基于Model Builder建模的設施農(nóng)用地上圖入庫方法研究

胡家明

（廣東省地質(zhì)測繪院，廣東 廣州 510800）

1 引言

隨著我國社會經(jīng)濟的穩(wěn)固發(fā)展及鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略的逐步施行，農(nóng)村設施農(nóng)用地管理的重要性愈發(fā)突顯[1]。為此，自然資源部印發(fā)了《自然資源部 農(nóng)業(yè)農(nóng)村部關于設施農(nóng)業(yè)用地管理有關問題的通知》（自然資規(guī)[2019]4 號），并研發(fā)了“設施農(nóng)用地監(jiān)管系統(tǒng)”，要求設施農(nóng)用地上圖入庫，納入自然資源“一張圖”監(jiān)管。設施農(nóng)用地上圖入庫監(jiān)管是掌握和分析設施農(nóng)用地情況的必要手段，是加強設施農(nóng)用地監(jiān)管、保障用地規(guī)范有序和設施農(nóng)用地健康發(fā)展的有力支撐。由于時間緊，任務重，而傳統(tǒng)的圖形編輯方法耗費較多的人員和時間，研究利用Model Builder 建模，可實現(xiàn)從DWG 格式的宗地圖到監(jiān)管系統(tǒng)要求的TXT 格式拐點坐標流程化批量處理，減輕人工編輯工作量，減少錯誤，提高工作效率。

2 Model Builder 簡述

模型構建器Model Builder 是ArcGIS 提供的構造地理處理工作流和腳本的圖形化模型工具[2]，能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)處理的自動化、流程化，將復雜的流程簡化為一個工具。在模型中，可以按照一定的次序?qū)⑺璧墓ぞ吆蛿?shù)據(jù)連接起來構成一個工作流，其基本單元為“輸入數(shù)據(jù)→工具或腳本→輸出數(shù)據(jù)”。ArcGIS 支持的數(shù)據(jù)類型均可作為輸入數(shù)據(jù)或輸出數(shù)據(jù)，比如要素類、柵格數(shù)據(jù)集等。模型中的工具可以是ArcToolbox中的工具和腳本，也可以是由模型或腳本文件生成的工具[2]。同時，創(chuàng)建的模型可以共享，直接生成Python、JScript 和VB-Script 等形式的腳本語言[3]，擴展了ArcGIS 的功能。

3 上圖入庫工作要求

在取得用地階段，縣級自然資源主管部門收到鄉(xiāng)鎮(zhèn)政府匯交的信息后要及時進行核驗，在10 個工作日內(nèi)，將項目名稱、位置、用途、類型、生產(chǎn)期限等項目概況，以及項目用地總面積和地塊坐標、使用農(nóng)用地和耕地面積、用地破壞耕地耕作層面積和地塊坐標等用地情況，在監(jiān)管系統(tǒng)上圖入庫。監(jiān)管系統(tǒng)上圖入庫主要分為登錄設施農(nóng)業(yè)用地監(jiān)管系統(tǒng)平臺錄入項目概況內(nèi)的基本信息、錄入各類用地面積和導入坐標數(shù)據(jù)三大部分。

4 研究思路

通過模型構建器Model Builder的FeatureToPolygon、AddField 等關鍵工具的組合，自動將DWG 格式設施農(nóng)用地范圍生成SHP 數(shù)據(jù)；利用SpatialJoin、CalculateField、Python 表達式“!shape.Area!”、DeleteField 等關鍵工具的組合，自動對必要SHP 文件字段進行信息錄入；利用Intersect、Select、CalculateField、Python 表達式“!shape.Area!”、DeleteField 等關鍵工具的組合，自動生成設施農(nóng)用地破壞耕地SHP 圖層，并錄入必要字段信息；最后通過編寫Python 代碼并導入腳本文件，自動將設施農(nóng)用地和破壞耕地SHP 圖層分別轉(zhuǎn)換為設施農(nóng)用地監(jiān)管系統(tǒng)要求的標準TXT 格式坐標文件，從而實現(xiàn)設施農(nóng)用地上圖入庫操作流程的可視化、流程化、批量化，提高工作效率和準確性。思路流程如圖1 所示。

圖1 思路流程

5 具體實現(xiàn)流程

5.1 制作設施農(nóng)用地SHP 格式數(shù)據(jù)

在ArcGIS 平臺中，通過ArcToolbox 添加工具箱，命名為“設施農(nóng)用地處理工具箱”，并在該工具箱中新建第一個模型，將模型命名為“1.制作SHP 文件”，用于制作設施農(nóng)用地SHP 格式數(shù)據(jù)。在模型中添加FeatureToPolygon 工具，將DWG 格式農(nóng)業(yè)設施宗地圖上的設施農(nóng)用地范圍生成SHP 面文件數(shù)據(jù)。添加AddField 工具，分別為設施農(nóng)用地SHP 文件新建“界址點數(shù)”“地塊面積”“地塊編號”“地塊名稱”“圖形類型”“圖幅號”“地塊用途”“地類編碼”“描述”等必要字段。

最后，利用以上幾種工具，通過重復利用與串聯(lián)的方式形成組合工具，運行模型即可自動實現(xiàn)將DWG格式設施農(nóng)用地范圍生成SHP 格式面文件數(shù)據(jù)。模型運行結(jié)果、SHP 格式數(shù)據(jù)模型制作、模型執(zhí)行窗口分別如圖2、圖3 和圖4 所示。

圖2 模型運行結(jié)果

圖3 制作SHP格式數(shù)據(jù)模型

圖4 模型執(zhí)行窗口

5.2 自動錄入必要字段

在“設施農(nóng)用地處理工具箱”中新建第二個模型，將模型命名為“2.自動錄入必要字段”，用于對“地塊面積”“地塊名稱”“圖幅號”“地塊用途”等必要字段進行信息錄入。

首先在模型上添加SpatialJoin 工具，將設施范圍與所在行政區(qū)的1∶10000 圖幅結(jié)合表進行空間連接，自動獲取設施農(nóng)用地圖斑的圖幅信息。

然后添加CalculateField 工具，將設施農(nóng)用地所在圖幅號自動計算到“圖幅號”字段上；添加CalculateField 工具，通過Python 表達式“!shape.Area!”來自動獲取“地塊面積”字段值；添加CalculateField 工具，將“地塊名稱”字段賦值為“設施范圍”，將“地塊用途”字段賦值為“設施農(nóng)用地”；添加DeleteField 工具，對字段進行維護，刪除冗余字段。

最后，利用以上幾種工具，通過重復利用與串聯(lián)的方式形成組合工具，運行模型即可自動實現(xiàn)對必要設施農(nóng)用地SHP 文件的字段進行信息錄入，形成屬性值完善的設施農(nóng)用地SHP 文件。模型運行結(jié)果、自動錄入字段模型、模型執(zhí)行窗口分別如圖5、圖6 和圖7所示。

圖5 模型運行結(jié)果

圖6 自動錄入字段模型

圖7 模型執(zhí)行窗口

5.3 生成設施農(nóng)用地破壞耕地層

在“設施農(nóng)用地處理工具箱”中新建第三個模型，并將模型命名為“3.農(nóng)用地破壞耕地層”，用作生成設施農(nóng)用地破壞耕地圖層。

首先在模型中添加Intersect 工具，將設施農(nóng)用地SHP 圖層與最新年度的土地利用現(xiàn)狀數(shù)據(jù)進行疊加分析，得到設施農(nóng)用地的土地利用現(xiàn)狀。

然后添加Select 工具，篩選土地利用現(xiàn)狀地類名稱為“水田”“水澆地”“旱地”的圖斑（即為設施農(nóng)用地破壞耕地層的圖斑）；添加CalculateField 工具，通過Python 表達式“!shape.Area!”來自動獲取“地塊面積”字段值；添加CalculateField 工具，將“地塊名稱”字段賦值為“設施農(nóng)用地破壞耕地層”，將“地類編碼”字段賦值為對應的土地利用現(xiàn)狀地類編碼；添加DeleteField 工具，對字段進行維護，刪除冗余字段。

最后，利用以上幾種工具，通過重復利用與串聯(lián)的方式形成組合工具，運行模型即可實現(xiàn)自動生成設施農(nóng)用地破壞耕地SHP 圖層，并錄入必要字段信息。模型運行結(jié)果、生成破壞耕地層模型、模型執(zhí)行窗口分別如圖8、圖9 和圖10 所示。

圖8 模型運行結(jié)果

圖9 生成破壞耕地層模型

圖10 模型執(zhí)行窗口

5.4 SHP 格式數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成標準TXT 格式數(shù)據(jù)

（1）標準TXT 數(shù)據(jù)要求

標準格式分為屬性描述和地塊坐標兩部分，TXT格式要求如圖11 所示。其中，①地塊編號：填寫地塊順序編號，如建設項目勘測定界技術報告書中地塊的編號。

圖11 TXT格式要求

②地塊名稱：填寫地塊名稱，也可以按照地塊數(shù)命名為“地塊1、地塊2……”。

③記錄圖形屬性：填寫“面”。

④地塊用途：留空。

⑤點號：填寫界址點順序編號，如“J1、J2……J1”“1、2……1”。

⑥地塊圈號 ：不涉及扣除內(nèi)部面積時，統(tǒng)一填“1”；涉及扣除地塊坐標的，依次填寫“2、3……”。

⑦X 坐標、Y 坐標：X 坐標整數(shù)部分為7 位，小數(shù)部分保留3 位；Y 坐標整數(shù)部分為8 位，小數(shù)部分保留3 位。

（2）實現(xiàn)方法

在“設施農(nóng)用地處理工具箱”中新建腳本，并將腳本文件命名為“4.shp 轉(zhuǎn)txt”。編寫Python 代碼并導入該腳本文件，生成SHP 轉(zhuǎn)TXT 的腳本工具，通過運行該腳本文件，即可自動將設施農(nóng)用地和破壞耕地SHP 圖層分別轉(zhuǎn)換為系統(tǒng)要求的標準TXT 格式坐標文件（符合粵國土資利用發(fā)〔2018〕25 號附件2 中對坐標格式的要求）。模型參數(shù)設置時，輸入SHP 的數(shù)據(jù)類型設置為 “要素圖層”；格式的數(shù)據(jù)類型設置為“字符串”；輸出TXT 的數(shù)據(jù)類型設置為“文件夾”。

腳本關鍵部分代碼如下：

通過上述“設施農(nóng)用地處理工具箱”，按順序依次運行各模型和腳本文件（腳本運行結(jié)果如圖12 所示），選擇相應的輸入文件、設置輸出的格式和文件路徑，點擊“確定”即可自動輸出符合要求的文件數(shù)據(jù)，從而高效完成自然資源部要求的設施農(nóng)用地上圖入庫工作，SHP 轉(zhuǎn)TXT 執(zhí)行窗口如圖13 所示。

圖12 腳本運行結(jié)果

圖13 SHP轉(zhuǎn)TXT執(zhí)行窗口

6 實例應用

為了驗證建模工具的有效性和實用性，利用Model Builder 建模工具在廣東省羅定市的設施農(nóng)用地上圖入庫工作中進行了測試。

由一名專業(yè)技術員人工處理100 個設施農(nóng)用地圖斑，人工制作破壞耕地SHP 圖層和標準TXT 格式數(shù)據(jù)，耗時1.5 天；另外由一名普通技術員利用Model Builder 建模工具進行處理，耗時0.5 天。通過人工檢查發(fā)現(xiàn)，人工處理的成果中有2 處字段值缺漏，1個TXT 數(shù)據(jù)入庫失??；利用Model Builder 建模工具處理的成果字段值正確、內(nèi)容齊全，而且100 個TXT數(shù)據(jù)全部入庫成功。

另外，在廣東省江門市、陽江市等地區(qū)的設施農(nóng)用地上圖入庫工作中，也成功地應用了該技術，通過ArcGIS 平臺的Model Builder 模型構建器和Python站點包ArcPy 訪問地理處理工具、函數(shù)、類和模塊編寫腳 本，在ArcToolbox 工具箱中添加工具和腳本，并建立了可視化、流程化、批量化的操作界面[4]。

7 結(jié)語

本文基于Model Builder 模型構建器，實現(xiàn)了設施農(nóng)用地上圖入庫操作流程的可視化、流程化、批量化，適用于一般技術員操作。使用該方法可以降低生產(chǎn)成本、提高工作效率，同時避免了人為因素引起的錯誤，實現(xiàn)了設施農(nóng)用地的快速、批量上圖入庫，也能為自然資源部門的建設用地報批、墾造水田、土地整理等同類日常業(yè)務的上圖入庫工作提供借鑒。