縣級(jí)自然資源現(xiàn)狀數(shù)據(jù)庫的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

向 俊，張 俊，朱建中，譚朝瑞

(1.湖北省巴東縣自然資源和規(guī)劃局,湖北 巴東 444300; 2.湖北省地質(zhì)局 第二地質(zhì)大隊(duì),湖北 恩施 445000)

為適應(yīng)新形勢(shì)下自然資源調(diào)查工作的相關(guān)要求,服務(wù)于相關(guān)自然資源管理工作[1],縣級(jí)自然資源管理部門需要開展包含在地表基質(zhì)、地表覆蓋、地下資源三維空間內(nèi)的土地資源、礦產(chǎn)資源、林木資源、水資源、濕地資源、草地資源等區(qū)域自然資源現(xiàn)狀數(shù)據(jù)庫的建設(shè)工作。通過對(duì)反映資源數(shù)量、質(zhì)量、特性、空間分布等標(biāo)準(zhǔn)各異、格式不同、自成體系的主要數(shù)據(jù)要素的數(shù)據(jù)成果進(jìn)行關(guān)聯(lián)、整合,推動(dòng)自然資源專項(xiàng)調(diào)查與國土調(diào)查成果[2]的實(shí)質(zhì)融合,實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)成果對(duì)各類自然資源信息的日常管理、監(jiān)管決策和對(duì)外服務(wù)的有利數(shù)據(jù)支撐,同時(shí)集中管理基礎(chǔ)調(diào)查和專項(xiàng)調(diào)查形成的自然資源本底數(shù)據(jù),為國家層面全流程的自然資源監(jiān)測(cè)活動(dòng)奠定基礎(chǔ)。

1 縣級(jí)自然資源現(xiàn)狀數(shù)據(jù)庫的設(shè)計(jì)思路

1.1 數(shù)據(jù)庫依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)及技術(shù)路線

1.1.1依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)

參照2020年自然資源部下發(fā)的自然資源調(diào)查監(jiān)測(cè)體系構(gòu)建總體方案,以第三次全國國土調(diào)查縣級(jí)數(shù)據(jù)庫建設(shè)技術(shù)規(guī)范等為基礎(chǔ),深入?yún)⒖甲钚隆兜V產(chǎn)資源規(guī)劃數(shù)據(jù)庫標(biāo)準(zhǔn)》、《市縣林區(qū)森林資源調(diào)查數(shù)據(jù)庫建設(shè)規(guī)范》、《水資源監(jiān)控管理數(shù)據(jù)庫表結(jié)構(gòu)及標(biāo)識(shí)符標(biāo)準(zhǔn)》、《草地資源調(diào)查技術(shù)規(guī)程》、《全國濕地資源調(diào)查技術(shù)規(guī)程》等各類自然資源調(diào)查及相關(guān)數(shù)據(jù)庫建設(shè)的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范,利用現(xiàn)有的森林資源清查、濕地資源調(diào)查、水資源調(diào)查、草原資源清查等數(shù)據(jù)成果,實(shí)現(xiàn)國土調(diào)查與水資源、林業(yè)、草原、濕地等專項(xiàng)調(diào)查數(shù)據(jù)銜接,對(duì)標(biāo)準(zhǔn)相異、格式不同、自成體系的各類專項(xiàng)調(diào)查數(shù)據(jù)成果進(jìn)行梳理,推動(dòng)自然資源專項(xiàng)調(diào)查與國土調(diào)查成果的實(shí)質(zhì)融合。深入反映自然資源現(xiàn)狀的幾大核心需求：“數(shù)量”、“質(zhì)量、“特性”,構(gòu)建數(shù)據(jù)庫的相關(guān)框架結(jié)構(gòu)與核心要素層,確立縣級(jí)自然資源現(xiàn)狀數(shù)據(jù)庫依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)。

1.1.2縣級(jí)自然資源現(xiàn)狀數(shù)據(jù)庫建設(shè)技術(shù)路線

自然資源現(xiàn)狀數(shù)據(jù)庫建設(shè)技術(shù)路線遵循以下步驟(如圖1),其中數(shù)據(jù)準(zhǔn)備工作包括：建庫方案制定、人員準(zhǔn)備、軟硬件準(zhǔn)備、自然資源專項(xiàng)調(diào)查數(shù)據(jù)收集、自然資源補(bǔ)充外業(yè)調(diào)查等；數(shù)據(jù)預(yù)處理包括：按照第三次國土調(diào)查[3]數(shù)據(jù)庫標(biāo)準(zhǔn)對(duì)不同類型資源統(tǒng)一數(shù)學(xué)基礎(chǔ)、內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)預(yù)處理；數(shù)據(jù)庫建設(shè)包括：數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)入庫；數(shù)據(jù)分析：包括面積匯總、資源承載力分析、空間適宜性分析；數(shù)據(jù)庫質(zhì)量檢查：包括完整性檢查、圖形數(shù)據(jù)檢查、屬性數(shù)據(jù)檢查、文字成果質(zhì)量檢查及匯總成果檢查等。

圖1 技術(shù)路線圖Fig.1 Technical roadmap

1.2 縣級(jí)自然資源現(xiàn)狀數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)

1.2.1需求分析

自然資源現(xiàn)狀數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)需求包含“山、水、林、田、湖、草”所涉及的數(shù)據(jù)分布范圍,使用自然資源與規(guī)劃部門開展的最新“三調(diào)”成果信息,充分利用“土地要素層”中的地類調(diào)查成果圖斑,全面獲取縣域內(nèi)土地資源的不同土地類型的面積、空間分布現(xiàn)狀。土地資源數(shù)據(jù)涵蓋農(nóng)業(yè)生產(chǎn)土地(耕地、種植園)、城鄉(xiāng)建設(shè)土地(商業(yè)服務(wù)、工礦、住宅、公共管理與公共服務(wù)、交通運(yùn)輸)、生態(tài)用地等。

礦產(chǎn)資源要素類通過對(duì)礦產(chǎn)開發(fā)利用現(xiàn)狀調(diào)查成果中礦產(chǎn)地、礦山、礦區(qū)、采礦權(quán)、探礦權(quán)的空間要素?cái)?shù)據(jù)的轉(zhuǎn)化處理,統(tǒng)一到基礎(chǔ)地理信息要素的空間參照體系后,統(tǒng)計(jì)礦產(chǎn)資源的儲(chǔ)量、分布、礦種類型等礦業(yè)資源的現(xiàn)狀信息。按照國家關(guān)于綠色發(fā)展的相關(guān)要求,關(guān)注水源地、自然保護(hù)區(qū)、生態(tài)紅線影響范圍內(nèi)的礦山開發(fā)現(xiàn)狀。

林木資源及森林資源的建設(shè)利用林業(yè)調(diào)查部門最新的林木資源調(diào)查成果圖斑開展對(duì)全縣林木資源類型數(shù)量、質(zhì)量的統(tǒng)計(jì)分析,依托林業(yè)調(diào)查圖斑中林木資源類型的空間分布與第三次國土調(diào)查的林地分布情況來充分調(diào)查林木及森林資源的現(xiàn)狀分布信息。

水資源分為地表水和地下水[4]兩類,其中地表水系中的縣域內(nèi)主要干流、支流、水庫、飲用水源地等,依托水資源管理部門和環(huán)境監(jiān)測(cè)部門的監(jiān)測(cè)成果數(shù)據(jù)和河道定界調(diào)查成果,開展地表水資源現(xiàn)狀要素建設(shè),與國家同步開展的水資源監(jiān)測(cè)、水域生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)緊密協(xié)同,充分保障自然資源現(xiàn)狀數(shù)據(jù)庫中地表水系水質(zhì)的監(jiān)測(cè)成果數(shù)據(jù)得到表達(dá)。地下水現(xiàn)狀數(shù)據(jù)調(diào)查可以充分利用以往開展的地下水特征點(diǎn)調(diào)查監(jiān)測(cè)成果,以及該區(qū)域內(nèi)不同項(xiàng)目開展的地下水系統(tǒng)監(jiān)測(cè)的成果數(shù)據(jù)。

濕地調(diào)查和草地調(diào)查依托林草部門階段性專項(xiàng)調(diào)查的成果數(shù)據(jù),與三次國土調(diào)查的相關(guān)地類空間分布共同來反映該類自然資源現(xiàn)狀。深入契合地方政府在綠色發(fā)展中關(guān)注的濕地生態(tài)保護(hù)區(qū)建設(shè)等,必要時(shí)對(duì)濕地保護(hù)區(qū)范圍展開詳細(xì)調(diào)查,形成空間數(shù)據(jù)。

綜合以上調(diào)查分析最終形成自然資源現(xiàn)狀數(shù)據(jù)庫建設(shè)主要業(yè)務(wù)流程圖和數(shù)據(jù)流程圖，如圖2-圖3所示。

圖2 自然資源現(xiàn)狀數(shù)據(jù)庫主要業(yè)務(wù)流程圖Fig.2 Main business process diagram of the currentnatural resources database

圖3 自然資源現(xiàn)狀數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)流程圖Fig.3 Data flow diagram of the current natural resources database

為了對(duì)各類不同專業(yè)的資源調(diào)查數(shù)據(jù)成果進(jìn)行關(guān)聯(lián)、整合,推動(dòng)自然資源專項(xiàng)調(diào)查與國土調(diào)查成果的實(shí)質(zhì)融合，按照國土空間數(shù)據(jù)庫相關(guān)數(shù)據(jù)字典的建設(shè)規(guī)范來完成數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)工作,而數(shù)據(jù)項(xiàng)的設(shè)計(jì)可以綜合各類專項(xiàng)資源調(diào)查的數(shù)據(jù)庫建設(shè)規(guī)范中的反映資源數(shù)量、質(zhì)量、特性的要求來合理提取數(shù)據(jù)項(xiàng)到自然資源現(xiàn)狀數(shù)據(jù)庫建設(shè)中。數(shù)據(jù)項(xiàng)的樣式如表1所示。

表1 自然資源數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)項(xiàng)的定義Table 1 Data structure of natural resources database

1.2.2概念設(shè)計(jì)

自然資源現(xiàn)狀數(shù)據(jù)庫采用ER圖的形式開展概念設(shè)計(jì),由各類資源的ER圖構(gòu)成總的自然資源的ER圖(如圖4)。部分資源如水資源類相關(guān)的ER圖設(shè)計(jì)圖通過建立河流布設(shè)的水質(zhì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)與河流的關(guān)系明確數(shù)據(jù)庫的概念設(shè)計(jì)。

1.2.3空間數(shù)據(jù)庫實(shí)體類型設(shè)計(jì)

縣級(jí)自然資源現(xiàn)狀數(shù)據(jù)庫空間實(shí)體類型[5]劃分參照自然資源登記單元代碼編制規(guī)則,第一層級(jí)為登記單元所在地縣級(jí)行政區(qū)劃代碼,碼長(zhǎng)6位,第二層級(jí)為自然資源特征碼,由縣登記機(jī)構(gòu)級(jí)別代碼“4”和2位自然資源登記單元類型代碼依次組成,第三層級(jí)為登記單元順序號(hào),碼長(zhǎng)6位,碼值為“000001～999999”(如表2)。

圖4 實(shí)體關(guān)系圖Fig.4 Entity relationship model

表2 部分空間實(shí)體類型Table 2 Core elements in the natural resources survey

2 縣級(jí)自然資源現(xiàn)狀數(shù)據(jù)庫的實(shí)現(xiàn)

2.1 數(shù)據(jù)庫平臺(tái)基本環(huán)境

Arcgis在自然資源數(shù)據(jù)管理上能實(shí)現(xiàn)集分析、測(cè)繪、構(gòu)圖為一體的空間數(shù)據(jù)庫構(gòu)建,是一直以來土地資源管理和林業(yè)調(diào)查的核心數(shù)據(jù)庫處理平臺(tái)?？h級(jí)自然資源現(xiàn)狀數(shù)據(jù)庫通過在該平臺(tái)實(shí)現(xiàn)一個(gè)符合縣級(jí)資源現(xiàn)狀的Geodatabase來完成數(shù)據(jù)庫建設(shè),Geodatabase包括三種類型：個(gè)人地理數(shù)據(jù)庫PersonalGeodatabase(.mdb)；文件地理數(shù)據(jù)庫FileGeodatabase(.gdb)；大型關(guān)系數(shù)據(jù)庫ArcSDE[6]。目前單一資源類型數(shù)據(jù)庫多形成.mdb類型,多資源類型不具備對(duì)公眾提供公開地理信息服務(wù)的條件,對(duì)于縣級(jí)自然資源調(diào)查成果利用FileGeodatabase文件地理數(shù)據(jù)庫能夠滿足大部分縣域的實(shí)際需求,數(shù)據(jù)庫構(gòu)建平臺(tái)基礎(chǔ)環(huán)境：ArcgisDesktop 10.3、Officevisio、OfficeAccess等,符合相關(guān)管理部門的內(nèi)部需求。

2.2 空間要素?cái)?shù)學(xué)基礎(chǔ)及空間參數(shù)

按照第三次國土調(diào)查實(shí)施方案和自然資源確權(quán)登記操作手冊(cè)對(duì)于數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換的要求：所有空間要素基準(zhǔn)均參照2000國家大地坐標(biāo)系[7]。其他相關(guān)資源監(jiān)測(cè)及調(diào)查產(chǎn)生的成果數(shù)據(jù)空間要素統(tǒng)一轉(zhuǎn)換成CGCS2000國家大地坐標(biāo)系,充分實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一的空間參照標(biāo)準(zhǔn)。在縣域內(nèi)通過開展測(cè)量外業(yè)工作來均勻布設(shè)符合規(guī)范要求的足夠數(shù)量的控制點(diǎn)位并求取不同坐標(biāo)系及CGCS2000坐標(biāo)系下的相應(yīng)重合控制點(diǎn)坐標(biāo)值來計(jì)算坐標(biāo)轉(zhuǎn)換的七參數(shù),并將轉(zhuǎn)換參數(shù)定義在Arcgis數(shù)據(jù)管理平臺(tái)環(huán)境中,完成不同數(shù)據(jù)來源向CGCS2000的轉(zhuǎn)換,實(shí)時(shí)空間數(shù)據(jù)庫的統(tǒng)一數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

2.3 基于Arcgis平臺(tái)Geodatabase的自然資源現(xiàn)狀數(shù)據(jù)庫的實(shí)現(xiàn)

2.3.1空間數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)框架實(shí)現(xiàn)過程

數(shù)據(jù)庫框架的實(shí)現(xiàn)基于面向?qū)ο蟮臄?shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)方法,利用UML模型實(shí)現(xiàn)XML架構(gòu)文件,利用Arcccatlog完成workspace工作空間的構(gòu)建(如圖5)。

圖5 數(shù)據(jù)框架構(gòu)建流程圖Fig.5 Data framework build flow chart

利用Visio進(jìn)行數(shù)據(jù)庫框架設(shè)計(jì),按照不同的資源類型分為不同的要素?cái)?shù)據(jù)集,通過Visio建模后生成能被Workspace識(shí)別的XML文件在數(shù)據(jù)庫中完成數(shù)據(jù)框架的生成(如圖6)。

圖6 UML靜態(tài)構(gòu)造圖Fig.6 UML static construction diagram

2.3.2數(shù)據(jù)庫建設(shè)的主要成果

數(shù)據(jù)庫部分自然資源成果數(shù)據(jù)[8](如圖7),同時(shí)通過數(shù)據(jù)庫建設(shè)精確反映縣域范圍內(nèi)自然資源管控范圍與各類自然資源現(xiàn)狀調(diào)查成果之間的空間分布關(guān)系[9](如圖8)。通過全面的實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫自然資源調(diào)查成果數(shù)據(jù)入庫,開展各種空間分析和自然資源現(xiàn)狀評(píng)價(jià),同時(shí)針對(duì)不同的調(diào)查目的提供高質(zhì)量的數(shù)據(jù)服務(wù),比如綜合土地調(diào)查、土壤調(diào)查、礦產(chǎn)勘查、環(huán)境地質(zhì)調(diào)查、水資源調(diào)查中的成果數(shù)據(jù)開展縣域內(nèi)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)與城市建設(shè)適宜性的綜合等級(jí)評(píng)價(jià)等,為自然資源管理提出合理建議。

圖7 自然資源數(shù)據(jù)庫成果要素Fig.7 Elements of natural resources database results

圖8 不同自然資源要素的空間關(guān)系Fig.8 Spatial relationship of different natural resource elements

3 結(jié)語

縣級(jí)自然資源現(xiàn)狀數(shù)據(jù)庫的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)對(duì)縣級(jí)自然資源調(diào)查的成果集成和調(diào)查監(jiān)測(cè)工作開展有重要意義,形成了對(duì)縣級(jí)行政區(qū)劃內(nèi)的自然資源監(jiān)測(cè)成果數(shù)據(jù)和調(diào)查信息管理的解決方案,同時(shí)為自然資源行政管理部門的自然資源現(xiàn)狀監(jiān)測(cè)管理和調(diào)查成果的綜合評(píng)價(jià)分析提供了科學(xué)合理的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。是各類調(diào)查評(píng)價(jià)工作和相關(guān)國土空間規(guī)劃開展的有利保障,使得相關(guān)縣域自然資源行政管理工作的開展更為便利。