基于數(shù)據(jù)流的土地適宜性評價系統(tǒng)設(shè)計*

陳宏斐,陳竹安,張立亭

(東華理工大學(xué),江西 撫州 344000)

土地適宜性評價是根據(jù)土地的自然和社會經(jīng)濟屬性評價土地對某一現(xiàn)狀用途或預(yù)定用途的適宜程度[1]。土地適宜性評價是土地資源研究的核心,是土地實現(xiàn)科學(xué)管理、合理利用和可持續(xù)性發(fā)展的基礎(chǔ)。傳統(tǒng)的土地適宜性評價是評價者根據(jù)收集到的有關(guān)數(shù)據(jù),利用自己的經(jīng)驗,依據(jù)一定的原則進行定性評價,因此評價結(jié)果帶有很大的主觀性,且評價成果圖件均需手工繪制、相關(guān)的面積計算、統(tǒng)計分析等工作亦費時費力。因此,在實際工作中就產(chǎn)生了把計算機技術(shù)引進土地適宜性評價工作中,研制土地適宜性評價系統(tǒng)的迫切需要。

計算機技術(shù)的興起為土地適宜性評價定量化提供了現(xiàn)代化的技術(shù)手段。利用計算機編程語言及其他開發(fā)工具開發(fā)土地適宜性評價系統(tǒng),進行土地適宜性評價,可以充分利用已有的數(shù)據(jù)資源,進行綜合的定量分析,實現(xiàn)土地評價過程的系統(tǒng)化和自動化,從而明顯地提高土地適宜性評價的效率和精度,并為土地管理和規(guī)劃提供準(zhǔn)確、可靠的量化數(shù)據(jù),從而為土地資源的合理開發(fā)利用和編制土地利用總體規(guī)劃提供科學(xué)根據(jù)[2]。

1 面向數(shù)據(jù)流方法介紹

面向數(shù)據(jù)流的系統(tǒng)分析設(shè)計方法,以數(shù)據(jù)作為一切問題的出發(fā)點,根據(jù)軟件內(nèi)部的數(shù)據(jù)傳遞、變換關(guān)系,自頂向下逐層分解,描繪出滿足功能要求的軟件模型,并用數(shù)據(jù)流圖(Data Flow Diagram)來表示。采用面向數(shù)據(jù)流的系統(tǒng)分析設(shè)計方法,主要的特點是快速、自然和方便。

對于一個復(fù)雜問題,人們一下子很難考慮問題的所有方面和全部細(xì)節(jié),通常把一個大問題分解成若干個小問題,每個小問題再分解成若干個更小的問題,經(jīng)過多次逐層分解,每個最底層的問題都是足夠簡單、容易解決的,于是復(fù)雜的問題也就迎刃而解[3]。數(shù)據(jù)流圖的繪制時也可以采用這種思想,先對系統(tǒng)總的數(shù)據(jù)流和加工進行分析,然后再逐層分解,畫出各子層的數(shù)據(jù)流圖。把所有層次的數(shù)據(jù)流圖綜合起來,就得到了系統(tǒng)完整的數(shù)據(jù)流圖。

2 系統(tǒng)數(shù)據(jù)分析

土地適宜性評價系統(tǒng)通過自頂向下逐層分解的方法分析系統(tǒng)中數(shù)據(jù)流的傳遞、變換關(guān)系,將復(fù)雜問題簡單化,最終繪制出系統(tǒng)的數(shù)據(jù)流圖。

2.1 頂層數(shù)據(jù)流圖繪制

土地適宜性評價系統(tǒng)數(shù)據(jù)流圖的頂層圖如圖1所示。系統(tǒng)把用戶分為專家小組、圖形工作小組和外業(yè)調(diào)查小組。專家小組專門對土地適宜性評價的理論和模型進行研究,由他們來指導(dǎo)整個工作的完成。專家小組確定評價的因子、權(quán)重,選擇評價的模型,控制整個系統(tǒng)運行。圖形工作小組接受專家組的指導(dǎo)對土地適宜性評價所用的地圖進行數(shù)字化,輸入和編輯土地利用現(xiàn)狀圖、土壤圖、因子圖層以及其它相關(guān)圖件。外業(yè)調(diào)查小組根據(jù)專家組設(shè)計的調(diào)查表調(diào)查各土地評價單元的自然條件、經(jīng)濟條件、利用條件等情況,并將外業(yè)調(diào)查的信息輸入到系統(tǒng)中。

圖1 土地適宜性系統(tǒng)頂層數(shù)據(jù)流圖

2.2 第二層數(shù)據(jù)流圖繪制

對頂層數(shù)據(jù)流圖進行分解就得到系統(tǒng)的第二層數(shù)據(jù)流圖,如圖2所示。在第二層數(shù)據(jù)流圖中,把系統(tǒng)對信息的處理(或加工)分為3個部分:空間數(shù)據(jù)處理、屬性數(shù)據(jù)處理和土地適宜性評價。“空間數(shù)據(jù)處理”專門處理圖形數(shù)據(jù),流入系統(tǒng)的圖形數(shù)據(jù)經(jīng)過編輯集中到空間數(shù)據(jù)庫中?！皩傩詳?shù)據(jù)處理”專門處理各種調(diào)查表,把這些數(shù)據(jù)加工以后保存到屬性數(shù)據(jù)庫中。在第二層圖最為重要的加工為“土地適宜性評價”?！巴恋剡m宜性評價”根據(jù)專家小組選擇的評價因子及其權(quán)重和評價模型,利用圖形工作小組輸入的空間數(shù)據(jù)和外業(yè)調(diào)查小組輸入的屬性數(shù)據(jù)計算各評價單元的評價分值,確定各評價單元的適宜性等級。在第二層數(shù)據(jù)流圖中有個關(guān)系表FACTOR_INFO,這個表的作用是存貯評價因子的名稱、權(quán)重、其所在圖層和圖層中對應(yīng)的字段信息。

圖2 土地適宜性系統(tǒng)第二層數(shù)據(jù)流圖

2.3 第三層數(shù)據(jù)流圖繪制

在土地適宜性評價系統(tǒng)中,系統(tǒng)主要完成土地適宜性評價工作,因此在文中對第二層數(shù)據(jù)流圖中的“空間數(shù)據(jù)處理”和“屬性數(shù)據(jù)處理”不再繼續(xù)分解,而主要介紹“土地適宜性評價”加工的細(xì)節(jié)。把第二層數(shù)據(jù)流圖中的“土地適宜性評價”加工繼續(xù)分解得到系統(tǒng)的第三層數(shù)據(jù)流圖,如圖3所示。

第三層數(shù)據(jù)流圖更為詳細(xì)的展現(xiàn)了土地適宜性評價的具體過程。根據(jù)土地適宜性評價的工作步驟,系統(tǒng)把“土地適宜性評價”加工細(xì)分為評價因子選擇、權(quán)重計算、劃分評價單元、單因子分值計算、總分值計算、繪制土地適宜性評價圖等加工。圖中的VAL_INFO表用于存貯評價單元總分值和級別等評價過程中產(chǎn)生的信息。

圖3 土地適宜性系統(tǒng)第三層數(shù)據(jù)流圖

3 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計

為了提高系統(tǒng)的使用效率和準(zhǔn)確性,同時為了便于系統(tǒng)的維護和用戶的使用,根據(jù)系統(tǒng)需求分析的結(jié)果,采用了模塊化的結(jié)構(gòu)設(shè)計方法,從數(shù)據(jù)流圖中導(dǎo)出系統(tǒng)的模塊結(jié)構(gòu)圖。

根據(jù)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)流圖,將土地適宜性評價系統(tǒng)劃分為空間數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)、屬性數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)、土地適宜性評價子系統(tǒng)和圖表打印輸出子系統(tǒng)4大模塊?？臻g數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)用于輸入和編輯土地適宜性評價的各種地圖,屬性數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)用于管理評價中的各種表格。土地適宜性評價子系統(tǒng)提供運用土地適宜性評價各種專業(yè)模型對評價區(qū)域進行土地適宜性評價的功能。圖表打印輸出子系統(tǒng)用于打印評價中的各種專題圖、報表。各個子系統(tǒng)又由若干個功能模塊組成。

在整個系統(tǒng)中,土地適宜性評價子系統(tǒng)是最重要的系統(tǒng)模塊,本文主要對土地適宜性評價子系統(tǒng)結(jié)構(gòu)化設(shè)計進行介紹。根據(jù)圖3所示數(shù)據(jù)流圖,將土地適宜性評價子系統(tǒng)分解為因子選擇模塊、權(quán)重計算模塊、劃分評價單元模塊、單因子分值計算模塊、總分值計算模塊、級別劃分模塊6個模塊。因子選擇模塊用于選擇評價的因子并將之存于屬性數(shù)據(jù)庫中;權(quán)重計算模塊用于提供土地適宜性評價中權(quán)重計算的自動化工具,減少確定權(quán)重的繁瑣計算,也可以采用直接輸入權(quán)重的方式;劃分評價單元模塊用于將土地利用現(xiàn)狀圖、土壤圖等進行圖層疊加生成評價單元文件;單因子分值計算模塊用于對單因子進行評價,計算其作用分值,并繪制各單因子的作用分值圖;總分值計算模塊提供了多種評價模型計算評價總分值的計算方法[4]。級別劃分模塊用于評價人員與系統(tǒng)交互劃分土地適宜性評價級別,并確定系統(tǒng)劃分的評價級別是否與實際相符合,同時允許評價人員對結(jié)果進行修改。土地適宜性評價子系統(tǒng)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖4所示。

4 系統(tǒng)功能實現(xiàn)

本文在系統(tǒng)需求分析、結(jié)構(gòu)設(shè)計和數(shù)據(jù)庫設(shè)計的基礎(chǔ)上,在Visual Studio.Net框架下,使用C#開發(fā)語言,結(jié)合GIS組件SuperMap Objects 2003開發(fā)土地適宜性評價系統(tǒng)。SuperMap Objects 2003由若干ActiveX控件和數(shù)量眾多的自動化對象(Automation Objects)構(gòu)成,因此可以方便地把SuperMap Objects 2003嵌入到 Visual C#.Net等流行的可視化開發(fā)語言環(huán)境中進行二次開發(fā),從而充分發(fā)揮SuperMap Objects功能強大、開發(fā)速度快、高度可伸縮性和支持多種數(shù)據(jù)格式等優(yōu)點。在開發(fā)過程中,土地適宜性評價系統(tǒng)的空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)處理功能可以直接調(diào)用SuperMap Objects相關(guān)函數(shù),使開發(fā)者集中于土地適宜性功能特別是評價方法模型的實現(xiàn)。

圖4 土地適宜性評價子系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

5 結(jié)論

本文采用面向數(shù)據(jù)流的系統(tǒng)開發(fā)方法,結(jié)構(gòu)化、模塊化、自頂向下地對土地適宜性評價系統(tǒng)進行需求分析、結(jié)構(gòu)設(shè)計及實現(xiàn),提高了土地適宜性評價系統(tǒng)的靈活性和可變性。土地適宜性評價系統(tǒng)中各功能模塊既相互聯(lián)系又具有一定的獨立性,便于系統(tǒng)的升級和維護,如在運用新的土地適宜性評價方法進行土地適宜性評價時,只需要添加相應(yīng)的評價模塊,而不需要對整個系統(tǒng)進行大規(guī)模的修改。在系統(tǒng)實現(xiàn)上,將GIS技術(shù)和評價模型有效結(jié)合,實現(xiàn)更加快速、更加精確地對土地資源進行適宜性評價。

[1] 陳竹安,張立亭,余國輝,等.SuperMap支持下的廣昌縣土地適宜性評價[J].東華理工學(xué)院學(xué)報,2006,29(2):150-154.

[2] 王國杰,周沿海,廖善剛.土地適宜性評價的GIS實踐方法比較研究[J].安徽師范大學(xué)學(xué)報:自然科學(xué)版,2003,26(3):294-297.

[3] 許家珆,曾翎,彭德中.軟件工程:理論與實踐[M].北京:高等教育出版社,2004.

[4] 方大春,劉國林,王芳等.基于GIS的土地適宜性評價模型研究[J].測繪與空間地理信息,2004,27(1):35-36.

[5] 倪紹祥.土地類型與土地評價概論[M].北京:高等教育出版社,1999.