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        “兩區(qū)”數(shù)據(jù)空間可視化關(guān)鍵技術(shù)研究與應(yīng)用
        ——以大連市為例

        2022-07-08 07:52:16張何欣王洪成姚遠(yuǎn)蘇存英
        遼寧自然資源 2022年3期
        關(guān)鍵詞:兩區(qū)圖件空間數(shù)據(jù)

        張何欣,王洪成,姚遠(yuǎn),蘇存英

        (1.大連市自然資源事務(wù)服務(wù)中心,遼寧大連 116011;2.大連市現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)發(fā)展服務(wù)中心,遼寧大連 116023;3.易智瑞信息技術(shù)有限公司沈陽分公司,遼寧沈陽 110003)

        “兩區(qū)”是指糧食生產(chǎn)功能區(qū)和重要農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)保護(hù)區(qū),是國家為保障糧食安全和重要農(nóng)產(chǎn)品有效供給的重要制度性安排[1]。根據(jù)農(nóng)業(yè)農(nóng)村部有關(guān)規(guī)范,“兩區(qū)”劃定、上圖入庫、成果建檔立冊等各階段都需要大量數(shù)據(jù)共同驅(qū)動,并不斷產(chǎn)生新的“兩區(qū)”數(shù)據(jù),用以支撐“兩區(qū)”信息精準(zhǔn)化管理。

        “兩區(qū)”數(shù)據(jù)具有多源、異構(gòu)、質(zhì)量差異大且體量龐大等特點[2],數(shù)據(jù)類型不僅涵蓋“兩區(qū)”地塊、片塊等空間數(shù)據(jù)及其元數(shù)據(jù),還包括描述地塊信息的大量屬性數(shù)據(jù)?!皟蓞^(qū)”數(shù)據(jù)的科學(xué)合理利用是實現(xiàn)“兩區(qū)”信息精細(xì)化管理的關(guān)鍵,而數(shù)據(jù)可視化是一種重要的數(shù)據(jù)利用形式。由于缺少統(tǒng)一的“兩區(qū)”數(shù)據(jù)可視化流程,導(dǎo)致目前“兩區(qū)”數(shù)據(jù)可視化效果差異較大[3,4],對“兩區(qū)”信息精細(xì)化管理的指導(dǎo)意義不強(qiáng)??偨Y(jié)大量實踐后,將需要解決的問題歸納為以下三方面。在數(shù)據(jù)方面,缺少統(tǒng)一的數(shù)據(jù)整合建庫以及數(shù)據(jù)質(zhì)量檢查流程,致使數(shù)據(jù)質(zhì)量差異較大;在工作底圖方面,沒有統(tǒng)一的地理基礎(chǔ)底圖,嚴(yán)重影響圖件的準(zhǔn)確性;在圖件編制方面,缺乏高效的地圖符號系統(tǒng),且不同圖件風(fēng)格難以統(tǒng)一[5,6,7,8]。

        為切實加強(qiáng)“兩區(qū)”數(shù)據(jù)可視化效果,本文提出了“兩區(qū)”數(shù)據(jù)空間可視化技術(shù)路線,并以大連市部分區(qū)域為研究區(qū)開展關(guān)鍵技術(shù)的應(yīng)用實踐,為“兩區(qū)”信息精細(xì)化管理提供技術(shù)參考。

        一、技術(shù)路線

        本文針對“兩區(qū)”數(shù)據(jù)可視化存在的問題,擬定了技術(shù)路線,共分為三個部分,分別是數(shù)據(jù)預(yù)處理、質(zhì)量檢查以及地圖制圖(圖1)。

        圖1 技術(shù)路線

        數(shù)據(jù)預(yù)處理階段由數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換、統(tǒng)一數(shù)學(xué)表達(dá)及拓?fù)錁?gòu)建三部分組成,這三部分分別針對數(shù)據(jù)多源、異構(gòu)以及質(zhì)量差異大的特性進(jìn)行處理,旨在統(tǒng)一數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn),便于后續(xù)處理。質(zhì)量檢查階段通過構(gòu)建完善的空間數(shù)據(jù)成果質(zhì)量要求體系,確保數(shù)據(jù)完整性、邏輯一致性、空間定位準(zhǔn)確度以及數(shù)據(jù)正確性滿足要求,形成“兩區(qū)”數(shù)據(jù)庫。地圖制圖是對“兩區(qū)”數(shù)據(jù)庫的可視化應(yīng)用,通過構(gòu)建完善的“兩區(qū)”地圖符號系統(tǒng)并采用標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一的地理底圖,編繪風(fēng)格統(tǒng)一、表現(xiàn)力強(qiáng)的“兩區(qū)”圖件,此外,還要通過高效的地圖整飾環(huán)節(jié),實現(xiàn)圖件的批量、快速繪制。

        二、關(guān)鍵技術(shù)及應(yīng)用

        本文以遼寧省大連市普蘭店區(qū)、瓦房店市以及莊河市(統(tǒng)稱“北三市”)為研究區(qū),并以ArcGIS 10.5為GIS平臺軟件,驗證上述技術(shù)路線的合理性與可行性。

        1.研究區(qū)及數(shù)據(jù)資源概況

        “北三市”位于遼東半島中南部,區(qū)域面積總計約10585平方公里,東臨黃海,南接大連市金普新區(qū),西臨渤海,北面分別與營口市、鞍山市以及丹東市接壤,境內(nèi)耕地面積約為500萬畝,永久基本農(nóng)田面積約為391萬畝,“兩區(qū)”(共有水稻生產(chǎn)功能區(qū)、玉米生產(chǎn)功能區(qū)以及大豆生產(chǎn)保護(hù)區(qū)3種類型)面積合計約為291萬畝(表1)。

        2.數(shù)據(jù)預(yù)處理

        (1)數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換。由表1可知,研究區(qū)空間數(shù)據(jù)的格式主要有*.shp、*.dwg以及*.kml三類,為實現(xiàn)數(shù)據(jù)格式的統(tǒng)一,本文選取性讀寫效率更高的*.gdb格式作為地理空間數(shù)據(jù)庫的標(biāo)準(zhǔn)格式。由于*.shp與*.gdb在同一軟件平臺的數(shù)據(jù)類型,可采用“導(dǎo)入”將*.shp直接轉(zhuǎn)換為*.gdb圖 層 ; *.dwg,*.kml可 通 過“Data Interoperability Tools”工具集中的“QuickImport”工具導(dǎo)入為要素類。對于*.xls數(shù)據(jù),可通過“添加XY數(shù)據(jù)”選取sheet頁中對應(yīng)的坐標(biāo)值字段實現(xiàn)屬性數(shù)據(jù)的地圖可視化。

        表1 研究區(qū)主要數(shù)據(jù)資源基本情況表

        (2)統(tǒng)一數(shù)學(xué)表達(dá)。由于研究區(qū)空間數(shù)據(jù)坐標(biāo)系統(tǒng)各不相同,為確??臻g數(shù)據(jù)一致性,本文采用CGCS2000作為研究區(qū)數(shù)據(jù)坐標(biāo)系,并在創(chuàng)建自定義地理變換的基礎(chǔ)上采用“Project”工具實現(xiàn)坐標(biāo)系統(tǒng)轉(zhuǎn)換。實驗區(qū)經(jīng)度范圍跨越了Gauss-Kruger 3°帶投影第40號和41號投影帶,出現(xiàn)了同一行政區(qū)域范圍數(shù)據(jù)投影帶不一致的情況,通常有兩種解決方案,一是將經(jīng)度跨度相對較小投影帶上的數(shù)據(jù)投影轉(zhuǎn)換到相對較大的投影帶上;二是另行選擇適合該區(qū)域范圍的投影進(jìn)行轉(zhuǎn)換。為確保數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性,將轉(zhuǎn)換誤差控制到最小,本文選取第二種方式,選取CGCS2000_GK_Zone_21(WKID:4499)作為研究區(qū)統(tǒng)一的坐標(biāo)系統(tǒng)。

        (3)拓?fù)錁?gòu)建。在表1的眾多數(shù)據(jù)中,“兩區(qū)”地塊與高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田兩類數(shù)據(jù)最為重要,按照《全國高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)規(guī)劃(2021—2030年)》中“兩區(qū)”耕地將全部建成高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田之規(guī)定,可構(gòu)建如下拓?fù)湟?guī)則:高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田“必須被其他要素的要素類(“兩區(qū)”地塊)覆蓋”、高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田“邊界必須被其他要素(“兩區(qū)”地塊)覆蓋”以及“不能重疊”。

        3.質(zhì)量檢查

        本文制定了完善的空間數(shù)據(jù)成果質(zhì)量要求體系,包括4個一級質(zhì)量元素和15個二級質(zhì)量元素,確保數(shù)據(jù)質(zhì)量滿足要求(表2)。

        表2 “兩區(qū)”數(shù)據(jù)成果質(zhì)量要求

        全部數(shù)據(jù)通過表2的各項測試后才可錄入“兩區(qū)”數(shù)據(jù)庫,如某項未通過,則返回數(shù)據(jù)預(yù)處理階段重新操作,直至通過測試,滿足質(zhì)量要求。

        4.地圖制圖

        (1)地圖符號庫構(gòu)建

        為增強(qiáng)“兩區(qū)”數(shù)據(jù)可視化效果,提高專題地圖表現(xiàn)力,本文結(jié)合專題數(shù)據(jù)實際情況,設(shè)計并構(gòu)建地圖符號庫。由表1可知,研究區(qū)數(shù)據(jù)的要素類型涉及Point(點)、Polyline(多段線)以及Ploygon(多邊形)3個類型。其中點要素符號可采用ArcGIS內(nèi)置符號,并酌情調(diào)整符號大小、顏色、角度等屬性。線要素主要是行政境界線,可參考《公共地理信息通用地圖符號》(GB/T 24354-2009)中規(guī)定的基本內(nèi)容及樣式設(shè)計。面要素的符號分為簡單填充符號、圖片填充符號以及標(biāo)記填充符號三種,簡單填充符號色彩單一,表現(xiàn)力較弱;圖片填充符號制作較為簡單,但當(dāng)數(shù)據(jù)量過大時常難以渲染;標(biāo)記填充符號是將標(biāo)記(點)與簡單填充符號相結(jié)合,可根據(jù)需要調(diào)整標(biāo)記的樣式、排列方式以及填充的色彩等屬性信息。為確保可視化達(dá)到最優(yōu)效果,本文選取標(biāo)記填充符號作為面狀地圖符號構(gòu)建方案,并設(shè)計了點狀符號7組、線狀符號2組、面狀符號15組。

        (2)地圖整飾

        專題地圖是地理底圖與專題數(shù)據(jù)疊加后,配合比例尺、公里格網(wǎng)等數(shù)學(xué)要素以及圖例、指北針等輔助要素形成的具有準(zhǔn)確地理空間信息和較強(qiáng)專題表現(xiàn)力的地圖產(chǎn)品。為確保不同圖件風(fēng)格統(tǒng)一,本文選取“天地圖·遼寧”地理信息公共服務(wù)平臺中2020年DOM影像作為地理底圖,并將相同的數(shù)學(xué)要素以及輔助要素定制成為制圖模板,只需更換不同專題數(shù)據(jù)即可實現(xiàn)快速成圖,實現(xiàn)地圖整飾自動化。

        三、結(jié)論

        本文提出了糧食生產(chǎn)功能區(qū)和重要農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)保護(hù)區(qū)數(shù)據(jù)空間可視化技術(shù)路線,研究了關(guān)鍵技術(shù)方法,并以大連市普蘭店區(qū)、瓦房店市以及莊河市為研究區(qū)開展了實踐,取得了如下結(jié)論:

        (1)“兩區(qū)”數(shù)據(jù)具有多源、異構(gòu)以及質(zhì)量差異大等特點,通過數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換、統(tǒng)一數(shù)學(xué)表達(dá)以及拓?fù)錁?gòu)建3個技術(shù)環(huán)節(jié),能有效統(tǒng)一數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)。

        (2)空間數(shù)據(jù)成果質(zhì)量要求體系能夠嚴(yán)格控制“兩區(qū)”數(shù)據(jù)的質(zhì)量,為數(shù)據(jù)有效利用提供支持。

        (3)標(biāo)記填充符號是構(gòu)建面狀符號的優(yōu)質(zhì)方法,便于GIS平臺渲染,能夠有效提升地圖顯示效率;基于地理信息公共服務(wù)平臺的地圖整飾方案不僅能提高地理空間信息的準(zhǔn)確性,還可滿足快速制圖的需求。

        實踐表明,本文提出的技術(shù)路線為構(gòu)建“兩區(qū)”數(shù)據(jù)可視化統(tǒng)一流程提供了技術(shù)依據(jù),提升了“兩區(qū)”數(shù)據(jù)可視化效果,能夠為“兩區(qū)”信息精細(xì)化管理提供參考。

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