基于Arcgis Model Builder構(gòu)建圖斑凈面積計(jì)算模型

郭銘成　馮家強(qiáng)

[摘要]地類圖斑的凈面積是土地利用規(guī)劃數(shù)據(jù)處理的基礎(chǔ)，也是規(guī)劃文本和說(shuō)明中引用數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)和重要來(lái)源。盡管凈面積計(jì)算的公式簡(jiǎn)單，但在實(shí)際的計(jì)算過(guò)程中各種計(jì)算的方法和使用的工具存在差異。本文針對(duì)土地利用總體規(guī)劃中地類圖斑面積的計(jì)算方法，結(jié)合土地年度變更調(diào)查數(shù)據(jù)，通過(guò)ARCGIS10中建模的新功能，構(gòu)建圖斑地類面積計(jì)算模型，并以廣東省某縣為例，進(jìn)行面積計(jì)算和核查。

[關(guān)鍵詞]ArcGIS10 建模 地類圖斑 凈面積

[中圖分類號(hào)] P271 [文獻(xiàn)碼] B [文章編號(hào)] 1000-405X（2015）-3-285-1

0引言

土地利用年度變更調(diào)查是全國(guó)定時(shí)開(kāi)展的專項(xiàng)調(diào)查，是覆蓋全國(guó)最新土地利用現(xiàn)狀信息和土地權(quán)屬的調(diào)查成果。目前土地變更調(diào)查已廣泛用地土地利用現(xiàn)狀數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)、違法用地普查、土地利用動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)、耕地保護(hù)和用地報(bào)建記錄等相關(guān)工作，隨著全國(guó)地理信息系統(tǒng)的應(yīng)用，土地年度變更調(diào)查已成為國(guó)土資源管理土地利用的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

圖斑凈面積也稱為圖斑地類面積（數(shù)據(jù)庫(kù)面積統(tǒng)稱），數(shù)據(jù)庫(kù)中對(duì)應(yīng)的字段為DLMJ，地類面積主要涉及到基本農(nóng)田保護(hù)、規(guī)劃數(shù)據(jù)庫(kù)中期末地類圖斑面積統(tǒng)計(jì)、變更數(shù)據(jù)圖斑等土地利用規(guī)劃數(shù)據(jù)的面積統(tǒng)計(jì)，是土地管理部門(mén)、規(guī)劃編制單位進(jìn)行土地利用數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、分析面積的重要依據(jù)。

根據(jù)學(xué)者王昀昀《一種計(jì)算圖斑凈面積的新方法》[1]和學(xué)者劉洪江《基于ArcGIS實(shí)現(xiàn)地類圖斑凈面積的計(jì)算》[2]的研究，兩者從不同的角度和理論設(shè)計(jì)了計(jì)算圖斑凈面積的方法，為后續(xù)的研究提供了很好的借鑒，由于計(jì)算的目標(biāo)和方法不一致，以及新的計(jì)算輔助工具的產(chǎn)生，使得計(jì)算圖斑凈面積愈便捷和易于掌握。為此本文基于廣東省土地利用年度變更調(diào)查數(shù)據(jù)，通過(guò)ArcGIS10.0的中新增的建模功能（Model Builder），構(gòu)建圖斑地類面積計(jì)算模型，并通過(guò)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，對(duì)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析。

1研究背景

1.1 Arcgis10 Model Builder

Model Builder（模型構(gòu)建器）[3]是一個(gè)用來(lái)創(chuàng)建、編輯和管理空間分析模型的應(yīng)用程序，是一種可視化的編輯環(huán)境，通過(guò)對(duì)現(xiàn)有工具的組合完成新的模型或軟件制作工具，Arcgis10 Model Builder的出現(xiàn)，為過(guò)去需要通過(guò)繁瑣的操作計(jì)算圖斑凈面積提供了條件，通過(guò)Model Builder整合一系列的工具計(jì)算圖斑凈面積能有效提高工作效率和計(jì)算的精度。

1.2土地利用年度變更調(diào)查數(shù)據(jù)組織結(jié)構(gòu)

根據(jù)廣東省土地利用年度變更調(diào)查數(shù)據(jù)庫(kù) 結(jié)構(gòu)和《土地利用數(shù)據(jù)庫(kù)標(biāo)準(zhǔn)》？？？，土地變更調(diào)查數(shù)據(jù)主要包括了表格數(shù)據(jù)和圖層數(shù)據(jù)，其中圖層數(shù)據(jù)主要包含了地類界線（DLJX）、地類圖斑（DLTB）、線狀地物（XZDW）、行政區(qū)（XZQ）和零星地物（LXDW），由于廣東省變更調(diào)查數(shù)據(jù)中一般不存在零星地物（LXDW）數(shù)據(jù)，因此本次研究將使用地類圖斑（DLTB）、線狀地物（XZDW）和行政區(qū)（XZQ）進(jìn)行圖斑的凈面積計(jì)算。

2圖斑凈面積計(jì)算公式

根據(jù)《土地利用數(shù)據(jù)庫(kù)標(biāo)準(zhǔn)》，圖斑地類面積的計(jì)算公式如下：圖斑地類面積 = 圖斑面積 - 扣除地類面積（田坎面積）- 線狀地物面積 - 零星地物面積[2] ；其中：線狀地物面積=長(zhǎng)度×寬度×扣除比例；田坎面積=（圖斑面積-線狀地物面積）×田坎系數(shù)。

3線狀地物面積計(jì)算

計(jì)算過(guò)程中難點(diǎn)主要在于線狀（XZDW）面積的確定，線狀地物主要分為：一、位于圖斑內(nèi)，二、與圖斑界線共線。一般計(jì)算中完全落入圖斑范圍內(nèi)的線狀地物面積計(jì)算扣除比例為1，共線部分的扣除比例為0.5。本文認(rèn)為計(jì)算某個(gè)圖斑的凈面積前，應(yīng)通過(guò)疊加地類圖斑（DLTB），確定圖斑權(quán)屬后結(jié)合線狀地物屬性中扣除圖斑編號(hào)（KCTBBH）判別該線狀地物的扣除比例，再進(jìn)行線狀地物面積的核算。

4凈面積模型構(gòu)建思路

要計(jì)算某個(gè)圖斑或多個(gè)圖斑的凈面積，必需結(jié)合土地年度變更調(diào)查的地類圖斑（DLTB）、行政區(qū)（XZQ）和線狀地物（XZDW）三個(gè)圖層（廣東省變更調(diào)查數(shù)據(jù)中不存在零星地物（LXDW）或零星地物為0，因此本文將不考慮零星地物的情況）。由于土地年度變更調(diào)查數(shù)據(jù)會(huì)隨著時(shí)間發(fā)生變化，因此計(jì)算凈面積時(shí)需說(shuō)明是以哪一年的變更調(diào)查數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)進(jìn)行計(jì)算。具體計(jì)算步驟如下：

（1）要計(jì)算凈面積的圖層與處理后地類圖斑（DLTB）進(jìn)行疊加，讓要計(jì)算的圖斑與獲取田坎系數(shù)（TKXS）和圖斑編號(hào)（TBBH）屬性，得到要計(jì)算凈面積的圖層_identity。

（2）上一步得到的結(jié)果“要計(jì)算凈面積的圖層_identity”與處理后的行政區(qū)劃疊加，獲取平差系數(shù)（PCXS），得到要計(jì)算凈面積的圖層_identity2。

（3）“要計(jì)算凈面積的圖層_identity2”與線狀地物（XZDW）疊加，疊加后進(jìn)行線狀地物位置的判別和面積的匯總，得到線狀地物面積匯總表。

（4）按照計(jì)算公式要求，逐步計(jì)算圖斑面積（TBMJ）、田坎面積（TKMJ）和圖斑凈面積（TBDLMJ）。

以上疊加的過(guò)程均用工具[5]（ArcToolbox/Analysis/Overlay/Identity）進(jìn)行。具體過(guò)程入下圖所示。

5計(jì)算模型的構(gòu)建

5.1數(shù)據(jù)組織

建模軟件使用ArcGIS10.0簡(jiǎn)體中文版，分別由要計(jì)算凈面積的圖層（面）、地類圖斑（面）（DLTB）、行政區(qū)（XZQ）（面）和線狀地物（XZDW）（線）組成，其中要計(jì)算凈面積的圖層為用戶數(shù)據(jù)，DLTB、XZQ和XZDW從土地利用年度變更調(diào)查數(shù)據(jù)中讀取。所有數(shù)據(jù)均保存在個(gè)人地理數(shù)據(jù)庫(kù)里（ArcGIS Personal Geodatabas）。

5.2新建個(gè)人地理數(shù)據(jù)庫(kù)

通過(guò)新建的個(gè)人地理數(shù)據(jù)庫(kù)和線狀地物數(shù)據(jù)表，數(shù)據(jù)庫(kù)用于存放計(jì)算過(guò)程中的過(guò)程數(shù)據(jù)和計(jì)算結(jié)果，線狀地物數(shù)據(jù)表用于儲(chǔ)存和匯總圖斑線狀地物的計(jì)算面積。

5.3新建字段

要計(jì)算凈面積的圖層需分別新建BSM（標(biāo)識(shí)碼）、TBMJ（圖斑面積）、TKXS（田坎系數(shù)）、TKMJ（田坎面積）、XZDWMJ（線狀地物面積）、TBDLMJ（圖斑地類面積）字段，以上字段除BSM為長(zhǎng)整形外，其余字段均為浮點(diǎn)型字段。新建的字段是為了方便計(jì)算過(guò)程中數(shù)據(jù)的儲(chǔ)存。

5.4處理行政區(qū)劃（XZQ）圖層

輸入行政區(qū)圖層，將行政區(qū)圖層復(fù)制至新建的個(gè)人地理數(shù)據(jù)庫(kù)，并添加平差系數(shù)字段，通過(guò)字段計(jì)算工具計(jì)算平差系數(shù)。平差系數(shù)=JSMJ/SHAPE_area，其中JSMJ（計(jì)算面積）是變更數(shù)據(jù)庫(kù)中自帶字段，SHAPE_area 是自動(dòng)生成的幾何面積字段，處理后得到圖層PCXS。

5.5處理地類圖斑（DLTB）圖層

輸入地類圖斑圖層要素，將地類圖斑圖層復(fù)制至新建的個(gè)人地理數(shù)據(jù)庫(kù)，通過(guò)融合工具（Dissolve）工具按字段TKXS和TBBH進(jìn)行融合。融合后得到圖層TKXS_TBBH。

5.6圖層疊加分析

將添加字段后的要計(jì)算凈面積的圖層復(fù)制到新建個(gè)人地理數(shù)據(jù)庫(kù)中后，分別與處理后的TKXS_TBBH和PCXS進(jìn)行疊加，疊加工具使用Identity，最終得到目標(biāo)圖層_Identity2。

5.7圖層處理

將上一步得到的結(jié)果：目標(biāo)圖層_Identity2進(jìn)行打撒（Multinpart to Singlepart）后得到計(jì)算結(jié)果圖層，利用字段計(jì)算器使用Python語(yǔ)句：“i=140000 def xuhao（）： global i i=i+1 return i”對(duì)計(jì)算結(jié)果圖層中的字段BSM進(jìn)行編號(hào)，以確保每塊需要計(jì)算圖斑的BSM是唯一的，同時(shí)添加X(jué)ZDWKCBL字段，用于保存和判別線狀地物的扣除比例，最終得到圖層計(jì)算結(jié)果2。

5.8 疊加線狀地物

線狀地物疊加：圖層計(jì)算結(jié)果（2）與線狀地物進(jìn)行疊加，使用Identity工具進(jìn)行疊加過(guò)程中，注意勾選“保留關(guān)系”選項(xiàng)，疊加后得到圖層xzdw_Identity，由于疊加過(guò)程中勾選“保留關(guān)系”選項(xiàng)，因此XZDW根據(jù)計(jì)算結(jié)果（2）圖層圖斑的位置保留左右屬性關(guān)系。分別添加計(jì)算字段工具，使用PYTHON語(yǔ)句分別判讀共線圖斑左右兩邊線狀地物的扣除比例。通過(guò)KCTBBH1、KCTBBH2（扣除圖斑編號(hào)1、扣除圖斑編號(hào)2）與LEFT_TBBH、RIGHT_TBBH（線狀地物的左圖斑編號(hào)、右圖斑編號(hào)進(jìn)行核對(duì)），確定線狀地物的扣除比例。對(duì)于線狀地物位于圖斑內(nèi)的，判別過(guò)程中使得LEFT_KCBL與RIGHT_KCBL均等于1，造成線狀地物重復(fù)扣除，因此需要消除其中一邊的扣除比例。

使用字段計(jì)算器通過(guò)公式：LEFT/RIGHT_XZDWMJ=round（round（ [Shape_Length] ，6 ） * [KD] * [LEFT/RIGHT_XZDWKCBL]，2）分別計(jì)算圖斑左右兩邊的線狀地物面積。最終得到圖層X(jué)ZDW_Identity（6）。

5.9線狀地物面積匯總

生成XZDW_Identity（6）表格，對(duì)圖斑左右兩邊的線狀地物地物面積按照LEFT/RIGHT_BSM分別進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。統(tǒng)計(jì)后需要新建字段BSM，通過(guò)字段計(jì)算器分別將LEFT/RIGHT_BSM賦值到新建的BSM，新建字段SUM_XZDWMJ，分別將LEFT/RIGHT_XZDWMJ賦值到SUM_XZDWMJ，使用拼接工具（Append）對(duì)計(jì)算表格拼接匯總，得到XZDWMJ匯總表 （6），對(duì)XZDWMJ匯總表 （6）按BSM進(jìn)行面積統(tǒng)計(jì)，統(tǒng)計(jì)后得到XZDWMJ匯總表_Statistics （3）。

5.10線狀地物面積連接

通過(guò)連接工具（Add join）將XZDWMJ匯總表_Statistics （3）與計(jì)算結(jié)果2按照?qǐng)D斑BSM連接，通過(guò)字段計(jì)算器將表格中線狀地物面積賦值到圖斑XZDWMJ字段，得到圖層計(jì)算結(jié)果_View （2）。

5.11凈面積計(jì)算

計(jì)算圖斑面積：通過(guò)字段計(jì)算器對(duì)TBMJ執(zhí)行VB語(yǔ)句“round（ [計(jì)算結(jié)果.Shape_Area] * [計(jì)算結(jié)果.PCXS] ，2）”。

計(jì)算田坎面積：通過(guò)字段計(jì)算器對(duì)TKMJ執(zhí)行VB語(yǔ)句“ROUND（ [計(jì)算結(jié)果.TBMJ] * [計(jì)算結(jié)果.TKXS] - [計(jì)算結(jié)果.TKXS] * [計(jì)算結(jié)果.XZDWMJ] ，2）”。

計(jì)算凈面積：通過(guò)字段計(jì)算器對(duì)TBDLMJ執(zhí)行VB語(yǔ)句“ROUND（[計(jì)算結(jié)果.TBMJ] - [計(jì)算結(jié)果.XZDWMJ] - [計(jì)算結(jié)果.TKMJ]，2）”。

5.12模型的存檔

模型構(gòu)建后，需要對(duì)模型進(jìn)行存檔，制成凈面積構(gòu)建的toolbox插件，便于以后工具的使用。

6實(shí)證研究

從廣東省某縣土地變更數(shù)據(jù)庫(kù)調(diào)出個(gè)別圖斑，為了便于計(jì)算后數(shù)據(jù)的核對(duì)，將利用DLTB中的圖斑（清除屬性數(shù)據(jù)后）作為要計(jì)算凈面積的圖層（示例圖見(jiàn)圖1）。通過(guò)上述建模工具對(duì)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行核對(duì)。根據(jù)原始變更地類圖斑數(shù)據(jù)圖層，調(diào)出原始數(shù)據(jù)表格。

通過(guò)打開(kāi)保存的模型，分別拖動(dòng)“XZQ圖層、XZDW圖層、DLTB圖層和要計(jì)算凈面積的圖層”到工具，點(diǎn)擊確定實(shí)現(xiàn)凈面積的自動(dòng)計(jì)算。計(jì)算工具自動(dòng)生成“計(jì)算結(jié)果圖層”，打開(kāi)計(jì)算結(jié)果圖層，核對(duì)凈面積計(jì)算數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確度。

經(jīng)過(guò)檢查計(jì)算，凈面積模型的計(jì)算結(jié)果總數(shù)能與原始數(shù)據(jù)匹配，圖斑面積數(shù)據(jù)總和與原始數(shù)據(jù)誤差保持在1平方米以內(nèi)，符合計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)的要求。

7結(jié)語(yǔ)

土地利用總體規(guī)劃局部修改、多劃基本農(nóng)田占用和耕地后備資源調(diào)查評(píng)價(jià)，都要對(duì)涉及的地類圖斑凈面積計(jì)算。盡管凈面積計(jì)算的公式并不復(fù)雜，但因?yàn)橥恋財(cái)?shù)據(jù)是空間數(shù)據(jù)，計(jì)算時(shí)要進(jìn)行空間關(guān)系的判斷和空間查詢，實(shí)際工作中地類圖斑凈面積的計(jì)算也有一定的技術(shù)要求，在手動(dòng)計(jì)算的過(guò)程中，往往因?yàn)閿?shù)據(jù)量大而計(jì)算出錯(cuò)。本文利用arcgis10的新功能Model Builder（模型構(gòu)建器）對(duì)計(jì)算凈面積的步驟進(jìn)行歸納和模型構(gòu)建，經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)檢驗(yàn)，計(jì)算結(jié)果與原始數(shù)據(jù)基本一致，符合土地凈面積計(jì)算的精度要求。構(gòu)建后的toolbox（工具箱）插件能夠直接調(diào)用，大大地提高了凈面積計(jì)算的準(zhǔn)確性和土地規(guī)劃行業(yè)的工作效率。

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