（地图学与地理信息系统专业论文）基于mapgis土地调查图斑更新算法研究与系统开发.pdf

摘要 第二次土地调查的一个重要任务是建立土地调查数据库，即根据第二 次全国土地调查总体方案和数据库建设相关标准、规范的要求，以调查形 成的土地利用、土地权属、基本农田等数据为基础，利用计算机、g i s 、 数据库和网络等技术，建立互联共享，覆盖国家、省、市( 地) 、县四级 的集遥感影像、图形、地类和权属为一体的土地调查数据库。为充分利用 土地变更调查的图斑数据，加快第二次土地调查数据库建库，本文通过分 析更新调查数据库和第二次土地调查数据库的图斑的不同，探讨了基于 m a p g i s 组件开发的方法，以及图斑的图形、拓扑和属性局部更新算法， 设计和实现了土地调查图斑更新系统，具体主要内容包括： ( 1 ) 图斑数据的更新 通过研究土地变更调查数据库与第二次土地调查数据库中图斑在图 斑属性、土地分类和土地利用方式的不同，研究了图斑数据的更新方法。 ( 2 ) 图斑三种变更类型的局部更新算法 根据m a p g i s 数据结构特点，实现了图斑的三种变更类型即图斑合并、 图斑分割和图斑复杂变更的局部更新算法。 ( 3 ) 土地调查图斑更新系统的设计与实现 采用软件工程的方法设计了土地调查图斑更新系统，并在v b 环境下 采用m a p g i s 组件开发方法实现了该系统。 关键词：土地调查，土地利用，更新调查，图斑，软件工程 a bs t r a c t a ni m p o r t a n tt a s ko ft h es e c o n dl a n ds u r v e yl st oe s t a b l i s had a t a b a s eo f l a n ds u r v e y t h ed a t a b a s ei so nt h eo v e r a l lp r o g r a mo ft h es e c o n dn a t i o n a l l a n ds u r v e ya n dd a t a b a s e r e l a t e ds t a n d a r d s ，n o r m sa n do nt h eb a s i co ft h el a n d u s e ，l a n do w n e r s h i p ，b a s i cf a r m l a n da n ds oo n t ou s et h et e c h n o l o g i e ss u c h a sc o m p u t e r s ，g i s ，d a t a b a s ea n dn e t w o r kb u i l d sl a n ds u r v e yd a t a b a s et h a t s h a r e si n t e m e ta n dc o v e r a g en a t i o n a l ，p r o v i n c i a la n dm u n i c i p a l ( p r e f e c t u r e ) a n dc o u n t yo ft h ef o u rs e t sa n dt h a tu n i t sr e m o t es e n s i n gi m a g e s ，g r a p h i c s ， t y p ea n do w n e r s h i po fl a n d i no r d e rt of u l l yu s et h es p a no ft h el a n dc h a n g e s u r v e ya n ds p e e du pt h eb u i l d i n gd a t a b a s eo ft h es e c o n dl a n ds u r v e y , t h e a r t i c l ed i s c u st h ea p p r o a c ho fm a p g i sc o m p o n e n td e v e l o p m e n ta n dp a r t i a l u p d a t i n ga l g o r i t h mo fg r a p h i c s ，t o p o l o g ya n dp r o p e r t i e so ft h es p a n ，d e s i g n s a n dr e a l i z e st h eu p d m i n g s p a ns y s t e mo fl a n ds u r v e y t h em a i nc o n t e n t so f t h e p a p e r i n c l u d e ： ( 1 ) t h eu p d a t eo f s p a n t h r o u g hr e s e a r c h i n gs p a no nt h ed i f f e r e n c e o fs p a np r o p e r t y , l a n d c l a s s i f i c a t i o n ，l a n dt y p eb e t w e e nt h ed a t a b a s eo fu s eu p d a t i n gs u r v e ya n dt h e d a t a b a s eo fs e c o n dl a n ds u r v e y , t h ep a p e rs t u d yt h ep a r t i a lu p d a t i n gm e t h o do f s p a n ( 2 ) t h ep a r t i a lu p d a t i n ga l g o r i t h mo f t h r e et y p e so fs p a n a c c o r d i n gt ot h ec h a r a c t e r i s t i c so fm a p g i sd a t as t r u c t u r e ，t h ep a p e r r e a l i z et h ea l g o r i t h mo ft h ec h a n g eo ft h r e et y p e so fs p a nt h a ti su n i o no fs p a n ， s e p a r a t i o no fs p a na n dc o m p l e xc h a n g eo fs p a n ( 3 ) t h ed e s i g na n dr e a l i z a t i o no f t h eu p d a t i n gs p a ns y s t e mo fl a n ds u r v e y t h ep a p e rd e s i g n st h eu p d a t i n gs p a ns y s t e mo fl a n ds u r v e yt h r o u g ht h e u s eo fs o f t w a r ee n g i n e e r i n ga n dr e a l i z e st h es y s t e mt ou s et h em e t h o do f m a p g i sc o m p o n e n t s o nt h ee n v i r o n m e n to fv b k e yw o r d ：l a n ds u r v e y , l a n du s e ，u p d a t i n gi n v e s t i g a t i o n ，s p a n ，s o f t w a r e e n g m e e n n g i i 中南大学硕：l 学位论文 第一章绪论 1 1 课题背景 1 1 1 课题的意义 第一章绪论 我国曾于1 9 8 4 年至1 9 9 6 年完成了全国土地利用现状调查( 第一次土地调查) ， 基本上查清楚了当前我国的土地利用类型、面积、分布、权属和利用状况，建立了土 地调查数据库，摸清了我国的土地资源家底。也正是从1 9 9 6 年开始的全国土地利用 变更调查，并且对土地调查数据库中的土地利用现状进行更新，保持了数据库的现时 势。2 0 0 7 年7 月1 日至2 0 0 9 年1 0 月3 1 日，全国开展了第二次土地调查。 第二次全国土地调查的一个重要任务是建设土地调查数据库，实现土地调查数据 的互连共享。第二次土地调查数据库中的数据主要包括行政区域界线数据、权属界线 数据、图斑数据、线状地物数据和零星地物等。 图斑数据是土地调查的重点和难点，土地利用更新调查数据库跟第二次土地调查 数据库的图斑有以下的不同： ( 1 ) 土地利用分类标准不一致。土地利用更新调查数据库的土地利用类型以全 国土地分类( 过渡期间适用) 为标准，而现在进行第二次土地调查所采用的土地利 用类型是以土地利用现状分类( g b 厂r2 1 0 1 0 2 0 0 7 ) 为标准。两种标准有了很大的 变化，老标准采用三级分类，统一编码，其中一级类3 个，二级类1 0 个，三级地类 5 2 个。而新标准采用2 级分类，统一编码排列，其中一级类1 2 个，二级地类有5 7 个。由于地类利用分类标准不一致导致图斑的图形不一致。 ( 2 ) 图斑非图形的属性不一致。土地利用更新调查数据库以县( 市) 土地利 用数据库标准为建库标准，而第二次土地调查数据库以土地利用数据库标准( t d 1 0 1 6 2 0 0 7 ) 为建库标准，这样导致图斑的结构和属性内容不一致。 ( 3 ) 部分土地利用方式发生变化。由于土地利用方式发生变化，导致图斑发生 变化，如由于农业产业结构调整，某一图斑耕地部分被用来种植果树，图斑部分由耕 地类型变为园地类型。 综合上述，第二次土地调查数据库中的图斑数据与土地更新调查数据库中图斑相 比，图斑的图形和属性发生化，为了更好利用更新调查数据，减少工作量和费用，需 要对图斑的图形和属性进行更新。2 0 0 8 年初，中地数码集团公司开发了m a p g i s 二次 调查数据库管理系统软件，该软件在图斑更新时，存在一个问题是在对图斑进行拓扑 重组时是全部图斑的拓扑重组，这样导致工作效率低。2 0 0 7 年7 月1 日全国就开展了 第二次土地调查工作，本论文在m a p g i s 二次调查数据库管理系统软件未开发出来时 中南大学硕上学位论文第一章绪论 候就进行系统的开发，而且针对m a p g i s 二次调查数据库管理系统软件在进行图斑拓 扑重组时是对全部图斑的拓扑重组，工作效率低下的缺点，研究图斑变更类型的局部 更新算法。 图斑变更分为图斑分割、图斑合并、图斑复杂变更等，利用图形裁剪算法对图斑 进行数据运算，计算出新的几何实体并更新图斑；属性变更有两种方法：一种是利用 属性变更菜单进行属性变更，一种是批量变更属性信息。利用属性变更菜单进行变更， 主要针对预先知道变更信息和变更内容的情况；批量属性变更则主要针对多个对象相 同的属性信息变化而设计的。在进行图斑更新时，由于图幅中的数据量比较大，建立 整个图幅的拓扑关系比较复杂和费时，而且在更新操作中的修改一般都是局部的改 动，它只带来与它相关的那部分实体之间拓扑关系的变化，对大量的其他实体间的拓 扑关系没有任何影响，所以要对更新的图形进行局部拓扑更新。通过研究图斑更新方 法，研究图斑的变更类型的局部更新算法，解决由于属性不一致、地类利用分类标准 不一致以及土地利用类型发生改变而导致的图斑不一致的问题，实现土地更新调查数 据的图斑局部更新，可以大大减轻第二次土地调查数据库建设的时间和费用，快速地 建设好第二次土地调查数据库。 1 1 2 土地利用更新调查 土地利用更新调查是国土资源管理的一项重要的基础性工作。通过更新调查，摸 清家底，弄清各个行政区域内的土地总面积，各种土地类型、分布及其面积，掌握调 查调查区域内各种土地利用现状信息，为制定国民经济和社会发展计划、有关政策， 合理利用土地资源，切实保护耕地；为集体土地所有权、国有土地使用权的确权、登 记、发证；为土地利用总体规划修编、基本农f f l 保护区划定、建设用地审批、补充耕 地的验收确认；为建立土地调查、统计制度；为实现土地利用动态遥感监测等提供准 确、科学的基础数据。 土地利用更新调查的主要任务是以县( 市、区) 为基本调查单位，以近期的航空、 航天遥感影像制作的正射影像图作为工作底图( 数据源) ，利用土地详查和土地变更 调查的有关资料，将土地利用现状的土地分界线、行政和权属界线调绘到工作底图上， 在此基础上建立土地利用数据库并进行面积量算、统计和汇总，同时与最近的土地变 更调查数据进行衔接与分析，形成土地利用数据变化的分析报告。 1 1 3 第二次全国土地调查 根据中华人民共和国土地管理法和国务院关于深化改革严格土地管理的决 定( 国发 2 0 0 4 1 2 8 号) 的有关规定，国务院决定自2 0 0 7 年7 月1 日起开展第二次全 2 中南大学硕士学位论文第一章绪论 国土地调查。 土地调查是我国法定的一项重要制度，是全面查实查清土地资源的重要手段。第 二次全国土地调查作为一项重要的国情国力调查，目的是全面查清目前全国土地利用 现状，掌握真实的土地基础数据，建立和完善土地调查、统计和登记制度，实现土地 资源信息的社会化服务，满足经济社会发展及国土资源管理的需要。 第二次全国土地调查主要任务包括：开展农村土地调查，查清全国农村各类土地 的利用状况；开展城镇土地调查，掌握城市建成区、县城所在地建制镇建成区的土地 状况；开展基本农田现状调查，查清全国基本农田状况；建立土地调查数据库，实现 信息的互联共享。在调查基础上，建立土地资源变化信息的调查统计、及时监测与快 速更新机制。 1 2 国内外研究现状 土地利用调查根据其调查时效又分为土地利用现状调查( 土地详查) 和土地利用 变更调查( 土地利用动态监测) 。土地利用现状调查指为查清土地的利用现状而进行 的全面土地资源普查，也是国家重要的国情、国力调查。土地利用更新调查是指在完 成土地利用现状调查的基础上，国家对土地权属和用途发生变化的土地进行连续调 查，更新土地利用资料的过程，本质上是一个土地利用动态监测，主要包括对地类、 土地权属( 权属单位、权属性质、界限) 、图斑面积变更的调查。目前土地变更信息 提取和更新工作存在工作量大、人工干预多、自动化程度不高、质量难以保证等问题。 土地变更信息提取软件在实际生产中发挥作用有限，需要进一步增强和完善。 1 2 1 土地利用数据更新研究现状 土地利用基础数据对于我国耕地和建设用地的状况调查、土地开发潜力、退耕还 林和区域生态调查，土地利用数据更新都是非常重要的。这些调查均以土地利用基础 数据为基础。土地利用数据若不能得到及时更新，将会影响到土地利用数据的应用。 利用遥感方法更新土地利用基础数据属于土地利用动态遥感监测的一部分内容。 国内外对遥感方法更新土地利用数据进行了很多研究。 在国外，自1 9 7 2 年美国发射第一颗对地观测卫星以来，遥感技术应用于土地资 源调查和地籍管理工作中，主要用于对土地利用变化的类型、数量以及发生变化位置 监测及相应的图件更新工作。美国于1 9 7 1 年丌始编制全国1 ：1 0 万和l ：2 5 万土地 利用现状图。1 9 7 4 - - , 1 9 7 7 年进行大面积农作物估产计划，对美国本土、加拿大、前苏 联及其它地区小麦种植面积和产量进行估价。加拿大于1 9 7 8 年对土地利用强度高的 全国2 7 个主要城市周围1 8 0 k m 范围和经济价值高的重要资源区通过航空摄影方法进 3 中南犬学硕t 学位论文 第一章绪论 行周期为5 年、成图比例尺为1 ：2 5 万的土地利用动态监测，在经济活动少的沙漠地 区使用卫星遥感资料进行监测，在9 0 年代初期已经建立起全国土地利用遥感监测系 统，并利用遥感、地理信息系统技术对全国资源状况进行周期性调查与更新。法国对 土地利用监测实行分级管理，采用地理分层为基础的二阶抽样调查法，以卫星资料为 监测的辅助资料，配合航空遥感和地面调查作样点布设。通过监测，既反映了覆盖和 利用特性，也反映了土地功能特性【l 】。 在国内，1 9 8 0 年代初期，我国首次利用美国m s s 数据进行了全国范围的土地利 用现状调查( 即第一次详查) ，客观地反映了全国土地资源的基本状况；自第一次详 查后，我国各县市相继开展了土地利用动态监测【2 1 。1 9 9 3 至1 9 9 6 年我国开展了全国 耕地变化遥感监测工作；自1 9 9 9 年开展全国5 0 万人口以上重点城市的土地利用动态 遥感监测工作，并于2 0 0 1 年起有条件的省( 自治区、直辖市) 开展了5 0 万人口以下 城市的土地利用动态遥感监测工作，取得的监测成果主要用于辅助开展和复核土地变 更调查、辅助更新土地利用现状图、检查土地利用规划执行情况和基本农田保护情况 j 。2 0 0 7 年，广西对南宁市、柳州市、桂林市的城区的建设用地进行遥感监测，掌握 了违法建设用地和城区发展情况，并对土地利用现状图进行更新。目前，在第二次全 国土地调查工作中明确规定将运用航天航空遥感、地理信息系统、全球卫星定位等新 技术来获取土地的类型、面积、权属和分布的系列信息，这也是对第一次详查和历年 来变更调查数据的更新。 杨清华、齐建伟等【3 】通过对高分辨率卫星遥感数据质量的影响因数分析，选择土 地利用变化类型较多的北京市大兴区为试验区，将高分辨率卫星数据应用于土地利用 动态监测中，总结不同土地利用覆盖类型与融合图像变化信息的光谱特征，确定了不 同高分辨率卫星数据与t m 多光谱卫星数据组合后对土地利用类型的识别能力，建立 了土地利用动态监测解译标志，在解决了若干关键技术问题的基础上，形成了一套土 地利用数据更新的实用的技术方法和工作流程。 万幼川、宋杨【4 j 利用高分辨率遥感影像，通过构建一个三层的m l p 分类器对影像 进行分类，提取城市建筑物与道路信息，并在此分类基础上通过对现有地图的叠加来 实现地图的更新。 王元波，张锋，雷伟伟【5 j 研究了传统土地变更调查方法不足，介绍了3 s 技术及 其集成，并对其在土地利用变更调查中的应用进行了研究，为土地利用数据更新提供 了借鉴与指导。 1 2 2 遥感信息提取方法研究现状 土地调查数据的更新涉及到土地利用变化的信息提取。随着传感器技术、遥感平 台技术、g i s 技术等相关技术的发展，现代遥感技术已经进入了一个能够实时、动态 4 中南大学硕士学位论文 第一章绪论 快速获取对地观测数据的新的应用阶段，同时遥感信息处理与分析的理论研究也获得 了重大进展。利用遥感技术快速、准确获得土地利用变化的时空分布信息是资源与生 态监测以及国际土地利用于土地覆盖变化研究的核心技术。遥感信息提取一般在通过 新摄像与旧摄像( 或土地利用与覆盖图) 精确配准的基础上进行。随着遥感技术的改 进，遥感应用的深入，在不断地改进发展，遥感信息提取方法的发展过程大体经历了 三个阶段：目视解译阶段、自动分类阶段和智能化分类阶段。 ( 1 ) 目视解译阶段 目视解译是指利用图像的影像特征( 色调或色彩，即波谱特征) 和空间特征( 形 状、大小、阴影、纹理、图形、位置和布局) ，与多种非遥感信息资料( 如地形图、 各种专题图) 组合，运用其相关规律，进行由此及彼、由表及里、去伪存真的综合分 析和逻辑推理的思维过程。最初的光学遥感信息载体为胶片，记录了地物在可见光波 段的信息，从航空摄影测量阶段开始，对像片的判读便是获取图像信息的主要手段。 早期的目视解译多是纯人工在相片上解译，后来发展为人机交互方式，并应用一系列 图像处理方法进行影像的增强，提高影像的视觉效果后在计算机屏幕上解译。王蕾， 黄华国等【6 】于2 0 0 7 年对遥感信息提取的3 个关键技术环节h p i j l l 练样区的选取、分类特 征波段的选择及分类器的训练进行了研究，建立了基于知识规则的信息提取方法和流 程。应用该方法，以浙江省富阳市为研究区，进行了马尾松林信息提取，精度达到了 8 0 5 ，比最大似然法提高了近2 0 。在计算机等技术广泛应用于遥感图像分析的今 天，目视解译仍然被广泛用于遥感影像的识别。但它存在着几个严重的弊端：不仅精 度相对较低，效率不高，劳动强度大，而且依赖参与解译分析的人，在很大程度上不 具备重复性。尤其对多时相、多传感器、多平台、多光谱波段遥感数据的复合处理， 问题更为突出。 ( 2 ) 自动分类阶段 ， 自动分类是利用计算机对遥感图像进行分类，就是利用计算机对地球表面及环境 在遥感图像上的信息进行属性的识别和分类，从而达到识别图像信息所相应的实际地 物，它是模式识别技术在遥感技术领域中的具体运用。传统的遥感自动分类，主要依 赖地物的光谱特性，采用数理统计的方法，基于单个像元进行如监督分类和非监督分 类方法，对于早期的m s s 这样较低分辨率的遥感图像在分类中较为有效，但分类精 度较低。为此，许多学者就探索了在信息提取中引入了空间信息，探索多种影像自动 分类方法，直接从图像上提取各种空间特征等。 兰樟仁，张东水【7 j 根据运筹学中基于层次分析法的多目标决策原理和遥感分层分 类法理论，建立遥感分类方案优选模型，构建了遥感影像多目标优化信息提取模式。 应用该模式提取遥感信息可从时问、成本、精度、技术等多个目标获得最佳综合效用。 陈启浩，高伟【8 】通过新的面向基元的影像分析方法，充分发挥不同遥感信息的优 势，通过模糊逻辑推理实现遥感信息的快速识别和高精度的提取，有效解决传统基于 相元的分类方法所面临的诸多问题。 徐涵秋、方红亮、徐美等【9 】【l o 】 1 1 1 人总结了利用g i s 数据提高遥感分类的方法，对 5 中南人学硕士学位论文 第一章绪论 图像按一定的地理特征( 地形等) 进行分区，再对各分区单独分类，最后分类结果再与 g i s 数据对比进一步修改。 刘海，邓文胜【1 2 】根据证据理论在遥感图像分类上的应用，以汉川市为示范区，采 用2 0 0 2 年t m 遥感影像，在g i s 技术支持下，通过建模运算，剔除不可能是水稻的像元。 然后将证据用于影像分类，将影像初次分类结果与参考图对照，将不满足要求的区域 提取出来，再次进行第二次分类。将第二次分类结果与参照图对照，显示分类效果满 足要求；若不满足要求，可继续进行再次分类，直到分类效果满意为止。将两次分类 结果中的水稻信息进行叠加，提取出水稻遥感信息，经检验精度达至1 9 1 3 9 。 陈志军【l3 】等提出了在土地利用变化信息提取中采用特征变异增强的方法，取得一 定的突破，能按变化特征进行信息识别。 张源，王仰等【l4 】以云南省丽江市部分地区为例，在g i s 支持下，通过构建多因素 空间概率面的方式，综合考虑地形和光谱特征信息的影响，实现了山区居民地遥感信 息提取，大大提高了提取的精度。 ( 3 ) 智能化分类阶段。 传统的遥感信息处理主要是利用数理统计或与人工解译相结合的方法，在实际应 用中往往因为先验假设条件难以满足或者人工解译方法效率低等原因，其处理结果难 以满足实际需要。基于人工智能技术的遥感信息智能化提取方法不需要先验假设，能 够根据需求自动提取所需信息，实现遥感信息的自动解译。智能化专题信息提取是随 着计算机领域中人工智能的出现，使得基于知识的专题信息提取成为可能，这也是遥 感信息提取技术的必然发展趋势。刘小平，邓孺孺，彭晓娟【1 5 】应用像元信息分解和神 经网络分类相结合的方法对城市绿地遥感信息进行自动提取，并将该方法应用于广州 实验区，取得了较好的效果。骆剑承等【1 6 】在综合各种信息提取方法的特性基础上，提 出了遥感地学智能图解模型支持下的土地利用分类体系，并以香港地区为实验，采用 多平台数据和辅助地理信息，进行土地利用分类和数据更新，为实际遥感图像自动解 译工作提供了一种新的思路。目前由于受技术上限制，智能化分类阶段还处在探索和 研究阶段，真正实用化的方法还有待进一步研究，但发展遥感信息智能化提取方法对 于提高信息提取精度和效率具有重要意义，不仅是现在也是未来几十年学者努力研究 的方向。 1 2 3 多边形裁剪算法研究现状 在土地调查数据更新时，当发现变化的土地利用信息后，需对变更的土地利用信 息进行更新。土地调查数据更新实际上就是点、线、面的更新，其中面，即图斑更新 是土地调查数据更新的重点和难点，其变化涉及到多边形的裁剪。 裁剪算法主要包括线裁剪和多边形裁剪算法。在线裁剪算法中又分为矩形窗口线 6 中南人学硕士学位论文第一章绪论 裁剪算法和一般多边形窗口线裁剪算法。对裁剪算法的研究目前最成熟的是矩形窗口 的直线段裁剪。在这方面已出现了许多优秀的算法，如n i c h o l l l e e n i c h o l l 算法【1 7 】、 中点分割算法【1 8 】、梁一b a r s k y 算法【1 9 1 、等。最近，d o r rm 综合s u t h e r l a n d c o h e n 2 0 】 编码方法和直线的参数表示法提出了一个只用整数运算来计算整数交点的线裁剪算 法【2 ，使裁剪算法速度得到了提高。 1 2 3 1 多边形裁剪的传统算法 s u t h e r l a n d 和h o d g e m a n 捌于1 9 7 4 年提出逐次多边形裁剪算法。该算法的基本思 想是通过对单一边的简单裁剪，实现对多边形的裁剪即原多边形和每次裁剪所生成的 多边形将逐次对裁剪窗口的每一边进行裁剪。该算法可以对凹、凸任何多边形进行裁 剪，裁剪窗口为任一凸多边形。算法的输入是以顶点序列表示的多边形，算法的输出 也是一个顶点序列，构成一个或多个多边形。此算法简单，操作方便，但当结果多边 形不唯一时，往往包含不属于结果多边形的边。 w e i l e r 和a t h e r t o n n 2 3 】于1 9 7 7 年提出了一个适合任意多边形窗口的裁剪算法，其 基本思想是：有时沿着多边形的方向来处理顶点，有时沿着窗口的边界方向来处理。 采用哪一条路径，要根据多边形处理方向( 顺时针或逆时针) 和当前处理的多边形顶 点对是由外到内还是由内到外。该算法适用于任意多边形的裁剪，但其计算量大，内 存开销大，影响计算机的工作效率。 c y r e 和b e c k 2 4 】于1 9 7 8 年提出了参数化线裁剪算法，该算法只适用于凸多边形窗 口的线裁剪，而不是一般意义上的多边形窗口。理论上凹多边形窗口的裁剪可以把凹 多边形分解成多个凸多边形，然后逐一进行裁剪。但这个过程比较复杂，计算时间很 长，因而速度慢，效率低下。后来在这个基础上，梁友栋和b a r s k y 1 9 1 2 5 于1 9 8 4 年提 出了更快的参数化线段裁剪算法。此算法在求交之前进行判断，只有在需要时才计算 交点，从而减少了计算量，提高了算法的运行速度。 1 2 3 2 近年来提出的多边形裁剪算法 m o n t a n i 和r e 【2 6 1 ，r e p p a p o r t 2 7 1 以及s e c h r e s t 和g r e e n g b e r g t 2 8 】等人曾提出过对于 一般多边形的裁剪算法，其中有些算法允许多边形具有孔洞。目前普遍认为，在这类 算法中只有w e i l e r 算澍2 9 1 和近年出现的v a t t i 算法【3 0 】及g r e i n e r - h o r m a n n 算法【3 1 1 可以 在合理的时间内处理一般情况。其中w e i l e r 算法使用的是树形数据结构，而v a t t i 算 法和g - r e i n e r - h o r m a n n 算法使用的是双线性链表数据结构，所以后两者在复杂性及运 行速度方面都由于前者【2 引。 鲍虎军，彭群生【3 2 】提出一个可靠的任意多边形裁剪算法，克服了w e i l e r - - a t h e r t o n n 7 中南人学硕士学位论文 第一章绪论 算法的缺陷。通过对相交多边形交点的完备分类分类，能可靠地决定裁剪结果，且能 处理各种奇异情况。 吴兵等【3 3 提出按多边形弧段求交、多边形拓扑重组和追踪裁剪结果多边形的3 个 基本步骤，将具有复杂拓扑关系的多边形裁剪问题转化为类w e i l c r - a t h e r t o n 算法裁剪。 温俊文【3 4 】提出一种改进的裁剪任意多边形算法，该算法不需要进行任何的预处 理，就能实现对任意凹多边形的裁剪，尤其是对于较复杂的有内孔的凹多边形去裁剪 另一个有内孔的凹多边形，也能直接迅速地解决裁剪窗口的内、外裁剪的问题。 蔡士杰等【3 5 1 提出一般多边形的裁剪算法，用参数求交法求出线段及其延长线与多 边形各边的交点，然后判断交点是否是真实的交点，并根据参数值排序，去掉重复的 交点，最后判断以相邻交点为端点的线段的中点是否空间，若是，则线段可见，若不 是，则不可见。 王世萍，王志强【3 6 】提出的多边形裁剪算法是根据计算机图形学中多边形裁剪的特 点，提出改进内点判断法、线段参数方程求交法和特殊交点等算法，具有通用性强、 算法简单的优点，可用于任意多边形之间的裁剪。 曾广鸿等【37 】针对多边形切割中由于切割点坐标值的取舍的点位偏移，从而可能出 现拓扑错误的情况，提出一种基于节点序列搜索的多边形分割算法。该算法在生成多 边形相交的切割线的基础上，对产生的切割点进行坐标值取舍，将进行坐标值取舍后 的坐标点与被切割多边形的坐标点按照节点序列生成被切割多边形，同时切割点内插 到相关多边形，从而保证多边形的拓扑关系不变。该算法能解决带岛的多边形切割。 1 3 本论文的研究内容和组织结构 1 3 1 论文研究目的 本论文在m a p g i s 二次调查数据库管理软件未开发出的时候就进行图斑更系统的 开发，而且针对m a p g i s 二次调查数据库管理系统软件在进行图斑拓扑重组时是对全 部图斑的拓扑重组，工作效率低下的缺点，通过土地调查图斑更新系统的开发实现图 斑的局部更新，提高系统处理效率，实现利用土地利用更新图斑数据更新到第二次土 地调查数据库的图斑数据，加快第二次土地调查数据库建设步伐。 1 3 2 论文研究内容 本文通过分析两种土地调查数据库图斑的不同，实现了图斑数据的更新，并根据 m a p g i s 数据结构的特点，实现了图斑三种变更类型的局部更新，设计和实现了土地 调查图斑更新系统。具体主要内容有： ( 1 ) 图斑数据的更新 中南大学硕上学位论文第一章绪论 通过研究土地利用变更调查数据库与第二次土地调查数据库中图斑在图斑属性、 土地利用分类标准不一致和土地利用方式变化的不同，研究了图斑数据的更新方法。 ( 2 ) 图斑三种变更类型的局部更新算法 根据m a p g i s 数据结构特点，实现了图斑的三种变更类型即图斑合并、图斑分割 和图斑复杂变更的局部更新。 ( 3 ) 土地调查图斑更新系统的设计与实现 采用软件工程的方法设计了土地调查图斑更新系统，并在v b 环境下采用 m a p g i s 组件开发方法实现了该系统。 1 3 3 论文工作简介 本论文主要章节、内容组织安排如下： 第二章分析了两种数据库图斑的不同，并研究了图斑数据的更新方法。 第三章讲述了m a p g i s 的数据结构特点，分析了图斑变更类型，研究了图斑三种 变更类型的局部更新算法。 第四章基于上述的图斑更新方法，对图斑更新图斑系统进行了设计，包括系统设 计原则、系统需求分析和系统总体设计。 第五章介绍了土地调查更新图斑系统软件的实现，包括系统环境、系统的界面、 系统的功能设计。 第六章，研究结论与展望。总结了本文所做的工作，指出今后软件需要改进之处 和需要进一步研究的方向。 9 中南人学硕十学位论文第二章图斑数据的更新 第二章图斑数据的更新 第二次土地调查数据库建设是以土地利用数据库标准( t d t - 1 0 1 6 2 0 0 7 ) 为建 库标准，以土地利用现状为地类分类标准，而土地利用更新调查数据库是以县 ( 市) 级土地利用数据库标准为建库标准，以全国土地分类( 过渡期间适用) 为地类分类标准，就就导致两种数据库的图斑属性不一致、地类标准不一致，还有由 于时间的变化，导致图斑的地类发生变化。本章目的是通过分析两种数据库图斑的不 同，研究更新调查的图斑更新到第二次土地调查图斑的方法。 本章分别就土地利用分类标准变化的局部更新、图斑非图形属性变化的局部更新 以及地类变化的局部更新进行了详细分析。 2 1 土地利用分类标准变化的更新 2 1 1 全国土地分类 为了满足土地用途管理的需要，科学实施全国土地和城乡地政统一管理，扩大调 查成果的应用，在研究、分析“土地利用现状分类及其含义和“城镇土地分类及含 义 两个土地分类基础上，国土资源部制定了城乡统一的全国“土地分类。 2 0 0 2 年1 月1 日，在全国范围试行全国土地分类( 试行) 。土地分类( 试行) 采用三级分类。其中一级分为农用地、建设用地和未利用地3 类，二级分为1 5 类， 三级分为7 1 类。土地分类( 试行) 是城乡城乡一体化的土地分类，适用于城镇和 村庄大比例尺地籍调查。 针对全国城镇与村庄地籍调查尚未全面完成的现实情况，国土资源部在土地分 类( 试行) 基础上，制定了全国土地分类( 过度期间适用) 过度分类。全国土 地分类( 过度期间适用) 的整体框架与全国土地分类( 试行) 相同，采用三级分 类。其中农用地和未利用地部分与土地分类( 试行) 完全相同，建设用地部分进 行了适当归并。将商服用地、工矿仓储用地、公用设施用地、公共建筑用地、住宅用 地、特殊用地6 个二级类和交通运输用地中的三级类类街巷，合并为居民点及工矿用 地，作为二级类，在其下划分城市、建制镇、农村居民点、独立工矿、盐田和特殊用 地6 个三级类。其详细的地类如表2 1 所示。 自2 0 0 2 年以来，全国土地分类( 过度期间适用) 有效应用于土地变更调查及 国土资源管理工作中。 2 1 2 第二次全国土地调查分类 l o 中南人学硕十学位论文第二章图斑数据的更新 第二次全国土地调查的土地利用类型按照土地利用现状分类进行分类。土 表2 1 全国土地分类( 过度期间适用) 分类表 一级类二级类三级类一级类二级类三级类 代名代名代代名代代 名称名称 名称 码称码称码码称码码 l l l 灌溉水田2 0 1城市 1 1 2 望天田居民点2 0 3农村居民点 耕 1 l 1 1 3水浇地地 2 0 及独立2 0 4独立工矿 地 1 1 4旱地 工矿 2 0 5盐田 1 1 5菜地 建 2 0 6特殊用地 1 2 1 果园 设2 6 1铁路 2 1 2 2桑园用2 6 2 公路 园交通运 1 21 2 3 茶园 地2 62 6 3 民用机场 地 输用地 农 1 2 4 橡胶园 2 6 4 港口码头用地 1用 1 2 5 其他园地 2 6 5 管道运输用地 地 1 3 l 有林地水利设 2 7 l 水库水面 2 7 1 3 2 灌木林地 施用地2 7 2 水上建筑 林 1 3 3 疏林地 3 l l 荒草地 1 3 地1 3 4 未成林造林 3 1 2 盐咸地 1 3 5 迹地 3 1 3 沼泽地 未利用 1 3 6 苗圃 3 13 1 4 沙地 土地 1 4 1天然草地未3 1 5裸十地 草 1 4 1 4 2改良草地利3 1 6 裸岩石砾地 地3 1 4 3人工草地用3 1 7 其他未利用地 其 1 5 1 禽饲养殖 地 3 2 l 河流水面 他 1 5 2 设施农用地 3 2 2 湖泊水面 其他土 它 1 5 3 农村道路 3 23 2 3 湖泊水面 1 5 地 农 1 5 6 农田水利地 3 2 4 苇地 用 1 5 7 田坎3 2 5冰川及永久雪地 地 1 5 8 晒谷场等用地 地利用现状分类采用土地综合分类方法，根据土地的利用现状和覆盖特征，对城乡 用地进行统一分类，它以服务国土资源管理为主，依据土地的自然属性、覆盖特征、 中南大学硕上学位论文 第二章图斑数据的更新 利用方式、土地用途、经营特点及管理等因数进行分类。 表2 - 2 土地利用现状分类 一级类 二级类 一级二级 编码 名称编码名称 编码 名称 编码 名称 0 1 l 水田 0 9 1 军事设施用地 0 1 耕地0 1 2 水浇地 0 9 2 使领馆用地 0 1 3旱地 0 9 特殊用地0 9 3 监教场所用地 0 2 1 果园 0 9 4 宗教用地 0 2 园地 0 2 2 茶圃 0 9 5 殡葬用地 0 2 3 其他园地 1 0 1 铁路用地 0 3 1 有林地 1 0 2 公路用地 0 3 林地 0 3 2 灌术林地 1 0 3 街巷用地 交通运输 0 3 3 其他林地 1 01 0 4 农村道路 用地 0 4 1天然牧草地 1 0 5 机场用地 0 4 草地 0 4 2 人工牧草地1 0 6港口码头用地 0 4 3其他草地1 0 7管道运输j 甘地 0 5 1批发零售用地1 1 1河流水面 商服0 5 2住宿餐饮用地1 1 2湖泊水面 0 5 用地0 5 3商务金融用地1 1 3水库水面 0 5 4 其他商服用地水域及水 1 1 4坑塘水面 上矿0 6 1工业片j 地 1 1 利设施用1 1 5 沿海滩涂 0 6仓储0 6 2 采矿用地 地1 1 6 内陆滩涂 用地0 6 3 仓储用地 1 1 7 沟渠 住宅 0 7 1 城镇住宅用地 1 1 8 水工建筑用地 0 7 用地 0 7 2 农村宅基地 1 1 9 冰川及永久积雪 0 8 1 机关团体用地 1 2 1 空闲用地 公共 0 8 2新闻出版用地1 2 2设施农用地 管理 0 8 3 科教用地 1 2 3田坎 与公 0 8 4 医卫慈善用地 1 2 4 盐碱地 0 8 1 2其他土地 共服0 8 5 文体娱乐用地 1 2 5 沼泽地 务用0 8 6 公共设施用地1 2 6沙地 地 0 8 7公园绿地1 2 7 裸地 0 8 8风景名胜用地 1 2 中南大学硕上学位论文第二章图斑数据的更新 土地利用现状分类采用二级分类体系。一级类1 2 个，二级类5 7 个。具体的 分类如表2 - 2 所示。 在开展农村土地调查时，对土地利用现状分类中的0 5 ，0 6 ，0 7 ，0 8 ，0 9 一 级类和1 0 3 ，1 2 1 二级类按表2 3 进行归并。 表2 - 3 城镇村及工矿用地 一级类二级类 编码名称编码 名称 2 0 城镇村及工矿用地 2 0 1 城市 2 0 2 建制镇 2 0 3 村庄 2 0 4采矿用地 2 0 5风景名胜及特殊用地 2 1 3 土地分类标准不同的转换 土地利用更新调查数据库中图斑层数据是以全国土地利用分类( 过渡期间适 用) 分类为标准。为了充分利用已有的成果，可以将更新调查数据库的图斑成果转 换为土地利用现状分类的分类标准，将其分类和代码相应的转换为土地利用现 状分类的二级类。更新调查成果图斑数据转换为二次调查成果的分为三种情况：具 有“一对一 转换；“多对一 关系的转换；“一对多关系的转换。另外在全国土 地分类( 过渡期间适用) 的建设用地中，2 0 1 、2 0 2 、2 0 3 地类均不用转换。 ( 1 ) “一对一 关系转换 “一对一”关系是指更新调查的一个图斑对应第二次土地调查一个图斑，如：图 斑a 为原1 4 1 ( 天然草地) ，地类转换后变为图斑b ，图斑b 为0 4 1 ( 天然牧草地) 。 如图2 - 1 所示： 图2 1 两种分类变化关系 1 3 中南大学硕上学位论文第二章图斑数据的更新 通过分析两种地类标准，两种地类标准存在表2 - 4 的对应关系。 表2 - 4 一对一地类对应关系 全国土地分类( 过渡期间适用)土地利用分类( 第二次土地调查) 地类代码地类名称地类代码地类名称 1 1 4 旱地 0 1 3旱地 1 2 1 果园 0 2 l果园 1 2 3 茶园 0 2 2 茶园 1 3 1 有林地 0 3 1 有林地 1 3 2灌木林地0 3 2灌木林地 1 4 l天然草地0 4 1天然牧草地 1 5 3农村道路1 0 4农村道路 1 5 6农田水利用地1 1 7 沟渠 1 5 7田坎1 2 3田坎 2 6 1铁路用地1 0 1铁路用地 2 6 2 公路用地 1 0 2 公路用地 2 6 3 民用机场 1 0 5机场用地 2 6 4港口码头用地1 0 6港日码头用 2 6 5管道运输用地1 0 7管道运输用 “一对一 关系转换的方法是根据表2 - 4 一对一地类对应关系，将图斑的地类 编码和地类名称进行修改，图斑的其他属性、图形和拓扑关系不变。 ( 2 ) “多对一 关系转换 “多对一 关系是指土地更新调查数据库的两个或两个以上的图斑对应第二次土 地调查数据库的个图斑，如图斑a 和图斑b 原分别为1 1 1 ( 灌溉水田) 和1 1 2 ( 望 天田) ，通过合并后变为图斑c ，其地类为0 1 1 ( 水田) 。 图2 - 2 图斑的合并示意图 1 4 中南大学硕上学位论文第二章图斑数据的更新 通过分析两种地类标准，两种地类标准存在表2 - 5 的对应关系。 表2 - 5 多对一地类对应关系 全国土地分类( 过渡期间适用)土地利用现状分类 地类名称地类代码地类名称地类代码 灌溉水田 1 1 1 水田 0 1 1 望天田 1 1 2 桑园 1 2 2 橡胶园 1 2 4其它园地0 2 3 其它园地 1 2 5 疏林地 1 3 3 未成林造林地 1 3 4 其它林地 0 3 3 迹地 1 3 5 苗圃 1 3 6 改良草地 1 4 2 人工牧草地 0 4 2 人工草地 1 4 3 畜禽饲养地 1 5 1 设施农业用地 1 5 2设施农用地1 2 2 晒谷场等用地 1 5 8 坑塘水面 1 5 4 坑塘水面 1 1 4 养殖水面 1 5 5 荒草地 3 1 1 其他草地 0 4 3 其他未利用土地 3 1 7 沼泽地 3 1 3 沼泽地 1 2 5 苇地 3 2 3 裸土地 3 1 5 裸岩石砾地 3 1 6裸土地 1 2 7 其他未利用土地 3 1 7 苇地 3 2 3 沿海滩涂内陆滩 1 1 5 1 1 6 滩涂 3 2 4 涂 “多对一关系转换的方法是根据表2 - 5 的多对一关系，如果图斑的权属单位名 称一致，则将相邻的表中两个或两个以上图斑进行合并( 详细方法参照第三章的图斑