论文部分内容阅读
摘 要：为了提高空间数据库的建库效率和精度，本文以县级土地利用数据库建设为例，重点对建库过程中数学基础的建立、矢量化的方法及顺序选择、图形编辑处理方式等关键技术进行了探讨，为以后土地利用数据库的建设提供了一定的借鉴价值，对于加快实现国土资源的信息化、科学化具有重要意义。
关键词：县级土地利用数据库；ArcGIS；效率；精度
1、引言
近年来，随着“数字国土”工作的深入，县级土地利用数据库建设在各省区迅速展开。然而，有些地区已经建立的土地利用数据库达不到应有的应用需求，部分建立的土地利用数据库精度达不到规定要求，无法通过验收，给国土资源管理部门带来了严重不便，在一定程度上阻碍了土地管理工作的信息化和服务社会化。因此，对县级土地利用数据库建设的效率和精度问题进行研究是相当必要的。
2、建库效率和精度的方法探讨
县级土地利用数据库建设包括诸多过程和步骤，每一过程的进展和质量控制如何直接影响到整个数据库建设的效率和精度。
2.1 数学基础的建立
数学基础的确立，可以說是土地利用数据建库的首要前提和基础。因此，确保数学基础建立的正确性，有利于以后工作的顺利进行，从而对于提高整个建库的效率和精度均具有重要意义。数学基础的建立包括以下三个部分：
（1）经纬网的建立
这里为便于说明，以重庆市某地区为例：首先，根据该地区的土地接合表读得该区图幅范围左下角和右上角点的坐标分别为（106°52′30″，28°45′），（107°30′， 29°32′30″），可知该区在经纬线方向的跨度分别为37′30″，47′30″。由于1：1万地形图经纬线网间隔的图幅经纬差分别为3′45″和2′30″，由此可计算出该区要建立的经纬网的列行数分别为10列和19行，以及经纬网的度数间隔（即单个网格的像元大小）分别为0.0625，0.04166667。然后在ArcGIS（9.2及以上版本）中，通过Arc Toolbox的Data Manage tools中的Create fishnet命令，打开Create fishnet对话框，依次输入相应参数，单击OK则生成经纬网。
这里有三点需要注意：第一，所有的经纬度均化成以度为单位；第二，在Y-Axis Coordinate对话框中输入的y坐标要稍大于28°45′以确定y轴方向；第三，此时生成的经纬网还没有空间参考，因此还必须对其进行定义投影并进行投影转换，这里不作详细介绍。
（2）公里网的建立
公里网的建立过程同经纬网，不同的是在输入要生成的公里网格数据时，要输入公里网起点的地理坐标和距离间隔（1000，1000）。然后对生成的公里网直接定义投影即可。
（3）十字丝的生成
根据生成的公里网格范围，再执行一次公里网格的建立过程，但在输入要生成的公里网格数据时，公里网格的起点坐标和间隔都不变，将生成的列数和行数在原来的基础上各加1，目的是使生成的公里网格比正常的公里网在最右边和最上面多出一列和一行；然后将生成的公里网格文件输出成coverage格式，在输出文件中既包含有公里网格的线数据层，又包含有各个网格中心的点数据层，所以将点数据输出成shapefile格式的文件；之后将shapefile的点文件进行配准，使所有的点向左向下各平移500m，这样所有的点都跟公里网格的交点重合，然后改变点的符号表示，即可得到十字丝。
2.2 矢量化的方法及顺序选择
矢量化是县级土地利用数据库建设非常关键的一个环节。Arc Scan是ArcGIS的一个扫描矢量化模块，Arc Scan用于GIS的建库工作，可大大提高图形数据录入的效率和准确性[1] .在对扫描校正的图件二值化之后，由于扫描质量及底图本身的原因，常常造成地类界线、河流、道路等地物出现断点。鉴于建库的实践和经验，采用跟踪矢量化加手工即在地物连续的地方采用跟踪矢量化、在断点的地方采用手工录入的方法是目前较好的一种作业方式，既可减少大批量的数字化错误，又可大大提高矢量化的效率和准确性。
矢量化的方法确定之后，下一步的工作即进行图形要素矢量化，县级土地利用数据库中的线性要素主要包括行政界线、道路、水系、地类界线四大部分。由于矢量化工作任务繁重且需先行，因此设计科学有效、条理清晰的分层矢量化顺序，对于提高矢量化效率起着基础性的作用。加之县级土地利用数据库的建设在很大程度上都会涉及到行政区划的调整，首先保证行政区划的系统性和完整性，有利于以后工作的顺利开展。鉴于上述原因和建库实践，较为理想的顺序为：行政界线、道路、水系、地类界线。
在矢量化的过程中，有几点是需要注意的：其一，矢量化底图的比例尺不可放得过大或过小，最好控制在1：1000左右，过大或过小均会导致所画线条与图上实际偏差过大。其二，按图形中心线矢量化，在转弯的地方尽量增加采点数量以保证矢量化的图形精度。其三，设置捕捉。将ArcGIS Editor工具条的下拉菜单项Snapping下的顶点Vertex和结点End选中，以减少拓扑错误。其四，对于图上行政界线与公路、机耕道、河流等线状地物重合的部分，只对行政界线矢量化，在后期数据处理的过程中，复制重合部分到相应的线状地物层，对重合部分行政界线赋特殊代码，采用跳线线形，与普通行政界线区分。这样既保证了地物逻辑关系上的正确性，也提高了矢量化工作的速度和效率。
2.3 图形编辑处理方式的探讨
在县级土地利用数据库的建库过程中，矢量化的工作完成之后，需要进行大量的数据编辑及空间处理操作，如果处理得当，不仅可以提高图形的精度，而且可以大大加快数据编辑处理的速度和效率。
2.3.1 图幅的接边处理
图幅数据的拼接处理可以说是县级土地利用数据库建设的关键技术之一，图幅拼接处理的好坏直接影响着地物空间关系的位置正确与否，从而间接影响到整个数据库建设的精度问题。 由于扫描误差、校正误差、以及基础图件纸张收缩特性都会导致两个相邻图幅接合处产生裂隙，需要进行图幅的拼接处理。图幅的拼接包括几何接边和属性接边。几何接边主要有平均法、强制法和优化法三种，在实际操作中，可根据图形的实际情况分别采用不同的方法。属性接边主要检查在接边线处连续地物的属性是否一致。具体实现方法：以接边主图幅为基准，沿接边线搜索相邻图幅是否有相应要素，比较属性代码是否一致，位置偏差是否符合要求[2]。
2.3.2 拓扑成面细碎多边形的处理
拓扑成面的过程中，由于矢量化操作不可避免地存在一些误差，如果按系统工具默认而不手动设置容差，拓扑成面之后，常常会产生大量的细碎多边形，给之后属性数据的输入造成很大的工作量，既费力亦费时。为了尽可能减少细碎多边形的产生，首选的方法是在拓扑成面之前设置适当的容差。如果已经成面，可选方法之一是将已生成的面数据polygon输出为coverage格式的文件，在ArcGIS的Arc Toolbox中，执行clean命令，然后将生成的文件转成shapefile格式，重新导入geodatabase中成面，即可达到清除一些细碎多边形的目的。
2.3.3 图斑属性的处理
拓扑成面之后，大量的图斑属性需要输入，此时若采用手工的方式，逐一对要素输入属性值，不仅费力且效率低下，ArcGIS为我们提供了一种简单易行的处理方案——Model。在ArcGIS中，Model的作用就是把GIS数据集的一个或多个空间处理过程形象的组织起来，通过可视化的Model Building窗口，若干个分析操作可以很容易的转化成有序的处理步骤。Model允许把数据和工具按照用户指定的顺序链接到一块，形成一个自动进行空间处理的流程结构，其中的处理操作可以是ArcToolBox中的各种工具，也可以嵌入脚本或者其它Model[3]。下面以建庫过程中常见的地类图斑属性计算的Model为例进行说明。
如图1所示，此模型的功能是首先进行地类图斑与行政区划的叠加，获取行政区划的相关信息，然后增加TBH（图斑号）字段，接着计算TBH字段，最后删除多余字段（数据冗余）。通过这个例子不难看出，该模型把原本要分别操作的几个步骤集成一个连续的过程，不仅减轻了工作量，而且大大加快了属性数据的录入效率。当然，这只是一个简单的例子，在实际的工作中，可以添加所需的多个字段、集成多个步骤参与计算，可以大大提高图斑属性的录入速度和准确性。
3、结论与讨论
县级土地利用数据库是土地管理的基础数据库之一，它的建成不仅能为国土资源管理部门的日常业务工作提供详细的土地利用信息，还可以为土地变更、土地利用规划、农用地转用审批等提供基础数据，具有较宽的应用辐射面。因此加快县级土地利用数据库的建设并保证其精度具有重要的意义，本文阐述的只是加快建库效率和确保其精度的一部分技术问题，要建立完善的县级土地利用数据库需要多环节的技术支持。整个数据库建设涉及精度要求的环节较多，尚有其他方面需要以后做进一步的探讨与研究。
参考文献
[1]周小成，武法东，卢文龙.Arc Scan 在GIS空间数据库建库中的应用[J ].矿山测量，2002，12 （4）：38 - 40.
[2]曾衍伟，龚健雅.空间数据质量控制与评价方法及实现技术.武汉大学学报，2004，29（8） ：686-690.
关键词：县级土地利用数据库；ArcGIS；效率；精度
1、引言
近年来，随着“数字国土”工作的深入，县级土地利用数据库建设在各省区迅速展开。然而，有些地区已经建立的土地利用数据库达不到应有的应用需求，部分建立的土地利用数据库精度达不到规定要求，无法通过验收，给国土资源管理部门带来了严重不便，在一定程度上阻碍了土地管理工作的信息化和服务社会化。因此，对县级土地利用数据库建设的效率和精度问题进行研究是相当必要的。
2、建库效率和精度的方法探讨
县级土地利用数据库建设包括诸多过程和步骤，每一过程的进展和质量控制如何直接影响到整个数据库建设的效率和精度。
2.1 数学基础的建立
数学基础的确立，可以說是土地利用数据建库的首要前提和基础。因此，确保数学基础建立的正确性，有利于以后工作的顺利进行，从而对于提高整个建库的效率和精度均具有重要意义。数学基础的建立包括以下三个部分：
（1）经纬网的建立
这里为便于说明，以重庆市某地区为例：首先，根据该地区的土地接合表读得该区图幅范围左下角和右上角点的坐标分别为（106°52′30″，28°45′），（107°30′， 29°32′30″），可知该区在经纬线方向的跨度分别为37′30″，47′30″。由于1：1万地形图经纬线网间隔的图幅经纬差分别为3′45″和2′30″，由此可计算出该区要建立的经纬网的列行数分别为10列和19行，以及经纬网的度数间隔（即单个网格的像元大小）分别为0.0625，0.04166667。然后在ArcGIS（9.2及以上版本）中，通过Arc Toolbox的Data Manage tools中的Create fishnet命令，打开Create fishnet对话框，依次输入相应参数，单击OK则生成经纬网。
这里有三点需要注意：第一，所有的经纬度均化成以度为单位；第二，在Y-Axis Coordinate对话框中输入的y坐标要稍大于28°45′以确定y轴方向；第三，此时生成的经纬网还没有空间参考，因此还必须对其进行定义投影并进行投影转换，这里不作详细介绍。
（2）公里网的建立
公里网的建立过程同经纬网，不同的是在输入要生成的公里网格数据时，要输入公里网起点的地理坐标和距离间隔（1000，1000）。然后对生成的公里网直接定义投影即可。
（3）十字丝的生成
根据生成的公里网格范围，再执行一次公里网格的建立过程，但在输入要生成的公里网格数据时，公里网格的起点坐标和间隔都不变，将生成的列数和行数在原来的基础上各加1，目的是使生成的公里网格比正常的公里网在最右边和最上面多出一列和一行；然后将生成的公里网格文件输出成coverage格式，在输出文件中既包含有公里网格的线数据层，又包含有各个网格中心的点数据层，所以将点数据输出成shapefile格式的文件；之后将shapefile的点文件进行配准，使所有的点向左向下各平移500m，这样所有的点都跟公里网格的交点重合，然后改变点的符号表示，即可得到十字丝。
2.2 矢量化的方法及顺序选择
矢量化是县级土地利用数据库建设非常关键的一个环节。Arc Scan是ArcGIS的一个扫描矢量化模块，Arc Scan用于GIS的建库工作，可大大提高图形数据录入的效率和准确性[1] .在对扫描校正的图件二值化之后，由于扫描质量及底图本身的原因，常常造成地类界线、河流、道路等地物出现断点。鉴于建库的实践和经验，采用跟踪矢量化加手工即在地物连续的地方采用跟踪矢量化、在断点的地方采用手工录入的方法是目前较好的一种作业方式，既可减少大批量的数字化错误，又可大大提高矢量化的效率和准确性。
矢量化的方法确定之后，下一步的工作即进行图形要素矢量化，县级土地利用数据库中的线性要素主要包括行政界线、道路、水系、地类界线四大部分。由于矢量化工作任务繁重且需先行，因此设计科学有效、条理清晰的分层矢量化顺序，对于提高矢量化效率起着基础性的作用。加之县级土地利用数据库的建设在很大程度上都会涉及到行政区划的调整，首先保证行政区划的系统性和完整性，有利于以后工作的顺利开展。鉴于上述原因和建库实践，较为理想的顺序为：行政界线、道路、水系、地类界线。
在矢量化的过程中，有几点是需要注意的：其一，矢量化底图的比例尺不可放得过大或过小，最好控制在1：1000左右，过大或过小均会导致所画线条与图上实际偏差过大。其二，按图形中心线矢量化，在转弯的地方尽量增加采点数量以保证矢量化的图形精度。其三，设置捕捉。将ArcGIS Editor工具条的下拉菜单项Snapping下的顶点Vertex和结点End选中，以减少拓扑错误。其四，对于图上行政界线与公路、机耕道、河流等线状地物重合的部分，只对行政界线矢量化，在后期数据处理的过程中，复制重合部分到相应的线状地物层，对重合部分行政界线赋特殊代码，采用跳线线形，与普通行政界线区分。这样既保证了地物逻辑关系上的正确性，也提高了矢量化工作的速度和效率。
2.3 图形编辑处理方式的探讨
在县级土地利用数据库的建库过程中，矢量化的工作完成之后，需要进行大量的数据编辑及空间处理操作，如果处理得当，不仅可以提高图形的精度，而且可以大大加快数据编辑处理的速度和效率。
2.3.1 图幅的接边处理
图幅数据的拼接处理可以说是县级土地利用数据库建设的关键技术之一，图幅拼接处理的好坏直接影响着地物空间关系的位置正确与否，从而间接影响到整个数据库建设的精度问题。 由于扫描误差、校正误差、以及基础图件纸张收缩特性都会导致两个相邻图幅接合处产生裂隙，需要进行图幅的拼接处理。图幅的拼接包括几何接边和属性接边。几何接边主要有平均法、强制法和优化法三种，在实际操作中，可根据图形的实际情况分别采用不同的方法。属性接边主要检查在接边线处连续地物的属性是否一致。具体实现方法：以接边主图幅为基准，沿接边线搜索相邻图幅是否有相应要素，比较属性代码是否一致，位置偏差是否符合要求[2]。
2.3.2 拓扑成面细碎多边形的处理
拓扑成面的过程中，由于矢量化操作不可避免地存在一些误差，如果按系统工具默认而不手动设置容差，拓扑成面之后，常常会产生大量的细碎多边形，给之后属性数据的输入造成很大的工作量，既费力亦费时。为了尽可能减少细碎多边形的产生，首选的方法是在拓扑成面之前设置适当的容差。如果已经成面，可选方法之一是将已生成的面数据polygon输出为coverage格式的文件，在ArcGIS的Arc Toolbox中，执行clean命令，然后将生成的文件转成shapefile格式，重新导入geodatabase中成面，即可达到清除一些细碎多边形的目的。
2.3.3 图斑属性的处理
拓扑成面之后，大量的图斑属性需要输入，此时若采用手工的方式，逐一对要素输入属性值，不仅费力且效率低下，ArcGIS为我们提供了一种简单易行的处理方案——Model。在ArcGIS中，Model的作用就是把GIS数据集的一个或多个空间处理过程形象的组织起来，通过可视化的Model Building窗口，若干个分析操作可以很容易的转化成有序的处理步骤。Model允许把数据和工具按照用户指定的顺序链接到一块，形成一个自动进行空间处理的流程结构，其中的处理操作可以是ArcToolBox中的各种工具，也可以嵌入脚本或者其它Model[3]。下面以建庫过程中常见的地类图斑属性计算的Model为例进行说明。
如图1所示，此模型的功能是首先进行地类图斑与行政区划的叠加，获取行政区划的相关信息，然后增加TBH（图斑号）字段，接着计算TBH字段，最后删除多余字段（数据冗余）。通过这个例子不难看出，该模型把原本要分别操作的几个步骤集成一个连续的过程，不仅减轻了工作量，而且大大加快了属性数据的录入效率。当然，这只是一个简单的例子，在实际的工作中，可以添加所需的多个字段、集成多个步骤参与计算，可以大大提高图斑属性的录入速度和准确性。
3、结论与讨论
县级土地利用数据库是土地管理的基础数据库之一，它的建成不仅能为国土资源管理部门的日常业务工作提供详细的土地利用信息，还可以为土地变更、土地利用规划、农用地转用审批等提供基础数据，具有较宽的应用辐射面。因此加快县级土地利用数据库的建设并保证其精度具有重要的意义，本文阐述的只是加快建库效率和确保其精度的一部分技术问题，要建立完善的县级土地利用数据库需要多环节的技术支持。整个数据库建设涉及精度要求的环节较多，尚有其他方面需要以后做进一步的探讨与研究。
参考文献
[1]周小成，武法东，卢文龙.Arc Scan 在GIS空间数据库建库中的应用[J ].矿山测量，2002，12 （4）：38 - 40.
[2]曾衍伟，龚健雅.空间数据质量控制与评价方法及实现技术.武汉大学学报，2004，29（8） ：686-690.