土地整治項(xiàng)目圖庫一體化管理模式研究

曾微波 王艷 伍澤濤

摘要：本文從我國土地整治項(xiàng)目的現(xiàn)狀和需求出發(fā)，針對數(shù)據(jù)采集標(biāo)準(zhǔn)不規(guī)范、圖件制作與質(zhì)檢返工率高、成果管理效率低下等問題，以土地整治項(xiàng)目管理流程為主線，以空間數(shù)據(jù)庫技術(shù)為基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)了從外業(yè)數(shù)據(jù)采集到成果輸出的土地整治項(xiàng)目圖庫一體化管理模式.經(jīng)實(shí)際項(xiàng)目實(shí)施驗(yàn)證，極大提升了土地整治項(xiàng)目各環(huán)節(jié)的作業(yè)效率與質(zhì)量，具有非常重要的參考與推廣價(jià)值.

關(guān)鍵詞：GIS;土地整治;圖庫一體化

中圖分類號(hào)：P208? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? 文章編號(hào)：1673-260X（2019）06-0083-04

1 引言

土地整治的基本內(nèi)涵是指在一定區(qū)域內(nèi)，通過采取行政、經(jīng)濟(jì)和法律等手段，按照土地利用總體規(guī)劃、城市規(guī)劃、土地整治專項(xiàng)規(guī)劃確定的目標(biāo)和用途，對土地利用現(xiàn)狀進(jìn)行調(diào)整改造、綜合整治，促進(jìn)土地的合理利用，提高土地集約利用率和產(chǎn)出率，改善生產(chǎn)、生活條件和生態(tài)環(huán)境的過程，其實(shí)質(zhì)是合理組織土地利用[1].國內(nèi)外大量實(shí)踐證明，土地整治是一項(xiàng)系統(tǒng)性、綜合性的復(fù)雜工程.發(fā)達(dá)國家的土地整治技術(shù)相對來說比較成熟，早在20世紀(jì)80年代，德國的巴伐利亞州已普遍應(yīng)用計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理技術(shù)，建立土地整治信息系統(tǒng)，將各種數(shù)據(jù)、圖件等資料存儲(chǔ)在該系統(tǒng)中[2].而國內(nèi)的土地整治起步比較晚，有關(guān)土地整治技術(shù)的研究并不多見，土地開發(fā)整理工作因其工作量巨大、紙質(zhì)資料繁雜、手工管理效率低下、管理手段落后等原因，我國急需從土地整治項(xiàng)目的工程化、標(biāo)準(zhǔn)化、系統(tǒng)化等方面入手，構(gòu)建土地整治項(xiàng)目的技術(shù)支撐體系[3].

現(xiàn)階段，我國的土地整治項(xiàng)目中很多測繪單位都是外業(yè)測繪人員負(fù)責(zé)外業(yè)地形點(diǎn)的測繪和地形圖的編繪，其使用的制圖軟件大部分都是南方CASS[4]，南方CASS軟件是基于AutoCAD平臺(tái)進(jìn)行二次開發(fā)的數(shù)字化測繪數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，其具有強(qiáng)大的繪圖功能和處理矢量圖形的能力，但處理對象屬性方面及空間分析功能欠缺，原因如下：（1）對屬性信息管理的能力較弱，制圖與數(shù)據(jù)庫管理各成體系，導(dǎo)致空間數(shù)據(jù)與屬性數(shù)據(jù)不能一體化管理，信息反饋渠道不暢;（2）檢查圖件數(shù)據(jù)是否符合規(guī)范的流程復(fù)雜，工作量巨大、自動(dòng)化程度低、且質(zhì)檢質(zhì)量難以保證;（3）制圖工作流程不連續(xù)，缺乏一致的用戶界面.制圖數(shù)據(jù)與GIS建庫數(shù)據(jù)為兩套數(shù)據(jù)，無法實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)無縫拼接[5].

圖庫一體化是指通過一種圖形信息化技術(shù)把制圖數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換存入數(shù)據(jù)庫，滿足日常的空間數(shù)據(jù)管理需求，通過一種信息圖形化技術(shù)再把出庫數(shù)據(jù)“還原”成入庫前的數(shù)據(jù)，以一種無損的、可逆的方式把制圖數(shù)據(jù)、GIS數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)庫管理等融為一體[6].在生產(chǎn)中由一個(gè)系統(tǒng)來管理制圖數(shù)據(jù)成果與建庫數(shù)據(jù)成果.因此，將數(shù)據(jù)放入數(shù)據(jù)庫中，加強(qiáng)對數(shù)據(jù)質(zhì)量的管理與控制，同時(shí)制圖數(shù)據(jù)也隨著建庫數(shù)據(jù)的更新而自動(dòng)更新的方式十分必要[7].

2 技術(shù)路線

本文從我國土地整治項(xiàng)目的現(xiàn)狀和實(shí)際需求出發(fā)，重點(diǎn)考慮了外業(yè)數(shù)據(jù)采集、竣工圖件自動(dòng)化輸出、內(nèi)業(yè)成果自動(dòng)提取等關(guān)鍵環(huán)節(jié)，對土地整治項(xiàng)目圖庫一體化管理的技術(shù)流程進(jìn)行了梳理和研究，設(shè)計(jì)了土地整治項(xiàng)目圖庫一體化管理流程.

本文中，土地整治項(xiàng)目的圖庫一體化管理模式是基于外業(yè)測點(diǎn)數(shù)據(jù)直接導(dǎo)入轉(zhuǎn)化成圖和CASS成圖導(dǎo)入兩種方式將數(shù)據(jù)導(dǎo)入到Personal Geodatabase中.首先，按照國家地形圖圖式規(guī)定設(shè)計(jì)一體化數(shù)據(jù)制圖模板制作竣工圖，方便地圖內(nèi)容合理化表達(dá);其次，對圖件進(jìn)行質(zhì)檢加強(qiáng)成果質(zhì)量，確保圖件成果質(zhì)量后納入批次，不合格的竣工圖進(jìn)行修改合格后納入批次;再次，由于批次數(shù)據(jù)是包含整個(gè)縣/鎮(zhèn)的全部數(shù)據(jù)，對于只能儲(chǔ)存2GB的Personal Geodatabase來說數(shù)據(jù)量較大，而File Geodatabase以一個(gè)資料夾方式存儲(chǔ)，資料庫無限制，每個(gè)表限制為1TB.因此，需將批次數(shù)據(jù)導(dǎo)入到File Geodatabase中完成批量數(shù)據(jù)自動(dòng)化統(tǒng)計(jì)與輸出.最后根據(jù)模板文件、映射文件及Word及Excel標(biāo)簽進(jìn)行數(shù)據(jù)抽取以獲得項(xiàng)目所需文本、表格材料并自動(dòng)輸出相關(guān)圖件.

3 外業(yè)成果導(dǎo)入

3.1 外業(yè)測點(diǎn)導(dǎo)入

傳統(tǒng)的外業(yè)測量人員是通過專業(yè)的測量儀器測得碎部點(diǎn)，將成果輸入到計(jì)算機(jī)，用CASS軟件繪制出地籍圖[8]，按照圖示符號(hào)逐點(diǎn)連線，通過復(fù)雜的內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理進(jìn)行圖件生成，這種作業(yè)方式不僅復(fù)雜程度高浪費(fèi)了大量的人力資源，且準(zhǔn)確率低.為了最大程度的照顧傳統(tǒng)的作業(yè)方式，在此提出通過將外業(yè)測得的控制點(diǎn)數(shù)據(jù)直接轉(zhuǎn)化成GIS成果圖件數(shù)據(jù).

根據(jù)土地整治業(yè)務(wù)項(xiàng)目流程的實(shí)際情況導(dǎo)入外業(yè)測點(diǎn)的步驟如下：首先讀取野外測點(diǎn)數(shù)據(jù)到同一圖層中，其中每個(gè)測點(diǎn)數(shù)據(jù)包含四列，分別為地物編碼列、X值、Y值、Z值;其次將讀取到的地物編碼列的前三位數(shù)值與數(shù)據(jù)庫中的要素類型表進(jìn)行匹配，通過要素編碼確定其要素類型;再次讀取同一類要素的地物編碼列的后三位數(shù)值，根據(jù)其順序判斷連接關(guān)系（相鄰數(shù)字為相鄰點(diǎn)）;然后將同一類型要素可連接的點(diǎn)連接成線，單獨(dú)的點(diǎn)不做處理;最后將連成的線狀數(shù)據(jù)存至另一圖層，自動(dòng)成圖.

3.2 CASS成圖導(dǎo)入

由于AutoCAD強(qiáng)大的圖形編輯和處理功能，很多外業(yè)測量單位都選用CAD作為數(shù)字成圖的工具，對GIS軟件很少了解.而隨著ESRI公司的地理信息系統(tǒng)軟件ArcGIS在國內(nèi)土地、地質(zhì)、測繪、交通等行業(yè)中應(yīng)用的不斷深入，CASS與ArcGIS直接的圖形信息交互也越來越多.對于大量已經(jīng)由CASS軟件繪制好的圖件，為了更有效地對數(shù)據(jù)進(jìn)行管理，需要進(jìn)行大量的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換工作，而在數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換過程中會(huì)存在轉(zhuǎn)換后數(shù)據(jù)內(nèi)容的丟失或者屬性信息不一致的情況，降低了數(shù)據(jù)的利用率.因此，實(shí)現(xiàn)CASS與ArcGIS數(shù)據(jù)的無損轉(zhuǎn)換十分必要[9-10].

CASS中數(shù)據(jù)幾何由線構(gòu)成，而ArcGIS中數(shù)據(jù)幾何分為點(diǎn)、線、面.實(shí)現(xiàn)CASS到Personal Geodatabase的無損轉(zhuǎn)換需通過建立CASS線型與幾何點(diǎn)、線、面的映射關(guān)系實(shí)現(xiàn).在土地整治業(yè)務(wù)中具體按照如下方式進(jìn)行：①根據(jù)CASS中的地物線型、地物顏色、地物編碼等參數(shù)信息，在ArcGIS中建立兩者圖層、地物的映射關(guān)系，并記錄到地物類型編碼表中;②在ArcGIS中建立周邊參考點(diǎn)、線、面三個(gè)不同幾何類型的圖層，將CASS地物重新劃分成ArcGIS中的點(diǎn)、線、面三種類型;③將CASS塊數(shù)據(jù)劃分成幾何數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)，通過映射關(guān)系與幾何數(shù)據(jù)構(gòu)建Personal Geodatabase格式的圖層要素;④通過映射關(guān)系與屬性數(shù)據(jù)填充圖層屬性，完成數(shù)據(jù)預(yù)處理.

4 基于自定義規(guī)則的圖件質(zhì)檢

為了加強(qiáng)測繪成果質(zhì)量，確保圖件成果質(zhì)量，圖件質(zhì)檢是檢查圖件數(shù)據(jù)是否符合規(guī)范的必要程序.南方CASS軟件是基于AutoCAD平臺(tái)進(jìn)行二次開發(fā)的數(shù)字化測繪數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，其具有強(qiáng)大的繪圖功能和處理矢量圖形的能力，但CAD缺乏較強(qiáng)的對空間數(shù)據(jù)信息的描述和分析功能[11].而傳統(tǒng)的圖件數(shù)據(jù)檢查主要是人工檢查，在檢查效率、檢查正確性方面都存在很大的問題，存檔資料雜亂無章和報(bào)告的規(guī)范性差，并對于檢查出的錯(cuò)誤進(jìn)行人工修改，以離線方式向廣大用戶提供紙質(zhì)地圖和基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)，這種方式已無法滿足現(xiàn)代社會(huì)對測繪成果信息快速獲取與集成應(yīng)用的需求[12].因此，針對此問題提出了流程化自動(dòng)質(zhì)檢技術(shù)，將質(zhì)檢工作變得簡單快捷.

4.1 制定質(zhì)檢規(guī)則

圖件質(zhì)檢規(guī)則主要分為幾何錯(cuò)誤、拓?fù)潢P(guān)系錯(cuò)誤、違反特定業(yè)務(wù)規(guī)則錯(cuò)誤等三大類型，如土地整治業(yè)務(wù)項(xiàng)目中的邊界線嚴(yán)重錯(cuò)誤屬于幾何錯(cuò)誤，坎坡方向與高程值邏輯不一致屬于拓?fù)潢P(guān)系錯(cuò)誤，而竣工圖、勘測圖、界址點(diǎn)等文件命名不規(guī)范則屬于特定的業(yè)務(wù)規(guī)則錯(cuò)誤，在土地整治業(yè)務(wù)項(xiàng)目中按照要求制定的部分典型的質(zhì)檢項(xiàng)如表1所示.

4.2 配置質(zhì)檢規(guī)則與處理

在包含房屋、道路、坡坎等地物類型的土地整治業(yè)務(wù)項(xiàng)目中，遍歷當(dāng)前存在的數(shù)據(jù)類型和地物類型，查詢質(zhì)檢規(guī)則表篩選并配置出“房屋直角、無壓蓋”“房屋、道路要標(biāo)志材質(zhì)”“坡坎上下高差不符合要求”等質(zhì)檢規(guī)則，這種遍歷當(dāng)前數(shù)據(jù)庫中存在的數(shù)據(jù)類型和地物類型，查詢質(zhì)檢規(guī)則表篩選質(zhì)檢規(guī)則，并自動(dòng)配置篩選出來的質(zhì)檢規(guī)則的方式大大提高了質(zhì)檢效率.根據(jù)篩選出的質(zhì)檢規(guī)則，對圖層各要素進(jìn)行圖形錯(cuò)誤、拓?fù)溴e(cuò)誤的分析與檢查;如土地整治業(yè)務(wù)項(xiàng)目中“坡坎方向應(yīng)與高程值邏輯一致”質(zhì)檢項(xiàng)，在ArcGIS數(shù)據(jù)管理模式下，坡坎與高程點(diǎn)分別存儲(chǔ)在不同的圖層中，因此需要通過遍歷坡坎圖層要素，獲取坡坎要素方向，并與高程點(diǎn)要素進(jìn)行空間位置分析，獲取坡坎兩邊的高程點(diǎn)，判斷坡坎方向與對應(yīng)高程值是否正確，完成該項(xiàng)質(zhì)檢規(guī)則檢查;遍歷所有質(zhì)檢規(guī)則，并將錯(cuò)誤信息加載到錯(cuò)誤列表中顯示，同時(shí)在錯(cuò)誤信息中記錄對應(yīng)的要素ID信息，用于快速查找修改質(zhì)檢錯(cuò)誤，完成自動(dòng)化質(zhì)檢與處理.

5 成果管理與輸出

5.1 圖件成果模板設(shè)計(jì)

出圖數(shù)據(jù)的核心在于圖面的表示，即按照圖式要求對地圖內(nèi)容進(jìn)行合理化表達(dá)，應(yīng)先嚴(yán)格按照土地整治竣工圖制圖規(guī)范制作一體化數(shù)據(jù)制圖模板，確保制圖輸出時(shí)符合相關(guān)的規(guī)定與要求.本文通過設(shè)計(jì)多種比例尺的制圖模板實(shí)現(xiàn)土地整治竣工圖的所見即所得的繪制.定義要素的幾何分類、分層、屬性、地圖符號(hào)、圖廓整飾等內(nèi)容.在制圖表達(dá)模板定制時(shí)，根據(jù)地圖表示地區(qū)范圍的大小、圖幅的大小和表示內(nèi)容的詳略等不同情況設(shè)計(jì)1：500或1：1000等不同比例尺模板，圖層按照自上而下的空間位置排放順序以解決點(diǎn)、線、面三類特征要素的壓蓋，同時(shí)也要設(shè)計(jì)好同一圖層內(nèi)各要素的疊置關(guān)系[13].例如在土地整治業(yè)務(wù)項(xiàng)目工作中1：500比例尺下圖件模板的設(shè)計(jì)如圖3所示：

模板中要素劃分制圖常量和制圖變量，如地圖整飾整體模板配置圖內(nèi)外圖框、比例尺、圖例、指北針等分為制圖常量元素，圖名、編圖單位、編圖時(shí)間、面積明細(xì)表、文字注記等劃分為制圖變量元素，利用ArcGIS分別創(chuàng)建mxd工作空間文件和mxt制圖模板文件，按照CASS的符號(hào)效果創(chuàng)建和定制每個(gè)要素類的制圖表達(dá)規(guī)則，加載數(shù)據(jù)到模板中，通過制圖表達(dá)規(guī)則實(shí)現(xiàn)對各層數(shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)符號(hào)化顯示，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行圖面編輯工作，滿足制圖的要求.正確地進(jìn)行制圖模板的設(shè)計(jì)在圖庫一體化生產(chǎn)過程中可保證建庫數(shù)據(jù)與制圖數(shù)據(jù)的一致性.

5.2 數(shù)據(jù)抽取與自動(dòng)化輸出

數(shù)據(jù)抽取是指從原始數(shù)據(jù)中抽取出感興趣數(shù)據(jù)的過程，對地理數(shù)據(jù)的提取基于數(shù)據(jù)的屬性值、空間范圍以及地理特征.在土地整治業(yè)務(wù)項(xiàng)目中有大量的報(bào)批報(bào)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)材料，主要分為圖件材料和文本材料，其來源于單幅竣工圖圖件信息.其中圖件材料主要包含土地利用現(xiàn)狀圖、整治規(guī)劃圖等反映土地利用現(xiàn)狀及土地利用布局等內(nèi)容的圖件;文本材料主要包含土地整治項(xiàng)目整個(gè)流程的證明、報(bào)告及驗(yàn)收等材料.如下圖4中，展示了如何利用Excel書簽建立映射關(guān)系表達(dá)式，從土地整治批次數(shù)據(jù)庫中自動(dòng)抽取報(bào)批、報(bào)驗(yàn)材料所需各種表格數(shù)據(jù)的過程：

文本材料的抽取方式是根據(jù)其類型創(chuàng)建模板文件，針對模板文件創(chuàng)建映射文件，建立模板文件與映射文件之間的對應(yīng)關(guān)系來實(shí)現(xiàn)的[14].表格文件抽取具體按照如下方式進(jìn)行：①根據(jù)表格類型創(chuàng)建表格模板文件，確定每個(gè)具體單元格插入值的屬性，設(shè)置Excel書簽記錄表格變量位置信息;②針對表格模板文件創(chuàng)建映射文件，映射文件記錄插入單元格的目標(biāo)位置、目標(biāo)來源文件、具體表名、來源類型等屬性信息;③遍歷表格模板文件中Excel書簽記錄，根據(jù)變量的標(biāo)記從源數(shù)據(jù)（竣工圖批次圖件數(shù)據(jù)）中抽取需要數(shù)據(jù);④根據(jù)映射關(guān)系中記錄的單元格填充公式：單元填充、多元拼接及多元運(yùn)算多種類型，判斷單元格填充方式，統(tǒng)計(jì)匯總，自動(dòng)插入與更新統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)信息;⑤通過這種方法處理所有表格材料模板文件，并統(tǒng)一輸出到指定目錄，完成批量表格數(shù)據(jù)的自動(dòng)化統(tǒng)計(jì)與輸出.

6 結(jié)語

本文對土地整治項(xiàng)目的圖庫一體化管理模式進(jìn)行研究，針對數(shù)據(jù)采集標(biāo)準(zhǔn)不規(guī)范、圖件制作與質(zhì)檢返工率高、成果管理效率低下等問題，開發(fā)CASS-ArcGIS的轉(zhuǎn)換、自動(dòng)數(shù)據(jù)抽取、自動(dòng)圖件質(zhì)檢與批量圖件輸出等模塊，構(gòu)建出一套工程化、標(biāo)準(zhǔn)化、系統(tǒng)化的土地整治數(shù)據(jù)采集與圖件成果管理圖庫一體化模式.運(yùn)用此模式制作單幅竣工圖的速度是傳統(tǒng)作業(yè)模式的2-3倍;而對于批量數(shù)據(jù)抽取的處理效率隨著數(shù)據(jù)量的增大更顯優(yōu)勢.實(shí)際項(xiàng)目實(shí)施中，處理一個(gè)具有53幅竣工圖的鄉(xiāng)鎮(zhèn)批次，在傳統(tǒng)作業(yè)模式下消耗28人時(shí)，而此模式下僅耗時(shí)3.2人時(shí)，是傳統(tǒng)作業(yè)模式的8-9倍.實(shí)踐證明，應(yīng)用圖庫一體化管理模式可有效提高土地整治采集與處理工作的精度和效率，極大提升土地整治項(xiàng)目各環(huán)節(jié)的作業(yè)效率與工作質(zhì)量，具有極為重要的應(yīng)用與推廣價(jià)值.

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