国土变更调查拓扑错误自动化修复工具的研究

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前言

随着国土变更调查，在土地管理中的重要程度越来越高，对其数据的要求也越来越高。数据能通过质检软件，作为年度国土变更调查每年能否将数据汇交至部的硬性要求，每年从事该行业的人会耗费大量的精力和时间在质检错误修改上，而修改的重点主要在拓扑错误上面，往往一个面积大一点的区县，初次建库的拓扑错误量都非常高，有些甚至是好几万个错误，虽然市面上目前有一些批量修复工具，但是整体效果都不尽人意，修复率只能到百分之60左右。针对这一行业痛点，在深入了解变更调查的技术规范和建库流程后，终于开发出了修复率能稳定在百分之90以上的修复工具。

提示：以下是本篇文章正文内容，下面案例可供参考

一、拓扑错误的形成原因

1.边界不一致

边界不一致主要是地类图斑更新层和对应的更新过程层的边界不一致，以及更新过程层和去年的基础库边界不一致。这个错误的产生原因大部分是因为建库软件容差系统和arcgis的不一样导致的，因为变更图斑多为从举证平台下载而来，因为平台采用的是4490经纬度坐标系，因为坐标保留小数位的问题，在转换为对应的高斯2000横轴墨脱卡坐标系的时候，会出现细微误差，一些建库软件因为容差问题可能会认为该图斑和对应的基础库边界是一致的，于是就导致了该问题。就如下图所示：

左边是DLTBGX层，右边是DLTB，明显看到基础库是没有拓扑错误的，但是建库软件因为容差原因，将这个错误忽略了，就导致DLTBGX层出现了边界不一致的情况。

2.不规则图形

不规则图形的主要表现特征是图形过于狭长，而判断面几何要素是否是狭长，一般有如下几种方法：

周长与面积比（P/A 指数）：这个指标是多边形的周长与其面积之比。通常来说，紧凑的多边形具有较小的周长与面积比，而非紧凑的多边形则可能有较大的比值。

Boyce-Clark半径形状指数：该指数是通过计算多边形内切圆的半径与外接圆的半径之比来度量多边形的形状规则度。规则的多边形会有较小的Boyce-Clark半径形状指数。

等周指数（Isoperimetric Quotient）：这是通过计算多边形的实际面积与等周多边形（相同周长的正多边形）的面积之比来度量紧凑度。规则的多边形具有较大的等周指数。

方向性（Aspect Ratio）：方向性是指多边形的主要轴与次要轴之比。一个正方形的方向性为1，而长条形的方向性较大。规则的多边形通常有较小的方向性。

Reock 紧凑度指数：Reock指数是通过计算多边形内切圆的半径与外接圆的半径之比来度量多边形的紧凑度。

Feret Diameter 指数：Feret Diameter是指多边形在不同方向上的最大宽度与最小宽度之比，用于度量多边形的细长程度。

形状指数（Shape Index）：形状指数是通过计算多边形边缘曲率的平均值来度量多边形的形状规则度

这里很难推测出质检软件采用的那种方法进行的判断，但是如果我是开发，从性能，综合稳定性来判定的话，我大概率会采用周长面积比进行判断，形成这个错误的原因也很简单，大部分都是因为变更图斑和基础库裁剪后，因为边界上的细缝导致的。

3.尖锐角

尖锐角的形成原因的多种多样的，有本身图形就存在尖锐角，也有因为平台下载图斑边界和基础库不一致然后叠加造成的。但是尖锐角的查找是相对非常简单的，只需要遍历每个图形，并计算每个节点的角度，并找出角度小于10度的或者大于350度的部分即可。

4.局部狭长

局部狭长的产生原因主要是在变更图斑和基础库相交的时候，两个相邻图斑，一个和基础库贴合，另外一个和基础库边界存在缝隙，在相交后就产生了局部狭长。如下图所示，A地块和基础库完美贴合，B地块和基础库存在缝隙，就产生了局部狭长

局部狭长的检查方式有很多，比如将图形向内buff对比前后几何的一致性，也有建立三角网TIN并判断是否存在长宽比超限的三角形等方法，这里很难推断出质检软件使用的那种，但是这个并不重要，只需要搞懂产生原因即可写出针对性的算法进行修复。

5.细小碎面

这个算是最好理解的拓扑错误，产生原因也很多，只要面积小于30平米的多边形就会被质检软件检测出碎片多边形，需要值得注意的是，很多狭长面、尖锐角、不规则图形本身也是碎片多边形。

6.更新层相互重叠

这个质检错误很难出现，目前大部分的建库软件都会规避这个问题， 修复方式也相对简单，找出重叠部分，再将重叠部分合并到空间关系中共边占比最多的面即可。

二、修复成果展示

展示前做个统一说明，所有的修复都考虑了村级行政区和203城镇村用地，保证修复的准确性

1.边界不一致

修复前                                                                 修复后

2.不规则图形

修复前

修复后

3.尖锐角

修复前

修复后

4.局部狭长

修复前

修复后

5.细小碎面

修复前

修复后

三、修复率统计

目前已经测试过三个区县单位的成果修复情况，直接上统计图

可以看到，不管是面积较大的区县还是面积较少的区县，修复率都能稳定百分之90以上，并且在使用其他市面上的修复工具后，依旧还能有百分之90以上的修复成功率。

四、如何使用

使用方式也很简单，无需安装任何插件，软件。登录网站即可使用修复工具。只需要准备好成果包和质检错误表即可。

总结

对该工具感兴趣的伙伴，可以后台联系。告别人海战术、告别通宵加班、科技改变生产！