陳愛梅,羅燦培

(1.西南林業(yè)大學(xué) 土木工程學(xué)院，云南 昆明 650224；2.云南導(dǎo)視地理信息系統(tǒng)工程有限公司，云南 昆明 650056)

根據(jù)《自然資源部農(nóng)業(yè)農(nóng)村部關(guān)于加強和改進永久基本農(nóng)田保護工作的通知》(自然資規(guī)〔2019〕1號)的要求，為切實提高重大建設(shè)項目占用永久基本農(nóng)田的審查報批效率，確保補劃的永久基本農(nóng)田數(shù)量不減少、質(zhì)量不降低、布局更優(yōu)化[1]，利用第三次全國國土調(diào)查成果開展永久基本農(nóng)田儲備區(qū)劃定工作，將在永久基本農(nóng)田之外相對質(zhì)量較好的耕地劃入永久基本農(nóng)田儲備區(qū)。其中，永久基本農(nóng)田儲備區(qū)數(shù)據(jù)庫是該項工作重要的組成成分，是劃定工作的具體體現(xiàn)。永久基本農(nóng)田儲備區(qū)數(shù)據(jù)庫包含了永久基本農(nóng)田儲備區(qū)圖斑的空間位置布局、面積、形態(tài)、地類、質(zhì)量等信息，該類信息來源于地形地貌、土地利用規(guī)劃、耕地質(zhì)量等別、建設(shè)用地報批、生態(tài)紅線、林地保護和遙感正射影像等“分散存放、介質(zhì)不一、格式不同”的多源異構(gòu)數(shù)據(jù)。永久基本農(nóng)田儲備區(qū)數(shù)據(jù)庫作為永久基本農(nóng)田的“蓄水池”[2]，對提高重大建設(shè)項目占用永久基本農(nóng)田的審查報批效率，確保補劃的永久基本農(nóng)田數(shù)量不減少、質(zhì)量不降低、布局更優(yōu)化；對守住耕地保護紅線和永久基本農(nóng)田邊界控制線，進一步鞏固永久基本農(nóng)田劃定成果、完善保護措施、提高監(jiān)管水平具有重要意義。

本文從永久基本農(nóng)田儲備區(qū)劃定流程入手，緊緊圍繞永久基本農(nóng)田儲備區(qū)潛力分析、質(zhì)量、數(shù)據(jù)庫建設(shè)和應(yīng)用的過程，以數(shù)據(jù)規(guī)范化、標準化、流程化等為目標，基于ArcGIS 10.2.2平臺，充分利用Python腳本語言構(gòu)建了集“矢量數(shù)據(jù)、屬性數(shù)據(jù)、表格數(shù)據(jù)”為一體的數(shù)據(jù)庫建設(shè)方案，設(shè)計研發(fā)實現(xiàn)了永久基本農(nóng)田儲備區(qū)輔助建庫軟件，通過該軟件在富源縣永久基本農(nóng)田儲備區(qū)劃定數(shù)據(jù)庫建設(shè)中的實踐應(yīng)用，提高了數(shù)據(jù)庫建設(shè)的效率，保證了劃定成果的質(zhì)量。

1 數(shù)據(jù)庫建設(shè)的過程

永久基本農(nóng)田儲備區(qū)劃定目標一般由省級自然資源主管部門確定，并逐級將指標分解到縣級自然資源主管部門，具體的永久基本農(nóng)田儲備區(qū)劃定由縣級自然資源主管部門完成[2-3]。永久基本農(nóng)田儲備區(qū)數(shù)據(jù)庫建設(shè)以第三次全國國土調(diào)查成果為基礎(chǔ)，其主要的工作流程如圖1所示。

圖1 永久基本農(nóng)田儲備區(qū)數(shù)據(jù)庫建設(shè)過程

(1)準備階段：主要包括建庫方案制定、人員準備、數(shù)據(jù)源準備、軟硬件準備、管理制度建立等，收集涉及自然資源、農(nóng)業(yè)農(nóng)村、生態(tài)環(huán)境等有關(guān)部門最新的遙感正射影像圖、縣鄉(xiāng)級土地利用總體規(guī)劃(2010～2020年)成果、縣級永久基本農(nóng)田劃定成果、耕地質(zhì)量等別更新評價成果、耕地地力調(diào)查與質(zhì)量評價成果、生態(tài)紅線、退耕還林還草和還濕還湖、第三次全國國土調(diào)查成果、糧食生產(chǎn)功能區(qū)和重要農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)保護區(qū)初步成果、建設(shè)項目用地審批和礦業(yè)權(quán)審批登記等成果相關(guān)資料，作為儲備區(qū)劃定的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。依據(jù)第三次全國國土調(diào)查的現(xiàn)狀地類圖斑，內(nèi)業(yè)套合對比分析，按照永久基本農(nóng)田儲備區(qū)劃定、國土空間管控等要求，初步提取出潛力圖斑，結(jié)合當?shù)貒窠?jīng)濟發(fā)展現(xiàn)狀，形成劃定目標任務(wù)。

(2)數(shù)據(jù)采集與處理階段：主要包括基礎(chǔ)地理、土地利用、土地權(quán)屬、柵格、永久基本農(nóng)田儲備區(qū)等各要素的采集、編輯、處理和檢查等，主要對潛力圖斑進行內(nèi)業(yè)分析匯總，初步確定預(yù)劃入圖斑。并利用國家下發(fā)的核實軟件，對預(yù)劃入圖斑進行逐地塊核實，填寫實地核實情況，查清耕地利用現(xiàn)狀，拍攝上傳帶有定位信息和方位信息的實地照片、視頻等相關(guān)舉證材料。

(3)入庫匯交階段：主要包括矢量數(shù)據(jù)、柵格數(shù)據(jù)、屬性數(shù)據(jù)以及元數(shù)據(jù)等的檢查和入庫，并編制劃定方案，填寫劃定情況表。同時，按照要求對成果進行逐級審核上報，主要包括數(shù)據(jù)成果、文字成果、圖件成果和表格成果的匯交。

2 Python腳本簡介

Python具有簡單易學(xué)、可移植，以及跨平臺、可擴展、面向?qū)ο蟮忍攸c，是數(shù)據(jù)分析、程序設(shè)計最受歡迎的語言，并廣泛應(yīng)用于圖形圖像處理、文本文件處理、數(shù)據(jù)庫編程、網(wǎng)絡(luò)爬蟲編程、多媒體應(yīng)用等各行各業(yè)。Python標準庫提供了系統(tǒng)管理、網(wǎng)絡(luò)通信、文本處理、數(shù)據(jù)庫接口、圖形系統(tǒng)、XML處理等額外的功能[4]。目前，使用Python語言進行ArcGIS的定制開發(fā)已經(jīng)成為ESRI公司主推的開發(fā)方式。

ArcPy是一個Python站點包，可提供以實用高效的方式通過Python執(zhí)行地理數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)管理和地圖自動化等，用戶可以在交互式環(huán)境中快速地創(chuàng)建腳本原型并進行測試[5]。在ArcGIS平臺通過ArcPy可訪問地理處理工具以及其它函數(shù)、類和模塊，從而創(chuàng)建簡單或復(fù)雜工作流[6]。永久基本農(nóng)田儲備區(qū)輔助建庫軟件主要通過地理處理工具、文本處理模塊、Excel讀寫模塊、Word讀寫模塊、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換以及制圖模塊實現(xiàn)劃定過程中數(shù)據(jù)的快速處理，綜合上述模塊快速建立腳本工具并集成為ArcGIS ToolBox工具箱。

3 功能的設(shè)計與實現(xiàn)

3.1 軟硬件環(huán)境

程序開發(fā)的軟硬件環(huán)境直接關(guān)系著程序運行的效率，本次開發(fā)主要的軟硬件環(huán)境如下：Intel酷睿i5處理器、4 GB內(nèi)存、1 T機械硬盤、Windows 7 64位操作系統(tǒng)、ArcGIS 10.2.2、Python 2.7、Sublime Text等。

3.2 功能需求和設(shè)計

對于永久基本農(nóng)田儲備區(qū)劃定工作的整個過程來說，其功能的分析應(yīng)從建庫工作涉及的主要流程來進行分析設(shè)計[7-9]，主要包括數(shù)據(jù)整理、數(shù)據(jù)的規(guī)范化、數(shù)據(jù)的屬性檢查和屬性關(guān)聯(lián)、標準數(shù)據(jù)庫建立、數(shù)據(jù)入庫、數(shù)據(jù)庫檢查、拓撲檢查等步驟，分為準備階段、數(shù)據(jù)采集與處理階段和數(shù)據(jù)入庫匯交階段。

(1)準備階段的主要功能包括：收集資料數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)坐標轉(zhuǎn)換、圖斑屬性檢查與填寫、字段批量添加、數(shù)據(jù)質(zhì)量檢查等。

(2)數(shù)據(jù)采集與處理階段的主要功能包括：標準數(shù)據(jù)庫的建立與擴展、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)拓撲和屬性檢查、非空間數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)、儲備區(qū)編號、儲備區(qū)屬性填寫等。

(3)數(shù)據(jù)入庫匯交階段的主要功能包括：數(shù)據(jù)符合性檢查、數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換、空間數(shù)據(jù)與非空間數(shù)據(jù)質(zhì)量檢查、匯交數(shù)據(jù)成果輸出、數(shù)據(jù)匯總統(tǒng)計等。

永久基本農(nóng)田儲備區(qū)劃定工作開展涉及基礎(chǔ)資料收集整理、內(nèi)業(yè)套合提取分析、外業(yè)調(diào)查、數(shù)據(jù)庫建設(shè)、方案編制等多個環(huán)節(jié)，綜合要求較高、工作量較大、人才需求多樣化。為此，在設(shè)計過程中遵循“開放、操作簡便、規(guī)范、可擴展”等原則，不再局限于軟件開發(fā)者的硬件設(shè)施，滿足建庫人員的不同硬件環(huán)境需求；充分考慮了作業(yè)人員的技術(shù)水平，使其適應(yīng)大部分的作業(yè)人員；充分考慮利用國家下發(fā)的數(shù)據(jù)質(zhì)量檢查軟件進行數(shù)據(jù)檢查、省級數(shù)據(jù)庫建設(shè)要求等諸多方面；可在程序上增加自定義函數(shù)、模塊等[10]。本次永久基本農(nóng)田儲備區(qū)劃定輔助建庫軟件基本功能設(shè)計框架如圖2所示。

圖2 永久基本農(nóng)田儲備區(qū)輔助建庫軟件系統(tǒng)功能設(shè)計框架

3.3 功能實現(xiàn)

永久基本農(nóng)田儲備區(qū)輔助建庫軟件應(yīng)用Python腳本語言，在ArcGIS 10.2.2平臺上通過調(diào)用地理處理模塊、Openpyxl、制圖模塊、文本處理等相關(guān)模塊，完成了軟件的設(shè)計和開發(fā)。針對永久基本農(nóng)田儲備區(qū)劃定的工作過程，主要的功能模塊如下：

(1)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)處理模塊：劃定工作基礎(chǔ)數(shù)據(jù)來自于自然資源、林草、規(guī)劃、農(nóng)業(yè)、水務(wù)等相關(guān)部門，存在坐標系、數(shù)據(jù)格式、介質(zhì)等的不統(tǒng)一。針對以上問題，將基礎(chǔ)數(shù)據(jù)以ArcGIS文件地理數(shù)據(jù)庫格式存儲，設(shè)計實現(xiàn)了數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為GDB、坐標轉(zhuǎn)換(導(dǎo)入?yún)?shù))、TXT/XLS轉(zhuǎn)要素面、拓撲檢查等功能，如圖3所示。

圖3 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)處理模塊功能

(2)劃入圖斑模塊：該模塊包含了潛力圖斑提取、儲備區(qū)調(diào)查圖斑提取、調(diào)查圖斑編號、與三調(diào)舉證GDB關(guān)聯(lián)、上傳圖斑導(dǎo)出等功能，如圖4所示。

圖4 劃入圖斑模塊功能

(3)儲備區(qū)建庫模塊：主要包含外業(yè)調(diào)查圖斑導(dǎo)入、圖斑屬性維護(如：坡度、質(zhì)量等級、權(quán)屬、是否高標準農(nóng)田、地力等級、儲備區(qū)分布、圖斑編號、標識碼和要素代碼)、橢球面積計算、圖斑面積計算、數(shù)據(jù)成果導(dǎo)出(如：面積匯總、表格導(dǎo)出、成果導(dǎo)出)等模塊，涵蓋了永久基本農(nóng)田儲備區(qū)數(shù)據(jù)庫建設(shè)中屬性及其關(guān)聯(lián)的過程，如圖5所示。

圖5 儲備區(qū)建庫模塊

(4)制圖模塊：根據(jù)永久基本農(nóng)田儲備區(qū)劃定實施方案中制圖的相關(guān)要求，結(jié)合第三次全國國土調(diào)查的有關(guān)制圖要求，實現(xiàn)了經(jīng)緯網(wǎng)制作、色帶制作、邊框制作、批量MXD導(dǎo)出圖片、地類符號生成、行政界線分級等功能。

(5)其它功能模塊：為了解決以上過程中存在的部分問題，針對性的開發(fā)了如批量字段添加、要素節(jié)點距離處理、線面圖斑切割、矢量數(shù)據(jù)庫分割、多個數(shù)據(jù)庫合并、細小圖斑合并、圖斑間細縫處理等通用的處理功能。

將以上模塊整合形成ArcGIS Toolbox工具箱，在Catalog中可以直接調(diào)用，同時為了方便建庫人員調(diào)用，引入Add-In插件，通過Add-In創(chuàng)建按鈕加載項，完成項目設(shè)置與定義要創(chuàng)建的多種加載項，并在加載項內(nèi)容選項卡中設(shè)置工具條，將相關(guān)腳本與加載項對應(yīng)的腳本相結(jié)合，安裝加載項以后在ArcGIS 10.2.2中可直接調(diào)用自定義的工具條[5]。軟件界面如圖6、圖7所示。

圖6 Add-in 配置文件

圖7 永久基本農(nóng)田儲備區(qū)輔助建庫軟件(Add-in)

3.4 實例應(yīng)用

在云南省富源縣永久基本農(nóng)田儲備區(qū)劃定中，共安裝使用了該軟件4套。劃定工作共收集自然資源、林業(yè)、農(nóng)業(yè)、生態(tài)環(huán)境、城鄉(xiāng)規(guī)劃等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)共計43項參考資料，含1954北京坐標系、1980西安坐標系、2000國家大地坐標系、2011城建坐標系等四類坐標系統(tǒng)，存儲格式大部分為電子資料矢量格式，部分為TXT或XLS格式。利用永久基本農(nóng)田儲備區(qū)劃定輔助軟件對收集到的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進行標準化、規(guī)范化、統(tǒng)一化的分析整理；利用潛力圖斑提取功能，采用“優(yōu)先分級”將富源縣除永久基本農(nóng)田外的大量優(yōu)質(zhì)圖斑進行篩選，既保證了劃入永久基本農(nóng)田儲備區(qū)圖斑的質(zhì)量，又鞏固了前期永久基本農(nóng)田劃定成果；同時建庫功能模塊貫穿了數(shù)據(jù)建庫和審查上報的整個過程，平均建庫時間從2天縮短到了1天，劃定方案編制采用軟件表格輸出的成果也縮短了文本報告編制的時間，同時因前期部分資料如外業(yè)調(diào)查表存在不規(guī)范、不清晰等問題也得到了有效的解決。相比較采用人工完成建庫工作的其他單位速度提升了2～3倍，在項目生產(chǎn)中得到了良好的實踐應(yīng)用，為后期重大建設(shè)項目占用永久基本農(nóng)田的審查報批及其監(jiān)管提供了可靠的數(shù)據(jù)支撐。

4 結(jié) 語

本文結(jié)合永久基本農(nóng)田儲備區(qū)劃定工作的資料收集分析、劃入圖斑、儲備區(qū)建庫等關(guān)鍵步驟，以通過上級主管部門審查驗收為主要目標，基于ArcGIS Python腳本語言，在ArcGIS 10.2.2平臺上通過調(diào)用地理處理模塊、Openpyxl、制圖模塊、文本處理等，開發(fā)實現(xiàn)了基本農(nóng)田儲備區(qū)輔助建庫軟件，包含了從資料收集整理、圖斑提取分析、儲備區(qū)建庫及其他通用的數(shù)據(jù)處理功能，并以富源縣永久基本農(nóng)田儲備區(qū)劃定為實例應(yīng)用，簡化了劃定的工作流程和實現(xiàn)了數(shù)據(jù)的自動化處理。軟件還存在許多的不足之處，還需進一步的研發(fā)以滿足重大建設(shè)項目占用永久基本農(nóng)田的審查報批、永久基本農(nóng)田保護監(jiān)管等的實際需求，并為工作決策提供有力的支撐。