ArcPy在湖北省造林綠化適宜性評估質(zhì)檢工作中的應(yīng)用研究

李佩峰 宋 雷 李書獻(xiàn) 何志杰 張之勇

(湖北省林業(yè)調(diào)查規(guī)劃院 武漢 430075)

為科學(xué)落實(shí)規(guī)劃造林綠化空間，根據(jù)自然資源部、國家林業(yè)和草原局《關(guān)于在國土空間規(guī)劃中明確造林綠化空間的通知》的要求[1]，參照國家《造林綠化空間調(diào)查評估技術(shù)方案》(以下簡稱《技術(shù)方案》)，湖北省開展造林綠化適宜性評估工作。

經(jīng)統(tǒng)計(jì)，湖北省103個(gè)行政單位共下發(fā)國家級圖斑面積42.07萬hm2，區(qū)劃23.38萬個(gè)圖斑；省級補(bǔ)充圖斑面積37.79萬hm2，區(qū)劃69.63萬個(gè)圖斑，涉及單位多、覆蓋面廣、數(shù)據(jù)量大。對各縣市區(qū)提交的數(shù)據(jù)進(jìn)行準(zhǔn)確快速的質(zhì)量檢查，確保全省適宜造林成果數(shù)據(jù)符合國家審核要求十分關(guān)鍵，利用ArcPy完成湖北省造林綠化適宜性評估質(zhì)檢工作[2]，能夠幫助基層林業(yè)調(diào)查人員和省級項(xiàng)目檢查人員及時(shí)發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤，減輕內(nèi)業(yè)工作強(qiáng)度，提升林業(yè)科技創(chuàng)新能力。

1 研究內(nèi)容

根據(jù)對國家造林綠化適宜性評估標(biāo)準(zhǔn)、檢查驗(yàn)收辦法、省級核查技術(shù)方案以及相關(guān)政策文件的研究和分析，構(gòu)建造林綠化適宜性評估指標(biāo)體系，對造林綠化空間適宜性評估成果數(shù)據(jù)(以下簡稱“評估成果”)的檢查主要包括屬性檢查、圖形檢查兩個(gè)方面，其中屬性檢查主要是對每個(gè)造林圖斑的屬性信息進(jìn)行完整性、規(guī)范性、邏輯性、準(zhǔn)確性檢查；圖形檢查主要涉及《技術(shù)方案》中國家級下發(fā)圖斑是否全部保留入庫，以及成果數(shù)據(jù)是否存在重疊、多部件等錯(cuò)誤。

本次適宜性評估工作是在ArcGIS軟件中進(jìn)行，利用軟件實(shí)現(xiàn)對數(shù)據(jù)的屬性編輯、數(shù)據(jù)管理、空間處理等[3]。人工使用ArcGIS軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)檢查不僅效率低，而且重復(fù)的操作容易出現(xiàn)錯(cuò)誤，利用ArcPy(Python語言編寫的ArcGIS數(shù)據(jù)處理站點(diǎn)包)編寫腳本工具實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化操作[4]，既可提高數(shù)據(jù)處理效率，節(jié)約時(shí)間，又可保證每次處理的準(zhǔn)確性[5]，并且根據(jù)《技術(shù)方案》制定的工具步驟易學(xué)，可將屬性檢查、圖形檢查、面積重新計(jì)算等操作進(jìn)行整合，提高了評估成果檢查的效率，研究工具質(zhì)檢對湖北省造林綠化適宜性評估項(xiàng)目是可行性的，為今后相似的林業(yè)數(shù)據(jù)庫成果驗(yàn)收提供新思路[6]。

2 造林綠化適宜性評估指標(biāo)體系

參照自然資源部、國家林業(yè)和草原局《技術(shù)方案》標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合湖北省實(shí)際情況，構(gòu)建湖北省造林綠化適宜性評估指標(biāo)體系。其中前置評估條件主要包括地類現(xiàn)狀、限制地類2項(xiàng)；土地不適宜性指標(biāo)主要包括降水量、海拔、坡度、土層厚度、其他因子等5項(xiàng)(表1)。

表1 湖北省造林綠化適宜性評估指標(biāo)體系

對所有下發(fā)圖斑和補(bǔ)充圖斑的上述指標(biāo)逐項(xiàng)評估，確定“適宜”和“不適宜”造林綠化空間的圖斑，形成規(guī)劃造林?jǐn)?shù)據(jù)庫。

3 工具設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

3.1 基礎(chǔ)運(yùn)行環(huán)境

處理器CPU Intel(R) Core(TM) i5-6200U CPU @ 2.30GHz；內(nèi)存：8G；操作系統(tǒng)：Windows 7 64bit；軟件：ArcGIS 10.5 for Desktop Advanced。

3.2 功能設(shè)計(jì)

工具界面簡潔易操作，設(shè)計(jì)了4個(gè)輸入?yún)?shù)，分別為成果數(shù)據(jù)庫路徑、國家下發(fā)圖層路徑、省級補(bǔ)充圖層路徑、輸出文件路徑，將需要檢查的評估成果放入對應(yīng)的路徑后點(diǎn)擊“確定”開始運(yùn)行檢查工具(圖1)。

圖1 湖北省造林綠化空間調(diào)查檢查工具界面

質(zhì)檢工具功能設(shè)計(jì)為4個(gè)部分[7-8]：

(1)完整性質(zhì)檢：按照《技術(shù)方案》成果提交要求進(jìn)行檢查，包括數(shù)據(jù)庫命名、成果圖層命名、坐標(biāo)系參數(shù)、字段結(jié)構(gòu)等4項(xiàng)檢查。

(2)規(guī)范性質(zhì)檢：以《技術(shù)方案》中數(shù)據(jù)庫代碼表為填寫規(guī)范，逐個(gè)字段檢查填寫的規(guī)范性。

(3)邏輯關(guān)系質(zhì)檢：以適宜性評估指標(biāo)體系為依據(jù)，檢查字段之間的邏輯關(guān)系。

(4)圖形質(zhì)檢：以《技術(shù)方案》中審核參考目錄為標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行檢查，包括圖形范圍、重疊、自相交、多部件等四項(xiàng)檢查[9](圖2～5)。

圖2 完整性檢查運(yùn)行界面

圖3 規(guī)范性檢查運(yùn)行界面

圖4 邏輯關(guān)系檢查運(yùn)行界面

圖5 圖形檢查運(yùn)行界面

3.3 功能實(shí)現(xiàn)

3.3.1 完整性質(zhì)檢

以數(shù)據(jù)庫命名為例，將全省103個(gè)行政單位的代碼提前輸入到工具內(nèi)部，被檢查的數(shù)據(jù)庫名字會(huì)被下劃線“_”進(jìn)行拆分，采用逐一對比的方法，對前6位行政代碼進(jìn)行比對，若命名的行政代碼與103個(gè)代碼其中一個(gè)相同，則通過檢查。實(shí)現(xiàn)代碼如下：

gdb_name=os.path.basename(input_gdb)

xdm=gdb_name.split('_')[0]

if xdm not in XZQ_DM:

arcpy.AddError("錯(cuò)誤")

3.3.2 規(guī)范性質(zhì)檢

以“坡度”字段為例，《技術(shù)方案》要求填寫代碼“1”“2”“3”，檢查時(shí)獲取成果圖層“坡度”字段屬性值，將不符合的圖斑標(biāo)記為錯(cuò)誤。實(shí)現(xiàn)代碼如下：

sql_dict={"PO_DU_check":"PO_DU not in (1,2,3) ",......}

for ck_field in check_field_list:

arcpy.MakeFeatureLayer_management(layer, "lyr", sql_dict[ck_field])

arcpy.CalculateField_management("lyr", ck_field, "1", "PYTHON")

3.3.3 邏輯關(guān)系質(zhì)檢

字段之間的邏輯關(guān)系需要對《技術(shù)方案》進(jìn)行分析、研究后制定出普遍的邏輯關(guān)系，將邏輯關(guān)系對應(yīng)的sql語句寫出，以“是否適宜”為例，若某圖斑評估為“適宜”，則該圖斑相應(yīng)的字段必須符合以下條件：①地類字段填寫范圍為“0303”“0304”“030401”；②限制地類字段必須為空；③降水量字段填寫為400 mm以上、海拔字段填寫為2 000 m以下、坡度字段填寫35°以下、土層厚度字段填寫30 cm以上、石漠化等級字段填寫為輕度以下。檢查時(shí)將成果圖層創(chuàng)建為要素圖層，將要素圖層按屬性查詢，選擇出邏輯關(guān)系錯(cuò)誤的圖斑，導(dǎo)出至檢查數(shù)據(jù)庫。

arcpy.MakeFeatureLayer_management(input_lyr,"lyr")

arcpy.SelectLayerByAttribute_management("lyr","NEW_SELECTION",sql)

arcpy.CopyFeatures_management("lyr",error_layer)

3.3.4 圖形質(zhì)檢

以圖形范圍檢查為例，根據(jù)《技術(shù)方案》要求，國家級下發(fā)圖斑要全部保留，項(xiàng)目組采用“分類比對”的方式，在數(shù)據(jù)庫模板中加入“數(shù)據(jù)來源”字段，國家下發(fā)圖斑填寫代碼“1”，評估成果中數(shù)據(jù)來源填寫1的圖斑與國家原始下發(fā)圖斑進(jìn)行交集取反，若有圖斑生成，則報(bào)錯(cuò)。實(shí)現(xiàn)代碼如下：

arcpy.MakeFeatureLayer_management(input_lyr,"lyr")

arcpy.SelectLayerByAttribute_management("lyr","NEW_SELECTION","SJLY='1'")

arcpy.CopyFeatures_management("lyr","sjly1")

arcpy.SymDiff_analysis("sjly1",gjj,error_layer)

4 結(jié)果與分析

項(xiàng)目組對湖北省房縣、孝昌縣、浠水縣、嘉魚縣、潛江市5個(gè)單位的人工質(zhì)檢和工具質(zhì)檢情況進(jìn)行了對比試驗(yàn)[10]，發(fā)現(xiàn)評估成果中存在多處錯(cuò)誤，并將錯(cuò)誤情況輸出到txt文件中反饋至縣市人員。將工具質(zhì)檢的檢查時(shí)間、檢查質(zhì)量與人工質(zhì)檢進(jìn)行對比(表2)。檢查時(shí)間為平均每個(gè)縣級單位所耗時(shí)間；檢查質(zhì)量由項(xiàng)目組專家根據(jù)《技術(shù)方案》進(jìn)行綜合評定，《技術(shù)方案》中要求“按不低于上報(bào)圖斑數(shù)量1%進(jìn)行抽查核查，抽查結(jié)果合格率應(yīng)大于95%”，專家組以此采用“優(yōu)、良、中、差”四級評定，合格率≥95%評定為“優(yōu)”，90%≤合格率<95%評定為“良”，85%≤合格率<90%評定為“中”，合格率<85%評定為“差”。

表2 人工質(zhì)檢和工具質(zhì)檢的對比

由此可得出以下幾點(diǎn)結(jié)果：

(1)平均每個(gè)縣級單位人工質(zhì)檢所耗時(shí)間為195 min，工具質(zhì)檢所耗時(shí)間為11 min，人工質(zhì)檢時(shí)間遠(yuǎn)大于工具質(zhì)檢時(shí)間。

(2)人工質(zhì)檢完整性、邏輯關(guān)系檢查質(zhì)量為“優(yōu)”，規(guī)范性檢查質(zhì)量為“中”，圖形檢查質(zhì)量為“良”，人工質(zhì)檢在邏輯關(guān)系檢查時(shí)可根據(jù)數(shù)據(jù)庫“備注”內(nèi)容進(jìn)行人工分析，但長時(shí)間的檢查中會(huì)出現(xiàn)部分操作遺漏或錯(cuò)誤等現(xiàn)象。

(3)工具質(zhì)檢完整性、規(guī)范性、圖形檢查質(zhì)量為“優(yōu)”，邏輯關(guān)系檢查質(zhì)量為“良”，因?yàn)楣ぞ哔|(zhì)檢在邏輯關(guān)系檢查時(shí)無法自動(dòng)分析數(shù)據(jù)庫“備注”內(nèi)容。

(4)人工質(zhì)檢規(guī)范性、圖形檢查質(zhì)量差于工具質(zhì)檢，邏輯關(guān)系優(yōu)于工具質(zhì)檢。

綜上所述，工具質(zhì)檢效率高于人工質(zhì)檢，檢查質(zhì)量能夠滿足工作需要，邏輯關(guān)系質(zhì)檢需要工具質(zhì)檢完成后人工補(bǔ)充質(zhì)檢，ArcPy可以在湖北省造林綠化適宜性評估質(zhì)檢工作中推廣應(yīng)用。

5 結(jié)語

湖北省造林情況復(fù)雜多樣，邏輯關(guān)系的制定不能兼顧到所有縣市的特殊情況，隨著分類標(biāo)準(zhǔn)逐漸清晰，邏輯關(guān)系更加明確，判定原因更加具體，工具也需要不斷地進(jìn)行完善與更新，從而滿足最新工作要求，下一步將繼續(xù)優(yōu)化工具，將縣代碼與邏輯關(guān)系結(jié)合起來，能夠更加因地制宜地檢查成果數(shù)據(jù)庫。

質(zhì)檢工具只能判斷評估成果是否符合既定的要求，對真實(shí)性無法做出判斷，這也是很多計(jì)算機(jī)工具的通病，省級檢查人員需要把工具與人工檢查結(jié)合起來，提高效率的同時(shí)也保證造林綠化適宜性評估準(zhǔn)確性。