“兩區(qū)”數(shù)據(jù)空間可視化關(guān)鍵技術(shù)研究與應(yīng)用
——以大連市為例

張何欣，王洪成，姚遠(yuǎn)，蘇存英

（1.大連市自然資源事務(wù)服務(wù)中心，遼寧大連 116011；2.大連市現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)發(fā)展服務(wù)中心，遼寧大連 116023；3.易智瑞信息技術(shù)有限公司沈陽分公司，遼寧沈陽 110003）

“兩區(qū)”是指糧食生產(chǎn)功能區(qū)和重要農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)保護(hù)區(qū)，是國家為保障糧食安全和重要農(nóng)產(chǎn)品有效供給的重要制度性安排[1]。根據(jù)農(nóng)業(yè)農(nóng)村部有關(guān)規(guī)范，“兩區(qū)”劃定、上圖入庫、成果建檔立冊(cè)等各階段都需要大量數(shù)據(jù)共同驅(qū)動(dòng)，并不斷產(chǎn)生新的“兩區(qū)”數(shù)據(jù)，用以支撐“兩區(qū)”信息精準(zhǔn)化管理。

“兩區(qū)”數(shù)據(jù)具有多源、異構(gòu)、質(zhì)量差異大且體量龐大等特點(diǎn)[2]，數(shù)據(jù)類型不僅涵蓋“兩區(qū)”地塊、片塊等空間數(shù)據(jù)及其元數(shù)據(jù)，還包括描述地塊信息的大量屬性數(shù)據(jù)?！皟蓞^(qū)”數(shù)據(jù)的科學(xué)合理利用是實(shí)現(xiàn)“兩區(qū)”信息精細(xì)化管理的關(guān)鍵，而數(shù)據(jù)可視化是一種重要的數(shù)據(jù)利用形式。由于缺少統(tǒng)一的“兩區(qū)”數(shù)據(jù)可視化流程，導(dǎo)致目前“兩區(qū)”數(shù)據(jù)可視化效果差異較大[3,4]，對(duì)“兩區(qū)”信息精細(xì)化管理的指導(dǎo)意義不強(qiáng)?？偨Y(jié)大量實(shí)踐后，將需要解決的問題歸納為以下三方面。在數(shù)據(jù)方面，缺少統(tǒng)一的數(shù)據(jù)整合建庫以及數(shù)據(jù)質(zhì)量檢查流程，致使數(shù)據(jù)質(zhì)量差異較大；在工作底圖方面，沒有統(tǒng)一的地理基礎(chǔ)底圖，嚴(yán)重影響圖件的準(zhǔn)確性；在圖件編制方面，缺乏高效的地圖符號(hào)系統(tǒng)，且不同圖件風(fēng)格難以統(tǒng)一[5,6,7,8]。

為切實(shí)加強(qiáng)“兩區(qū)”數(shù)據(jù)可視化效果，本文提出了“兩區(qū)”數(shù)據(jù)空間可視化技術(shù)路線，并以大連市部分區(qū)域?yàn)檠芯繀^(qū)開展關(guān)鍵技術(shù)的應(yīng)用實(shí)踐，為“兩區(qū)”信息精細(xì)化管理提供技術(shù)參考。

一、技術(shù)路線

本文針對(duì)“兩區(qū)”數(shù)據(jù)可視化存在的問題，擬定了技術(shù)路線，共分為三個(gè)部分，分別是數(shù)據(jù)預(yù)處理、質(zhì)量檢查以及地圖制圖（圖1）。

圖1 技術(shù)路線

數(shù)據(jù)預(yù)處理階段由數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換、統(tǒng)一數(shù)學(xué)表達(dá)及拓?fù)錁?gòu)建三部分組成，這三部分分別針對(duì)數(shù)據(jù)多源、異構(gòu)以及質(zhì)量差異大的特性進(jìn)行處理，旨在統(tǒng)一數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，便于后續(xù)處理。質(zhì)量檢查階段通過構(gòu)建完善的空間數(shù)據(jù)成果質(zhì)量要求體系，確保數(shù)據(jù)完整性、邏輯一致性、空間定位準(zhǔn)確度以及數(shù)據(jù)正確性滿足要求，形成“兩區(qū)”數(shù)據(jù)庫。地圖制圖是對(duì)“兩區(qū)”數(shù)據(jù)庫的可視化應(yīng)用，通過構(gòu)建完善的“兩區(qū)”地圖符號(hào)系統(tǒng)并采用標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一的地理底圖，編繪風(fēng)格統(tǒng)一、表現(xiàn)力強(qiáng)的“兩區(qū)”圖件，此外，還要通過高效的地圖整飾環(huán)節(jié)，實(shí)現(xiàn)圖件的批量、快速繪制。

二、關(guān)鍵技術(shù)及應(yīng)用

本文以遼寧省大連市普蘭店區(qū)、瓦房店市以及莊河市（統(tǒng)稱“北三市”）為研究區(qū)，并以ArcGIS 10.5為GIS平臺(tái)軟件，驗(yàn)證上述技術(shù)路線的合理性與可行性。

1.研究區(qū)及數(shù)據(jù)資源概況

“北三市”位于遼東半島中南部，區(qū)域面積總計(jì)約10585平方公里，東臨黃海，南接大連市金普新區(qū)，西臨渤海，北面分別與營口市、鞍山市以及丹東市接壤，境內(nèi)耕地面積約為500萬畝，永久基本農(nóng)田面積約為391萬畝，“兩區(qū)”（共有水稻生產(chǎn)功能區(qū)、玉米生產(chǎn)功能區(qū)以及大豆生產(chǎn)保護(hù)區(qū)3種類型）面積合計(jì)約為291萬畝（表1）。

2.數(shù)據(jù)預(yù)處理

（1）數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換。由表1可知，研究區(qū)空間數(shù)據(jù)的格式主要有*.shp、*.dwg以及*.kml三類，為實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)格式的統(tǒng)一，本文選取性讀寫效率更高的*.gdb格式作為地理空間數(shù)據(jù)庫的標(biāo)準(zhǔn)格式。由于*.shp與*.gdb在同一軟件平臺(tái)的數(shù)據(jù)類型，可采用“導(dǎo)入”將*.shp直接轉(zhuǎn)換為*.gdb圖 層 ； *.dwg，*.kml可 通 過“Data Interoperability Tools”工具集中的“QuickImport”工具導(dǎo)入為要素類。對(duì)于*.xls數(shù)據(jù)，可通過“添加XY數(shù)據(jù)”選取sheet頁中對(duì)應(yīng)的坐標(biāo)值字段實(shí)現(xiàn)屬性數(shù)據(jù)的地圖可視化。

表1 研究區(qū)主要數(shù)據(jù)資源基本情況表

（2）統(tǒng)一數(shù)學(xué)表達(dá)。由于研究區(qū)空間數(shù)據(jù)坐標(biāo)系統(tǒng)各不相同，為確?？臻g數(shù)據(jù)一致性，本文采用CGCS2000作為研究區(qū)數(shù)據(jù)坐標(biāo)系，并在創(chuàng)建自定義地理變換的基礎(chǔ)上采用“Project”工具實(shí)現(xiàn)坐標(biāo)系統(tǒng)轉(zhuǎn)換。實(shí)驗(yàn)區(qū)經(jīng)度范圍跨越了Gauss-Kruger 3°帶投影第40號(hào)和41號(hào)投影帶，出現(xiàn)了同一行政區(qū)域范圍數(shù)據(jù)投影帶不一致的情況，通常有兩種解決方案，一是將經(jīng)度跨度相對(duì)較小投影帶上的數(shù)據(jù)投影轉(zhuǎn)換到相對(duì)較大的投影帶上；二是另行選擇適合該區(qū)域范圍的投影進(jìn)行轉(zhuǎn)換。為確保數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性，將轉(zhuǎn)換誤差控制到最小，本文選取第二種方式，選取CGCS2000_GK_Zone_21（WKID：4499）作為研究區(qū)統(tǒng)一的坐標(biāo)系統(tǒng)。

（3）拓?fù)錁?gòu)建。在表1的眾多數(shù)據(jù)中，“兩區(qū)”地塊與高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田兩類數(shù)據(jù)最為重要，按照《全國高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)規(guī)劃（2021—2030年）》中“兩區(qū)”耕地將全部建成高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田之規(guī)定，可構(gòu)建如下拓?fù)湟?guī)則：高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田“必須被其他要素的要素類（“兩區(qū)”地塊）覆蓋”、高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田“邊界必須被其他要素（“兩區(qū)”地塊）覆蓋”以及“不能重疊”。

3.質(zhì)量檢查

本文制定了完善的空間數(shù)據(jù)成果質(zhì)量要求體系，包括4個(gè)一級(jí)質(zhì)量元素和15個(gè)二級(jí)質(zhì)量元素，確保數(shù)據(jù)質(zhì)量滿足要求（表2）。

表2 “兩區(qū)”數(shù)據(jù)成果質(zhì)量要求

全部數(shù)據(jù)通過表2的各項(xiàng)測(cè)試后才可錄入“兩區(qū)”數(shù)據(jù)庫，如某項(xiàng)未通過，則返回?cái)?shù)據(jù)預(yù)處理階段重新操作，直至通過測(cè)試，滿足質(zhì)量要求。

4.地圖制圖

（1）地圖符號(hào)庫構(gòu)建

為增強(qiáng)“兩區(qū)”數(shù)據(jù)可視化效果，提高專題地圖表現(xiàn)力，本文結(jié)合專題數(shù)據(jù)實(shí)際情況，設(shè)計(jì)并構(gòu)建地圖符號(hào)庫。由表1可知，研究區(qū)數(shù)據(jù)的要素類型涉及Point（點(diǎn)）、Polyline（多段線）以及Ploygon（多邊形）3個(gè)類型。其中點(diǎn)要素符號(hào)可采用ArcGIS內(nèi)置符號(hào)，并酌情調(diào)整符號(hào)大小、顏色、角度等屬性。線要素主要是行政境界線，可參考《公共地理信息通用地圖符號(hào)》（GB/T 24354-2009）中規(guī)定的基本內(nèi)容及樣式設(shè)計(jì)。面要素的符號(hào)分為簡單填充符號(hào)、圖片填充符號(hào)以及標(biāo)記填充符號(hào)三種，簡單填充符號(hào)色彩單一，表現(xiàn)力較弱；圖片填充符號(hào)制作較為簡單，但當(dāng)數(shù)據(jù)量過大時(shí)常難以渲染；標(biāo)記填充符號(hào)是將標(biāo)記（點(diǎn)）與簡單填充符號(hào)相結(jié)合，可根據(jù)需要調(diào)整標(biāo)記的樣式、排列方式以及填充的色彩等屬性信息。為確?？梢暬_(dá)到最優(yōu)效果，本文選取標(biāo)記填充符號(hào)作為面狀地圖符號(hào)構(gòu)建方案，并設(shè)計(jì)了點(diǎn)狀符號(hào)7組、線狀符號(hào)2組、面狀符號(hào)15組。

（2）地圖整飾

專題地圖是地理底圖與專題數(shù)據(jù)疊加后，配合比例尺、公里格網(wǎng)等數(shù)學(xué)要素以及圖例、指北針等輔助要素形成的具有準(zhǔn)確地理空間信息和較強(qiáng)專題表現(xiàn)力的地圖產(chǎn)品。為確保不同圖件風(fēng)格統(tǒng)一，本文選取“天地圖·遼寧”地理信息公共服務(wù)平臺(tái)中2020年DOM影像作為地理底圖，并將相同的數(shù)學(xué)要素以及輔助要素定制成為制圖模板，只需更換不同專題數(shù)據(jù)即可實(shí)現(xiàn)快速成圖，實(shí)現(xiàn)地圖整飾自動(dòng)化。

三、結(jié)論

本文提出了糧食生產(chǎn)功能區(qū)和重要農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)保護(hù)區(qū)數(shù)據(jù)空間可視化技術(shù)路線，研究了關(guān)鍵技術(shù)方法，并以大連市普蘭店區(qū)、瓦房店市以及莊河市為研究區(qū)開展了實(shí)踐，取得了如下結(jié)論：

（1）“兩區(qū)”數(shù)據(jù)具有多源、異構(gòu)以及質(zhì)量差異大等特點(diǎn)，通過數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換、統(tǒng)一數(shù)學(xué)表達(dá)以及拓?fù)錁?gòu)建3個(gè)技術(shù)環(huán)節(jié)，能有效統(tǒng)一數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)。

（2）空間數(shù)據(jù)成果質(zhì)量要求體系能夠嚴(yán)格控制“兩區(qū)”數(shù)據(jù)的質(zhì)量，為數(shù)據(jù)有效利用提供支持。

（3）標(biāo)記填充符號(hào)是構(gòu)建面狀符號(hào)的優(yōu)質(zhì)方法，便于GIS平臺(tái)渲染，能夠有效提升地圖顯示效率；基于地理信息公共服務(wù)平臺(tái)的地圖整飾方案不僅能提高地理空間信息的準(zhǔn)確性，還可滿足快速制圖的需求。

實(shí)踐表明，本文提出的技術(shù)路線為構(gòu)建“兩區(qū)”數(shù)據(jù)可視化統(tǒng)一流程提供了技術(shù)依據(jù)，提升了“兩區(qū)”數(shù)據(jù)可視化效果，能夠?yàn)椤皟蓞^(qū)”信息精細(xì)化管理提供參考。