關于計算圖斑凈面積方法的研究

摘要：本文在第二次全國土地調查(農村部分)背景部分簡單介紹了本次土地利用調查的意義和目標。在數據描述部分介紹了計算圖斑凈面積的公式和土地利用數據庫中土地利用要素的組織形式。在此基礎上提出了計算圖斑凈面積的兩種可行方法。一是二次開發實現方法，二是空間分析結合SQL語言實現方法。最后研究對比了兩種方法在實際運用中的優缺點，為第二次全國土地調查建庫提供方法與思路。

關鍵詞：土地調查；凈面積；地類圖斑；線狀地物；二次開發；SQL

一、研究背景

福建省第二次全國土地調查作為一項重大的省情調查，目的是全面查清本省土地利用狀況，掌握真實的土地基礎數據，建立和完善土地調查、統計和登記制度，實現土地資源信息的社會化服務，滿足經濟社會發展及國土資源管理的需要。搞好第二次全國土地調查，掌握真實準確的土地基礎數據，是全面貫徹落實科學發展觀，建設資源節約型、環境友好型社會，促進經濟社會全面協調可持續發展的客觀要求；提高依法行政能力和國土資源管理水平的迫切需要；是推進城鄉規劃，促進城鄉統籌發展、社會穩定，建設社會主義新農村等工作的重要保障；是科學規劃、合理利用、有效保護國土資源和實施最嚴格耕地保護制度的根本手段；是促進經濟社會又好又快發展的一項重大舉措。

近年來隨著社會經濟快速發展，土地利用現狀變化十分明顯，土地資源管理也日益深化細致，現有的資料已經難以滿足快速發展的社會經濟和土地管理工作對土地資源信息的需求，在實際工作中逐漸暴露出一些不足。因此要開展第二次全國土地調查以解決相關問題，具體目標如下：

1.按照國家制定的統一技術標準，通過使用現代測繪、遙感等新技術方法，全面查清全縣范圍內的土地利用狀況及其動態變化狀況，查清土地利用類型、數量和分布，實現土地利用圖、數、實地相一致，保持土地利用基礎圖件和數據的現勢性。

2.提高國土資源調查的科技水平，合理開發利用土地資源，加強耕地保護，實施土地用途管制，修編土地利用總體規劃，為政府有關部門決策提供可靠依據。

3.通過建立土地利用現狀數據庫為日常土地管理工作提供便利的條件，建立科學的土地利用管理信息系統，使其成為今后開展土地利用變更調查、地籍管理、用地管理等業務工作的有效工具，為全面提高國土資源管理的信息化、科技化創造條件。

4.全面查清全縣土地所有權、使用權狀況，進一步完善農村土地所有權登記發證成果，建立完善土地調查、土地統計和土地登記制度。

5.滿足土地利用總體規劃編制、土地利用動態監測、土地宏觀調控的需要，為政府部門及時準確掌握土地利用動態變化狀況、確保耕地總量動態平衡目標的實現提供土地利用數據依據，為今后加大土地執法力度，提高土地執法的準確性和科學性創造條件。

二、數據描述

(一)圖斑凈面積的計算公式

依據第二次全國土地調查技術規程，在建立土地利用數據庫過程中必須算出地類圖斑層中每個地類圖斑的凈面積(這里指平面凈面積)具體算法如下：

圖斑凈面積=圖斑毛面積-線狀地物面積-田坎面積

其中：線狀地物面積=長度×寬度、田坎面積=(圖斑毛面積-線狀地物面積)×田坎系數

如果線狀地物為構面線則半扣，即圖斑凈面積=圖斑毛面積-線狀地物面積×0.5-田坎面積

(二)圖層組織結構

第二次全國土地調查(農村部分)標準庫采用Arcgis Geodatabase格式，Geodatabase是ArcInfo 8引入的一個全新的空間數據模型，是建立在DBMS之上的統一的、智能化的空間數據庫。所謂“統一”，在于Geodatabase之前所有的空間數據模型都不能在一個同一的模型框架下對GIS通常所處理和表達的地理空間要素，如：矢量、柵格、三維表面、網絡、地址等，進行統一的描述。而Geodatabase做到了這一點。所謂“智能化”，是指在Geodatabase模型中，地理空間要素的表達較之以往的模型更接近于我們對現實事物對象的認識和表述方式。Geodatabase中引入了地理空間要素的行為、規則和關系，當處理Geodatabase中的要素時，對其基本的行為和必須滿足的規則，我們無需通過程序編碼；對其特殊的行為和規則，則可以通過要素擴展進行客戶化定義。這是其它任何空間數據模型都做不到的。

在第二次全國土地調查(農村部分)標準庫中，土地利用要素集中有線狀地物(XZDW)，地類圖斑(DLTB)和地類界線(DLJX)三個圖層要素。XZDW圖層體現線狀地物面積，DLTB體現圖斑毛面積，田坎面積。具體圖層組織結構如圖1所示：

圖1 標準庫土地利用要素集組織結構圖

三層要素具體的空間關系如圖2所示：

圖2 DLJX、XZDW、DLTB要素空間關系示意圖

圖2所示：其中綠色線條為構成粉紅色地類圖斑的DLJX，紅色線條為線狀地物，或為道路或為單線河等。在線狀物中，某段可做為構成地類圖斑的構面線和DLJX共線，如圖2中線2，某段可做為純粹的線狀物，該線段完全落在DLTB范圍內，如圖2中的線段1。

(三)圖斑實現效果

假設圖2中圖斑的毛面積(Shape_Area)為3.23(系統自斷生成)田坎面積為1.23，半扣線段1的面積為0.1，全扣線段2的面積為0.2，則按照上面圖斑凈面積的計算公式可算得圖2圖斑的凈面積應為1.75。

三、計算圖斑凈面積的實現方法

在土地利用數據庫中，往往涉及到的圖斑數量是相當大的，因此尋求一種快速、方便的計算方法意義重大。筆者在進行第二次全國土地調查建庫研究中發現有兩種方法可以實現預期效果。

(一)二次開發實現

1.開發工具

本實驗采用VisualBasic(簡稱VB)語言作為實驗開發的編程工具。它是一種可視化的編程語言，是Windows下流行的一種編程的工具。它為用戶提供了開發應用程序最迅速、最簡捷的方法，編程者可以直接調用它提供的對象。正是因為如此，編程人員完全可以按照自己的意圖和要求進行窗體和界面的設計，具有很強的直觀性和可視性。這也是本文采用VB6.0做為開發語言的直接原因之一。

2.GIS組建的選擇

本文采用組件式的開發模式。這種開發技術目前在軟件開發領域正在悄悄的興起。幾年以前，當微軟公司首先使用OLE的時候，其初衷是為了增強軟件的互操作性。然而在使用的過程中，人們逐漸認識到這一技術背后的實質性內容和它在軟件開發中所扮演的重要角色。組件技術以前所未有的方式提高了軟件產業的生產效率，這一點已逐步成為軟件開發人員的共識。傳統的C/S結構、群件、中間件等大型軟件系統的構成方式，都將在組件的基礎上重新構造。由于組件技術的出現，軟件產業的形式也隨之發生了很大的變化。大量的組件生產商涌向出來，并推出各具特色的組件產品；軟件集成商則利用適當的組件快速生產出用戶需要的某些應用系統；大而全的通用產品逐漸減少；很多相對較為專業，但用途廣泛的軟件，如GIS，語音識別系統等，都以組件的形式組裝和擴散到一般的軟件產品中。總的來說就是以前廠家提供系統的全部，現在只提供組件給用戶，讓用戶自己去開發自己需要的系統。這種組件式的GIS無疑給整個GIS體系和運用模式帶來了巨大的影響。

這種開發模式與傳統的GIS開發模式相比較，組件式開發模式具有成本低，開發周期短，又可以脫離GIS平臺獨立運行，無需專門的開發語言，可以直接嵌入管理信息系統等開發工具中去等一系列的優點。普通用戶操作起來也比較簡便，同時也很容易學會和使用。相信隨著GIS的普及應用，組件式的開發方式必然具有廣闊的市場發展前景。

綜合以上，本系統采用了GIS組件的開發方式，采用的組件為全球最大的GIS產商ESRY公司推出的MapObjects.其具有功能相對其全，易學易用，經濟實惠等優點

3.數據類型及訪問機制

本系統的數據格式主要是Shape格式的的數據(土地利用數據庫為geodatabase格式，在用之前要進行格式轉換)，因為該格式的的文件比較通用，很多軟件對該文件提供了支持。所用的GIS組件MO也支持該數據。因此如果用其他格式的文件需先把它轉換成MapObject支持的shape格式的文件。一個shape文件由一個主要文件.shp、一個索引文件.shx和一個表文件.dbf組成。MapObject主要訪問的是shape格式文件的圖形數據。GIS系統的圖形數據和關系數據庫中的數據通過數據表的關鍵字段關聯起來。

4.算法分析

主要分成三步實現。一是對純線狀物即完全落在圖斑范圍內的進行扣除，二是對和DLJX共線的線狀物進行扣除，三是面積求和。

(1)第一步算法

以DLTB記錄為中心搜索包含在該圖斑范圍內的所有線狀地物，把搜索出來的所有線狀地物面積累加到DLTB中某個臨時字段中假設為xzdwmj1。

(2)第二步算法

以DLTB記錄為中心搜索包含在該圖斑范圍內的所有現狀地物，把搜索出來的所有線狀地物面積的一半累加到DLTB的另外某個臨時字段中假設為xzdwmj2。

(3)第三步算法

把前面兩步求得的面積進行相加。即線狀地物面積(xzdwmj)=xzdwmj1+xzdwmj2

圖3 算法程序流程圖

(二)空間分析結合SQL語言實現

該方法主要分三步驟實現，一是對線狀地物層的預處理，二是對地類圖斑層的預處理，三是SQL更新實現。以下主要對這三分面做詳細闡述。

1.地類圖斑(DLTB)預處理

主要是對DLTB中的每塊圖斑按照坐落代碼或則著落名稱進行順序編號，即給圖斑編號。圖斑編號可以在geodatabase數據庫中用sql語言實現。實現環境如下圖所示：

圖4 geodatabase庫環境

值得注意的是在用SQL語句給圖斑賦編號之前要對涉及的字段建立索引，這樣可以大幅度提高程序的運行速度。筆者在試驗中發現在建立索引之前的速度是2個小時多，在建立索引之后只用不到1分鐘的時間即可完成。

2.線狀地物(XZDW)預處理

在第二次全國土地更新調查中，XZDW層中的每條記錄都是完全落在圖斑范圍內，而與地類界線共線的線狀地物則在地類界線中用界線寬度體現。在第二次全國土地詳查和更新調查的銜接中，XZDW層主要有兩部分構成，一是完全落在圖斑范圍內的線狀地物，二是和地類界線共線的線狀地物，地類界線中不直接體現線狀地物。

基于不同的組織方式，現狀地物預處理的第一步就是對XZDW層按照扣除比例進行分離(即把完全落在圖斑范圍內的及和地類界線共線的現狀地物分別分離到兩個不同的圖層中)以便計算。命名完全落在圖斑范圍內的線狀物層為xzdw1，和地類界線共線的線狀地物為xzdw2。

第二步就是把xzdw1，和xzdw2和dltb分別進行疊加分析，疊加的容限參數可以按照默認的參數，如果擔心精度不夠高的話可以盡量設小容限參數，小的程度可自己把握，如果設置的參數小于系統默認的最低參數，系統會自斷調整到系統最小參數。在疊加完后，筆者發現xzdw1的記錄和疊加后的記錄沒有變化，而xzdw2疊加后的記錄凡是處于兩個圖斑交界的地方都變成兩條記錄。原因是在做疊加分析時候系統默認是保存只要有接觸的所有記錄的屬性。正是這種結構為下一步的SQL語句賦屬性提供了可操作性。

第三步就是在geodatabase庫環境中用SQL語句給線狀地物的每條記錄賦圖斑的屬性，主要包括左權屬代碼、右權屬代碼、左權屬名稱、右權屬名稱、左坐落代碼、右坐落代碼、左坐落名稱、右坐落名稱、左圖斑編號、右圖斑編號等等。由于Xzdw1層中的記錄是完全落在圖斑范圍內的，所以右邊的字段可以放空。Xzdw2層中的記錄是和圖斑共邊的，所以左右兩邊均要填充屬性。

在對xzdw1和xzdw2的屬性賦值后把xzdw1和xzdw2合并成一個圖層，經字段整理后形成XZDW最終圖層。這中間有個值得注意的地方就是xzdw1和xzdw2圖層的屬性結構要一樣才可以。理論上是肯定一樣的，因為xzdw1和xzdw2是由同一個圖層分離出來的，但是不排除人為的建立新字段的可能性。所以在合并之前要檢查xzdw1和xzdw2的屬性結構一致性。

3.SQL更新實現圖斑凈面積

在對地類圖斑和線狀地物預處理后就可以通過多表鏈接更新數據，把線狀地物層中的線狀地物面積按照其所在的坐落和圖斑編號更新到地類圖斑中。算出扣除的線狀地物面積后就可以按照計算圖斑凈面積的公式算得圖斑凈面積。結果如圖5所示：

圖5 計算結果示意圖

圖5顯示圖斑T的的凈面積=15062.60217，其中扣除線狀地物面積756.334917。線狀地物面積為(線2+線3)*0.5+線1，經核對面積無誤。

四、兩種實現方式的優缺點

(一)從處理速度上分析

就計算機處理的速度上分析，二次開發方式的處理速度要比空間分析加SQL方式的速度要慢，原因是二次開發方式首先要加載圖形和數據，處理的時候也是逐圖斑搜索處理的，而空間分析加SQL方式主要的時間是空間分析的時間，不用逐圖斑搜索處理屬性，屬性處理直接在數據庫中操作，這樣速度大大提高。

(二)從繁瑣程度上分析

二次開發方式相對比較簡單，用戶只要點擊按鈕即可，不用對原始數據進行預處理。而空間分析方式則不然，在進行SQL屬性賦值之前要進行空間分析等數據預處理，而且步驟相對比較繁瑣，注意點也比較多，容易造成錯誤。

(三)從實用性上分析

在數據量不大的情況下，兩種計算方式中二次開發方式顯得更加好用。但在大數量情況下，由于二次開發方式要讀取圖形記錄，缺點顯著。且本文用的Mapobject2.3組建和vb方式開發模式，Mapobject組建開發方式有個缺點就是對大數量的數據的支持效果不是很理想。

五、結論

綜上所述，兩種方式各有優缺點，在實際工作中可以根據不同的需要，不同的情況選擇不同的方式處理。

雖然本文通過以上兩種方式處理達到了預期的效果，但是其中還有很多值得深入研究的地方，特別是上述的二次開發方式，這種方式在處理大數量方面處理效果不理想，需改用其他組建開發如AE或者AO，或采用空間數據庫引擎方式來達到理想的效果。

參考文獻：

[1]福建省縣級土地利用更新調查技術規定(試行).福建省國土資源廳.福建省土地資源調查辦公室.

[2]福建省土地利用數據庫規范.福建省第二次全國土地調查領導小組辦公室.

[3]visual Basic程序設計簡明教程.高等教育出版社.

[4]http：//www.gisempire.com/blog/user1/392/436.html.

[5]第二次全國土地調查培訓班學習材料.福建省國土資源宣傳教育中心.

[6]第二次全國土地調查培訓教材.國務院第二次全國土地調查領導小組辦公室.中國農業出版社.

[7]MapObjects 地理信息系統程序設計.國防工業出版社.

[8]http：//www.fjgtzy.gov.cn/

[9]http：//training.esri.com/gateway/index.cfm

[10]Dan Kalman.A Singularly Valuable Decomposition：The SVD of aMatrix[J].The College Mathematics Journal，1996，27(1)：2-23.

[11]http：//www.gisempire.com/blog/user1/760/981.html.

[12]王占全，趙斯思，徐慧.地理信息系統(GIS)開發工程案例精選.北京：人民郵電出版社，2004.

[13]張明鋒 GIS程序設計課件.

(作者單位：福建所思達國土規劃咨詢有限公司)