Python和Visual Basic編程在水土保持數(shù)據(jù)處理工作中的應用

寇馨月，崔凡，劉曉林，臧彩霞，劉清

［關鍵詞］ Python；圖斑編號；Visual Basic；降雨過程摘錄；數(shù)據(jù)處理；水土保持

［摘要］ 監(jiān)測與處理數(shù)據(jù)是水土保持工作的基礎，盡管數(shù)據(jù)處理工作簡單，但人工處理耗時長、易出錯，且經(jīng)常需要進行修改。以工作需要為目標，采用編程方法可快速準確完成水土保持數(shù)據(jù)處理工作。借助Python和Visual Basic分別實現(xiàn)了生產(chǎn)建設項目擾動圖斑編號自動輸入、水土保持監(jiān)測點降雨過程摘錄數(shù)據(jù)快速整匯編處理。結(jié)果表明：①采用圖斑編號批量自動輸入的Python程序，300個擾動圖斑的圖斑編號輸入用時10 s，與傳統(tǒng)人工處理方式相比，工作效率提高了77倍；②采用降雨過程摘錄數(shù)據(jù)成果表整匯編的Visual Basic程序，2 507條降雨過程數(shù)據(jù)整匯編用時5 min，工作效率提高了25倍；③Python和Visual Basic程序不僅可以快速準確完成水土保持遙感監(jiān)管和監(jiān)測點觀測數(shù)據(jù)整匯編等數(shù)據(jù)處理工作，亦可完成河湖監(jiān)管、水環(huán)境監(jiān)測等其他行業(yè)類似要求的工作。

［中圖分類號］ S157.1［文獻標識碼］ A［文章編號］ 1000－0941（2023）06－0048－04

新階段水土保持工作要點主要包含依法嚴格監(jiān)管人為水土流失[1-3]、扎實做好水土保持監(jiān)測評價[4-5]等，其中人為水土流失監(jiān)管的工作重點之一是常態(tài)化開展水土保持遙感監(jiān)管工作。據(jù)統(tǒng)計，水利部已連續(xù)4 a在全國開展水土保持遙感監(jiān)管工作[6]，累計更新解譯擾動圖斑超200萬個（不包含省、市、縣級組織的監(jiān)管工作），每100 km2監(jiān)管區(qū)域平均解譯擾動圖斑數(shù)量120個左右。按照《生產(chǎn)建設項目水土保持信息化監(jiān)管技術規(guī)定（試行）》（以下簡稱《技術規(guī)定》）要求，需對每個擾動圖斑按要求編寫圖斑編號，作為唯一的身份標識[7]。圖斑編號是數(shù)據(jù)管理、搜索查詢、信息錄入、邊界修改等工作必不可少的屬性字段，可為后續(xù)監(jiān)管工作順利開展提供基礎。此項工作量較大，若能實現(xiàn)自動編寫圖斑編號，將為工作帶來極大的便捷。目前其他行業(yè)如林業(yè)數(shù)據(jù)[8]、礦山新增圖斑[9]已實現(xiàn)基于ArcGIS編程的自動編號，而水土保持遙感監(jiān)管擾動圖斑基于ArcGIS編程自動編號尚缺少相關研究。坡面定位水土流失監(jiān)測[10]是扎實做好水土保持監(jiān)測評價工作的重點之一，為此，海河流域[11]、河南省[12]、上海市[13]等均對各自轄區(qū)的監(jiān)測站點優(yōu)化等進行了充分研究和規(guī)劃。多年監(jiān)測成果存儲與應用亦是研究熱點，如：李智廣等[14]總結(jié)了安徽省監(jiān)測點觀測數(shù)據(jù)整（匯）編的經(jīng)驗做法；趙輝等[15]分析了全國站點監(jiān)測資料整編工作存在的問題，建議選用與之適合的整編方法提高監(jiān)測資料整編工作效率。目前坡面定位水土流失監(jiān)測資料整編方法多為人工整理，在整匯編有特殊格式要求的表格時易出錯且耗時長（如降雨過程摘錄數(shù)據(jù)成果表），急需改進整編方法，提高工作效率同時保證成果質(zhì)量。

本研究圍繞圖斑編號自動輸入和改進監(jiān)測成果整匯編方法兩項工作需求，基于Python和Visual Basic程序，開展擾動圖斑的圖斑編號自動輸入、降雨過程摘錄數(shù)據(jù)成果表整匯編等相關研究，以大幅提高工作效率和精準度，為水土保持基礎工作高質(zhì)量發(fā)展提供技術支持。

1Python編程在水土保持遙感監(jiān)管工作中的應用

1.1Python應用的工作要求

《技術規(guī)定》中要求“圖斑編號”字段需按照空間地理位置從上到下、從左到右的順序依次編號，并以“YYYYMM_XXXXXX_TTTT”的形式命名，其中：前6位“YYYYMM”表示遙感影像成像年月；中間6位“XXXXXX”是擾動圖斑所在縣級行政區(qū)的行政區(qū)劃代碼；后4位“TTTT” 是序號，從0000至9999排序。

1.2Python程序代碼

圖斑編號需依據(jù)空間地理位置按照規(guī)定的順序進行編排，擾動圖斑的空間地理位置可以通過計算幾何質(zhì)心的X、Y坐標并記錄在屬性表中。圖斑編號Python程序代碼編寫思路是調(diào)用Python程序自帶函數(shù)“arcpy.UpdateCursor”，對數(shù)字形式的X、Y坐標按照要求先以質(zhì)心Y坐標降序排列，再以質(zhì)心X坐標增序排序。圖斑編號批量自動輸入屬性字段QDNM中的Python程序運行代碼見圖1。

代碼中的“D：RDTB.shp”是需要編輯圖斑編號的擾動圖斑矢量文件所在路徑，引號內(nèi)路徑可以替換；“YYYYMM_XXXXXX_”是圖斑編號的前12位數(shù)字，需根據(jù)實際監(jiān)管情況填寫，如用2022年1月影像解譯的廣州市天河區(qū)的擾動圖斑，則圖斑編號的前12位數(shù)字為“202201_440106_”。圖斑編號自動輸入Python程序的操作流程見圖2，程序運行完成后可在QDNM字段中查看圖斑編號自動輸入的結(jié)果。

1.3Python錄入圖斑研究結(jié)果

本研究選取監(jiān)管區(qū)域內(nèi)解譯成果300個圖斑作為測試數(shù)據(jù)，按照《技術規(guī)定》要求，若逐一手動輸入圖斑編號，300個圖斑需用時10～13 min，且易出現(xiàn)序號不連續(xù)的情況；若用Python編程，則只需要10 s（見圖3），且無需借助其他輔助文件，使用操作簡單易行，極大提高了工作效率和準確性。圖斑編號自動輸入Python程序適用于生產(chǎn)建設項目水土保持遙感監(jiān)管（區(qū)域及項目監(jiān)管）工作，從2017年起，已在廣東、江西、貴州、廣西、贛州、廣州等多個省、市、縣級監(jiān)管項目中得以應用，亦可適用于其他監(jiān)管工作所獲取的矢量文件圖斑編號排序，如河湖監(jiān)管、 寇馨月等：Python和Visual Basic編程在水土保持數(shù)據(jù)處理工作中的應用水環(huán)境監(jiān)測[16]等工作。

2Visual Basic編程在水土保持監(jiān)測點觀測數(shù)據(jù)整匯編工作中的應用2.1Visual Basic應用的工作要求

按照《徑流小區(qū)與小流域水土保持監(jiān)測手冊》（以下簡稱《手冊》）和《全國水土流失動態(tài)監(jiān)測與公告項目年度成果匯編刊印工作大綱》（以下簡稱《大綱》）的要求，監(jiān)測點的降雨過程摘錄數(shù)據(jù)成果表的格式除行間距、字體等要求外，還有特殊的格式要求：每頁兩欄，每欄7組，兩欄間有一列間隔；第一欄最后一行與第二欄第一行數(shù)據(jù)連續(xù)，且不同頁數(shù)據(jù)需連續(xù)；每5行一組，組間空行。

2.2Visual Basic程序代碼

降雨過程摘錄數(shù)據(jù)成果表整匯編的特殊格式要求主要是分欄和組間空行，因此Visual Basic程序代碼編寫思路是建立總程序，依次調(diào)用分欄程序和插入空行程序。其中分欄程序，每70行的前35行保持原位置不動，第36～70行重新寫入第二欄所在列且刪除原位置數(shù)據(jù)行；插入空行程序，指定凡是6的倍數(shù)行插入空行。降雨過程摘錄數(shù)據(jù)成果表整匯編的Visual Basic程序運行代碼見圖4。

具體操作流程見圖5，程序運行完成后復制已整編好的數(shù)據(jù)至整編圖6降雨過程摘錄數(shù)據(jù)成果表整匯編前Visual Basic程序運行界面

表格中，調(diào)整格式即可完成整匯編工作。

2.3Visual Basic摘錄數(shù)據(jù)研究結(jié)果

本研究選取徑流小區(qū)監(jiān)測成果2 507條降雨過程摘錄數(shù)據(jù)作為測試數(shù)據(jù)，按照《手冊》和《大綱》的工作要求，手動整編降雨過程摘錄數(shù)據(jù)成果表，2 507條數(shù)據(jù)需用時100～130 min，且數(shù)據(jù)銜接極易出錯，若遺漏某一行數(shù)據(jù)的整編，則需從錯行所在頁開始至最后全部重新整編，耗時耗力。若用Visual Basic編程，則只需不到5 min（程序運行18 s，后續(xù)復制粘貼數(shù)據(jù)的操作用時不到1 min），整編精準高效，數(shù)據(jù)銜接不出錯，使用操作簡單易行，極大地提高了工作效率和準確性，數(shù)據(jù)成果表整匯編前后界面顯示見圖6、圖7。本程序不僅適用于降雨過程摘錄數(shù)據(jù)成果表整匯編工作，同時也適用于徑流小區(qū)土壤含水量和植被蓋度成果整匯編工作；分欄程序和插入空行程序亦可以分開運行，如插入空行程序可應用于徑流小區(qū)逐次徑流泥沙成果整匯編工作中。本程序已連續(xù)10 a應用在全國水土流失動態(tài)監(jiān)測項目整匯編、珠江流域水土保持監(jiān)測成果整匯編工作中，近3 a也在廣東省水土保持監(jiān)測成果整匯編工作中得到廣泛應用。

3結(jié)論

本研究應用Python和Visual Basic程序分別實現(xiàn)了擾動圖斑編號自動輸入、降雨過程摘錄數(shù)據(jù)成果表整匯編，操作簡單高效，準確無誤。經(jīng)測試300個圖斑的編號輸入和2 507條降雨過程數(shù)據(jù)整匯編工作的效率分別提高了77倍、25倍。在圖斑編號批量自動輸入的Python程序中，擾動圖斑矢量文件所在路徑越短，程序讀取目標對象時間也越短，程序整體運行時間亦越短。圖斑編號批量自動輸入的Python程序和降雨過程摘錄數(shù)據(jù)成果表整匯編的Visual Basic程序，不僅可以完成水土保持監(jiān)管工作中擾動圖斑的圖斑編號整理和監(jiān)測點降雨過程摘錄數(shù)據(jù)整匯編，還可以應用于河湖監(jiān)管、水環(huán)境監(jiān)測、監(jiān)測點土壤含水量和植被蓋度成果整匯編或其他類似要求的工作中。

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［作者簡介］ 寇馨月（1990—），女，遼寧沈陽人，工程師，碩士，主要從事水土保持、信息化監(jiān)管等工作。

［收稿日期］ 2022-09-14

（責任編輯楊傲秋）