1、第 3 6 卷第 3 期 2 0 0 7年 8月 測(cè)繪學(xué)報(bào) AC TA GEODAETI CA e t C ARTOGRAPHI CA S I NI CA Vo 1 3 6。No 3 Au g ， 2 0 0 7 文章編號(hào) ： 1 0 0 1 1 5 9 5 ( 2 0 0 7 ) 0 3 0 3 4 4 0 7 GI S中面狀要素矢量 中圖分類(lèi)號(hào) ： P 2 0 8 P 2 8 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 柵格化 的面積誤差分析 陳建軍， 周成虎， 程維明 ( 中國(guó)科學(xué)院地理科學(xué)與資源研究所 資源與環(huán)境信息系統(tǒng)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 北京 1 0 0 1 0 1 ) Ar e a Er r o r An a

2、 l y s i s o f Ve c t o r t o Ra s t e r C o n v e r s i o n o f Ar e a l F e a t u r e i n GI S C HE N J i a 叫a n ， Z H OU C h e n g - h u ，C HE N G We i mi n g ( L R E I S ，I n s t i t u t e o f G e o g r a p h i c S c i e n c e a n d N a t u r a l R e s o u r c e s ，C A S ， B e r i n g 1 0 0 1 0

3、1 ，C h i n a ) Ab s t r a c t ： Th e p r o c e s s o f v e c t o r t o r a s t e r c o n v e r s i o n h a s i n f o r ma t i o n l o s s e s t o a c e r t a i n e x t e n t ，a n d g e n e r a t e s t h e e r r o r p r o b l e ms Th e t h e s i s d i s c u s s e d a f e w t y p e s o f v ect o r t o

4、 r ast e r c o n v e r s i o n a n d s o me r e a s o n s o f t h e e r r o r s ，a n d s y s t e m a t i c all y a n a l y z e d t h e p r o g r e s s t h a t t h e e r r o r a n aly s i s me t h o d s h a v e p r o g r e s s e d i n v ec t o r t o r ast e r c o n v e r s i o n o f a r e al f e a t

5、u r e , me a n wh i l e a n aly z ed t h e c u r r e n t e x i s t e n t k e y p r o b l e ms Th e t h e s i s p u t f o r wa r d a n e w e r r o r a n al y s i s me t h o d，wh i c h ma d e u s e o f p r o p o r t i o n c o mp o n e n t me t h o d t o c r eat e s t r u c t u r e r ast e r d a t a a

6、n d c a r r i ed o n e rro r a n aly s i s i n v ect o r t o r ast e r c o n v e r s i o n o f a r e al f e a t u r e b ase d s t ru c t u r e r as t e r d a t a F i n a l l y，t h e t h e s i s t o o k t h e v e c t o r t o r ast e r c o n v e r s i o n o f l a u d - u s e d a t a as a n e x a mp l

7、e c a r ri e d o n t h e v e r i fi c a t i o n r e s e a r c hTh e r e s u l t d i sco v e r ed t h a t t h e n o r mal a n aly i s me t h o d u n d e r r a t ed t h e e r r o r o f v ect o r t o r ast e r c o n v e r s i o n ，b e c a u s e n o n e f u l l c o n s i d e r e d“ t h i s r edu c e ， s

8、 i mu l t a n e i t y t h a t i n c r e me n t ”p r o b l e m t h a t e r r o r s we r e n o t d i s t r i b u t ed e q u a b l y o n s p a c e i n t h e v ect o r t o r ast e r c o n v e rsi o n Th e t h e s i s s u g g e s t e d t h a t we mi g h t a d o p t s t ru c t u r e r ast e r d a t a t o

9、i mp r o v e t h e e r r o r a n aly s i s i n v ec t o r t o r ast e r c o n v e r s i o nT h e me t h o d c a n dis t i n g u i s h e r r o r s f r o m t h e c a u s e o f“ t h i s r e d u c e a n d t h e c a u s e o f“ t h a t i n c r e me n t ” ，a n d t h e e r r o r a n al y s i s i s m o r e o

10、 v e r a l l ， o b j ect i v e a n d a c c u r a t e I n t h e me a n w h il e ， w e e asi l y ma k e v i s u al i z a t i o n a n d c r e a t e e r r o r ma p o n t h e r e s u l t s o f e r r o r a n aly s i s ， Ke y wo r d s ： are al f e a t u r e ；v ect o r t o r ast e r c o n v e r s i o n ；e r

11、 r o r a n aly s i s ；p r o p o r t i o n c o mp o n e n t ；s t ru c t u r e r ast e r d a t a 摘要： 在探討矢量柵格化的幾種形式和產(chǎn)生誤差原因的基礎(chǔ)上， 系統(tǒng)分析在面狀要素矢量柵格化的誤差分析 方法研究方面所取得的進(jìn)展 ， 指出當(dāng)前分析方法存在的主要問(wèn)題， 并提 出利用結(jié)構(gòu)性柵格數(shù)據(jù)進(jìn)行面狀要素矢 量柵格化的誤差分析方法， 然后以土地利用數(shù)據(jù)的柵格化為例進(jìn)行實(shí)證研究。研究表明， 常規(guī)分析方法很大程 度上低估了柵格化的誤差， 因?yàn)闆](méi)有充分考慮柵格化誤差存在空間上的“ 此消彼長(zhǎng)” 現(xiàn)象。建議采用結(jié)構(gòu)性柵

12、 格數(shù)據(jù)來(lái)改善柵格化誤差分析， 對(duì)誤差作基于格網(wǎng)的量化計(jì)算， 并標(biāo)記在單元格上。它能有效地區(qū)分“ 此消” 與 “ 彼長(zhǎng)” 導(dǎo)致的誤差， 使 面狀要素柵格化的誤差分析更加全面、 客觀、 準(zhǔn)確， 且容易進(jìn)行誤差的量化分析與表示。 關(guān)鍵詞： 面狀要素；矢量柵格化 ； 誤差分析；比例成分法； 結(jié)構(gòu)性柵格數(shù)據(jù) 1 引言 柵格數(shù)據(jù)是地理信息系統(tǒng) 的重要數(shù)據(jù)類(lèi) 型。 基于 G I S 的空間分析和空間建模等中多采用柵 格數(shù)據(jù) 1 , 2 3 ， 如洪水時(shí)空過(guò)程模 擬。較多柵格數(shù) 據(jù)是通過(guò)矢量數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)生產(chǎn)、 存貯與更新 ， 然 后將矢量轉(zhuǎn)換成柵格 。在 G I S中將矢量數(shù) 據(jù)轉(zhuǎn) 成柵格數(shù)據(jù)的過(guò)程， 稱之

13、為矢量柵格化或柵格化 ( V e c t o r t o R a s t e r C o n v e r s i o n或 R ast e r i z a t i o n ) ， 以 下簡(jiǎn)稱“ 柵格化” 。本研究以面狀要素柵格化的面 積誤差分析與度量為主線 ， 分析國(guó)內(nèi)外在處理這 個(gè)問(wèn)題所存在的問(wèn)題， 然后提出更合理地評(píng)價(jià)方 法 ， 使誤差分析更加全面、 準(zhǔn)確、 直觀。 柵格化是一個(gè)有損轉(zhuǎn)換過(guò)程， 無(wú)論怎樣提高 收稿 13 期 ： 2 0 0 6 0 4 0 4 ； 修 回13期 ： 2 0 0 7 0 3 2 0 基金項(xiàng)目： 國(guó)家杰出青年基金項(xiàng) 目( 4 0 2 2 5 0 0 4 ) ；

14、國(guó)家 自然基金地區(qū)基金項(xiàng) 目( 4 0 5 6 1 0 1 1 ) ； 科技部國(guó)家科技基礎(chǔ)條件平臺(tái)項(xiàng) 目 ( 2 0 04DK A 2 0 1 8 0 0 8 ) 作者簡(jiǎn)介： 陳建軍( 1 9 7 5 ) ， 男， 江西豐城人， 博士后， 主要從事 G I S 與遙感綜合應(yīng)用與資源環(huán)境遙感方面研究。 E ma i l ： c h e n j j l r e i s a c c n 維普資訊 第 3期 陳建軍等： G I S中面狀要素矢量柵格化的面積誤差分析 3 4 5 轉(zhuǎn)換精度 ， 都會(huì)產(chǎn)生一定 的誤差 ， 對(duì)于面狀要素的 柵格化過(guò)程中， 包括類(lèi)型面積 、 圖斑形狀 與結(jié)構(gòu) 、 幾何位置 、

15、屬性等誤差。它們與所使用的數(shù)據(jù) 、 算 法、 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)等有關(guān)_ 3 J 。不同 GI S軟件有不 同的 柵格 化算 法 ， 同樣 的 輸 入 可 能 產(chǎn) 生不 同 的結(jié) 果_ 4 j 。有學(xué)者很早就指 出我們 對(duì)數(shù)據(jù)處 理過(guò)程 中的誤差 的 了解甚少 5 l ， 并 且重視不 夠。因此 ， 誤差評(píng)估和減少誤差 的方法是值得研究 的問(wèn)題 ， 許多學(xué)者對(duì)此進(jìn)行了有意義 的探討。 S h o r t r i d g e 認(rèn)為柵格化的誤差對(duì)于柵格單元大 小 、 多邊形的形狀和結(jié)構(gòu)都比較敏感_ 6 j 。G a l t o n系 統(tǒng)地研究 了矢量數(shù)據(jù)在柵格化過(guò)程中空間屬性的 粒度敏感性 ， 在特定的粒度

16、水平上柵格化， 有些屬 性可以保持， 有些屬性將會(huì)丟失_ 7 J ， 實(shí)質(zhì)上最后結(jié) 果誤差也是一種面積誤差。B u r r o u g h 等深入而詳 細(xì)地論述了柵格化中的誤差的來(lái)源問(wèn)題 ， 但沒(méi)有關(guān) 于誤差評(píng)估與減少誤差方面的研究 j 。 F r o l o v和 Ma l i n g最早提 出了一種柵 格化誤 差的概率統(tǒng)計(jì)估算 方法 ， 認(rèn)為一個(gè)柵格單元被一 條實(shí)際邊界線二等分而導(dǎo)致的誤差是概率問(wèn)題 ， 用概率統(tǒng)計(jì)方法分析誤 差 ， 由此推廣到多邊形 的 柵格化誤差_ 9 ， J 。其后 ， G o o d c h i l d重新研究 了這 個(gè)問(wèn) 題， 并 對(duì) 其 中 的參 數(shù) 進(jìn) 行 了

17、適 當(dāng) 的修 正_ 1 1 2 3 。S w i t z e r 提 出了另一種估計(jì)矢量數(shù)據(jù)柵 格化的精度的方法 ， 基本思想是假設(shè)存在一幅理 想的矢量地圖， 圖上不 同屬性的制 圖單元 由準(zhǔn)確 的邊界分開(kāi)， 對(duì)理想地圖進(jìn)行觀測(cè)采樣得到一幅 具有規(guī)則格 網(wǎng)的柵格地 圖， 把這兩幅 圖進(jìn)行疊置 比較分析誤差 加， j 。B r e g t 等提出雙重轉(zhuǎn)換方法 與邊界指數(shù)結(jié)合進(jìn)行誤差分析 。 劉明亮等分析 了依據(jù) 面積最 大原則生成 1 k m 單一屬性值柵格數(shù)據(jù) 與原 始成分類(lèi)型數(shù)據(jù) 之間的誤差分布_ 1 。楊存建等探討 了在不 同尺 度柵格大小的情況下 ， 各種土地利用類(lèi)型在轉(zhuǎn)化 過(guò)程中的精度

18、損失情況 ， 研究 表明精度損失與地 類(lèi) 的平均斑塊大小和柵格尺度之間的關(guān)系可以用 模型來(lái)表達(dá)【 1 6 。 以前分析方法都存在一定的局限性， 主要原 因是沒(méi)有基于柵格單 元 ， 對(duì)柵格化 中的此消彼長(zhǎng) 和空間分布關(guān)注不夠。 2 面狀要素柵格化過(guò)程中的誤差產(chǎn)生原因 在 G I S 中面狀要素的矢量轉(zhuǎn)化為規(guī)則單元 的柵格數(shù)據(jù)， 首先要選擇單元大小， 并確定合適的 柵格編碼方法。在決定柵格代碼時(shí)盡量保持地表 的真實(shí)性 ， 保證最大的信息容量， 或者滿足特定 的 要求。圖 1 所示的一塊矩形地表 區(qū)域 ， 內(nèi)部含有 ，B， C三種地物類(lèi)型 ， O點(diǎn)為 中心點(diǎn) ， 將這個(gè)矩 形 區(qū)域近似地表示為柵格結(jié)

19、構(gòu) 中的一個(gè)柵格單元 時(shí)， 可根據(jù)需要 ， 采取如下 的方式之一來(lái)決定柵格 單元的代碼 1 。這也代表幾種不 同的柵格化處 理過(guò)程的賦值方式： 中心點(diǎn)法， 中心點(diǎn) O落在 代碼 為 C的地物范 圍內(nèi)， 按 中心點(diǎn)法 的規(guī)則 ， 該 矩形區(qū)域相應(yīng)的柵格單元代碼為 C ； 面積占優(yōu) 法 ， 顯見(jiàn) B類(lèi)地物所 占面積最大 ， 故相應(yīng)柵格代 碼定為 B； 長(zhǎng)度 占優(yōu)法 ， 根據(jù)每個(gè)柵格單元 的 中線( 水平或垂直) 的大部分長(zhǎng)度所對(duì)應(yīng)的地物類(lèi) 型的屬性值來(lái)確定柵格單元 的代碼 ， 根據(jù)此原則 ， 柵格單元的代碼應(yīng)該為 B； 重要性法 ， 假設(shè) 圖 中 A類(lèi)最重要的地物類(lèi)型， 則柵格單元的代碼應(yīng) 為 A

20、。 圖 1 屬性碼的確定 F i g 1 Th e c o n fi r ma t i o n o f t h e c o d e 由于每個(gè)柵格單元只有單一屬性值 ， 當(dāng)在一 個(gè)柵格范圍內(nèi)多于一種地物 的情 況下 ， 而表示在 相應(yīng)的柵格數(shù)據(jù) 中僅是一個(gè)代碼 ， 這時(shí)誤差就必 將產(chǎn)生。并且 ， 這個(gè)屬性誤差 與矢量 G I S中的面 狀要素的屬性誤差是不一樣_ 1 ， 它是一個(gè)處理過(guò) 程誤差 。由于柵格屬性值 的誤差 ， 必將導(dǎo)致各類(lèi) 型的面積統(tǒng)計(jì)誤差。 3 面狀要素柵格化中的面積誤差分析 問(wèn)題 在轉(zhuǎn)換集成一個(gè)柵格單元較大并且應(yīng)用于空 間建模和定量分析情況下 ， 必須評(píng)估在此轉(zhuǎn)換產(chǎn) 生的誤差

21、。從幾何概率方面分析柵格化過(guò)程的誤 差， 沒(méi)有考慮位置漂移問(wèn)題和在邊界是有 2 種以 上的類(lèi)型的誤差 ， 當(dāng)一個(gè)邊界是二等以上時(shí)， 此方 法就不再適合。B r e g t 等提出的雙重轉(zhuǎn)換與邊界 維普資訊 測(cè)繪學(xué)報(bào) 第 3 6 卷 的方法 ， 也對(duì)同樣沒(méi)有解決 3種類(lèi)型共一個(gè)柵格 單元 的情況。對(duì)于與理想柵格地 圖對(duì) 比方法 ， 理 想地圖是一個(gè)模糊和不易操作 的難題?？傊?， 這 些方法都只注意到各類(lèi)型面積誤差， 而沒(méi)有分析 每一個(gè)柵格單元 內(nèi)的誤差 ， 在此統(tǒng)稱為“ 常規(guī)分析 方法” 。 這些常規(guī)分析方法的思想用數(shù)量方法可以概 括為 某類(lèi)型面積誤差公式 ： E=A g A ( 1 ) 其中

22、， A 表示基于柵格求算的面積， A 表示用矢 量數(shù)據(jù)求出的面積， E表示面積誤差， 取正值表 示比實(shí)際的面積大， 取負(fù)值表示比實(shí)際的小。 某類(lèi)型的面積誤差率計(jì)算式： Y=E A ( 2 ) 其中， y表示誤差率， 取值為 一1 至 1 之間， 當(dāng) y 為負(fù)值時(shí)， 表示面積小于實(shí)際面積， 為正值時(shí)， 表 示面積大于實(shí)際面積。 當(dāng)前柵格化過(guò)程中的誤差分析存在有以下不 足之處 ： 只顧及各類(lèi)型面積的總體誤差 ， 而沒(méi) 有考慮“ 此消彼長(zhǎng)” 和空間位置漂移現(xiàn)象 ； 只考 慮 了數(shù)量上 問(wèn)題 ， 而不注 重質(zhì) 的問(wèn)題 ； 沒(méi)有分 析誤差空 間分 布規(guī)律。這些 問(wèn)題沒(méi)有充分 地解 決 ， 將對(duì)分析與模擬

23、結(jié)果的精度產(chǎn)生影響， 并且不 利于對(duì)誤差傳播機(jī)制的深入研究。 總體誤差的分析 ， 并不能反映出誤差 的空 間 分布規(guī)律與狀態(tài) ， 而這些局部誤差可能導(dǎo)致某些 重要細(xì)節(jié)信 息丟失或錯(cuò)誤結(jié)果 。柵格化過(guò)程 中的誤差認(rèn)知可以分為質(zhì)的識(shí)別 、 量的統(tǒng)計(jì)規(guī)律 、 量的精確值 3個(gè)層次， 按該順序?qū)ΜF(xiàn)象的認(rèn)識(shí)越 來(lái)越深入【 2 0 J 。 此消彼長(zhǎng)是客觀分布規(guī)律， 在匯總統(tǒng)計(jì)過(guò)程 常會(huì) 出現(xiàn)部分相互抵消現(xiàn)象 ， 從而掩飾部分誤差 ， 只有針對(duì)每一個(gè)柵格單元 的分析 ， 才能有效分析 此類(lèi)柵格化誤差。為了全面地分析面狀要素柵格 化的面積誤差 ， 在實(shí)驗(yàn)研究基礎(chǔ)上 ， 提出基于結(jié)構(gòu) 性柵格數(shù)據(jù)的誤差分析方法

24、， 誤差分析深入到每 一 個(gè)柵格單元 中。 4 基于結(jié)構(gòu)性柵格數(shù)據(jù)的柵格化誤差分 析方法 基于結(jié)構(gòu)性柵格數(shù)據(jù)的誤差分析方法需兩個(gè) 步驟 ： 第一是進(jìn)行矢量數(shù)據(jù)雙重柵格化處理 ， 包括 一 般柵格化( 本論文中主要針對(duì)“ 面積 占優(yōu)法 ” 柵 格化) 和采用 比例成分法生成結(jié)構(gòu)性柵格數(shù)據(jù) ； 第 二步通過(guò)兩個(gè)數(shù)據(jù)層關(guān)聯(lián)在一起進(jìn)行柵格化的誤 差分析 ， 一般柵格化 的數(shù)據(jù)層為對(duì) 比分析對(duì)象 ， 而 結(jié)構(gòu)性柵格為誤差分析的參考數(shù)據(jù)或基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。 結(jié)構(gòu)性柵格數(shù)據(jù)是一種特定柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) ， 主要是因?yàn)樗c通常的柵格單元的代碼確定方式 不一樣 ， 經(jīng)過(guò)一定的方法處理后 ， 每個(gè)柵格單元對(duì) 應(yīng)有一組結(jié)構(gòu)性的屬

25、性值記錄， 詳細(xì)地記錄柵格 單元內(nèi)類(lèi)型組成信息。可以根據(jù)具體研究的需要 設(shè)計(jì)其記錄的結(jié)構(gòu)模式， 來(lái)提高數(shù)據(jù)表達(dá)精度和 靈活性 ， 所以稱之為“ 結(jié)構(gòu)性柵格數(shù)據(jù)” ， 見(jiàn)圖 2 。 基于結(jié)構(gòu)性柵格數(shù)據(jù)的誤差分析方法的思想用數(shù) 量方法可以概括為 4類(lèi)。 I D 尸 B P C P l l 尸 2 M 2 P 3 M 3 P 一一 l 29 0 20 5 O 3 0 B 5O C 3O 2 0 注 ：I D為索 引號(hào) ， B P， C _ P分 為A，B，C在柵 格 單 元所 占面 積 百分 比， l ， 2 ， 3 為 所 占面積 大 小 的排 列 ，而 l ， 2 ， 3 的 多 少用 l 一

26、M l P 一 一 3 一 P 圖 2 結(jié)構(gòu)性柵格數(shù)據(jù)的記錄格式 Fi g 2 Th e s t o r a g e f o r ma t o f s t r u c t u r e r a s t e r d a t a 4 1 每一個(gè)柵格 內(nèi)的面積誤差計(jì)算式 當(dāng) P為最大時(shí)， 則在此柵格內(nèi)發(fā)生擴(kuò)張而占 有其他類(lèi)型的面積 ， 計(jì)算式為 = ( ( 1 0 0 一P) U) I O 0 ( 3 ) 而當(dāng) P不為最 大時(shí)， 則 在此柵 格 內(nèi)會(huì) 消失 ， 應(yīng)是面積減小 ， 計(jì)算式為 。 =一( PU) I O 0 ( 4 ) 其中， e 玎 為在e q 表示某一類(lèi)型在每一個(gè)柵格單元 內(nèi)部的增減面

27、積， 取正值表示此類(lèi)型占有該柵格 單元且比其實(shí)際的面積大， 取負(fù)值表示在此類(lèi)型 維普資訊 第 3期 陳建軍等： G I S中面狀要素矢量柵格化的面積誤差分析 3 4 7 在柵格單元內(nèi)部消失， 單位為 i n ； i ， 分別為柵 格單元的行 、 列數(shù) ； U為柵格單元 的面積大小 ， 單 位為 i n ， P為某一類(lèi)型在柵格單元內(nèi)所 占的面積 a除以柵格單元的面積 ， 再乘 以 1 0 0所得 的面積 百分比數(shù) ， 即 P=( a U) 1 0 0 。因?yàn)檎`差分析 是基于每一個(gè)柵格單元的分析， 所以可對(duì)其結(jié)果 進(jìn)行空間上量化表示 ， 生成誤差分 布圖。誤差分 布圖無(wú)疑是最能直觀反映誤差空間分布

28、規(guī)律的技 術(shù)手段 2 3 。 4 2 某一類(lèi)型面積誤差的計(jì)算方法 E ： e ( 5 ) i= 1 J= 1 E ： e ( 6 ) i = 1 J= 1 E = E +I E I ( 7 ) 其中， i ， 分別為柵格單元 的行 、 列數(shù) ； E 表示擴(kuò) 張導(dǎo)致增加的總面積， E 表示縮減導(dǎo)致減少的總 面積 ， E表示 由擴(kuò)張和收縮導(dǎo)致變化總的面積誤 差 ， 單位都為 i n ； m， n為柵格數(shù)據(jù) 中的每個(gè)柵格 的行 、 列數(shù) 。 4 3 各類(lèi)型的面積誤差計(jì)算式 Y =E A ( 8 ) Y =E A ( 9 ) Y=E A ( 1 0 ) 其 中， y 表示擴(kuò)張導(dǎo)致 的誤差率 ； Y 表

29、示收縮導(dǎo) 致 的誤差 率；Y表示 由擴(kuò) 張和收縮 導(dǎo)致 的誤 差 率 ； A， 表示各類(lèi) 型基于矢量數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)的面積 。 4 4 分析每一柵格單元中的類(lèi)型精度 類(lèi)型精度為柵格 內(nèi)的類(lèi)型數(shù)的倒數(shù) ： =1 n ( 1 1 ) 其中， n為柵格內(nèi)的類(lèi)型數(shù)。 如圖 2所示， 該柵格單元 的原始矢量 數(shù)據(jù)包 含有 3種類(lèi)型 ， 即 n=3 ， 轉(zhuǎn)換成柵格單元后只含 有一種類(lèi)型， 則其類(lèi)型精度為 =1 3 =0 3 3 3 3 。 因?yàn)轭?lèi)型精度是基于每一個(gè)柵格單元的分析， 所 以很容易對(duì)其結(jié)果進(jìn)行空間上量化表示 。 5 實(shí)證研究 以四川省雅安市雨城區(qū)的 2 0 0 0年 TM影像 解譯的土地利用數(shù)據(jù)的局部

30、為例 ， 此地區(qū)為山區(qū)， 土地景觀格局 比較破碎 ， 柵 格化過(guò)程 中的柵格單 元大小為 5 0 0 m 5 0 0 m， 柵格化方法是采用面積 占優(yōu)法 。兩種不 同的方法對(duì)面積 占優(yōu)法柵格化后 的結(jié)果的誤差進(jìn)行分析與評(píng)價(jià) ， 并 比較它們 的效 果 。 5 1 矢量數(shù)據(jù)柵格化處理 第一次是按照常規(guī)的面狀要素柵格化進(jìn)行柵 格化處理。本論 文研 究 中是基 于 A r c G I S軟件 ， 采用應(yīng)用命令 P o l y g r i d 將矢量( C o v e r a g e ) 土地利 用數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成柵格單元為 5 0 0 i n5 0 0 i n柵格結(jié) 構(gòu) ( G r i d ) 數(shù)據(jù) ，

31、以面積 占優(yōu) 法賦屬性代碼 ， 此過(guò)程 為軟件所提供且使用 比較普遍 ， 在此不贅述 ， 請(qǐng)參 見(jiàn) 圖 3 ， 圖 4 。 圖 例 口灌木林地 匿 山地水 田 口t l J 地旱地 匿 草地 匠陵水田 囝丘 陵旱地 圖 3 基于矢量 的土地利用 圖 F i g 3 L a n d u s e ma p b a s e d O i l v e c t o r d a t a 圖 例 團(tuán) 灌木 林 地 圖山地 水 田豳山地 旱地 圈草 地 圖匠陵水 田_丘 陵 旱地 圖4 柵格化后的土地利用圖 F i g 4 L a n d u s e ma p a f t e r r a s t e r i z

32、 a t i o n 第二次是對(duì) 同一矢量 ( C o v e r a g e ) 土地利用數(shù) 據(jù)轉(zhuǎn)換成結(jié)構(gòu)性柵格數(shù)據(jù)。此過(guò)程， 一般的軟件 不能直接完成 ， 而是要通過(guò)一系列操作 ( 或程序 ) 才能完成。 結(jié)構(gòu)性柵格 數(shù)據(jù) 的生成方 法 ，A r c G I S軟件 中提到 比例分成法 的思想 ， 但沒(méi)有具體實(shí)現(xiàn) 的方 維普資訊 3 4 8 測(cè)繪學(xué)報(bào) 第 3 6 卷 法和程序。國(guó)內(nèi)一些學(xué)者為實(shí)現(xiàn)此方法提出了一 些實(shí)現(xiàn)方案。在參考高志強(qiáng)、 唐先明和葉寶瑩等 思想的基礎(chǔ)上 卜 ， 使用 A r c G I S軟件實(shí)現(xiàn)， 通 過(guò)其宏語(yǔ)言 A ML 結(jié)合， 可以實(shí)現(xiàn)批處理。最后， 將兩種不同方式的

33、柵格化的數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)在一起 ， 以 便于誤差分析 。 5 2 兩種不同柵格化的誤差分析分法的比較分析 5 2 1 常規(guī)分析方法的誤差分析 根據(jù)常規(guī)分析方法 的誤差分析原理 ， 不需要 進(jìn)行復(fù)雜的數(shù)據(jù)預(yù)處理 ， 只需簡(jiǎn)單地運(yùn)用式( 1 ) 和 式( 2 ) 可分別計(jì)算出各類(lèi)的面積誤差與誤差率， 其 結(jié)果見(jiàn)表 1 。 表 1 常規(guī)分析方法的誤差分析結(jié)果 Ta b 1nl e r e s u l t o f t h e n o r ma l e no r a n a l y s i s me t h o d m 5 2 2 基于結(jié)構(gòu)性柵格數(shù)據(jù)的誤差分析 根據(jù)基于結(jié)構(gòu)性柵格數(shù)據(jù)的柵格化誤差分析 方法， 依

34、次分別對(duì)灌木林地、 草地、 山地水田、 丘陵 水 田、 山地旱地和丘陵旱地 ， 應(yīng)用式 ( 3 ) 和式( 4 ) 計(jì) 算出每一個(gè)柵格單元 中的增減情況 ， 進(jìn)一步運(yùn)用 式( 5 ) 、 ( 6 ) 、 ( 7 ) 分別統(tǒng)計(jì) 出擴(kuò)張導(dǎo)致的面積誤差 、 收縮導(dǎo)致的面積誤差 、 總面積誤差( 擴(kuò)張與收縮) ， 再后依據(jù)式( 8 ) ， 式( 9 ) ， 式( 1 0 ) 分別得出擴(kuò)張導(dǎo)致 的誤差率、 收縮導(dǎo)致的誤差率、 總誤差率( 擴(kuò)張與 收縮 ) ， 其 分析 結(jié)果 見(jiàn) 表 2 。同時(shí) ， 可 以運(yùn) 用 式 ( 1 1 ) 求出每一個(gè)柵格單元內(nèi)的類(lèi)型精度( 如圖 5 ) 和面積精度( 如圖 6

35、) 表 2 基于結(jié)構(gòu)性柵格數(shù)據(jù)的誤差分析結(jié)果 Ta b 2 Th e r e s u l t o f t h e e no r a n a l y s i s me t h o d I ms e d O i l t h e s t r u c t u r e r a s t e r d a t a m 圖 例 I- - l 灌木林地 山地水田圈山地旱地 囹草地盛 圈 丘陵水 田 丘 陵旱地 圖 5 柵格化的類(lèi)型精度 Fi g 5 Ty pe s p r e ci s i o n of r a s t e r i z a t i o n 圖 例 E E l 灌木林地 山地水田圈山地旱地 草地 豳

36、丘陵水田 丘陵旱地 圖 6 柵格化的面積精度 F i g 6 Ar e a p r e c i s i o n o f r a s t e r i z a t i o n 維普資訊 第 3 期 陳建軍等 ： G I S中面狀要素矢量柵格化的面積誤差分析 3 4 9 5 2 3 兩種誤差分析方法的結(jié)果對(duì)比分析 表 1 與表 2的數(shù)據(jù)和圖 7都 明顯地反 映了， 常規(guī)分析方法與基于結(jié)構(gòu)性柵格數(shù)據(jù)的分析方法 是有較大差異的 ， 前者大大低估 了誤差 ， 因?yàn)椤?此 消彼長(zhǎng)” 現(xiàn)象造成的一些誤差相互抵消 ， 后者更準(zhǔn) 確且細(xì)化 ， 有增有減 ， 增與減的誤差分明。 由此可見(jiàn) ， 基 于結(jié)構(gòu)性柵格數(shù)據(jù)

37、的柵格化誤 差分析方法更為合理和準(zhǔn)確 。同時(shí)， 還 可以生成 每一個(gè)柵格單元 的誤差分布圖。 1 2 1 O O 8 0 6 0 4 0 2 0 0 0 2 0 4 0 6 0 8 1 0 1 2 山地 水田 山地 旱地 灌 木 林 地草 地 目 丘 陵 水 田 | 丘 陵 旱 地 ： 目 目 | 目 | 目 | 目 ： 叫 刪 叫 刪 一 - 町常 規(guī)方法 的誤差 j圈擴(kuò)張 導(dǎo)致 的 誤差率 母收縮 導(dǎo)致 的誤差i 誤 差率 ( 擴(kuò) 張 與收縮， 圖 7 不同類(lèi)型誤差率的對(duì) 比 F i g 7 Th e c o n t r a s t o f t h e d i f f e r e n t

38、e r r o r r a t i o s 6 結(jié)論與討論 面狀要素柵格化作 為一種數(shù) 據(jù)格式轉(zhuǎn)換 過(guò) 程 ， 是 G I S中基 本操作或功能 ， 它的誤差是不 可 避免 的， 因而對(duì)其誤差進(jìn)行正確合理 的分析是 十 分重要的。雖然許多學(xué)者在這方面進(jìn)行了大量的 研究 ， 但還是對(duì)空間分布問(wèn)題缺乏足夠重視 。筆 者針對(duì)此問(wèn)題 ， 提 出基于結(jié)構(gòu)性柵格數(shù)據(jù) 的面狀 要素柵格化誤差分析 的方法 ， 不僅考慮誤差 的空 間分布 ， 而且注意了每一個(gè)柵格單元的類(lèi)型誤差 ， 使誤差分析更加全面、 客觀 、 準(zhǔn)確 ， 并容易進(jìn)行誤 差的量化分析與表示 。 基于結(jié)柯 I生柵格數(shù)據(jù)的柵格化誤差分析方法 與常規(guī)

39、 的誤差分析方法 的最大差異是 ， 基 于結(jié)構(gòu) 性柵格數(shù)據(jù) 的柵格化誤差分析方法是以柵格單元 為基礎(chǔ)進(jìn)行誤差分析 ， 而 常規(guī) 的誤差 分析方法是 以類(lèi)型為基礎(chǔ)進(jìn)行誤差分析。因此 ， 有效地把“ 此 消彼長(zhǎng)” 區(qū)別開(kāi)來(lái)進(jìn)行分析 ， 局部的“ 此消” 導(dǎo)致 的 面積減小和另一個(gè)局部 的“ 彼長(zhǎng)” 導(dǎo)致 的面積增長(zhǎng) 都是柵格化的誤差 ， 兩者是不能相互抵消的。 筆者認(rèn)為 ， 還需進(jìn)一步研究柵格化導(dǎo)致 的空 間格局變化方面內(nèi)容 ， 如何評(píng)價(jià)空間格局的誤差 ， 并且建立面積誤差與格局誤差之間的關(guān)系。 參考文獻(xiàn) ： 1 MI CH AE L N D EME R S 、 G I S Mo d e l i

40、n g i n R a s t e r M 、N e w Yo r k：J o h n Wi l e v S o n s ，I n c ，2 0 O 2 2 B A T E S P D ，DE R OO A P J A S i mp l e R ast e r - b ase d Mo d e l f o r F l o o d I n u n d a t i o n S i mu l a t i o n J J o u r n a l o f H y d r o l o g y ， 2 0 0 0， 23 6： 5 4 7 7 3 B UR R OUGH P AP r i n c ip l

41、e s o f G e o g r a p h i c al I n f o r ma t i o n S y s t e ms f o r L a n d R e s o u r c e s As s e s s me n tM O x f o r d ： Cl a r e n d o n Pr e s s ， 1 98 6 4 KN AA P V AN D ER T h e Ve c t o r t o R ast e r C o n v e r s i o n ：( Mis ) Us e i n G e o g r a p h i c al I n f o r m a t i o n S

42、 y s t e m s J I n t e rna t i o n al J o u r n al o f Ge o g r a p h i c al I n f o r m a t i o n S y s t e ms ，1 9 9 2 ，6( 2) ： 1 5 9 1 7 0 5 L I U We n - b a o ，D EN G Mi n ，XI A Z o n g - g u o A n aly s i s o f U n c e r t a i n t i e s o f A t t r i b u t e s in Vect o r GI S J J A c t a Ge o

43、d a e t i c a e t C a r t o g r a p h i c a S ini c a 。 2 0 0 0 ， 2 9 ( 1 ) ： 7 6 8 1 ( 劉文寶 ， 鄧敏 ， 夏宗 國(guó) 矢量 G I S中屬性數(shù)據(jù) 的不確定 性分析 J 測(cè) 繪學(xué) 報(bào) ， 2 0 0 0 ， 2 9 ( 1 ) ： 7 6 培1 ) 6 S HOR T RI D GE A MGe o me t ri c V a r i a b i l i t y o f R ast e r C e l l C l ass A s s i g n m e n t I n t e r n a t i o n a

44、l J o u r n al o f G e o g r a p h i c al I n f o r ma t i o n S c i e n c e ， 2 0 0 4 ，1 8 ( 6 ) ：5 3 9 5 5 8 1 7 J A NT ONY GA L T ONG r anu l a ri t y - s e n s i t i v e S p a t i al At t ri b u t e s J S p a t i al C o g n i t i o n and C o mp u t a t i o n ，2 0 0 3 ， 3( 2 3) ： 9 7 1 1 8 1 8 B

45、UR RO UGH P A， R A MC D ONN E L LP ri n c i p l e s o f G e o g r a p h i c I n f o r ma t i o n S y s t e m s l M J O x f o r d ： O x f o r d U n i v e r s i t y Pr e s s 1 9 9 8，2 2 0 2 4 0 1 9 F RO L OV Y S ，MAL I N G D HTh e A c c u r a c y o f A r e a Me a s u r e me n t s b y P o i n t C o u n

46、 t ing T e c h n i q u e s J T h e C a r t o g r a p h i c J o u r na11 9 6 96：21 - 3 5 1 0 YAN G G a o mi n g ，Y ANG Xian b o ， F U J i a - x i ang Er r o r E s t i ma t e o f t h e Co n v e r s i o n f r o m Ve c t o r Da t a t o Rast e r Da t a i n GI S J J o u r n al o f G u i z h o u U n i v e

47、r s i t y o f T ech n o l o g y ( N a t u r e S c i e n c e E d i t i o n ) ， 2 0 0 3 ， 3 2 ( 4) ： 5 1 5 4 、( 楊高 明， 楊 顯 波 ， 傅 家祥 、G I S中矢量 數(shù)據(jù)柵格化 的誤差估計(jì) J 、貴州 工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào) ( 自然科學(xué)版 ) ： 2 0 0 3 ， 3 2 ( 4 ) ： 5 1 5 4 、 ) 1 1 GO OD C HI L D M F 、T h e E f f ect s o f Ge n e r a l i z a t i o n i n Ge o g r a p

48、h i c al D a t a E n c o d in g A 、 Ma p D a t a P r o c e s s i n g C 、 Ne w Yo r k ：Ac a d e mi c Pr e s s ，1 9 8 0 1 91 2 0 6、 1 2 GO OD C HI L D M F 、F r a c t al s and t h e A c c u r a c y o f G e o g r a p h i c al Me a s u r e s J J 、 Ma t h e ma t ic al G e o l o g y ，1 9 8 0 ， 1 2 ：8 5 9 8

49、 、 1 3 S WI T Z E R P 、 E s t i ma t i o n o f t h e Ac c u r a c y o f Qu a li t a t i v e Ma p s A 、 D i s p l a y and A n aly s i s o f S p a t i al D a t a C 、 N e w Y o r k ： W il e y， 1 9 7 5、 3 8 0 3 9 2、 1 4 B R EG T A K。D E NN E B OOM J ， GE S I NK H J 。 VAN R AN DEN Y、 De t e r mi n a t i

50、o n o f Ras t e r i z i n g Er r o r ： A Case S t u d y wi t h t h e S o i l Ma p o f t h e N e t h e r l and s l J J 、 I n t e rna t i o n al J o u r n a l o f G e o g r a p h i c al I n f o r ma t i o n S y s t e ms 、 1 9 9 1 。 5 ( 3 ) ：3 6 1 3 6 7、 l 1 5 J L I U Mi n g l i ang ，T AN G X ian min g

51、 ，L I U J i y u an。 e t a l 、 Re s e a r c h o n S c alin g E f f e c t B ase d o n 1 k m G r i d C e l l D a t a J 、 J o u r n al o f R e m o t e S e n s i n g ，2 0 0 1 ，5( 3 ) ：1 8 3 1 9 0 、( 劉 明 亮 ， 唐先 明 ， 劉紀(jì)遠(yuǎn)等 、 基 于 1 k m格 網(wǎng)的空 間數(shù) 據(jù)尺度效 應(yīng)研究 J 、 遙感學(xué)報(bào) ， 2 0 0 1 ，5 ( 3 ) ：1 8 3 1 9 0、 ) 維普資訊 3 5 0 測(cè)繪

52、學(xué)報(bào) 第 3 6卷 1 6 1 7 1 8 1 9 2 0 Y AN G C u n j i an，Z HAN G Z e n g - x i a n g Mo d e l s o f A c c u r a c y L o s s Du rin g Ra s t e r i z i n g L a n d u s e Ve c t o r Da t a wi t h Mu l t i s c a l e G ri d S iz e J G e o g r a p h i c a l Re s e a r c h ，2 0 0 1 ， 2 0( 4) ： 4 1 6 - 4 2 2( 楊存建

53、， 張?jiān)鱿?矢量數(shù)據(jù) 在多尺度柵 格化 中 的精度損失模 型探 討 J 地 理研 究 ， 2 0 0 1 ，2 O( 4 ) ：4 1 6 4 2 2 ) AI T i n g h u a Vi s u a li z t i o n o f Un c e r t a i n t y Ge o g r a p h i c Ph e n o m e n a B a s e d o n Mo n t e C a r l o Me t h o d 【 J J G eoma t ic s a n d I n f o r ma t i o n S c i e n c e o f Wu h an U n i

54、 v e r s i t y ，2 0 0 4 ，2 9( 3 ) ： 2 3 9 2 4 4 ( 艾廷華 基于 Mo n t o C a r l o 方法的不確定性地 理現(xiàn)象可視化 J 武漢大學(xué)學(xué)報(bào)( 信息科學(xué)版 ) ， 2 0 0 4 ， 2 9 ( 3 ) ：2 3 9 2 4 4 ) BURROUGH P A Ge o g r a p h ic al I n f o r ma t i o n S y s t e m f o r Na t u r al R e s o u r c es A s s e s s me n t 【 M N e w Y o r k ： Ox f o r d U

55、 n i v e r - s i t y P r e s s ， 1 9 8 3 LUNETTA R S， G0NGALT0N R G， FENS TERM AKER L K， e t a 1 Re mo t e S e n s i n g a n d Ge o g r a p h ic I n f o r ma t i o n Da t a I n t e g r a t i o n ：E r r o r S o u r c e s a n d R e s e a r c h I s s u e s l J J P h o t o g r a mme t r i c En g i n e e

56、 rin g Re mo t e S e n s i n g， 1 9 91 ， 5 7 ( 6 ) ：6 7 7 6 8 7 W U Xi n - c ai， e t a 1P rin c i p l e s an d M e t h o d s o f Ge o g r a p h i c I n 一 _0_一 0 ( 上接第 3 4 3頁(yè)) 與確定性空間 目標(biāo)之間拓?fù)潢P(guān)系的一種對(duì)應(yīng)。 本文根據(jù)不確定線狀 目標(biāo)和面狀 目標(biāo)的形態(tài) 特征 ， 在 9 交集模 型的基礎(chǔ) 上， 通過(guò)計(jì)算不 確定 性線 面拓?fù)潢P(guān)系對(duì)應(yīng)的定量化關(guān)系 向量 與參考 關(guān)系向量之間的相關(guān)度大小 ， 對(duì)這種不 確定性拓 撲關(guān)

57、系進(jìn)行描述與判別。這種方法計(jì)算簡(jiǎn)單 ， 實(shí) 用性較強(qiáng)， 結(jié)果比較符合人類(lèi)認(rèn)知習(xí)慣， 易于人們 接受。 參考文獻(xiàn) ： 2 f o r m a t i o n S y s t e m M B e i j i n g ： S c i e n c e P r e s s ， 2 0 0 2 ( 吳信 才， 等 地理信息系統(tǒng)原理與方法 M 北京： 電子工業(yè)出 版社 ， 2 0 0 2 ) 2 1 GA O Z h i q i g T h e C o m p r e h e n s i v e A n aly s i s o f t h e T e mp o - r al an d S p a t i al Ch an g e s an d Ca u s e s o f La n d Us e L an d Co v e r ( L U C C)i n C h i n a R B e ij i n g ： I n s t it u t e o f G eog r a p h y S c i e n c e and R eso u r c es R e s e a r c h ， C A S ， 2 0 0 0 ( 高志強(qiáng) 中國(guó)土 地利用 土