基于AO的土地利用變化信息檢測插件實(shí)現(xiàn)

陳宏宇，劉 立，任東宇，陳 波

（1.四川省第二測繪地理信息工程院，四川 成都 610000）

基于AO的土地利用變化信息檢測插件實(shí)現(xiàn)

陳宏宇1，劉 立1，任東宇1，陳 波1

（1.四川省第二測繪地理信息工程院，四川 成都 610000）

基于ArcGIS10．1平臺的 Arc Objects組件，開發(fā)了一套可批量導(dǎo)入矢量土地利用斑塊數(shù)據(jù)，并對指定類別的數(shù)據(jù)進(jìn)行分類查詢、統(tǒng)計(jì)分析、輸出矢量地類斑塊類型與面積等功能的本地GIS系統(tǒng)，可利用開發(fā)的單機(jī)軟件快速獲取圖形與屬性信息，并能對不同類別土地利用信息進(jìn)行初步統(tǒng)計(jì)分析，快速獲取土地利用變化信息。

GIS；土地利用變化信息；AO組件開發(fā)

土地利用變化信息檢測是地理國情監(jiān)測的重要工作之一。目前，土地利用變化研究主要集中在時空演變、驅(qū)動力分析、生態(tài)環(huán)境影響以及趨勢預(yù)測[1-8]，而遙感與GIS技術(shù)是重要的方法和技術(shù)手段。地理國情監(jiān)測的“高動態(tài)性”客觀上要求土地利用變化信息的獲取必須具有時效性，做到隨時發(fā)現(xiàn)變化、獲取變化、提供使用[9]。通常情況下，特定土地利用類型的面積監(jiān)測主要采用專題圖制作及系統(tǒng)開發(fā)進(jìn)行管理分析的方案，此方案只針對某一時期的土地信息統(tǒng)籌管理，主要是以專題項(xiàng)目研究為目的的制作開發(fā)，涉及快速批量化查詢統(tǒng)計(jì)處理以及靈活配置管理方面較少。在目前國情速查、地質(zhì)災(zāi)害損毀評估、應(yīng)急快速響應(yīng)需要更靈活的方案，快速獲取最新的統(tǒng)計(jì)信息。

本文基于ArcGIS 10．1平臺的Arc Objects（簡稱AO）組件，開發(fā)了集批量矢量數(shù)據(jù)導(dǎo)入、指定分類地塊信息查詢、統(tǒng)計(jì)顯示分析、輸出等功能的本地軟件，能夠快速地獲取、統(tǒng)計(jì)地塊面文件中不同類別地塊的面積更新信息，用戶可以靈活更替土地類別配置文件并進(jìn)行動態(tài)查詢、統(tǒng)計(jì)分析，滿足快速監(jiān)測、獲取、統(tǒng)計(jì)、輸出查詢結(jié)果的需求，可作批處理，減少每次土地更新變化帶來的實(shí)際統(tǒng)計(jì)工作量，達(dá)到快速獲取、分析土地面積信息變化的目的。

1 系統(tǒng)數(shù)據(jù)

1.1 輸入數(shù)據(jù)

系統(tǒng)數(shù)據(jù)要求為Shapefile、MDB、GDB格式的數(shù)據(jù)文件或數(shù)據(jù)庫，土地類別矢量數(shù)據(jù)必須包含有NAME字段名、SHAPE Area面積字段。其中，NAME字段為每個地類斑塊的類別，是土地類別國家標(biāo)準(zhǔn)中二級類類別名稱，string格式，長度一般不大于40個字符，這是為了建立索引的需求。多文件輸入表示此地區(qū)中包含多個縣、市，需要統(tǒng)計(jì)整個地區(qū)的土地利用信息，也可以單獨(dú)輸入單個縣、市的矢量土地利用面文件數(shù)據(jù)，表示統(tǒng)計(jì)查詢分析單個地區(qū)的土地利用信息。系統(tǒng)將根據(jù)配置文件查找已有數(shù)據(jù)中對應(yīng)的二級類土地類型，最后歸類進(jìn)行一級類土地面積統(tǒng)計(jì)。

1.2 配置數(shù)據(jù)

系統(tǒng)采用靈活的配置文本，格式為Excel，其中Table表中包含指定的8個一級類土地類型名稱以及對應(yīng)的二級詳細(xì)土地類型名稱，耕地、園地、林地等一級類型名稱為一級節(jié)點(diǎn)，一級類下包含二級土地類別名稱的二級節(jié)點(diǎn)，如耕地中包括水田、水澆地、旱地，指定的8大類土地類型名稱及二級類名稱依次排序。配置的文件可以再進(jìn)行修改和添加土地類別信息，系統(tǒng)主要根據(jù)此配置文件中指定土地類別名稱信息表查找計(jì)算對應(yīng)的面積信息。配置表邏輯結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)配置指定土地利用類型表

2 系統(tǒng)架構(gòu)及功能描述

2.1 數(shù)據(jù)層使用描述

系統(tǒng)采用C/S架構(gòu)，數(shù)據(jù)來源包括各類國情監(jiān)測數(shù)據(jù)、土地規(guī)劃詳細(xì)數(shù)據(jù)等，數(shù)據(jù)格式為Shapefile、MDB、GDB，方便用戶進(jìn)行查詢統(tǒng)計(jì)或分布式分機(jī)查詢。配置文件同樣由用戶設(shè)定，默認(rèn)為8類一級土地利用類型。

針對MDB數(shù)據(jù)庫，本系統(tǒng)采用分段式查詢，也可單獨(dú)編寫查詢代碼，即將配置的土地信息節(jié)點(diǎn)文件讀出后按大節(jié)點(diǎn)依次賦值到數(shù)組中，再均分篩選條件的數(shù)組，對數(shù)據(jù)進(jìn)行分批次的查詢，最后再將查詢的結(jié)果匯總到屬性表。這是由于MDB數(shù)據(jù)庫對于大批量的查詢活動有上限，查詢語句過長會導(dǎo)致系統(tǒng)內(nèi)存異常處理，同時MDB數(shù)據(jù)庫負(fù)荷量有限，現(xiàn)在一般使用GDB數(shù)據(jù)庫進(jìn)行數(shù)據(jù)存放和查詢。該數(shù)據(jù)庫支持長字符串查詢，和shapefile文件集一致，直接將配置文件中土地類型字串讀出構(gòu)建ArcGIS下SQL查詢。系統(tǒng)查詢模塊邏輯結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 批量數(shù)據(jù)查詢模塊邏輯結(jié)構(gòu)

2.2 系統(tǒng)架構(gòu)描述

系統(tǒng)采用ArcGIS 10．1平臺的ArcObjects組件進(jìn)行開發(fā)。ESRI 公司的ArcGIS 軟件是一個功能非常強(qiáng)大的主流地理信息系統(tǒng)平臺，它具有功能全面、可伸縮性強(qiáng)、部署范圍廣等優(yōu)勢。該軟件是基于ArcGIS 的組件庫（ArcObjects）開發(fā)實(shí)現(xiàn)的。ArcObjects 組件庫包括了ArcGIS 的全部功能，用戶可調(diào)用這些構(gòu)件來建立自己的應(yīng)用系統(tǒng)，基于ArcObjects 組件庫開發(fā)有VBA 定制、開發(fā)獨(dú)立的EXE應(yīng)用程序和創(chuàng)建客戶化組件3種模式[10-12]。

由于目前ArcGIS10．1平臺下VBA以及Pathon腳本方便批量處理數(shù)據(jù)，但安全性與對應(yīng)業(yè)務(wù)的靈活需求不夠，而創(chuàng)建客戶化組件有靈活安裝使用、針對性強(qiáng)的特點(diǎn)。針對本次系統(tǒng)開發(fā)，需要更豐富的多個功能集成，所以插件開發(fā)對本次開發(fā)需要的功能性、便攜使用性稍顯不足。本研究采用AO組件與．net結(jié)合開發(fā)EXE應(yīng)用程序，方便基于AreGIS平臺的用戶安裝使用。

IDE平臺在Microsoft Visio Stadio 2010下Winform開發(fā)，開發(fā)語言為C#，3．5 Framework．net版本，統(tǒng)計(jì)顯示的柱狀圖、餅狀圖使用IDE平臺自帶的MSchart控件生成，提高了移植后的穩(wěn)定性。開發(fā)的功能架構(gòu)如圖3所示。

圖3 系統(tǒng)主要功能架構(gòu)

系統(tǒng)根據(jù)搜索查詢、統(tǒng)計(jì)分析的需求，主要圍繞查詢結(jié)果表為核心模塊進(jìn)行開發(fā)，系統(tǒng)的內(nèi)部主要邏輯結(jié)構(gòu)如圖4所示，

圖4 系統(tǒng)邏輯架構(gòu)

查詢模塊類中包括各類數(shù)據(jù)的查詢函數(shù)，利用土地類型配置類中的讀取函數(shù)將土地類型節(jié)點(diǎn)讀出存入數(shù)組使用。按照數(shù)據(jù)類型的不同，構(gòu)建AO組件下要素Query屬性查詢，如果是MDB類型數(shù)據(jù)，采用數(shù)組分段構(gòu)建 SQL語句。查詢的結(jié)果由主框架數(shù)據(jù)表獲取，這里的查詢結(jié)果是空間點(diǎn)集，在查詢類中定義了委托調(diào)用，主框架實(shí)現(xiàn)顯示函數(shù)。統(tǒng)計(jì)函數(shù)類同樣要依賴配置文件，根據(jù)配置文件，大節(jié)點(diǎn)序號對數(shù)據(jù)表進(jìn)行統(tǒng)計(jì)計(jì)算。

2.3 系統(tǒng)功能描述

系統(tǒng)可導(dǎo)入多種格式的土地利用數(shù)據(jù)，并按照配置文件指定的二級類進(jìn)行土地利用面積信息查找，用戶也可以自定義二級類土地類型查找。按照查找出的二級類輸出對應(yīng)的一級類土地面積信息，查詢結(jié)果可以進(jìn)行調(diào)整或者輸出為Excel、Word格式，查詢表結(jié)果同時滿足和圖形之間的聯(lián)動。其他功能還包括背景要素的導(dǎo)入，背景要素可以是POI（point of interest）等其他圖層，可加載到目錄及圖層最上層進(jìn)行對比。系統(tǒng)還包括常用的縮放、比例尺、書簽等基礎(chǔ)功能，輔助工具還包括高亮點(diǎn)清除功能。

系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)如圖5所示，本文使用了兩個地區(qū)的數(shù)據(jù)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，系統(tǒng)能同時滿足單地區(qū)和多地區(qū)批量導(dǎo)入查詢。

圖5 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)批量輸入查詢示意圖

3 相關(guān)統(tǒng)計(jì)分析

系統(tǒng)統(tǒng)計(jì)模塊中，按照查詢得到的指定二級土地類別屬性表，計(jì)算對應(yīng)一級土地大類下面積總數(shù)，使用柱狀圖、餅狀圖進(jìn)行一級土地大類面積信息顯示，單位為m2。統(tǒng)計(jì)功能核心代碼如下:

//定義一維數(shù)組、表單、計(jì)算結(jié)果數(shù)組，獲取配置文件中一級類索引號以及對應(yīng)土地類別表單

int tdindex[] = 配置文件類.gettbindex();

datatable tdtb = 配置文件類.gettb();

double getyjtdarea[] = new double[對應(yīng)一級類總數(shù)];

//循環(huán)遍歷查詢結(jié)果表，判斷數(shù)據(jù)記錄是那種一級類下數(shù)據(jù)，如果是，則進(jìn)行面積字段下數(shù)據(jù)加法運(yùn)算

for(int i= 0;i++;i＜主程序查詢結(jié)果表.length)

{

for(int m= 0;m++;m＜tdtb.length)

{

if(主程序查詢結(jié)果表[記錄行i][name].contain(tdtb[m]. toString()))

{

//判斷此二級類屬于哪個一級類

int getwzindx = 0;

for(int n= 0;n++;n＜tdindex.length)

{

if(m>tdindex[n])

getwzindx = tdindex[n];

}

getyjtdarea[對應(yīng)一級類排號] =

getyjtdarea[對應(yīng)一級類排號] + 主程序查詢結(jié)果表[記錄行i][Area];

}

}

}

//最后返回一級類對應(yīng)面積總和數(shù)組getyjtdarea，再進(jìn)行相關(guān)計(jì)算分析。

土地分類統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示還包括所在地區(qū)的土地利用最大值、最小值、標(biāo)準(zhǔn)差，標(biāo)準(zhǔn)差的計(jì)算公式為：

式中，σ表示所在區(qū)域一級土地利用類型的面積標(biāo)準(zhǔn)差；xi表示每個一級土地利用類型對應(yīng)的面積數(shù)，u為一級土地利用類型面積平均值。統(tǒng)計(jì)模塊中的最大值、最小值表示所在地區(qū)土地利用類別一級類中對應(yīng)的最大面積和最小面積，標(biāo)準(zhǔn)差大小表示地區(qū)各一級類型占地面積的差異性，標(biāo)準(zhǔn)差越大，表示檢索地區(qū)土地類型差異性大、土地類型比較單一；標(biāo)準(zhǔn)差小，表示輸入地區(qū)土地類別多樣。系統(tǒng)統(tǒng)計(jì)功能模塊實(shí)現(xiàn)如圖6所示（圖5、圖6數(shù)據(jù)為測試數(shù)據(jù)，圖片處理為實(shí)現(xiàn)效果圖）。

圖6 系統(tǒng)統(tǒng)計(jì)模塊示意圖

4 結(jié) 語

系統(tǒng)基于ArcGIS10．1 AO組件開發(fā)，針對特定土地類型的搜索可進(jìn)行批量數(shù)據(jù)導(dǎo)入查詢、特定范圍內(nèi)土地類型面積統(tǒng)計(jì)、文檔輸出、屬性表輔助修改等功能，可實(shí)現(xiàn)多類型、大范圍數(shù)據(jù)搜索，主要應(yīng)用于快速獲取多種格式數(shù)據(jù)下特定范圍內(nèi)一級類土地面積信息。采用C/S架構(gòu)進(jìn)行維護(hù)升級，保持了本地快速處理的需求，類似于批處理插件。進(jìn)一步快速獲取在遙感影像或者其他航測、航拍制圖上提取的土地類型信息，從而快速地查詢統(tǒng)計(jì)分析，有助于了解土地現(xiàn)勢性變化。

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P208

B

1672-4623（2016）12-0075-03

10.3969/j.issn.1672-4623.2016.12.024

陳宏宇，主要從事數(shù)字城市建設(shè)方面的研究。

2015-09-17。

項(xiàng)目來源：數(shù)字制圖與國土信息應(yīng)用工程國家測繪地理信息局重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開放基金資助項(xiàng)目（DM2014SC08）。