耕地質量等別變化診斷系統的設計與開發

任麗超+吳克寧+許妍+董芳玢+范麗娜

摘要：耕地質量等別監測是了解耕地質量狀況和變化情況的有效手段，利用系統開發進行等別變化診斷對于耕地質量等別監測的信息化建設有非常重要的意義。系統基于Visual C# 2010和組件式GIS的開發環境，實現了指標匯總與分析、指標遴選、指標打分、等別變化量計算和數據導入導出等5個功能，解決了耕地質量等別監測工作過程中數據量大、操作復雜的難題。筆者介紹了系統目標、總體架構和軟件結構，同時對數據庫的建立、系統功能和系統特點進行了分析探討，最后提出系統具有指標選取未分類、等別變化量計算沒有考慮新增或減少耕地情況等不足，有助于今后繼續對系統進行結構優化和功能完善。

關鍵詞：耕地；監測；指標；等別變化量；GIS；ArcEngine

中圖分類號：F301.21 文獻標志碼：A

文章編號：1002-1302（2014）08-0393-04

耕地是人類賴以生存的基本資源和條件，是人類社會不可替代的物質財富。進入21世紀以來，人口不斷增多，耕地逐漸減少，人們生活水平不斷提高，保持農業可持續發展首先要確保耕地的數量和質量，其中耕地質量好壞更是關乎國計民生的大問題^[1-2]。全國農用地調查與評定，為全國耕地質量本底調查填補了空白，也為耕地質量等別變化動態監測提供了本底數據。耕地質量等別監測是了解區域內最新耕地質量等別狀況及一定時期內耕地質量等別變化情況的有效手段，具體是指針對新增耕地、減少耕地、質量漸變耕地及質量緩變耕地等不同的監測對象，通過合理布設監測樣點對影響耕地質量等別因素的調查，評價新增耕地質量等別、更新質量緩變耕地及質量突變耕地質量等別、核算減少耕地質量等別及其產能的損滅，掌握一定時期內區域最新耕地質量等別狀況，反映一定時期內區域耕地質量等別的整體變化情況^[3]。通過耕地質量等別動態監測動態掌握土地生產潛力變化和農業生產的利用水平和投入產出狀況，為基本農田保護與土地資源合理利用提供支撐，是保障糧食安全的一項長期性的基礎工作，對土地質量管理具有深遠的意義。

隨著國土資源管理的日益信息化，通過軟件開發解決土地問題成為相關學者的研究熱點。胡寶清等應用GIS和RS技術對土地資源動態監測系統的設計與實現進行了研究，成果可應用于土地管理、土地規劃、國民經濟發展規劃等很多方面^[4-8]；羅宇等分別對土地利用總體規劃、土地開發整理規劃和土地復墾規劃的管理系統開發進行了研究，不僅提高了規劃的工作效率，也為規劃的管理實施提供了有力的辦公工具^[9-14]；王洪戰等對土地儲備管理信息系統進行了開發與應用研究，簡化了土地儲備流程，提高了土地儲備管理水平和管理效率^[15-16]；夏敏等對農用地定級估價和土地集約評價信息系統進行了研究，對土地評價工作的監管和調控具有重要意義^[17-18]；吳明輝開發了全國第2次土地調查成果質量檢測系統，大幅提高了工作效率，確保了成果的規范性和準確性^[19]；在耕地質量方面，盛宣偉研究了耕地占補平衡信息系統的開發^[20]；王澤云研究了縣級耕地質量評價系統軟件的開發^[21]。但目前尚未對耕地質量等別變化的相關系統進行開發研究，耕地質量等別變化診斷的過程涉及大量數據和信息，人為操作起來十分復雜，通過軟件開發實現這一過程不僅能夠提高耕地質量等別監測的工作效率，也為國土資源管理的全面信息化提供參考。耕地質量等別變化診斷系統在實現錄入、查詢、編輯、輸出等基本功能的基礎上，同時實現了指標的選取、診斷過程，并結合GIS計算自然等、利用等、經濟等、國家自然等、國家利用等、國家經濟等的等指數和等別，以專題圖形式呈現，為分析區域內等別變化情況提供有利依據。本研究介紹了系統目標、總體架構和軟件結構，同時對數據庫的建立、系統功能和系統特點進行了分析探討，最后討論了系統的不足之處以及今后的研究展望。

1 耕地質量等別變化診斷

導致耕地質量等別變化的因素是多種多樣的，根據利用過程中人為干預強弱所導致的耕地等別變化分異特點，將耕地質量變化區分為突變型和緩變型的耕地質量變化。耕地質量等別突變指耕地滅失或破壞，耕地產能提升，耕地產能補充的因素，而緩變指不同經營方式下耕地變化。引起耕地質量發生緩變的因素主要為氣候等自然因素，引起耕地質量發生突變的因素為土地整理、復墾、開發等活動的工程措施。

耕地質量等別變化診斷主要分為2個部分，一部分是監測指標的選取和診斷，一部分是等別變化量的計算。監測指標的選取，根據《農用地分等規程》（以下簡稱“規程”）推薦分等因素及其分值和權重，各省份在農用地分等實踐中根據實際情況進行了調整。在耕地質量等別監測中，為了保持指標體系的一致性，更好與上輪分等成果對比銜接，應在原分等指標體系的基礎上建立監測指標體系，但是對于上輪分等中指標體系出現的不足之處，也需要進行修正。在與規程推薦分等指標的對比后，要對農用地分等指標體系進行分析，找出各省份指標選取的特點和不足之處，得到仍保留的指標集A；也要結合耕地利用過程中緩變和突變因素^[22]影響的指標情況，對監測指標進行補充，得到指標集B，對2套指標集進行合并處理，得到該區域的建議監測指標集，應用主成分分析法計算最小數據集。對各區域監測指標進行可視化診斷和打分，并結合上一輪農用地分等成果計算等別變化量，以專題圖的形式呈現，具體流程見圖1。

2 系統總體設計

2.1 系統目標

耕地質量等別變化診斷系統在地理信息系統平臺的支持下，構建一個結構科學、功能完整、操作簡單、界面友好的設計系統，能夠實現耕地質量等別監測指標的快速決策與診斷，以及結果的智能運算，為耕地質量等別監測提供輔助支持，主要包括監測數據的導入、監測指標的查詢、監測指標的診斷、監測結果智能運算、分析數據導出以及成果打印。endprint

2.3 系統軟件結構

目前GIS開發主要有3種模式，獨立開發模式、宿主型二次開發模式以及基于組件技術的開發模式。常用GIS二次開發組件有SuperMap公司的SuperObject，ESRI公司的ArcEngine等^[11]。耕地質量等別變化診斷系統專題圖制作模塊采用基于組件技術的開發模式，采用的組件是ArcEngine 9.3。整個系統開發環境是Visual C# 2010，后臺數據庫采用MySQL數據庫，操作系統選用Windows 7/Windows XP。

3 系統開發

3.1 數據庫的建立

數據庫建設是系統開發的核心，選擇合理有效數據庫對于系統的高效性和穩定性有至關重要的影響。MySQL數據庫是一種關聯數據庫管理系統，關聯數據庫將數據保存在不同的表中，而不是將所有數據放在一個大倉庫內，這樣就增加了速度并提高了靈活性。MySQL數據庫短小精悍，操作簡單，相對于其他數據庫有特色又實用的語法多一些，它很難像SQL Server數據庫那樣擔當大系統的數據倉庫。該系統為桌面應用程序，規模較小，所以選擇MySQL數據庫就能夠達到系統目標的要求，運行速度快，系統穩定。

根據該系統所涉及到的數據類型分別建立表格庫、圖形庫、文檔庫，表格庫用來存儲規程分等指標數據表、省級分等指標數據表、監測成果表等以Excel格式錄入的表格。圖形庫存儲2種格式的數據：（1）監測點和標準樣地的JPG（JPEG）格式土壤剖面照片和景觀照片，用于指標可視化診斷功能；（2）shp格式的分等單元圖等相關圖層，用于專題圖制作。文檔庫用來存儲系統中可供系統用戶下載使用的Word格式幫助文檔。

3.2 系統功能

3.2.1 基本功能

圖形、屬性數據的錄入、編輯、顯示、輸出、各種方式的查詢等，以及統計分析、系統維護等。其中圖形查詢屬性提供通過選擇地理要素，顯示要素對應屬性信息的功能，屬性查圖實現了被查信息的地圖快速定位，查詢到的圖形要素能夠以高亮的形式呈現。屬性數據查詢部分根據查詢結果支持系統管理人員對指標進行增加、刪除和修改。

3.2.2 專業功能

3.2.2.1 指標分析功能 系統支持以縣（市、區）為單位的規程分等指標和省級分等指標的查詢功能，并可以根據查詢結果進行對比分析，分析結果顯示規程和省級分等指標的相同和不同指標，并給出建議舍去指標和建議保留指標。

3.2.2.2 指標診斷功能 包括受因素影響的指標快速診斷和監測指標可視化診斷。指標快速診斷功能即通過突變因素或緩變因素的選擇，如土地平整工程，即可診斷出該因素影響到的指標：有效土層厚度、表層土壤質地、土體構型、地形坡度、土壤有機質含量、障礙層距地表深度和地表巖石露頭度等（圖3）。指標可視化診斷功能又分為比照和計分功能，比照功能即通過監測點的選擇，可得到該監測點對應的土壤剖面照片和景觀照片，并同時顯示與其比照的標準樣地的同種照片。計分功能是指在系統用戶比照指標相應照片之后，可選擇高、較高、中、較低、低5個層次中的1層進行計分（圖4）。

變化量進行專題圖制作。系統支持對專題圖屬性的設置，如類型的選擇、用戶自定義著色、地圖要素選擇等。通過應用唯一值著色法對專題圖進行渲染，將等別變化范圍內的各個變化量加以區分和直觀呈現，便于系統用戶對區域內等別的變化情況進一步分析。

3.3 系統特點

（1）系統集成了《農用地規程》所推薦的指標集和各省實際分等所用指標集，提供根據二級區、縣名進行指標查詢、編輯的功能，并對指標進行分析；

（2）提供監測指標的快速診斷，能夠根據縣（市、區）快速提供耕地質量等別監測的推薦指標；

（3）利用主成分分析成果，匯總監測指標最小數據集；

（4）提供監測指標的打分功能，包括可視化診斷打分和定量化打分；

（5）基于上一輪農用地分等成果和本次耕地質量監測成果數據計算等別變化量；并基于ArcEngine的二次開發將計算結果以專題圖的形式直觀呈現。

4 結語

利用GIS、關聯數據庫以及C#.NET編程語言等技術，在建立耕地質量等別監測數據庫的基礎上實現系統設計的監測數據導入、監測指標查詢和診斷、監測結果智能運算、分析數據導出及成果打印等全部功能，為耕地質量等別監測工作提供一個信息化手段，提高縣域內耕地質量等別監測工作效率，為國土資源管理全面信息化提供參考。但是，開放式可選擇監測指標體系由耕地質量等別監測有關的必選指標、可選指標、影響土地利用系數的指標、影響土地經濟系數的指標構成，耕地質量等別變化診斷系統并沒有對其進行具體劃分，選取出的指標只是一個整體而缺少有序分類。等別變化量計算模塊只是對上輪農用地分等和本輪耕地監測重疊的分等單元進行了變化量計算，對于減少耕地和新增耕地沒有做出具體說明。在今后的研究中可將監測指標的選取標準、指標分類、新增或減少耕地的情況說明添加到系統設計中，對各地開展耕地質量等別監測工作具有十分重要的現實意義。

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