論地市級耕地質量監管系統數據庫的建設——以湖南湘西州為例

王厚援，周 清，劉 聰，屈金蓮，向仕岳，羅海濱，謝裕臣

（1.湖南農業大學資源環境學院，湖南 長沙 10128；2.永順縣農業局，湖南 永順 416700；3.保靖縣農業局，湖南 保靖 416500；4.龍山縣農業局，湖南 龍山 416800）

農業部在“十五”至“十一五”期間組織開展了全國耕地地力調查與質量評價工作，積累了大量基礎數據。這些基礎數據包括空間數據和屬性數據兩大類，其中空間數據主要有耕地地力評價等級圖、土壤圖等，屬性數據包括土壤質地、成土母質、土壤侵蝕類型及程度、土壤養分含量、土壤重金屬含量、土壤污染源和排灌條件等[1]。耕地地力的調查與質量評價不僅僅是了解現有的耕地質量狀況，更重要的是需要實時監測耕地質量變化，及時更新監測結果。為實現這一目標，耕地質量監管系統數據庫的建設十分必要。在現有的耕地質量監測數據的基礎上，結合精準農業技術和3S技術（GISRSGPS），開發網絡化地市級耕地質量監測信息系統，將大大有利于推廣農業先進技術，科學地指導農業生產，應用前景廣闊。筆者以湖南省湘西州為例，建立了湖南省湘西州地市級耕地質量監管系統數據庫，并探討和研究數據庫建設中存在的各種問題及對策，以期為其他地市州建立類似的數據庫提供參考。

1 湖南省耕地資源數據庫建設現狀

湖南省第二次土壤普查結果表明，全省共有7個土綱、13個土類、29個亞類、129個土屬、463個土種。其中，水田涉及1個土綱、1個土類、4個亞類、33個土屬、163個土種；旱土涉及6個土綱、7個土類、15個亞類、37個土屬、82個土種。耕地合計245個土種[2]。伴隨著測土配方施肥項目的開展，湖南省逐步完成了對耕地資源管理信息系統空間數據的采集工作。至2011年年底，全省已基本完成測土配方施肥調查數據的錄入和樣品登記入庫，完成了全省88個縣市級區域的測土配方施肥項目及耕地地力評價數據的收集，整理出了全省第二次土壤普查的土壤養分圖、土地利用圖、行政區劃圖、農田水利分區圖等，其地圖庫比例尺以1∶50 000和1∶100 000為主，在統一的地理坐標系統下，可以通過GIS軟件進行耕地資源信息查詢和空間統計分析。

湘西州位于湖南省西北部、云貴高原東側的武陵山區，與湖北省、貴州省、重慶市接壤。轄龍山、永順、保靖、花垣、鳳凰、瀘溪、古丈7縣和吉首1市。湘西州土地總面積154.622 74萬hm2。其中：耕地134.58萬hm2，建設用地3.96萬hm2，未利用土地16.06萬hm2，土地開發儲備資源約4萬hm2。湘西州耕地（含園地）土壤共有194個土種，涉及12個土類、22個亞類、76個土屬。州農作物主產稻谷、小麥、玉米、大豆、油菜、煙葉等。

湖南省湘西州地市級耕地質量監管系統數據庫的建設是在ArcGIS軟件平臺基礎之上，采用GeoDatabase關系型數據模式進行建立的。現已順利完成了各縣耕地地力評價，筆者已將各縣數據匯總于湘西州耕地質量監管系統數據庫中。

2 地市級耕地質量監管系統數據庫建設存在的問題

2.1 信息收集存在局限性

基礎屬性數據的收集，一方面參閱了第一、二次耕地普查的采樣數據，另一方面則是根據測土配方施肥項目的野外調查統計，而這兩方面的數據皆缺乏相應地塊的環境狀況，以及附近的工業生產活動信息。圖件或空間數據信息的收集，則常出現坐標信息不精確的現象，少數圖件的經緯度坐標只精確到分，往往會影響圖件的配準工作，基礎信息數據也常有遺漏或缺失。現狀圖、土壤圖、行政區圖等圖件在經濟和技術欠發達的縣市地區都存在著一定的老、舊問題，比如大部分項目縣使用的是2005年的圖件，即更新或者修編以前測定的，難以較好反映耕地利用的現實狀況；還有少數甚至是人工手繪的圖件；有部分紙質圖件因保存方法不當，出現了文字模糊不清、圖形掃描后變形、坐標點無法辨別、沒有標注土屬土種等信息的情況。因此，圖件質量和信息提取的真實性和現勢性難以保證，也不可避免地造成了數據偏差。

2.2 信息表達方式不一致

2.2.1 圖件的比例尺不同 各個縣收集的耕地質量監管系統數據中相關圖件的比例尺不盡相同，有1∶100 000、1∶50 000、1∶10 000 等，如龍山縣的現狀圖是 1∶10 000，行政區劃圖卻是 1∶100 000，而土壤圖又是1∶50 000。比例尺不同，容易造成耕地信息提取的偏差和丟失，使圖件的精確度得不到保證。2.2.2 各部門的數據差異大 對于各類圖件和數據也存在不同年份和不同調查時間的差異，導致可參比性低，例如耕地面積可在原有圖件中獲取，也可去統計部門和國土部門查詢，然而，三種來源的數據卻存在較大的差異，哪種數據最準確不得而知。另外，各縣級數據匯總也因縣情差異、部門協調能力以及技術力量強弱導致數據信息表達方式差異及非標準化的問題難以形成統一，數據融合過程中也存在信息的缺失和丟棄。

2.3 點位信息跑點與越界現象頻繁

各縣的采樣數據，與耕地圖斑的疊加過程中都有或多或少的跑點和越界現象。實地采樣點的信息出現跑點和越界（即該行政區的采樣點落到了其他行政區上），會造成坐標信息和耕地土壤養分信息的錯誤顯示，從而對點位信息、耕地質量評價管理單元及屬性數據的生成造成影響[3]。以保靖縣為例（圖1），圖中黑圓點為跑點、越界的樣點數據。該問題出現的原因主要有三方面，一是實測采樣時錄入了錯誤的坐標數據，二是進行坐標數據轉換時方法錯誤或直接運用了坐標系不統一的圖表中的數值，三是土地利用現狀圖陳舊，不是最新圖件，土地利用類型已經變更。可依照原始資料的坐標數據進行核實，或重新轉換坐標數值即可改正，只是對于不同縣級的采樣數據要進行統一糾正，其工作量相當大。

圖1 保靖縣樣點數據的跑點與越界

2.4 作圖不規范，標準不統一

2.4.1 同一行政區域的各類圖件邊界不吻合 同一個縣的各類圖件界線不能吻合，部分縣出現行政區劃圖、現狀圖和土壤圖中的行政邊界、鄉鎮邊界不一致，不吻合。比如圖2，龍山縣的土壤圖和行政區劃圖的縣域界限就不吻合，其中較黑的區域為土壤圖缺失的區域。出現這種情況時，需要篩選確定一個有精確坐標的邊界圖作為基準，對其他圖件進行校正。

圖2 龍山縣的土壤圖和行政區劃圖縣界限不吻合

2.4.2 坐標系統不一致 各類圖件經常出現中坐標系統不一致的情況，有的是地方坐標系，有的是北京1954坐標系，有的是西安80坐標系。在信息匯總時，需注意及時對數據進行轉換，以免出錯。2.4.3 制作方法，存儲格式各異 有柵格圖像格式也有矢量圖形格式，圖像格式的數據需要矢量化后進行投影轉換和坐標校正，而不同的矢量格式數據，則需要轉換成統一格式，統一拓撲空間存儲關系，其中涉及了GIS軟件平臺數據標準格式的轉換，不僅增加了工作量，而且容易出現數據的丟失從而導致錯誤。

因此，對基礎圖件應首先確定統一的坐標系統以及存儲格式類型，所有縣區級基礎數據均按照統一的標準執行，才能保證在多縣域融合工作中減少工作量和出錯概率，確保地市級耕地質量監管系統數據庫信息的準確度。

2.5 各縣之間數據資料的命名不統一

耕地質量監管系統數據庫應該包括不同類型耕地屬性數據、不同比例尺耕地土壤圖所反映的耕地質量空間關系數據、不同類型耕地土壤的成土條件以及不同時段耕地土壤環境變遷的信息，但是各縣的空間數據、圖庫圖件命名不一致，屬性數據編碼也沒有通用規則，數據較難融合。例如，同是土地利用現狀圖，永順縣稱為永順縣現狀圖，保靖縣則稱為保靖縣土地利用現狀圖；以土壤圖為例，不僅同一屬性的土壤、土種名稱有不同，而且各縣耕地土種編碼也各不相同，龍山縣、保靖縣以羅馬數字與阿拉伯數字結合編寫，永順縣則使用純阿拉伯數字表示的（表1）。不同的耕地土壤代碼在錄入數據庫之前都要轉換成統一的代碼，嚴重影響了數據庫建庫工作的進展。以上問題，在其他縣（市）的耕地質量監管系統數據庫建設過程中也普遍存在。

表1 湖南湘西州龍山縣與永順縣耕地部分土種編碼對照表

3 對策

3.1 采用最新數據，建立統一標準

土壤圖、土地利用現狀圖、行政區劃圖、地形圖、水利交通農業設施分布圖等各種相關圖件應盡量以最新的且能夠反映現勢性和真實性的信息為基礎。土地利用現狀圖宜采用不舊于國土部門全國第二次土地利用現狀調查的數據；行政區劃圖宜采用民政部門更新年度的行政區劃圖；地形圖、水利交通農業設施圖件，都應以最新獲取的數據為基礎制作。基礎屬性數據要結合第二次普查的數據與近期耕地土壤采樣的數據，對有歸并或更名的土類、亞類、土屬、土種進行編輯處理并按規范要求統一編號，最終匯入到耕地質量監管系統屬性數據庫中。

在按照國家、省級的技術標準以及相關工作法規等基礎之上，結合湖南省現行的表達形式，統一各項標準。湘西州地市級耕地質量監管系統數據庫建設中的空間數據，統一采用1∶50 000的比例尺；投影方式選擇高斯-克呂格投影，6度分帶；平面坐標系統及橢球參數均以1954北京坐標系為準，6度分帶[4]。其中，野外調查GPS定位的初始數據采用經緯度，統一采用WGS84坐標系，并在調查表格中標明；導入 GIS系統與圖件匹配時，必須在投影轉換為上述平面坐標系統后，才能進行空間分析處理。

空間數據庫中應包括土壤圖、土地利用現狀圖、行政區劃圖、采樣點位圖或土壤監測點位圖、水利交通農業設施分布圖等基礎矢量圖庫。空間數據，即點、線、面、體這類具有三維要素的地理實體，在統一地理坐標系后需進行地理編碼，實現定位、定性和定量[5]。屬性數據庫中應包括田間試驗示范數據、土壤與植物測試數據、田間基本情況及農戶調查數據等。屬性數據庫的建立應結合空間數據庫的內容，按照耕地地力評價項目成果的數據字典建立屬性數據的采樣標準，在數據庫中建立關鍵字段，并通過其與空間數據庫進行鏈接。屬性數據采集標準包含對每個指標完整的命名、格式、類型、取值區間等定義。在建立屬性數據庫時要按數據字典要求，制訂統一的基礎數據編碼規則，進行屬性數據錄入（表2）。在耕地土壤屬性數據的錄入和建庫工作中，土壤種類的編碼以及土壤相關的屬性數據，應該結合實際并按照省級相關的土壤編碼要求、測土配方施肥技術規范以及國家土壤編碼規則經過合并、歸類等處理后統一編錄。

表2 圖形的屬性數據表基本結構

3.2 輸入數據準確，制作圖表嚴謹

3.2.1 屬性數據 數據錄入前應仔細審核，數值型資料應注意量綱、上下限，地名應注意漢字多音字、繁簡體、簡全稱等問題，審核定稿后再錄入。為保證數據錄入準確無誤，錄入后還應逐條檢查。

3.2.2 空間數據 要求圖內各要素的采集無錯漏現象，圖層分類和命名符合統一規范，各要素的采集與掃描數據相吻合，線劃（點位）整體或部分偏移的距離不超過0.3 mm（圖面值）。所有數據層具有嚴格的拓撲結構。面狀圖形數據中沒有碎片多邊形。圖形數據及屬性數據的輸入正確。

3.2.3 專題圖 各個專題圖須覆蓋整個地市轄區，不得丟漏。圖中要素必有項目包括耕地質量管理單元圖斑、監測的各要素圖斑和調查監測點位數據、線狀地物、注記等。要素的顏色、圖案、線型等表示符合規范要求。圖外要素必有項目包括圖名、圖例、坐標系及高程系說明、成圖比例尺、制圖單位全稱、制圖時間等整飾。

3.3 合理設計流程，滿足用戶需求

設計合理的系統操作和數據管理流程，使用戶能通過規范的操作實現數據的采集、分析、利用和傳輸等功能。為了使數據庫具有較強的實用性，必須進行用戶調查，明確不同用戶對數據庫內容的不同需求。湘西州地市級耕地質量監管系統數據庫采用不同的數據模型分別對屬性數據和空間數據進行存儲管理，屬性數據庫采用關系模型，空間數據采用網狀模型。利用圖形單元標識碼，將空間數據和屬性數據關聯，完成對地圖的模擬。關聯后將兩種模型聯成一體，可以很方便的進行屬性數據與空間數據之間的查詢、編輯及管理[6]。

3.4 加強土肥專業人才培養和3S技術應用人才隊伍建設

耕地質量監管數據庫的建設是農業相關工作以及國土資源信息化的基礎，是保證農業信息化、科學化和實效化，提高農業生產信息服務質量的關鍵，所以更需要一支既有專業知識背景又能充分運用3S技術（地理信息系統GIS、遙感技術RS、全球定位系統GPS）的人才隊伍。針對土壤學、地理信息系統、數據庫技術、軟件開發等方面人才缺乏的狀況，應采取部門與高校的聯合培養模式，通過項目實踐或學習培訓培養出優秀的專業人才，從而提高基層土肥人員的業務水平，造就一支既具有扎實專業知識又掌握現代高新技術的農業科技工作者隊伍。

[1]田有國，辛景樹.耕地地力評價[M].北京：中國農業科學技術出版社，2009.

[2]謝衛國，黃鐵平.測土配方施肥理論與實踐[M].長沙：湖南科學技術出版社，2005.

[3]張小青，周 清，王厚援，等.邵陽縣稻田土壤養分空間預測方法精度對比研究[J].湖南農業科學，2011，11：73-75.

[4]NYT 1634-2008，耕地地力調查與質量評價技術規程[S].

[5]魯學軍，勵惠國，陳述彭.地理時空等級組織體系初步研究[J].地球信息科學，2000，2（1）：60-66.

[6]徐建明，張甘霖，謝正苗，等.土壤質量指標與評價[M].北京：科學出版社，2010.