李英明

(天津市寧河區(qū)自然資源調(diào)查與登記中心, 天津 301501)

0 引言

國土調(diào)查是我國一項(xiàng)重要的法規(guī)制度,能夠有效識別利用土地資源,同時也是核查我國領(lǐng)土資源的主要手段。為了能夠更加精準(zhǔn)統(tǒng)計(jì)國土數(shù)據(jù),掌握土地資源的基本信息并進(jìn)一步完善國土調(diào)查制度,我國在不同的時間段會進(jìn)行一次國土調(diào)查工作,為了減少下一階段的國土調(diào)查工作量,需要將上一階段的國土調(diào)查工作數(shù)據(jù)作為下階段的調(diào)查基礎(chǔ),研究兩階段的土地資源變化,但傳統(tǒng)的國土調(diào)查地類流量分析方法在數(shù)據(jù)建設(shè)、流量分析速度等方面步驟較多,過于煩瑣。

文獻(xiàn)[1]中應(yīng)用的流量分析技術(shù)主要基于初代的地理信息系統(tǒng),能夠應(yīng)用計(jì)算機(jī)較全面表現(xiàn)出國家土地資源在不同領(lǐng)域的發(fā)展?fàn)顟B(tài),再應(yīng)用自動制圖(Automatic mapping,AM)技術(shù)拓展數(shù)據(jù)庫信息,隨著科技的不斷發(fā)展與人們對土地資源利用種類的增長,這種地理信息技術(shù)已經(jīng)不能滿足實(shí)時性地對土地資源監(jiān)測與管理,相應(yīng)的計(jì)算機(jī)平臺不能與其他軟、硬件設(shè)備匹配。文獻(xiàn)[2]中應(yīng)用多種軟件對地理信息系統(tǒng)(Geographic Information System,GIS)技術(shù)進(jìn)行相關(guān)設(shè)備的融入與實(shí)現(xiàn),還應(yīng)用納米技術(shù)對相關(guān)設(shè)備的性能完成改善,較大提升了流量分析的速度與網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ),這種GIS技術(shù)下的地類流量分析還能夠?yàn)橛脩籼峁﹤€性化服務(wù),并將服務(wù)功能機(jī)制體現(xiàn)在Web平臺中,增加了國土調(diào)查地類流量的數(shù)據(jù)庫穩(wěn)定性與高效性[1-2]。

本文則基于ArcGIS技術(shù)建立國土調(diào)查地類流量分析模型,提升國土資源調(diào)查的效率與信息化水平。

1 模型構(gòu)建構(gòu)架

本文基于ArcGIS的國土調(diào)查地類流量分析模型是在地圖板塊中實(shí)現(xiàn)的,所有的模型功能均需要運(yùn)用地圖板塊中的矢量信息,地圖板塊在滿足用戶的信息需求情況下還需要對各種國土地類數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分類與相應(yīng)的簡單分析。本文選用ArcGIS網(wǎng)絡(luò)地圖作為模型構(gòu)建的基礎(chǔ),可以為用戶提供穩(wěn)定實(shí)時的地類流量。ArcGIS地圖軟件具有較強(qiáng)的可開發(fā)功能,并采用ArcIMS軟件結(jié)構(gòu)對地類流量緩存,顯著提升了軟件的實(shí)現(xiàn)效果。根據(jù)模型構(gòu)架功能,本文設(shè)計(jì)地類數(shù)據(jù)接口與地圖數(shù)據(jù)庫接口相同的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn),圖1為本文構(gòu)建模型接口應(yīng)用的硬件服務(wù)模型結(jié)構(gòu)圖。

圖1 模型接口應(yīng)用的硬件服務(wù)模型結(jié)構(gòu)圖

客戶端中引用常規(guī)性Web瀏覽器作為電子地圖板塊的后臺處理端口,不需要在端口安裝網(wǎng)絡(luò)插件即可完成地圖中地類流量的檢索,Web瀏覽器還支持國土地類流量調(diào)查程序運(yùn)行,包括國土地類流量數(shù)據(jù)的預(yù)處理、管理、分析緩存等[3]。

對土地資源地理基層模塊劃分為Web應(yīng)用程序模塊、Arc管理模塊、數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊、地類資源庫。Web應(yīng)用程序模塊主要包含互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)器和Web運(yùn)行程序,網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器與客戶端連接，為用戶提供一定的數(shù)據(jù)交互功能,不需要用戶下載插件;Web運(yùn)行程序主要負(fù)責(zé)網(wǎng)絡(luò)與地類資源管理模塊關(guān)聯(lián),響應(yīng)客戶的需求向客戶端檢索相應(yīng)數(shù)據(jù)信息,再通過傳輸程序建立一條標(biāo)準(zhǔn)化語言接口,此程序不能滿足地類資源的運(yùn)算。Arc管理模塊主要負(fù)責(zé)模型與服務(wù)器之間的交流實(shí)現(xiàn),Arc管理模塊中軟件收到服務(wù)器的地類流量信息后將服務(wù)請求列入處理隊(duì)列中,分別對不同種類的地類流量采用不同的地圖定位體系,安排最佳的地圖路徑幫助國土調(diào)查模型的查詢。數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊主要對地類流量數(shù)據(jù)進(jìn)行適應(yīng)性處理,將地圖基本數(shù)據(jù)與采集數(shù)據(jù)相融合,減少模型在數(shù)據(jù)處理方面的磨合工作量。地類資源庫程序中包含原始地類流量,在模型收到新類型數(shù)據(jù)時此程序通過檢索功能對地類流量進(jìn)行地址緩存與發(fā)送服務(wù)信號,有助于工作人員的數(shù)據(jù)管理,圖2為土地資源地理基層模塊結(jié)構(gòu)組成圖。

圖2 土地資源地理基層模塊結(jié)構(gòu)組成圖

2 基于ArcGIS國土調(diào)查地類流量數(shù)據(jù)處理

2.1 基于ArcGIS的數(shù)據(jù)處理與優(yōu)化

應(yīng)用ArcGIS對國土資源數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)需要在不同階級地圖中添加編碼字段,我國第二次地類數(shù)據(jù)調(diào)查與第三次地類數(shù)據(jù)調(diào)查數(shù)據(jù)顯示主要以字段方式顯示,因此也需要應(yīng)用ArcGIS技術(shù)添加最新地類調(diào)查數(shù)據(jù),地類數(shù)據(jù)緩存程序中具有屬性值,屬性定義取決于地類數(shù)據(jù)編碼前兩位,二級屬性地類數(shù)據(jù)主要包含森林沼澤、紅樹林地、沼澤草地、沿海灘涂、內(nèi)陸灘涂和沼澤地等;一級屬性地類數(shù)據(jù)主要包含濕地。電子地圖中任何線性地類數(shù)據(jù)與面性地類數(shù)據(jù)都能夠表現(xiàn)出相應(yīng)的地類流量特征,可將多種元素組合成一套獨(dú)立的幾何數(shù)據(jù)要素。本文設(shè)計(jì)應(yīng)用ArcToolBox軟件對電子地圖中具有地類數(shù)據(jù)特征字段作為流量融合元素,每一類地類流量獲取一定數(shù)量的圖像與電子線段,數(shù)據(jù)融合過程中還要注意字段的創(chuàng)新環(huán)節(jié),每一個數(shù)據(jù)要素的融合都會表現(xiàn)不同階級的地類流量,根據(jù)新融合地類流量種類進(jìn)行分析處理,圖3為數(shù)據(jù)融合軟件分析圖。

圖3 數(shù)據(jù)融合軟件分析圖

ArcGIS數(shù)據(jù)在電子地圖中占有較大的比例,統(tǒng)計(jì)地類流量的調(diào)查數(shù)據(jù)還需要大比例縮放的矢量數(shù)據(jù)與影像數(shù)據(jù),采集地類流量中具有多元性、先有性特性的數(shù)據(jù),合理規(guī)劃與表達(dá)地類數(shù)據(jù)是ArcGIS數(shù)據(jù)調(diào)查的重點(diǎn)內(nèi)容,因此需要對此部分?jǐn)?shù)據(jù)按照《地理信息公共服務(wù)平臺地理實(shí)體與地名地址數(shù)據(jù)規(guī)范》與《地理信息公共服務(wù)平臺電子地圖數(shù)據(jù)規(guī)范》條例設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)調(diào)研標(biāo)準(zhǔn),對初步采集的地類數(shù)據(jù)進(jìn)行脫密處理,將數(shù)據(jù)采集點(diǎn)在網(wǎng)絡(luò)中公布使用,并達(dá)到網(wǎng)絡(luò)空間維度標(biāo)準(zhǔn)。地名地址流量是地類流量的重要組成部分,可以實(shí)現(xiàn)對電子地圖的地類數(shù)據(jù)直接收集,圖4為地名地址流量的獲取流程圖。

圖4 地名地址流量獲取流程圖

地名地址的獲取流程受到地類復(fù)雜度影響,在電子地圖中體現(xiàn)的數(shù)據(jù)根據(jù)地類范圍粒度區(qū)域而劃分地名地址數(shù)據(jù)采集范圍,為滿足更加精準(zhǔn)地類流量調(diào)查,在數(shù)據(jù)采集模型中添加資源獲取服務(wù),接受業(yè)外人員對地類流量調(diào)查的數(shù)據(jù)貢獻(xiàn)[4]。

基于ArcGIS國土調(diào)查地類流量模型數(shù)據(jù)處理后可對部分地類流量緩存處理,為下一階段國土調(diào)查地類流量奠定數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。ArcGIS軟件服務(wù)器具有實(shí)時性特點(diǎn),地圖中的不同地類圖層的緩存優(yōu)化方式不同,對于基本的地類流量數(shù)據(jù)緩存需要應(yīng)用ArcGIS技術(shù)對電子地圖信息重新編輯格式并更新,根據(jù)軟件后臺提供的編輯范圍確定實(shí)際地類流量的可編輯范圍。通過電子地圖重新對數(shù)據(jù)進(jìn)行定位,數(shù)據(jù)處理模型中將地類流量分為靜態(tài)流量與動態(tài)流量,靜態(tài)流量內(nèi)容主要為索引流量,將地類流量切割成圖片文件,收集圖片文件并緩存,傳輸?shù)紸rcGIS服務(wù)器中生成一套新地圖索引程序,表1為以地類流量比例尺為變量而區(qū)分的靜態(tài)流量。

表1 靜態(tài)流量說明

當(dāng)下一階段的國土地類流量調(diào)查更換地類流量比例尺時,可以在數(shù)據(jù)庫中查詢該比例尺的靜態(tài)流量,重新生成地類流量所在范圍與相關(guān)狀態(tài)信息。動態(tài)流量是服務(wù)器緩存的主要內(nèi)容,能夠針對實(shí)現(xiàn)狀態(tài)與環(huán)境狀態(tài)智能判斷地類流量是否滿足緩存條件,每個緩存數(shù)據(jù)均要求在相應(yīng)的地類流量范圍內(nèi),根據(jù)不同地類流量級別限制服務(wù)器中產(chǎn)生的信息條件[5-7]。

2.2 基于ArcGIS的交互數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)

基于ArcGIS交互數(shù)據(jù)庫的設(shè)計(jì)有利于提升電子地圖的整體流量運(yùn)行。在數(shù)據(jù)庫的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中,本文主要應(yīng)用分布式數(shù)據(jù)庫管理技術(shù),國土資源調(diào)查人員可以根據(jù)自身所在位置確定國土地類流量類型,交互數(shù)據(jù)庫中具有標(biāo)本特性的地理流量標(biāo)識碼隨著該地理位置屬性向服務(wù)器中發(fā)送,地理位置屬性包括地類流量類型、地理矢量長度、地類流量覆蓋面積、數(shù)據(jù)庫緩存時間等。交互數(shù)據(jù)庫中緩存地類流量參數(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)自我管理,每套參數(shù)配置數(shù)據(jù)預(yù)處理體系,參數(shù)與實(shí)際地類流量關(guān)聯(lián)后,地類流量表現(xiàn)出的數(shù)據(jù)形式直接向交互數(shù)據(jù)庫外輸出,與普通數(shù)據(jù)庫之間呈現(xiàn)映射關(guān)系。預(yù)處理中新儲存的參數(shù)主要通過流量引擎訪問地類流量初始位置,為國土地類流量調(diào)查人員提供精準(zhǔn)信息[8]。

數(shù)據(jù)交互過程中設(shè)置地類流量監(jiān)聽芯片,對新處理的地類流量參數(shù)進(jìn)行切片處理。設(shè)定每10 d向電子地圖服務(wù)層獲取地類流量參數(shù)變化狀態(tài)。并設(shè)計(jì)不同顏色表示不同的地類流量狀態(tài),監(jiān)聽芯片可以對預(yù)處理程序中的地類流量參數(shù)運(yùn)算,在電子地圖服務(wù)層中提取出不必要地類流量參數(shù),此監(jiān)聽芯片還可以建設(shè)一條索引機(jī)制,向地類流量調(diào)查空間中的更新機(jī)制提供廣泛空間[9]。圖5為監(jiān)聽芯片實(shí)物圖。

圖5 監(jiān)聽芯片實(shí)物圖

3 模型應(yīng)用

基于ArcGIS分析模型對于國土地類流量的處理模型的主要實(shí)現(xiàn)程序體現(xiàn)在國土地類流量調(diào)查管理人員的Web應(yīng)用層。管理人員通過對Web應(yīng)用層的交互控制可以對電子地圖中地類流量數(shù)據(jù)傳送至相應(yīng)的調(diào)查客戶端,當(dāng)管理人員發(fā)送請求后電子地圖的響應(yīng)程序便會提取有效流量,應(yīng)用地類流量的底層數(shù)據(jù)接連Web層的程序接口,提升地類流量的檢索效率[10-13]。

該模型中的用戶端界面向管理人員提供地類流量調(diào)查信道,信道與信道之間相互連接構(gòu)成一套完整的電子地類流量檢索體系,對信道內(nèi)容壓縮并傳遞出交互程序應(yīng)用層,對應(yīng)用層進(jìn)行操作便可獲取不同地類流量的屬性信息。圖6為以城市地類流量為例的交互界面。

圖6 以城市地類流量為例的交互界面

模型后臺是地類流量統(tǒng)計(jì)與分類的數(shù)據(jù)處理中心。當(dāng)用戶向模型輸入地類屬性或地類流量信息時,Web應(yīng)用層開始與數(shù)據(jù)處理中心建立連接橋,同時服務(wù)器中的信道建立與數(shù)據(jù)庫之間的線程與通信協(xié)議,不容易造成地類流量與數(shù)據(jù)庫中相關(guān)地類屬性的格式?jīng)_突;用戶退出模型程序時,Web應(yīng)用層控制整體模型的通信模塊,發(fā)送關(guān)閉指令至數(shù)據(jù)庫與數(shù)據(jù)處理中心并撤銷所有線程與通信協(xié)議[14]。

模型應(yīng)用需要對數(shù)據(jù)庫中地類流量進(jìn)行定位,需要定位算法與檢索算法的協(xié)同,在界面文本框中輸入地類流量代碼,根據(jù)電子地圖的所在圖層尋找相應(yīng)的地類流量位置,利用平面直角坐標(biāo)系形式表現(xiàn)出來,將X、Y值與原始地理圖層作對比,找到地類流量的實(shí)時動態(tài)信息。運(yùn)行模型程序還需要將二調(diào)一級類融合、三調(diào)一級類融合等地類流量設(shè)定規(guī)范保存格式,方便流量總體的匯總與分析,根據(jù)地類流量分析數(shù)據(jù)可控制地類流量的調(diào)查質(zhì)量,保障調(diào)查區(qū)域內(nèi)的全部模型處于可操控狀態(tài)[15]。

4 實(shí)驗(yàn)研究

啟動模型并打開ArcGIS軟件,向電子地圖的地類屬性迭代器中輸入地類流量編碼,按照不同地類流量字段形式添加新型地類流量變量,命名新添變量并添加數(shù)據(jù)鏈接,向迭代器中再次輸入裁剪過的參數(shù)信息,重新添加圖片形式的地類流量空間變量,規(guī)范地類流量緩存位置并驗(yàn)證模型的可用性。

實(shí)驗(yàn)根據(jù)《土地利用現(xiàn)狀分類》第二次調(diào)查地類流量分類進(jìn)行分析,對一級分類中的耕地、種植園地、林地、草地、交通運(yùn)輸?shù)?、其他用地、礦地等統(tǒng)計(jì)。表2為一級分類地類流量分析表。

表2 一級分類地類流量分析表

表中統(tǒng)計(jì)面積表示在上一階段的某一地區(qū)調(diào)查面積基礎(chǔ)上的調(diào)查各個地類流量調(diào)查面積,流入面積表示上一階段的其他地類流量更改為此類調(diào)查地類流量面積,流出面積表示上一階段此類地類調(diào)查面積改變?yōu)槠渌仡惲髁棵娣e,變化量表示較以往的調(diào)查面積存在的變化差值。

本文構(gòu)建基于ArcGIS技術(shù)的模型對某地區(qū)地類流量數(shù)據(jù)可以多方位呈現(xiàn),相比其他電子地圖中提供的分析材料內(nèi)容更加詳細(xì),包括地類流量中存在的建筑內(nèi)容以及人員內(nèi)容。文獻(xiàn)[1]、文獻(xiàn)[2]中的流量分析提供的數(shù)據(jù)包豐富度不夠,主要依靠各個導(dǎo)航的數(shù)據(jù)豐富自身模型,不能提供較好的用戶服務(wù)與交互,用戶在應(yīng)用模型的過程中需要加載大量的內(nèi)存數(shù)據(jù),導(dǎo)致加載地類流量數(shù)據(jù)慢,對網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器的要求較高。圖7為不同模型對地類流量分析的加載速度。

圖7 不同模型對地類流量分析的加載速度

根據(jù)圖7中的對比結(jié)果可知,本文模型能夠優(yōu)先加載地類流量,最高加載速度可達(dá)50 MB/s。文獻(xiàn)[1]中模型更注重圖像制作與分析,待加載流量較大,最高加載速度控制在30 MB/s左右;文獻(xiàn)[2]中模型加載流量速度較快,但不能與軟件程序形成關(guān)聯(lián)狀態(tài)。

本文方法能夠?qū)粗械闹参锓N類、水資源狀態(tài)、生物的生長周期等方面進(jìn)行分析,在物理尺度上精細(xì)化分析程度,可知湖泊的物種退化平均值為3.61,單位面積內(nèi)生物生長周期為6,分析得知該湖泊的物種正處于增長狀態(tài)。

5 結(jié)束語

本文在ArcGIS基礎(chǔ)上構(gòu)建國土地類流量調(diào)查分析模型,采用Web服務(wù)器采集電子地圖中的地類信息與編輯代碼,實(shí)現(xiàn)了基本地類流量的采集與分析,建立數(shù)據(jù)預(yù)處理與地類流量空間之間的信道,實(shí)現(xiàn)了國土地類流量分析的高效性與實(shí)用性。