基于arcpy的土地規(guī)劃分類統(tǒng)計腳本工具設(shè)計

王露 盧駿

摘 要：【目的】梳理現(xiàn)有土地利用現(xiàn)狀及規(guī)劃分類統(tǒng)計相關(guān)研究成果，從而優(yōu)化和完美傳統(tǒng)人工分類方式?！痉椒ā拷Y(jié)合土地利用現(xiàn)狀及規(guī)劃分類要求，以python通用編程語言為基礎(chǔ)，基于arcpy站點包及openpyxl模塊設(shè)計一套腳本工具，引入“四舍六入五看齊、奇進(jìn)偶不進(jìn)”的進(jìn)位規(guī)則，確保成果精度。【結(jié)果】解決excel數(shù)據(jù)統(tǒng)計結(jié)果不準(zhǔn)確問題，實現(xiàn)建設(shè)項目土地利用現(xiàn)狀及規(guī)劃分類自動統(tǒng)計，通過試驗對比驗證工具的可靠性和穩(wěn)定性。【結(jié)論】提高用地預(yù)審與規(guī)劃選址、土地利用規(guī)劃修改、用地報批等的工作效率。

關(guān)鍵詞：土地利用；腳本工具；奇進(jìn)偶舍；用地預(yù)審

中圖分類號：P963? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? 文章編號：1003-5168（2023）09-0023-04

Abstract：[Purposes] To sort out the existing problems in the statistical research on land use status and planning classification， and improve the cumbersome and error-prone status of traditional manual classification methods. [Methods] Based on the current situation of land use and the requirements of planning and classification， a set of scripting tools was designed based on the Python general programming language， the Arcpy site package， and the openpyxl module. The rounding rule of "round to six， keep to five， and odd to even" was introduced to ensure the accuracy of the results. [Findings] The problem of unbalanced statistical results from Excel data was solved， and automatic statistics of land use status and planning classification for construction projects were realized. The reliability and stability of the tool were verified through experimental comparison. [Conclusions] The tool effectively promote the efficiency of land use preliminary review and planning site selection， land use planning modification， and land use approval.

Keywords： land use; script tools; banker's rounding; preliminary review of land use

0 引言

用地預(yù)審與規(guī)劃選址、土地利用規(guī)劃修改、用地報批等前期工作是國土空間用途管制十分重要的環(huán)節(jié)，是落實國土空間規(guī)劃的主要調(diào)控措施，也是建設(shè)項目立項階段的重要工作之一［1］。土地規(guī)劃是國土資源管理的重要依據(jù)，對發(fā)揮國土宏觀調(diào)控作用和國土資源合理利用等具有重要意義，而土地利用現(xiàn)狀和規(guī)劃分類統(tǒng)計數(shù)據(jù)又是國土資源管理的基礎(chǔ)資料。

目前，對土地利用現(xiàn)狀及規(guī)劃分類自動化統(tǒng)計的研究相對較少。傳統(tǒng)的人工統(tǒng)計法是先在ArcGIS中對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，再將處理結(jié)果圖層導(dǎo)入到excel［2］或ACCESS表格［3］中，利用excel公式或SQL函數(shù)完成相關(guān)統(tǒng)計工作。數(shù)據(jù)量較小時，該方法具有一定優(yōu)勢，但隨著項目地塊面積的增加，地類數(shù)據(jù)量和復(fù)雜度增加，該方法會出現(xiàn)效率低、易出錯等弊端。此外，excel統(tǒng)計存在一定的局限性，容易出現(xiàn)分項之和不等于總數(shù)的數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確問題［4］。有學(xué)者利用信息化技術(shù)來實現(xiàn)土地分類的自動統(tǒng)計，但主要面向勘測定界階段，如鄭浩［5］、高玉榮等［6］、于國強(qiáng)［7］等通過信息化技術(shù)，實現(xiàn)對勘測定界階段土地現(xiàn)狀分類的快速統(tǒng)計。鄭浩［5］、高玉榮等［6］基于ArcGIS Engine進(jìn)行系統(tǒng)開發(fā)，于國強(qiáng)［7］則基于AutoCAD平臺和VBA語言對系統(tǒng)進(jìn)行開發(fā)，分別從手工統(tǒng)計對比和實際應(yīng)用層來驗證系統(tǒng)的高效性、正確性。以上研究均未考慮預(yù)審、規(guī)劃選址、土地利用規(guī)劃修改階段的土地分類統(tǒng)計要求，無法實現(xiàn)對土地規(guī)劃分類的自動統(tǒng)計。其中，鄭浩［5］設(shè)計的系統(tǒng)還存在軟件環(huán)境要求高、可移植性差等問題。需要著重從用地預(yù)審與規(guī)劃選址、土地利用規(guī)劃修改等環(huán)節(jié)的土地地類統(tǒng)計需求出發(fā)，開發(fā)一套ArcGIS通用腳本工具，同步實現(xiàn)土地利用現(xiàn)狀及規(guī)劃分類統(tǒng)計結(jié)果的自動生成。該工具可移植性強(qiáng)、操作簡便，生成的成果精度較高，可大大提高生產(chǎn)工作效率。

1 自動化分類統(tǒng)計工具實現(xiàn)

1.1 研究方法和技術(shù)路線

ArcGIS軟件提供一系列地理空間數(shù)據(jù)自動化處理方法，包括簡單批處理工具、模型構(gòu)建器、arcpy腳本語言［8］。研究選用arcpy腳本語言來構(gòu)建具備可視化對話框的定制腳本工具，對土地利用現(xiàn)狀和規(guī)劃分類統(tǒng)計過程實現(xiàn)自動化出表。

分類統(tǒng)計工具的實現(xiàn)步驟如下。①按照當(dāng)前國土資源管理工作中土地利用現(xiàn)狀及規(guī)劃地類統(tǒng)計要求，建立現(xiàn)狀地類與統(tǒng)計地類、規(guī)劃地類與統(tǒng)計地類對應(yīng)關(guān)系，完成地類轉(zhuǎn)換；②將項目范圍線與行政區(qū)、現(xiàn)狀地類、規(guī)劃地類、永久基本農(nóng)田等數(shù)據(jù)進(jìn)行相交分析，得到項目涉及到行政區(qū)、現(xiàn)狀地類、規(guī)劃地類、永久基本農(nóng)田等信息；③對上一步驟獲得的相交成果數(shù)據(jù)，利用cursor游標(biāo)函數(shù)分行政區(qū)、分地類讀取字段面積，將結(jié)果存儲到嵌套字典變量中；④利用openpyxl模塊來完成統(tǒng)計表格的讀寫與保存；⑤利用arcpy.GetParameterAsText（）函數(shù)構(gòu)建輸入?yún)?shù)，完成腳本工具的創(chuàng)建。

1.2 土地利用現(xiàn)狀與規(guī)劃分類體系

年度土地利用變更調(diào)查是基于土地利用現(xiàn)狀的調(diào)查，為保持變更調(diào)查成果的現(xiàn)勢性和準(zhǔn)確性而每年進(jìn)行的成果更新過程［9］，也是反映當(dāng)前土地利用現(xiàn)狀的主要基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

土地利用現(xiàn)狀按《土地利用現(xiàn)狀分類》（GB/T 21010—2017）進(jìn)行分類。土地利用總體規(guī)劃是各級行政區(qū)對土地資源進(jìn)行統(tǒng)籌布局和規(guī)劃安排而形成的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，其分類體系是根據(jù)規(guī)劃管理需要，在土地利用現(xiàn)狀分類的基礎(chǔ)上進(jìn)行歸并或細(xì)分轉(zhuǎn)換形成的。統(tǒng)計分類是在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步歸并形成的。因此，在進(jìn)行其他操作前，要將土地利用現(xiàn)狀地類和規(guī)劃地類按要求轉(zhuǎn)換為統(tǒng)計地類。本研究將地類轉(zhuǎn)換對應(yīng)關(guān)系存儲于外置excel表格中，在使用工具時，通過openpyxl模塊調(diào)用excel表格，以字典變量形式存儲地類轉(zhuǎn)換關(guān)系。該方式可有效增加工具的靈活性，降低后續(xù)工具與“三調(diào)”現(xiàn)狀及國土空間規(guī)劃分類統(tǒng)計的銜接難度。

1.3 地類面積統(tǒng)計與存儲

本研究需要解決的核心問題是各地類面積的統(tǒng)計與存儲。主要統(tǒng)計以下三類面積數(shù)據(jù)：現(xiàn)狀地類面積、規(guī)劃地類面積、永久基本農(nóng)田面積等。其中，現(xiàn)狀地類和規(guī)劃地類要分行政區(qū)、分地類進(jìn)行面積統(tǒng)計，永久基本農(nóng)田面積要分行政區(qū)進(jìn)行面積統(tǒng)計。因此，統(tǒng)計面積時會用到行政區(qū)信息、現(xiàn)狀地類信息、規(guī)劃地類信息、永久基本農(nóng)田信息等。為獲取所需的數(shù)據(jù)信息，首先，將建設(shè)項目范圍線與行政區(qū)數(shù)據(jù)、土地利用現(xiàn)狀數(shù)據(jù)、土地利用總體規(guī)劃數(shù)據(jù)、永久基本農(nóng)田保護(hù)圖斑數(shù)據(jù)進(jìn)行疊加分析，按照要求存放分析成果，方便后續(xù)調(diào)用。其次，分別創(chuàng)建現(xiàn)狀、規(guī)劃、永久基本農(nóng)田三個字典變量，利用cursor游標(biāo)函數(shù)與循環(huán)語句遍歷相應(yīng)圖層數(shù)據(jù)對象，提取面積字段值。再次，按行政區(qū)、地類、面積的對應(yīng)關(guān)系分別存儲到所創(chuàng)建的字典變量中。其中，規(guī)劃和現(xiàn)狀直接讀取數(shù)據(jù)圖層自帶的“shape area”面積字段，即統(tǒng)計地類的毛面積。永久基本農(nóng)田是利用自然資源部下發(fā)的凈面積計算方法，得到永久基本農(nóng)田的凈面積，對凈面積進(jìn)行判斷，僅在凈面積大于1時進(jìn)行累加，分行政區(qū)統(tǒng)計面積之和。最后，該過程可返回{行政區(qū)：{地類：面積}的嵌套字典。

此外，在使用excel進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計時，往往會出現(xiàn)分項之和不等于總數(shù)的情況，這是因為合計數(shù)是分項實際數(shù)據(jù)相加得到的，不是減少位數(shù)后的分項數(shù)相加所得，導(dǎo)致分項數(shù)與合計數(shù)之間并無直接的數(shù)據(jù)關(guān)系［4］。因此，在進(jìn)行數(shù)據(jù)計算前，最好對數(shù)據(jù)成果保留精度位數(shù)。“四舍五入”是一種常用的精確度計數(shù)保留法，但因其規(guī)則存在“舍的少、進(jìn)的多”，因而結(jié)果往往偏大。為了能更好地滿足地類面積統(tǒng)計高精度的要求，引入測量中“四舍六入五看齊、奇進(jìn)偶不進(jìn)”的進(jìn)位規(guī)則，即當(dāng)小數(shù)點后第五位為1到4的數(shù)字時不進(jìn)位，為6到9的數(shù)字時進(jìn)位，為5時要看小數(shù)點后第四位，如果是奇數(shù)，則進(jìn)位，否則不進(jìn)位。從統(tǒng)計學(xué)角度來看，該方法可避免出現(xiàn)“四舍五入”進(jìn)位制結(jié)果偏大的現(xiàn)象，將結(jié)果受到舍入誤差的影響降到最低，提高統(tǒng)計結(jié)果精度。

1.4 統(tǒng)計表格自動化輸出

本研究設(shè)計的工具最終要實現(xiàn)對土地利用現(xiàn)狀及規(guī)劃地類統(tǒng)計結(jié)果表的自動生成。openpyxl模塊可通過“工作簿workbook-工作表sheet-單元格cell”的模式對.xlsx文件進(jìn)行表格的創(chuàng)建、讀取、寫入與修改，能同步調(diào)整表格樣式。首先，要通過openpyxl模塊的create_sheet（）方法創(chuàng)建一張現(xiàn)狀及規(guī)劃表；其次，通過merge_cells（）、Font（）等方法完成對單元格的合并、表頭制作、樣式設(shè)計等；再次，分行政區(qū)和地類讀取嵌套字典中的面積數(shù)據(jù)，填寫到對應(yīng)的單元格中；最后，通過save（）方法來完成對表格的保存。

由于不同項目涉及的行政區(qū)數(shù)量有所不同，導(dǎo)致統(tǒng)計結(jié)果表中的列數(shù)也不相同，固定列數(shù)的表格無法滿足統(tǒng)計需求，因此對不同行政區(qū)數(shù)量要靈活設(shè)計統(tǒng)計表。經(jīng)初步分析，每增加一個行政區(qū)，就要增加一列數(shù)據(jù)，套用行政區(qū)數(shù)量和列數(shù)之間的關(guān)系，可采用循環(huán)方式，以行政區(qū)數(shù)量為循環(huán)次數(shù)，按行政區(qū)逐項讀取相關(guān)地類面積，填寫到對應(yīng)單元格中。

1.5 定制腳本工具

ArcGIS為用戶提供一套可用于空間地理數(shù)據(jù)處理分析的工具集［10］，可滿足絕大部分空間數(shù)據(jù)的處理需求。當(dāng)現(xiàn)有工具集無法滿足需求時，可定制工具，以工具箱可交互界面的形式來滿足用戶個性化需求。本研究使用ArcGIS腳本制作工具來完成代碼包裝，在工具箱目錄中新建工具箱，并新建腳本工具，將python代碼文件導(dǎo)入腳本工具中，設(shè)置好參數(shù)。工具界面的參數(shù)通過arcpy.GetParameterAsText（）函數(shù)設(shè)置的參數(shù)與代碼一一對應(yīng)起來［11］，完成腳本工具的包裝。

2 應(yīng)用實踐

所需的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)包括實踐區(qū)域內(nèi)2018年土地利用現(xiàn)狀、土地利用總體規(guī)劃、永久基本農(nóng)田、行政區(qū)、建設(shè)項目用地范圍線。其中，建設(shè)項目用地范圍線為試驗區(qū)域內(nèi)自行創(chuàng)建的模擬用地范圍［5］，用地紅線總面積為3 322.360 4 hm2。建設(shè)項目模擬用地范圍如圖1所示。

工具運算時間一般在30 s內(nèi)，分析出的結(jié)果未見總數(shù)與分項數(shù)不等的問題。同時，采用傳統(tǒng)的人工統(tǒng)計方式進(jìn)行驗算，驗算用時為40～60 min，得到的數(shù)據(jù)基本一致，工具統(tǒng)計結(jié)果未見數(shù)據(jù)不平衡問題。人工統(tǒng)計結(jié)果不可避免地存在總數(shù)與分項數(shù)不等的數(shù)據(jù)不平衡問題，如行政區(qū)1中耕地、園地、林地、草地、其他農(nóng)用地之和與總數(shù)會存在0.000 1的差別，要額外進(jìn)行數(shù)據(jù)平衡處理。由此證明工具統(tǒng)計效率較高，且統(tǒng)計結(jié)果穩(wěn)定性和可靠性更強(qiáng)。

3 結(jié)論

本研究通過arcpy站點包設(shè)計出一套土地利用現(xiàn)狀及規(guī)劃分類統(tǒng)計的腳本工具，該腳本工具可完成土地利用現(xiàn)狀及規(guī)劃分類統(tǒng)計表的自動生成，提高工作效率。將分類表對應(yīng)存儲在外置excel表格中，可按需對分類表進(jìn)行修改，滿足后續(xù)“三調(diào)”及國土空間規(guī)劃分類統(tǒng)計需求。此外，在面積統(tǒng)計時考慮到“四舍五入”精度保留法存在的缺陷及excel表格統(tǒng)計結(jié)果存在數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確的問題，融入“奇進(jìn)偶不進(jìn)”的“四舍六入”精度保留規(guī)則，能有效提高成果精度，解決excel數(shù)據(jù)統(tǒng)計結(jié)果不平衡的問題。通過試驗對比，驗證工具的可靠性和穩(wěn)定性，為提升用地預(yù)審與規(guī)劃選址、土地利用規(guī)劃修改、用地報批等工作的效率提供技術(shù)支撐。

該工具僅統(tǒng)計永久基本農(nóng)田的凈面積，其他地類只統(tǒng)計毛面積。在實際工作中，如用地預(yù)審與規(guī)劃選址、用地報批階段，對地類的凈面積也有統(tǒng)計要求。因此，要進(jìn)一步納入地類凈面積計算模型，以實現(xiàn)成果的精確統(tǒng)計。

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