素则可适当地删减，以免 干扰土地利用的主题，造成喧宾夺主的局面。根据地物问相对重要性的原则，在处理地物芙系时， 应该保持水系的连通性即在分层上依次为水系、铁路、高速公路、其他公路。当它们相互交叉 时，高层次地物压盖低层次地物。在保证明显及人t 地物位置准确的同时，可以移动不明显及非 人丁地物，减少不同地类之间的狭小空隙，例如河流与道路毗邻时，可将河岸旁移靠近道路，使 水域与交通用地之间只有一条边界线。 2 、闭合原则 各类用地呈面状分布是土地利用的基本特点，也是制图综合的主要依据。土地利的各种类 型在图上表现为封闭的图斑，但构成图斑轮廓的界线在土地利用数据库分属于不同的要素层，因 而不一定能够生成完全闭合的面域。所以在勾画各类用地的轮廓时，必须注意线条的联结性，避 免接合处出现断头、交叉、错位等现象，最终使所有的分界线都能够精确闭合为面域。 3 、取舍原则 必须注意图斑的轮廓形状、人小的表现，防止任意地增删、裁弯取直、去棱变圆、扩窄变宽。 河流、林带、道路、沟渠、田埂等线状地物，要按照制图综合的目的和比例尺的变化，结合区域 地理特点，进行适当的取舍。 4 、归并原则 根据已确定的土地利用分类标准为保证各地类图斑的统一并考虑今后用地的变化方向可 o 中国农业大学碗j 一学位论文第二章士地利用数据制幽综合理论慨述 将用地性质相近的地块进行归并。例如，旱地统一并入水浇地，苇地统归入滩涂。对相邻的同 一| 生质用地则可在更大范周内进行合并，如将并排的鱼塘统一化为连片的渔业用地。 5 、转换原则 面状地物、线状地物和点状地物之间的转换。根据制图综合的图形限制和制倒1 3 的的要求， 不同类别的地物在不同比例尺f 的变化是不一样的。例如，随着比例尺的减小，原米毕现面状特 征的地物会有向线状地物或者点状地物转换的趋势。要根据制图区域的地理特征年l l 比例尺的变化 来把握好地物类别之问的转换。 6 、合并原则 同种用地类型图斑并且相邻之问的合并。图斑代表了土地利用地块，它除了具有自然地理特 征之外，还具有人文地理的属性和社会属性。图斑的划分在实地中体现为不同土地利用类型之间 的自然分界，因此，在同种用地类型的幽斑合并时前提是制图比例尺和应用目的发生了变化，原 来用于划分图斑的自然分界在小比例尺的数据中不被表示出来，所以同种用地类型的图斑要合 并。 2 6 土地利用数据制图综合模式简介 目前为止，在制图综台领域主要有咀下几种制图综合模式： 1 、 整体自动化综合模式 指从人比例尺的数据库或地图到较小比例尺的数据库或地图的整体自动化综合，是一种批量 处理方式。这是一种a 上而f 的方法，这种方