賴 云，祁 瓊，樊楚穎

（1.湖北省國土資源研究院，湖北 武漢 430061；2.武漢大學 資源與環(huán)境科學學院，湖北 武漢 430079）

國務院于2017-10-16發(fā)布《國務院關(guān)于開展第三次全國土地調(diào)查的通知》（以下簡稱為《通知》），《通知》明確自2017年起開展第三次全國土地調(diào)查，以全面查清當前全國土地利用狀況，掌握真實準確的土地基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，從而滿足經(jīng)濟社會發(fā)展和國土資源管理工作需要[1]。隨著自然資源部的成立，2018-08-29國務院將第三次全國土地調(diào)查調(diào)整為第三次全國國土調(diào)查（以下簡稱為“三調(diào)”）[2]。

截至2020年底，第三次全國國土調(diào)查已基本完成，數(shù)據(jù)經(jīng)匯總已建立起了多級空間數(shù)據(jù)庫。三調(diào)數(shù)據(jù)是自然資源管理部門開展國土空間規(guī)劃、耕地保護、衛(wèi)片執(zhí)法、土地征收等工作的基礎(chǔ)，但由于三調(diào)數(shù)據(jù)內(nèi)容豐富、數(shù)據(jù)量龐大，而移動設(shè)備內(nèi)存小，無法存儲全省甚至一個市（州）的數(shù)據(jù)量，往往導致工作人員為了調(diào)用三調(diào)數(shù)據(jù)不得不在完成一個區(qū)域工作后，返回工作站進行下一區(qū)域數(shù)據(jù)的拷貝與存儲，且在進行外業(yè)時工作人員常遇到地圖渲染慢、數(shù)據(jù)查詢效率低、數(shù)據(jù)量大導致程序崩潰等問題，極大影響了外業(yè)工作效率。解決移動環(huán)境下大規(guī)模國土調(diào)查數(shù)據(jù)的調(diào)度和渲染問題，是三調(diào)數(shù)據(jù)充分服務于自然資源管理工作的關(guān)鍵之一。

GIS數(shù)據(jù)把空間對象轉(zhuǎn)化為點、線、面三種，要求數(shù)據(jù)具有完整性和連續(xù)性，各類要素都要有明確的分類和信息[3]。GIS數(shù)據(jù)是為了滿足空間分析的需要，強調(diào)實體獨立的地理意義，要求保證地理要素的完整性。

制圖數(shù)據(jù)的信息主要是依靠地圖符號、注記等地圖語言體現(xiàn)，數(shù)據(jù)呈現(xiàn)一種不連續(xù)的狀態(tài)，各要素之間沒有聯(lián)系，也不能形成拓撲關(guān)系，對數(shù)據(jù)的分層要求也不是非常嚴格，故而不能很好地實現(xiàn)空間分析[4]。一般可通過對GIS數(shù)據(jù)的壓縮化簡綜合等方式來生成制圖數(shù)據(jù)。

矢量切片包（vtpk）是以建立金字塔的方式將矢量數(shù)據(jù)切割成一個一個矢量要素描述性文件，每個描述性文件存儲的是投影區(qū)域的幾何信息和屬性信息，包含了多個數(shù)據(jù)集，每個數(shù)據(jù)集都包含了多個要素，包括點、線、面和注記要素[5]。此外，矢量切片包還存儲有地圖的配置樣式文件及圖標、標注字體等信息，配圖樣式文件中包含有圖層的渲染風格屬性信息，如圖標大小、主機樣式、線的顏色等信息[6]。移動端軟件根據(jù)地圖可視范圍以及比例尺從矢量切片包中獲取矢量切片和配圖樣式文件等數(shù)據(jù)源信息，然后按照配圖樣式文件中定義的渲染風格信息將矢量切片數(shù)據(jù)渲染輸出地圖[7]。

地理數(shù)據(jù)庫（geodatabase）是采用標準關(guān)系數(shù)據(jù)庫技術(shù)來表現(xiàn)地理信息的數(shù)據(jù)模型。它能夠有效定義和表達空間實體，系統(tǒng)化空間實體之間各種行為特征的約束關(guān)系，支持多種格式地理數(shù)據(jù)的統(tǒng)一管理[8]。GeoDatabase也是ESRI公司定義的一個為ArcGIS所用的數(shù)據(jù)框架，該框架定義了ArcGIS中用到的所有的數(shù)據(jù)類型。GeoDatabase空間數(shù)據(jù)模型在同一模型框架下對GIS通常需要處理和表達的地理空間要素，如矢量、柵格、三維表面、網(wǎng)絡(luò)、地址等進行統(tǒng)一的描述[9]。

移動地理數(shù)據(jù)庫（.geodatabase）又稱為運行時地理數(shù)據(jù)庫，是ESRI公司為用戶提供的廣泛適用且簡單的地理數(shù)據(jù)庫解決方案。移動地理數(shù)據(jù)庫可以將屬于一個移動地理數(shù)據(jù)庫的所有數(shù)據(jù)集都包含在單個文件所存儲的SQLite數(shù)據(jù)庫中，支持創(chuàng)建、顯示、查詢及編輯GIS數(shù)據(jù)，且該數(shù)據(jù)庫使用優(yōu)化過的高效數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，可以提高性能、降低成本簡化復雜性[10]。移動地理數(shù)據(jù)庫單個文件的大小限制為2TB，易于移植，是可跨操作系統(tǒng)使用的便攜式地理數(shù)據(jù)庫。

1 數(shù)據(jù)調(diào)度與渲染方法

1.1 數(shù)據(jù)調(diào)度

近年來移動設(shè)備在性能上有較大提升，但與大型服務器和桌面設(shè)備相比，其存在CPU處理能力弱、內(nèi)存容量小、讀寫速度慢等問題，這也導致移動設(shè)備對大數(shù)據(jù)量矢量空間數(shù)據(jù)的存取和渲染速度慢。所以移動環(huán)境下需要對數(shù)據(jù)進行重新組織，并設(shè)計數(shù)據(jù)加載與用戶交互的方式，來提高數(shù)據(jù)的渲染及使用效率。

1.1.1 數(shù)據(jù)組織

本文采用GIS數(shù)據(jù)與制圖數(shù)據(jù)分離的方式來進行數(shù)據(jù)組織，其中制圖數(shù)據(jù)采用.vtpk格式，GIS數(shù)據(jù)采用.geodatabase格式。且考慮到數(shù)據(jù)量較大的問題及實際使用需求，對數(shù)據(jù)按行政區(qū)域進行劃分，通過配置文件進行整體的調(diào)度與存儲。具體的數(shù)據(jù)組織方式如下：

1）首先對數(shù)據(jù)進行按區(qū)域分塊，將湖北省三調(diào)數(shù)據(jù)按市域和區(qū)/縣域進行數(shù)據(jù)劃分，這樣可以縮小檢索和渲染范圍，提高檢索和渲染效率。

2）對于一個區(qū)/縣的數(shù)據(jù)，為其單獨構(gòu)建.vtpk（用于渲染）及.geodatabase（用于查詢）。所有數(shù)據(jù)文件在移動設(shè)備上以市為文件夾進行組織，所有市名及縣名均存儲在配置文件中。并在配置文件中添加app初始加載數(shù)據(jù)的市名及縣名，在切換展示數(shù)據(jù)時修改配置文件中的初始加載數(shù)據(jù)的市縣名，以保證每次app重新打開時顯示數(shù)據(jù)為上次退出時的數(shù)據(jù)（如圖1所示）。

圖1 配置文件結(jié)構(gòu)示意圖

1.1.2 數(shù)據(jù)加載

用戶首次打開軟件時，通過讀取配置文件中的城市列表進行數(shù)據(jù)列表的顯示，通過讀取配置文件中的初始城市名及文件存儲路徑進行界面初始化，即通過讀取對應路徑下的.vtpk數(shù)據(jù)進行地圖渲染，然后異步加載對應的.geodatabase文件來進行制圖數(shù)據(jù)與GIS數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)，確保展示數(shù)據(jù)與查詢數(shù)據(jù)的一致性。

當用戶進行數(shù)據(jù)展示區(qū)域切換時，首先切換地圖渲染的數(shù)據(jù)源（即切換進行展示的.vtpk），并進行配置文件中的初始加載數(shù)據(jù)更新，再進行對應.geodatabase文件的異步加載，其中.geodatabase文件的異步加載通過AecGIS Runtime接口中Geodatabase類的loadAsync()方法來實現(xiàn)。

1.1.3 用戶交互

在用戶與展示數(shù)據(jù)進行交互時（也即用戶與移動設(shè)備屏幕進行交互時），軟件從.geodatabase內(nèi)部進行查詢，并將查詢結(jié)果作為圖層要素加載至展示區(qū)域內(nèi)，保證查詢結(jié)果為GIS數(shù)據(jù)而非經(jīng)過處理的制圖數(shù)據(jù)。

1.2 數(shù)據(jù)渲染

通過ArcGIS Runtime SDK for Android框架可直接對.vtpk格式數(shù)據(jù)進行渲染，主要渲染原理為：客戶端將當前地圖可視范圍和比例尺發(fā)送給數(shù)據(jù)端，數(shù)據(jù)端將矢量切片和配圖樣式數(shù)據(jù)等信息返回給客戶端，客戶端按照配圖樣式中定義的渲染風格信息將矢量切片數(shù)據(jù)渲染輸出為地圖。

2 實 驗

2.1 實驗數(shù)據(jù)

本實驗使用湖北省第三次國土調(diào)查數(shù)據(jù)，共包括103個縣級行政單位。原始數(shù)據(jù)以縣級為單位，每個縣級數(shù)據(jù)存儲在一個.gdb數(shù)據(jù)庫中。每個.gdb數(shù)據(jù)庫中包括DLTB（地類圖斑）、XZQ（行政區(qū)）、DGX（等高線）等多個圖層，本實驗中僅使用地類圖斑圖層。

2.2 實驗方法

1）數(shù)據(jù)組織與存儲。從桌面端軟件ArcGIS Pro 2.7中將原始存儲在.gdb文件中的矢量數(shù)據(jù)生成.geodatabase，然后對矢量數(shù)據(jù)根據(jù)三調(diào)標準樣式或用戶自定義樣式進行配圖，得到符號化的三調(diào)數(shù)據(jù)。將符號化的三調(diào)數(shù)據(jù)導出生成為.vtpk，其中在生成矢量切片包的過程中，ArcGIS Pro軟件會自動對較小比例尺下的數(shù)據(jù)進行綜合，確保在小比例尺顯示的時候地圖幅面不會過于擁擠。

以市為單位構(gòu)建文件夾，以區(qū)/縣為單位構(gòu)建文件，其中一個區(qū)/縣包括一個.vtpk文件和一個.geodatabase文件，數(shù)據(jù)組織方式如圖2所示。

圖2 數(shù)據(jù)組織方式示意圖

2）數(shù)據(jù)渲染。數(shù)據(jù)渲染通過ArcGIS Runtime SDK for Android實現(xiàn)對vtpk文件的讀取和渲染，主要步驟為：①獲取.vtpk文件路徑；②通過路徑創(chuàng)建ArcGISVectorTiledLayer矢量切片圖層對象；③將ArcGISVectorTiledLayer矢量切片圖層加入Basemap底圖；④將Basemap底圖加入ArcGISMap地圖中；⑤獲取ArcGISMap的Basemap的所有BaseLayers，添加其他ArcGISVectorTiledLayer矢量切片圖層對象；⑥將ArcGISMap地圖在MapView控件中顯示。渲染效果如圖3所示。

圖3 湖北省襄陽市樊城區(qū)國土數(shù)據(jù)渲染效果圖

3）數(shù)據(jù)調(diào)度。用戶可通過選擇不同的區(qū)域，進行展示和查詢區(qū)域的切換，從而實現(xiàn)數(shù)據(jù)的分區(qū)域調(diào)度。本實驗通過文件名將對應的.vtpk和.geodatabase進行關(guān)聯(lián)，如用戶將展示區(qū)域切換為樊城區(qū)時，首先將地圖展示加載的數(shù)據(jù)源切換為樊城區(qū).vtpk，同時進行樊城區(qū).geodatabase的異步加載，以此來保證用戶在與樊城區(qū)的地圖進行交互時，查詢的數(shù)據(jù)源也是樊城區(qū)（如圖4所示）。

圖4 數(shù)據(jù)分區(qū)域調(diào)度示意圖

2.3 實驗結(jié)果

數(shù)據(jù)調(diào)度方面，用戶進行所選擇區(qū)域的切換，制圖數(shù)據(jù)與GIS數(shù)據(jù)通過文件名的關(guān)聯(lián)，實現(xiàn)了地圖展示區(qū)域和檢索范圍聯(lián)動切換。

數(shù)據(jù)渲染方面，每個區(qū)/縣數(shù)據(jù)（要素數(shù)從50 000到500 000萬不等，vtpk大小從20 MB到80 MB不等）的渲染時間均小于1 s。

3 結(jié) 語

本文針對制圖數(shù)據(jù)與GIS數(shù)據(jù)之間的區(qū)別與關(guān)聯(lián)，首先闡述了大規(guī)模國土調(diào)查數(shù)據(jù)調(diào)度和渲染的原理與方法，然后通過將湖北省國土調(diào)查數(shù)據(jù)按照“以市建立文件夾、以區(qū)/縣組織文件”的原則進行數(shù)據(jù)調(diào)度和渲染的實驗，使大規(guī)模國土數(shù)據(jù)不僅達到快速渲染，分區(qū)域調(diào)度的效果，而且可以實現(xiàn)快速檢索與分析。該方案已應用于湖北省國土調(diào)查移動數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)軟件中，取得了較好的應用效果。