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    基于GIS的區(qū)域農(nóng)業(yè)規(guī)劃空間數(shù)據(jù)庫構(gòu)建與應(yīng)用

    2016-08-05 09:54:54肖廣江甘陽英徐碧芳
    廣東農(nóng)業(yè)科學(xué) 2016年4期
    關(guān)鍵詞:圖件圖層編碼

    肖廣江,劉 序,甘陽英,徐碧芳

    (廣東省農(nóng)科院農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)與農(nóng)村發(fā)展研究所,廣東 廣州 510640)

    基于GIS的區(qū)域農(nóng)業(yè)規(guī)劃空間數(shù)據(jù)庫構(gòu)建與應(yīng)用

    肖廣江,劉 序,甘陽英,徐碧芳

    (廣東省農(nóng)科院農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)與農(nóng)村發(fā)展研究所,廣東 廣州 510640)

    區(qū)域農(nóng)業(yè)規(guī)劃對地方現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展起著重要的戰(zhàn)略指導(dǎo)作用,但目前大多區(qū)域農(nóng)業(yè)規(guī)劃還停留在二維空間規(guī)劃及效果圖展示階段,而對規(guī)劃的二三維數(shù)據(jù)一體化、三維空間分析、三維動態(tài)效果、三維空間查詢等還缺少系統(tǒng)研究。多源空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)的統(tǒng)一處理、存儲、查詢、管理和分析是區(qū)域農(nóng)業(yè)規(guī)劃實現(xiàn)規(guī)劃科學(xué)性、可操作性的基礎(chǔ)?;赟uperMap平臺,詳細(xì)介紹了區(qū)域農(nóng)業(yè)規(guī)劃數(shù)據(jù)獲取與入庫、分類編碼、空間數(shù)據(jù)庫和屬性數(shù)據(jù)庫建設(shè)過程,并對空間數(shù)據(jù)庫的應(yīng)用進(jìn)行探討,為區(qū)域農(nóng)業(yè)規(guī)劃多源海量數(shù)據(jù)管理和二三維一體化研究提供技術(shù)支撐。

    區(qū)域農(nóng)業(yè)規(guī)劃;GIS;空間數(shù)據(jù)庫

    肖廣江,劉序,甘陽英,等.基于GIS的區(qū)域農(nóng)業(yè)規(guī)劃空間數(shù)據(jù)庫構(gòu)建與應(yīng)用[J].廣東農(nóng)業(yè)科學(xué),2016,43(4):151-155.

    區(qū)域農(nóng)業(yè)規(guī)劃對地方現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展起著戰(zhàn)略性指導(dǎo)作用,在加快農(nóng)業(yè)科技創(chuàng)新、調(diào)整農(nóng)業(yè)布局、優(yōu)化產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、指導(dǎo)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、強(qiáng)化組織管理及加快科技成果轉(zhuǎn)化等方面都發(fā)揮著重要作用[1]。多源海量規(guī)劃數(shù)據(jù)庫的建設(shè)是進(jìn)行農(nóng)業(yè)規(guī)劃科學(xué)編制和實施管理、規(guī)劃評價的有效手段和基礎(chǔ)保障[2]。傳統(tǒng)的紙質(zhì)、圖表、電子文檔等數(shù)據(jù)存儲和管理模式已無法滿足現(xiàn)代農(nóng)業(yè)規(guī)劃的需要,空間數(shù)據(jù)庫利用關(guān)系數(shù)據(jù)庫管理模式,可實現(xiàn)對空間與屬性數(shù)據(jù)的無縫對接和存儲、查詢、管理、分析應(yīng)用[3-4]。因此,區(qū)域農(nóng)業(yè)規(guī)劃空間數(shù)據(jù)庫的建設(shè)可在統(tǒng)一圖件投影坐標(biāo)的基礎(chǔ)上對數(shù)據(jù)統(tǒng)一管理,進(jìn)行農(nóng)業(yè)現(xiàn)狀、空間可行性、空間布局、生態(tài)環(huán)境等綜合分析[5-6],為規(guī)劃建設(shè)、空間布局和實施管理評價提供多專業(yè)、多層次和多目標(biāo)的綜合服務(wù)和輔助決策[7]。本研究以SuperMap為平臺,以一個農(nóng)業(yè)園區(qū)規(guī)劃為例,從空間數(shù)據(jù)獲取、建庫、應(yīng)用3個方面,探索研究區(qū)域農(nóng)業(yè)規(guī)劃的空間數(shù)據(jù)庫構(gòu)建和應(yīng)用,為規(guī)劃科學(xué)決策和管理提供技術(shù)支撐。

    1 空間數(shù)據(jù)庫概述

    空間數(shù)據(jù)庫是指一定區(qū)域內(nèi)地理空間要素特征數(shù)據(jù)的集合,一般通過掃描儀、鍵盤等輸入設(shè)備將圖形坐標(biāo)數(shù)據(jù)按GIS數(shù)據(jù)管理方式進(jìn)行組織并存儲。這是GIS進(jìn)行空間分析、輔助決策、系統(tǒng)開發(fā)等的基礎(chǔ)和核心,數(shù)據(jù)庫構(gòu)建是否完整、準(zhǔn)確直接影響GIS各種分析與管理功能的實現(xiàn)。

    區(qū)域農(nóng)業(yè)規(guī)劃空間數(shù)據(jù)庫包括空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù),通常需要區(qū)域地形圖、遙感影像、經(jīng)濟(jì)社會統(tǒng)計數(shù)據(jù)、土壤數(shù)據(jù)、氣候數(shù)據(jù)等多源數(shù)據(jù)資料。利用GIS的地圖編輯與屬性管理功能,將不同來源的數(shù)據(jù)進(jìn)行分類處理,按統(tǒng)一的空間投影坐標(biāo)建立圖形數(shù)據(jù),按統(tǒng)一的編碼方式輸入屬性數(shù)據(jù),實現(xiàn)圖形與屬性數(shù)據(jù)無縫對接。本研究以《貴州榕江現(xiàn)代農(nóng)業(yè)示范園區(qū)總體規(guī)劃(2010—2020年)》為例,通過建立空間數(shù)據(jù)庫,對空間數(shù)據(jù)與屬性數(shù)據(jù)進(jìn)行有效管理(圖1)。

    圖1 空間數(shù)據(jù)庫建立流程

    2 數(shù)據(jù)獲取與入庫

    2.1 數(shù)據(jù)獲取

    空間數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)通常包括空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)??臻g數(shù)據(jù)一般通過掃描矢量化、實地測量、航空測量、遙感影像等方式獲得,屬性數(shù)據(jù)則通過實地調(diào)查、統(tǒng)計數(shù)據(jù)、歷史資料等獲取。本研究主要通過對貴州榕江現(xiàn)代農(nóng)業(yè)示范園區(qū)進(jìn)行實地測量、遙感影像、統(tǒng)計數(shù)據(jù)、歷史資料等4種途徑獲取,包括:(1)遙感影像(RGB合成,分辨率1 m),2015年12月28日,JPG格式;(2)園區(qū)測繪地形圖(1∶1000),2015年3月,AutoCAD格式;(3)貴州榕江縣土地利用現(xiàn)狀圖(1∶10000),2010年,紙質(zhì)版;(4)貴州榕江縣2010—2020年土地利用規(guī)劃圖(1∶10000),紙質(zhì)版;(5)貴州省行政地圖(1∶760000),2013年,紙質(zhì)版;(6)榕江縣統(tǒng)計年鑒2010—2015;(7)榕江縣2010—2015年農(nóng)業(yè)發(fā)展相關(guān)材料。

    2.2 數(shù)據(jù)入庫

    一般采用標(biāo)準(zhǔn)關(guān)系數(shù)據(jù)庫管理方式將地圖數(shù)據(jù)、地物要素數(shù)據(jù)、統(tǒng)計數(shù)據(jù)等輸入和轉(zhuǎn)換成計算機(jī)可識別與處理的數(shù)字形式(圖2)。對多源、多類別數(shù)據(jù),通常分類入庫。

    對于非電子格式空間數(shù)據(jù)入庫方法有兩類:一是用高速數(shù)字化儀的數(shù)字信號處理技術(shù),二是使用掃描儀的掃描技術(shù)[8]。但隨著掃描儀技術(shù)發(fā)展及掃描處理軟件的完善,掃描數(shù)字化的方式成為主流。一般用掃描儀按200~300DPI的精度對圖件進(jìn)行掃描,然后用GIS軟件對掃描圖件的圖元進(jìn)行矢量化。電子格式空間數(shù)據(jù)則直接采用導(dǎo)入GIS平臺方式進(jìn)行處理與分析。本研究的信息數(shù)據(jù)入庫采用將數(shù)字化圖件轉(zhuǎn)入SuperMap Deskpro 6R平臺的方式來建立GIS空間數(shù)據(jù)庫,遙感影像與測繪地形圖(CAD格式)直接導(dǎo)入,土地利用現(xiàn)狀圖、土地利用規(guī)劃圖、行政地圖則以300DPI精度掃描為JPG格式導(dǎo)入。

    2.3 數(shù)據(jù)分類編碼

    2.3.1 分類編碼的原則 為了使空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)被計算機(jī)識別和快速處理,需要構(gòu)建數(shù)據(jù)分類編碼規(guī)則,包括[9]:(1)唯一性,代碼和分類一一對應(yīng),不能一對多、或多對多;(2)可擴(kuò)充性,若增加新類別,則不改變原有體系;(3)易識別性,用戶憑經(jīng)驗就能通過代碼知道事物的大致分類情況;(4)簡單性,代碼結(jié)構(gòu)應(yīng)簡短,以節(jié)省計算機(jī)存儲空間,減少代碼的差錯率;(5)完整性,全面分析相關(guān)信息類型,防止遺漏。

    2.3.2 數(shù)據(jù)分類方法 數(shù)據(jù)分類方法主要有線分類法、面分類法和混合分類法[10-11]。本研究根據(jù)不同圖件的圖形特點,按照該理論方法采用混合分類方式,主要包括點、線、面分類法對圖層信息進(jìn)行分類編碼。

    2.3.3 數(shù)據(jù)分類編碼 數(shù)據(jù)分類編碼是對空間與屬性數(shù)據(jù)構(gòu)建代碼符號集、設(shè)定代碼長度與規(guī)則。本研究分為矢量數(shù)據(jù)和柵格數(shù)據(jù)兩類分別編碼,矢量數(shù)據(jù)分別以點、線、面分類編碼,其中,土地數(shù)據(jù)分類編碼依據(jù)《土地利用現(xiàn)狀分類》(GBT21010-2007)按兩級編碼(表1),其他數(shù)據(jù)根據(jù)項目的實際需要按圖層的信息性質(zhì)編碼,柵格數(shù)據(jù)則以具體柵格數(shù)據(jù)代表實際數(shù)值來表示。

    圖2 空間數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)入庫流程

    表1 土地利用現(xiàn)狀編碼

    3 數(shù)據(jù)處理與空間數(shù)據(jù)庫構(gòu)建

    3.1 圖件預(yù)處理

    3.1.1 統(tǒng)一圖件比例尺 為了精確編輯圖件,需要將各種比例尺圖件都轉(zhuǎn)換到相對居中的比例尺上。本研究案例的實測地形圖比例尺為1∶1000,而其他的圖件精度參差不齊。以實測地形圖的比例尺為基礎(chǔ),以相對應(yīng)的要素地物為參考,將其他圖件比例尺統(tǒng)一到1∶1000。

    3.1.2 空間數(shù)據(jù)坐標(biāo)與投影統(tǒng)一 由于不同的途徑圖件數(shù)據(jù)采用的投影坐標(biāo)系統(tǒng)不同,這會影響數(shù)據(jù)錄入與分析、疊合與拼接等,必須統(tǒng)一投影與坐標(biāo)系。本研究采用1∶1000園區(qū)實測地形圖坐標(biāo)為基準(zhǔn),統(tǒng)一為高斯克里格平面投影、北京54坐標(biāo)系。對貴州榕江現(xiàn)代農(nóng)業(yè)示范園區(qū)遙感影像、土地利用現(xiàn)狀圖、土地利用規(guī)劃圖、行政地圖等進(jìn)行轉(zhuǎn)換,統(tǒng)一坐標(biāo)和投影。

    3.1.3 地圖校正 由于掃描數(shù)字化過程中圖紙的不均勻變形,導(dǎo)致輸入的坐標(biāo)有可能與實際位置不相符。因此,一般利用實測控制點來校正圖幅變形。對本研究中土地利用現(xiàn)狀圖、土地利用規(guī)劃圖、行政地圖等掃描圖件,用圖像處理軟件進(jìn)行平滑(消除隨機(jī)噪聲、去毛刺,補(bǔ)洞)、細(xì)化、拼接等系列處理,然后進(jìn)行用測繪地形圖中控制點與進(jìn)行對照與校正,減小整張圖紙的變形和減少誤差。

    3.1.4 空間數(shù)據(jù)配準(zhǔn) 為便于分析空間數(shù)據(jù),對于掃描圖件與遙感影像,采用實測地形圖中關(guān)鍵地物坐標(biāo)為參考,將紙質(zhì)掃描圖件在SuperMap上進(jìn)行配準(zhǔn),將屏幕上選取的控制點坐標(biāo)輸入相應(yīng)的地形圖上的真實坐標(biāo)數(shù)據(jù)完成圖形的配準(zhǔn)。控制點在10個以上,大致均勻分布在圖幅四周及中間位置,配準(zhǔn)方法選擇多項式,配準(zhǔn)中誤差小于0.1 m。

    3.2 屬性數(shù)據(jù)庫構(gòu)建

    對于不同類別圖件按照圖層類型與用途分別建立屬性數(shù)據(jù)庫,每個圖層設(shè)定一個關(guān)系屬性表與空間的點、線、面數(shù)據(jù)一一對應(yīng)起來。

    本研究按園區(qū)規(guī)劃的階段分為現(xiàn)狀數(shù)據(jù)和規(guī)劃數(shù)據(jù),以2個數(shù)據(jù)包分別存儲?,F(xiàn)狀數(shù)據(jù)包括高程點、園區(qū)范圍、遙感影像、數(shù)字高程模型、土地利用現(xiàn)狀、高程分級、坡度分級、現(xiàn)狀道路等。規(guī)劃數(shù)據(jù)包括產(chǎn)業(yè)評價、規(guī)劃田塊、規(guī)劃蓄水池、規(guī)劃泵房、水源監(jiān)測點、輸水管道、規(guī)劃排水溝、規(guī)劃道路、規(guī)劃養(yǎng)豬場等。

    依據(jù)前文數(shù)據(jù)分類的方式及項目的實際需要,以點、線、面分圖層分別建立每個圖層的屬性結(jié)構(gòu)表。點狀圖層,如高程點,主要需要確定高程數(shù)據(jù),在屬性結(jié)構(gòu)在SuperMap默認(rèn)字段基礎(chǔ)上增加“高程點”字段用于存儲高程數(shù)值(表2)。線狀數(shù)據(jù),如現(xiàn)狀道路,根據(jù)實際特點,屬性結(jié)構(gòu)在SuperMap默認(rèn)字段基礎(chǔ)上增加“類型”字段用于將不同道路級別區(qū)分開,長度屬于默認(rèn)字段不需要增加(表3)。面狀圖層,如土地利用現(xiàn)狀,根據(jù)國標(biāo)GBT21010-2007,在默認(rèn)字段基礎(chǔ)上增加“一級地類代碼、一級地類名稱、二級地類代碼、二級地類名稱、面積(×667 m2)” (表4)。

    表2 高程點圖層屬性結(jié)構(gòu)

    表3 道路圖層屬性結(jié)構(gòu)

    3.3 圖形編輯與屬性錄入

    圖件數(shù)字化一般包括圖形編輯和屬性數(shù)據(jù)錄入,采用人工描繪、自動矢量化等方式編輯圖形數(shù)據(jù),根據(jù)各個圖層所對應(yīng)的資料、信息等按屬性結(jié)構(gòu)對各個圖層的屬性數(shù)據(jù)進(jìn)行輸入和編輯。如對園區(qū)現(xiàn)狀圖層,利用測繪CAD底圖進(jìn)行自動捕捉、編輯,根據(jù)GBT21010-2007的方法錄入屬性數(shù)據(jù),借助遙感影像進(jìn)行現(xiàn)狀輔助分類與判讀,面積數(shù)據(jù)則通過SuperMap默認(rèn)字段“SmArea”進(jìn)行計算。對于土地利用現(xiàn)狀、土地利用規(guī)劃等掃描圖層,則按線畫中心進(jìn)行人工數(shù)字描圖和輸入對應(yīng)的屬性數(shù)據(jù)。其他圖層同樣依據(jù)數(shù)據(jù)特點與實際研究需求編輯圖形數(shù)據(jù)和錄入屬性數(shù)據(jù)。

    3.4 圖件可視化表達(dá)與輸出

    空間數(shù)據(jù)庫構(gòu)建完成后,可按不同專題需求與相應(yīng)制圖規(guī)范,以人機(jī)交互方式,選擇和組合顯示圖層,將各種空間分析過程和結(jié)果以圖形的形式直觀表現(xiàn)出來,如土地利用現(xiàn)狀圖(圖3,封二)、高程分級圖(圖4,封二)等。

    表4 土地利用現(xiàn)狀圖層屬性結(jié)構(gòu)

    4 空間數(shù)據(jù)庫應(yīng)用

    空間數(shù)據(jù)庫可以將規(guī)劃數(shù)據(jù)、資料、圖件有機(jī)結(jié)合,為區(qū)域農(nóng)業(yè)規(guī)劃提供科學(xué)的規(guī)劃依據(jù)和管理支撐,加強(qiáng)對圖件數(shù)據(jù)的定量分析,將區(qū)域農(nóng)業(yè)規(guī)劃的空間可行性與可實施性進(jìn)一步提升,方便規(guī)劃分析與產(chǎn)業(yè)布局,使得規(guī)劃數(shù)據(jù)更加精確,提高規(guī)劃效率。區(qū)域農(nóng)業(yè)規(guī)劃空間數(shù)據(jù)庫的應(yīng)用,包括以下4個方面:

    一是綜合分析現(xiàn)狀數(shù)據(jù)與資料,客觀準(zhǔn)確評估區(qū)域農(nóng)業(yè)規(guī)劃的基礎(chǔ)??臻g數(shù)據(jù)庫對現(xiàn)狀的土地、土壤、水文、氣候、交通、區(qū)位等數(shù)據(jù)進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)化和模式化,可以通過相關(guān)模型與方法綜合評估區(qū)域農(nóng)業(yè)的現(xiàn)狀生產(chǎn)、加工、流通等的優(yōu)勢與劣勢,為規(guī)劃提供。

    二是準(zhǔn)確分析項目區(qū)在上位規(guī)劃與相關(guān)規(guī)劃中的便利條件、不利條件等,為規(guī)劃提供準(zhǔn)確空間可行性信息。區(qū)域農(nóng)業(yè)規(guī)劃受到更高級的國土規(guī)劃、土地利用規(guī)劃、城鎮(zhèn)規(guī)劃、交通規(guī)劃等相關(guān)規(guī)劃的約束與控制,通過空間數(shù)據(jù)庫匯集多部門上位規(guī)劃,可以在空間上指引農(nóng)業(yè)發(fā)展的區(qū)域與可規(guī)劃的范圍,協(xié)調(diào)與銜接其他相關(guān)規(guī)劃。

    三是依據(jù)地形、水源、道路和農(nóng)田水利設(shè)施等空間分析結(jié)果,可以準(zhǔn)確規(guī)劃產(chǎn)業(yè)用地布局,布設(shè)基礎(chǔ)設(shè)施,為投資提供準(zhǔn)確數(shù)據(jù),更有助于指導(dǎo)施工設(shè)計??臻g數(shù)據(jù)庫集合了區(qū)域農(nóng)業(yè)規(guī)劃涉及的多種多源數(shù)據(jù),可以通過建立不同規(guī)劃模型來選擇農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)與功能,通過地形分析準(zhǔn)確規(guī)劃道路、農(nóng)業(yè)水利設(shè)施等,為規(guī)劃的落地實施提供了客觀分析與評價的基礎(chǔ)。

    四是以GIS平臺可開發(fā)獨立的應(yīng)用管理系統(tǒng),將規(guī)劃過程與成果統(tǒng)一集成,方便規(guī)劃實施,同時可加入規(guī)劃建設(shè)、運營管理等方面的模塊,實現(xiàn)區(qū)域農(nóng)業(yè)規(guī)劃從編制到實施、運營的全過程信息化管理。

    5 結(jié)語

    區(qū)域農(nóng)業(yè)規(guī)劃涉及多方面資料收集,尤其在空間數(shù)據(jù)方面,需要多種類別、來源數(shù)據(jù)支撐,通過對數(shù)據(jù)進(jìn)行分類、入庫、分類編碼、統(tǒng)一投影坐標(biāo)、圖形編輯等,構(gòu)建規(guī)劃數(shù)據(jù)空間數(shù)據(jù)庫,實現(xiàn)規(guī)劃結(jié)果的可視化表達(dá),并且為規(guī)劃現(xiàn)狀分析、上位規(guī)劃分析、空間布局分析、應(yīng)用管理系統(tǒng)開發(fā)等方面提供了有力的數(shù)據(jù)支撐。

    但在數(shù)據(jù)分類與編碼方面,除了土地利用現(xiàn)狀有國家標(biāo)準(zhǔn)作為依據(jù)外,其他圖件的分類與編碼沒有規(guī)范與標(biāo)準(zhǔn),在實際應(yīng)用中只能通過具體屬性和需求來分類和編碼,缺乏統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)或規(guī)范,不利于空間數(shù)據(jù)的交互,數(shù)據(jù)共享程度較低。這需要在今后的研究中,探索和構(gòu)建相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)編碼來提高建庫效率和共享程度。

    [1]劉喜波.區(qū)域現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展規(guī)劃研究[D].沈陽:沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué),2011.

    [2]劉序,肖廣江,雷百戰(zhàn),等.基于模糊綜合評價法的現(xiàn)代農(nóng)業(yè)園區(qū)規(guī)劃項目評價研究[J].熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué),2016,36(1):90-94.

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    (責(zé)任編輯 鄒移光)

    Construction and application of spatial database of regional agricultural planning based on GIS technology

    XIAO Guang-jiang,LIU Xu,GAN Yang-ying,XU Bi-fang
    (Institute of Agricultural Economics and Rural Development,Guangdong Academy of Agricultural Sciences,Guangzhou 510640,China)

    Regional agricultural planning plays an important role in guiding the development of modern agriculture.However,so far most regional agricultural planning still remains in two-dimensional space planning and design sketch display level.The study on integration of 2D and 3D data in planning,3D spatial analysis,3D dynamicshow and 3D spatial query are still limited.The basis of scientificity and operability for the regional agricultural planning are unitary approach,storage,query,management and analysis of multi-source spatial data and attributive data.By SuperMap,this paper introduced the data acquisition and storage,classification and coding,spatial database and attributive database construction process of regional agricultural planning in detail,also discussed the application of spatial database,to provide reference for the information management of agricultural park planning.

    regional agricultural planning;GIS;spatial database

    S127

    A

    1004-874X(2016)04-0151-05

    10.16768/j.issn.1004-874X.2016.04.028

    2016-01-15

    廣東省科技計劃項目(2013B020314002,2014A070713028,2015A020224012);廣東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院院長基金(201533)

    肖廣江(1978-),男,碩士,助理研究員,E-mail:258350931@qq.com

    劉序(1979-),男,博士,助理研究員,E-mail:liuxxuu@163.com

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