基于ArcGIS的地類統(tǒng)計分析工具研發(fā)與應(yīng)用

王巖，吳大鵬，周文良

(1.濟南市勘察測繪研究院，山東 濟南 250013； 2.濟南市市中區(qū)自然資源局，山東 濟南 250022)

1 引 言

在土地增減掛鉤和征收項目中，政府部門或用地單位會委托測繪單位進行勘測定界，勘測定界報告中要出具地類疊加分析表，需對范圍面內(nèi)地類進行分析和面積統(tǒng)計[1～3]。目前常用的地類統(tǒng)計分析軟件有CASS、EPS、ArcGIS等[4～6]，其中ArcGIS以其強大的空間分析能力而備受青睞。Python語言具有簡單易用、功能強大等優(yōu)點，是理想的二次開發(fā)語言[7，8]。該文綜合了ArcGIS和Python的優(yōu)勢，構(gòu)建了地類統(tǒng)計分析工具，并結(jié)合濟南市某增減掛鉤勘測定界項目，驗證了該工具的有效性。

2 濟南市4+1期地類疊加分析規(guī)則

2.1 數(shù)據(jù)說明

(1)范圍面：待進行地類分析的目標范圍，空間特征為面，.dwg Polygon或.shp格式數(shù)據(jù)。

(2)地類圖斑：是指各類土地在地面表現(xiàn)的一個個相鄰且獨立的地塊，如“水澆地”“旱地”“村莊”等，空間特征為面，數(shù)據(jù)格式為.shp。該文4期地類圖斑數(shù)據(jù)為“2009DLTB.shp”“2016DLTB.shp”“2017DLTB.shp”“2018DLTB.shp”。該文涉及的字段名稱為“DLMC”，意為“地類名稱”。

(3)線狀地物：是指實地寬度小于相應(yīng)比例尺地類上圖圖斑寬度，且面積小于上圖圖斑面積的地塊，如“農(nóng)村道路”“溝渠”“公路用地”等，空間特征為線(“農(nóng)村道路”“溝渠”“公路用地”等的中心線)，數(shù)據(jù)格式為.shp。該文1期線狀地物數(shù)據(jù)為“2018XZDW.shp”。該文涉及的字段名稱為“DLMC”“KD”，意為“地類名稱”“寬度”。

(4)行政區(qū)界：如村界、城區(qū)等，空間特征為面，數(shù)據(jù)格式為.shp。該文行政區(qū)界數(shù)據(jù)為“XZQ.shp”。該文涉及的字段名稱為“XZQMC”，意為“行政區(qū)名稱”。

(5)4+1期：是指4期地類圖斑數(shù)據(jù)和1期線狀地物數(shù)據(jù)。

(6)地類優(yōu)先級：根據(jù)第二次全國土地調(diào)查土地分類表中地類的優(yōu)先級進行確定，如水澆地>果園>城鎮(zhèn)住宅用地。

2.2 疊加分析規(guī)則

(1)根據(jù)地類的優(yōu)先級對4期地類圖斑數(shù)據(jù)進行篩選，直至提取出最高地類(最高地類不是某一特定地類，而是指某一區(qū)域內(nèi)優(yōu)先級最高的地類，假如將范圍面劃分為1和2兩個區(qū)域，1區(qū)域的最高地類是水澆地，2區(qū)域的最高地類可能是水澆地，也可能是城鎮(zhèn)住宅用地等)。

(2)線狀地物數(shù)據(jù)按其寬度屬性構(gòu)建緩沖區(qū)后，根據(jù)地類的優(yōu)先級提取出最高地類(由于緩沖區(qū)之間可能存在相互重疊情況，所以仍需提取最高地類)。

(3)線狀地物數(shù)據(jù)按其寬度屬性構(gòu)建緩沖區(qū)后形成的面數(shù)據(jù)與地類圖斑數(shù)據(jù)重疊范圍的地類以線狀地物數(shù)據(jù)中的地類為準。

3 地類統(tǒng)計分析工具的創(chuàng)建

3.1 數(shù)據(jù)預(yù)處理

由于不同數(shù)據(jù)之間涵蓋的地類種類可能不同等原因，所以首先進行數(shù)據(jù)預(yù)處理，相同數(shù)據(jù)只需賦值一次，后續(xù)使用同樣數(shù)據(jù)不再經(jīng)過此過程。數(shù)據(jù)預(yù)處理的步驟為：

(1)在每一期地類圖斑數(shù)據(jù)中添加字段XLPX(類型為整型)，添加此字段的目的是對地類的優(yōu)先級進行排序，a值為地類級別，1級為最高。在字段計算器中解析程序選擇VB腳本，輸入代碼：

dim a

if [DLMC]="水田" then

a=1

elseif [DLMC]="水澆地" then

a=2

elseif [DLMC]="旱地" then

a=3

……

……

elseif [DLMC]="水工建筑用地" then

a=××

end if

進行賦值，賦值完成后檢查字段XLPX是否有空值，若有空值，則按本代碼的語法形式按順序加上代碼中未涵蓋的地類。

(2)在線狀地物數(shù)據(jù)中添加字段XLPX(類型為整型)，按步驟1的方法進行賦值。

3.2 地類統(tǒng)計分析工具制作

該文采用Python腳本編寫地類分析工具，主要流程為：

(1)輸入數(shù)據(jù)(arcpy.GetParameterAsText函數(shù))，包括范圍面數(shù)據(jù)、4期地類圖斑數(shù)據(jù)、1期線狀地物數(shù)據(jù)、行政區(qū)界數(shù)據(jù)和輸出位置。

(2)范圍面分別與4期地類圖斑數(shù)據(jù)相交(arcpy.Intersect_analysis函數(shù))，得到范圍面內(nèi)“2009in.shp”“2016in.shp”“2017in.shp”“2018in.shp”4期地類圖斑數(shù)據(jù)。

(3)將范圍面內(nèi)4期地類圖斑數(shù)據(jù)合并(arcpy.Merge_management函數(shù))，得到merge4.shp。

(4)選擇(arcpy.SelectLayerByAttribute_management函數(shù))出“merge4.shp”的最高地類，輸出數(shù)據(jù)為sel_zg.shp，merge4.shp與sel_zg.shp執(zhí)行擦除(arcpy.Erase_analysis函數(shù)，sel_zg.shp擦除merge4.shp，輸出數(shù)據(jù)為“era.shp”)、合并(arcpy.Merge_management函數(shù)，sel_zg.shp與era.shp合并)后輸出數(shù)據(jù)“merge4_1.shp”，對“merge4_1.shp”執(zhí)行與“merge4.shp”相同的操作，輸出數(shù)據(jù)為“merge4_2.shp”。將選擇出“merge4_i.shp”(i=1，2，3……)中最高地類、擦除、合并稱為一次自裁剪，對輸出數(shù)據(jù)“merge4_i.shp”不停地進行自裁剪，直至輸出的數(shù)據(jù)只含最高地類，最終輸出數(shù)據(jù)為“merge4_zg.shp”。

(5)選擇出與范圍面距離不大于0.5倍寬度值的“2018XZDW.shp”，以0.5倍寬度值作為緩沖距離生成緩沖區(qū)(arcpy.Buffer_analysis函數(shù))，得到“xzdw_buf.shp”，按照(4)提取最高地類，直至輸出的數(shù)據(jù)只含最高地類，最終輸出數(shù)據(jù)為“xzdw_zg.shp”。

(6)對“merge4_zg.shp”與“xzdw_zg.shp”執(zhí)行相交(輸出數(shù)據(jù)為“merge4_xzdw_in.shp”)、擦除(“xzdw_zg.shp”擦除“merge4_zg.shp”，輸出數(shù)據(jù)為“merge4_ea_xzdw.shp”)、合并(“merge4_xzdw_in.shp”與“merge4_ea_xzdw.shp”)后，合為1個要素類，輸出數(shù)據(jù)為merge4_xzdw.shp，merge4_xzdw.shp含字段“DLMC”和“DLMC_1”，將字段“DLMC_1”的非空值覆蓋(arcpy.da.UpdateCursor函數(shù))字段“DLMC”。對merge4_xzdw.shp執(zhí)行按字段“DLMC”融合(arcpy.Dissolve_management函數(shù))，輸出最終的shp數(shù)據(jù)成果為merge4_xzdw_di.shp。步驟(1)～(6)為該工具地類分析功能實現(xiàn)。

(7)是否輸入行政區(qū)界數(shù)據(jù)是可選的。當不輸入行政區(qū)界數(shù)據(jù)時，對merge4_xzdw_di.shp執(zhí)行導出屬性表(arcpy.TableToExcel_conversion函數(shù)，此表為默認范圍面位于1個行政區(qū)界內(nèi)時的地類面積統(tǒng)計，當范圍面位于多個行政區(qū)界內(nèi)時，則此表廢)；當輸入行政區(qū)界數(shù)據(jù)時，對“merge4_xzdw.shp”與“XZQ.shp”執(zhí)行相交后的輸出數(shù)據(jù)按字段“XZQMC”和“DLMC”融合，對融合后輸出的數(shù)據(jù)導出屬性表，此表為1個或多個行政區(qū)界內(nèi)的地類面積統(tǒng)計。步驟(7)為該工具的面積統(tǒng)計功能實現(xiàn)。

流程圖如圖1所示，工具界面如圖2所示。

圖1 流程圖

圖2 工具界面

4 實驗分析

以濟南市某土地增減掛鉤項目為實驗對象，對其中2個地塊(地塊1，面積 34 717 m2；地塊2，面積 14 736 m2)進行分析，選取4期地類圖斑數(shù)據(jù)“2009DLTB.shp”“2016DLTB.shp”“2017DLTB.shp”“2018DLTB.shp”和1期線狀地物數(shù)據(jù)“2018XZDW.shp”疊加取最高地類，行政區(qū)界數(shù)據(jù)為“XZQ.shp”(為保密起見，行政區(qū)名用A、B、C……等英文字母代替)。兩地塊勘測定界報告中地類面積經(jīng)過了過程檢查和最終檢查，可作為準確的對比數(shù)據(jù)。工具地類分析結(jié)果如圖3所示，工具導出表格(地類面積統(tǒng)計結(jié)果)如表1、表2所示。

圖3 地類分析結(jié)果

地塊1工具導出表格 表1

地塊2工具導出表格 表2

工具地類面積統(tǒng)計數(shù)據(jù)與勘測定界報告中對應(yīng)數(shù)據(jù)對比結(jié)果如表3所示，勘測定界報告中數(shù)據(jù)保留至整數(shù)位，為保持一致，工具地類面積統(tǒng)計數(shù)據(jù)也保留至整數(shù)位。

從表3可知工具運行結(jié)果和勘測定界報告統(tǒng)計數(shù)據(jù)是相同的(造成差值為1的原因是：為保證地塊2各地類面積總和和范圍線面積一致，數(shù)值45.53167676直接舍為45，而不是進為46，實際差值為0)，說明工具運行結(jié)果的正確性。地塊1和地塊2的工具運行時間分別僅為 22.46 s和 25.80 s，遠低于人工統(tǒng)計分析的時間，可見該工具大幅度提高了工作效率。

工具地類面積統(tǒng)計數(shù)據(jù)與勘測定界報告中對應(yīng)數(shù)據(jù)比較 表3

該工具不僅適用于4+1期地類疊加分析，同樣適用于任意n+1(n≥1)期地類疊加統(tǒng)計分析。分別以“2009DLTB.shp”和“2018XZDW.shp”組成1+1期，“2009DLTB.shp”“2016DLTB.shp”和“2018XZDW.shp”組成2+1期、“2009DLTB.shp”“2016DLTB.shp”“2017DLTB.shp”和“2018XZDW.shp”組成3+1期，以“2006DLTB.shp”“2009DLTB.shp”“2016DLTB.shp”“2017DLTB.shp”“2018DLTB.shp”和“2018XZDW.shp”組成5+1期對地塊2進行分析統(tǒng)計，工具運行時間如圖4所示。

圖4 工具運行時間

從圖4可知，1+1期～5+1期，工具皆可在 30 s內(nèi)快速運算出結(jié)果。隨著期數(shù)的增大，運行時間沒有出現(xiàn)大幅度增大的情況，可見在疊加多期地類數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析時，該工具能夠在較大程度上起到節(jié)省人力、時間的作用。

在土地征收勘測定界項目中，濟南市現(xiàn)行地類疊加規(guī)則有1+1期或2+1期(不同區(qū)域可能要求不同)，該工具同樣適用于土地征收階段的地類統(tǒng)計分析。

5 結(jié) 論

結(jié)合濟南市某增減掛鉤勘測定界項目，對地類統(tǒng)計分析工具的有效性進行了驗證。實驗結(jié)果表明，該工具運行結(jié)果正確，運行時間遠低于人工統(tǒng)計分析時間，提高了工作效率，避免了人為錯誤。該工具適用于任意n+1(n≥1)期地類疊加統(tǒng)計分析，在土地征收勘測定界項目中可發(fā)揮其作用。