对不同形态空间矢量数据一致性转换方法探讨

颜振宇

（1.海南国源土地矿产勘测规划设计院，海南 海口 570203）

第三次全国国土调查（以下简称“三调”）是一项重大的国情国力调查[1]，是查实查清土地资源的重要手段。随着经济社会的持续发展，已有的第二次全国土地调查（以下简称“二调”）成果已不能满足各方新需求和适应管理新需要。根据《土地管理法》和《土地调查条例》的要求，2017-10-16，国务院发布《关于开展第三次全国土地调查的通知》（国发〔2017〕48号）。为了适应国务院机构改革要求，2018-08-20，国务院办公厅发布《关于调整成立国务院第三次全国国土调查领导小组的通知》（国办函〔2018〕53号），决定将第三次全国土地调查调整为第三次全国国土调查。“三调”的主要目标是在第二次土地调查成果基础上，全面细化和完善土地利用基础数据，直接掌握翔实准确的国土利用现状和自然资源变化情况，进一步完善国土调查、监测和统计制度，满足生态文明建设、国土空间规划编制、国土空间用途管制、国土空间生态修复、国土空间治理能力现代化等各项工作的需要。“三调”是“二调”的延续和发展，在现有成果资料基础上，按照统一的技术标准，利用3S、测绘、互联网、云计算等技术手段，以正射影像图为基础，实地调查土地利用现状地类、面积和权属，全面反映国土利用现状和自然资源变化的情况，同时根据“三调”调查成果数据，分别对其范围内的国土利用情况进行综合分析，为生态文明建设、自然资源管理提供基础依据。

由于“二调”与“三调”所用的调查技术规程不同，具体包括同一种调查地类上图精度和表现形态存在不同，如“二调”时线状地物宽度小于20 m的，调绘中心线，用单线符号表示，称为单线线状地物；
当线状地物宽度大于等于20 m的按图斑调查，而“三调”时铁路、公路、农村道路、河流和沟渠等线状地物均以图斑方式调查[2]。如“二调”时建设用地最小上图图斑面积为400 m2，农用地为600 m2，其他地类为1 500 m2，达不到最小上图图斑面积时可用点状表示，称为零星地物；
而“三调”时建设用地最小上图图斑面积为200 m2，农用地为400 m2，其他地类为600 m2，达不到最小上图图斑面积时可采用图斑综合方式合并至相邻图斑。针对“二调”与“三调”地类上图精度和表现形态存在的不同，在开展调查成果数据综合比对分析时，需要对调查成果中空间矢量数据“点、线、面”的表现形态进行统一转换[3-6]。本文探讨了基于ArcGIS平台对不同形态空间矢量数据一致性转换的方法，对海南省“三调”成果数据综合比对分析应用进行了实验性的研究。

以海南省“二调”数据为例，针对不同形态的空间矢量数据一致性转换工作大致可分为3个阶段，分别为非面状化矢量数据提取、矢量数据分类面状化转换、转换后地类图斑更新汇总，具体工作流程如图1所示。

图1 转换工作流程图

1.1 非面状化矢量数据提取

依据《第二次全国土地调查技术规程》[7]、《土地利用数据库标准》、《土地利用现状分类》、《第二次全国土地调查数据库建设技术规范》等规范性文件，以海南省“二调”成果数据为例，提取“二调”成果数据中的非面状化空间矢量数据，具体包括线状地物和零星地物两大类，其中，线状地物包含有林地（031）、其他林地（033）、铁路用地（101）、公路用地（102）、农村道路（104）、管道运输用地（107）、河流水面（111）、沟渠（117）等11个二级分类；
零星地物则包含其他园地（023）、有林地（031）、其他林地（033）、其他草地（043）、坑塘水面（114）、设施农用地（122）、裸地（127）、村庄用地（203）、风景名胜及特殊用地（205）等17个二级分类。

1.2 矢量数据分类面状化转换

根据“二调”成果数据中的非面状化空间矢量数据类型、属性结构及调查现状分类等不同，采用分类分步的方式，实现对“二调”成果中的不同形态空间矢量数据的一致性转换。具体包括：一是从线状地物矢量数据中提取宽度（KD）、扣除图斑编号（KCTBBH）、扣除图斑单位代码（KCTBDWDM）及扣除比例（KCBL）等属性信息，结合土地利用现状调查分类编码排序，在ArcGIS平台中通过缓冲区分析工具（Buffer），实现对“二调”成果中线状地物矢量数据面状化转换；
二是从零星地物中提取面积（MJ）、坐落图斑编号（ZLTBBH）等属性信息，通过零星地物面积属性反算点状地物缓冲半径，同样在ArcGIS平台中通过缓冲区分析工具（Buffer），实现对“二调”成果中点状地物矢量数据的面状化转换。

1.3 转换后地类图斑更新汇总

首先应对分类转换后的线状地物图斑、零星地物图斑分别进行图斑拓扑关系检查和拓扑错误处理，删除因缓冲区处理后形成的自相交重叠区域；
接着分别在ArcGIS平台中通过叠加分析工具（Update），将完成拓扑处理后的线状地物和零星地物与原地类图斑进行叠加更新，汇总形成“二调”面状化转换数据成果；
最后在ArcGIS平台中通过求交分析工具（Intersect），叠加分析“二调”与“三调”空间矢量数据，获取各类现状用地面积流量变化情况，通过对海南省第三次国土调查成果数据综合比对，生成各类现状地类流量分析报表，为后续自然资源管理工作提供基础依据。

以海南省国土调查成果数据为例，本文探讨了基于ArcGIS对不同形态空间矢量数据进行一致性转换的方法，主要针对“二调”成果数据中的线状地物和点状地物分类进行实验性转换研究，并对转换前后各地类面积进行比对验证。

2.1 线状数据转换（XZDW）

海南省“二调”成果数据中的线状矢量数据，具体包含有林地（031）、其他林地（033）、铁路用地（101）、公路用地（102）、农村道路（104）、管道运输用地（107）、河流水面（111）、沟渠（117）等11个二级分类，合计1 651 740条记录，面积合计 66 176.28 hm2，具体情况见表1。

表1 “二调”线状矢量数据分类统计表

通过从线状地物矢量数据中提取宽度（KD）、扣除图斑编号（KCTBBH）、扣除图斑单位代码（KCTBDWDM）及扣除比例（KCBL）等属性信息，同时考虑到不同线状地物面状化转换后有可能存在相互压盖重叠，国土调查成果数据叠加比对分析时各类现状用地面积关注度也有所不同，按照优先保障重点关注地类图斑的完整性原则，用地面积变化关注程度越高的地类应越往后更新，采用未利用地＜农用地＜建设用地的先后顺序进行分类更新。综合考虑，具体到二级分类 更 新 顺 序 为：111＜033＜032＜031＜123＜117＜114＜108＜107＜102＜101。在ArcGIS平台中通过缓冲区分析工具（Buffer），按上述分类按顺序对“二调”成果中线状地物矢量数据进行面状化转换，转换后各线状地物图斑面积对比情况见表2。

表2 “二调”线状矢量数据分类面状化转换后面积对比统计表

2.2 点状数据转换（LXDW）

海南省“二调”成果数据中的点状矢量数据，具体包含其他园地（023）、有林地（031）、其他林地（033）、其他草地（043）、坑塘水面（114）、设施农用地（122）、裸地（127）、村庄用地（203）等17个二级分类，合计6 264条记录，面积合计351.85 hm2。

通过从零星地物中提取面积（MJ）、坐落图斑编号（ZLTBBH）等属性信息，同时考虑到不同点状地物面状化转换后有可能存在相互压盖重叠，但点状地物面积普遍较小，面状化转换后压盖重叠面积对地类比对分析结果影响也较小，因此不采用分类更新的方式，统一依据零星地物面积属性反算点状地物缓冲半径，在ArcGIS平台中通过缓冲区分析工具（Buffer），实现对“二调”成果中点状地物矢量数据的面状化转换。对转换后的零星地物做图形拓扑检查，删除重叠压盖区域后面积差异比对情况见表3。

表3 “二调”点状矢量数据面状化转换后面积对比统计表

2.3 原因分析与验证结论

通过上述方法对“二调”成果中的点状、线状地物矢量数据进行面状化转换，再根据转换后各地类面积比对情况，进一步分析验证转换方法。

1）线状地物面积偏差原因分析。造成线状地物转换后面积存在一定偏差的原因主要有2个。一是不同线状地物的垂直交叉重叠，为保持高等级的线状地物贯通，低等级线状地物则断开表示，造成部分线状地物面积灭失的情况，如图2a所示；
二是不同线状地物的平行交叉重叠，由于线状地物按原宽度属性缓冲构面后，也会出现部分交叉重叠区域，同样为保持高等级的线状地物图斑完整性，低等级线状地物则被压盖更新，造成部分线状地物面积灭失的情况，如图2b所示。

图2 线状地物面积偏差的原因

造成点状地物转换后面积存在一定偏差的原因有两个，主要原因是不同零星地物按原面积属性缓冲构面后，会出现部分交叉重叠区域，因此造成部分零星地物面积灭失的情况；
另外由于零星地物按原面积属性反算缓冲半径时，由于计算精度的原因，同样会造成造成部分零星地物面积灭失的情况，但由于四舍五入计算精度原因造成的面积灭失都比较小，可以忽略不计。

综上所述，基于ArcGIS平台通过缓冲构面的方法，对“二调”成果中的点状、线状地物矢量数据进行实验性转换后，虽有部分地类面积出现偏差，但偏差结果对全省“三调”成果数据综合比对分析应用影响较小，笔者认为可采用上述方式针对全省不同时期、不同形态的国土调查空间矢量数据进行一致性转换，并在此基础上开展数据综合比对分析，为自然资源管理提供基础数据。

4.1 矢量数据分类转换建模

Model Builder作为ArcGIS的可视化建模工具，可以实现一系列流程化的工作[8]。将上述点状、线状地物矢量数据按步骤采用Model Builder进行建模，可以轻松实现不同形态空间矢量数据分类面状化的功能[9]。根据“二调”成果数据中的非面状化空间矢量数据类型、属性结构及调查现状分类等不同，采用分类分步的方式，提取原有相关矢量数据属性信息模型构建参数，批量实现不同形态空间矢量数据一致性转换，大大提高了数据转换工作效率。

4.2 图斑椭球面积重算

图斑椭球面积重算是国土调查数据综合比对分析中的一个关键性问题，“三调”数据库启用后，新的面积量算将全部以“三调”数据库为基础。相比于“二调”数据库，“三调”去除了线状地物和零星地物图层，调查成果全部归结到地类图斑（DLTB）面状图层中[10]。要做好“二调”与“三调”空间矢量数据综合比对分析，需要对上述面状化转换后的图斑重新进行椭球面积计算，以提高数据综合比对分析精度。根据图斑椭球面积计算公式，在ArcGIS中利用ArcObject进行图斑椭球面积计算工具的设计与实现，大大提高了数据综合比对分析精度。

本文所阐述的可基于ArcGIS对不同形态空间矢量数据一致性转换方法，在应用于对海南省不同时期国土成果数据综合比对分析工作中，既提高了空间矢量数据叠加分析工作效率，也提高了数据分析精度，具有一定的推广价值。随着经济社会的持续发展，为更好地服务于生态文明建设及自然资源管理工作，在掌握翔实的自然资源利用现状数据基础上，同时更需要掌握准确的自然资源变化趋势，对全省范围内的自然资源利用变化情况进行综合比对分析，只有进一步提高数据分析精度才能更好为自然资源管理工作提供准确可靠的基础数据依据。