基于GIS的耕地保護巡查系統研究與實現

江禹

摘 要：針對當前耕地保護巡查效率不高、效果不理想的問題，探討了一種基于GIS技術的耕地保護巡查方法，并利用ArcEngine組件，基于空間數據庫開發了耕地保護巡查實驗系統。該系統使得耕地保護巡查能更高效實施，并解決了傳統耕地保護巡查中的諸多問題。

關鍵詞：耕地巡查；GIS；ArcEngine

中圖分類號：TP31 文獻標識碼：A

Abstract：According to the problem of the low efficiency and poor effect for cultivated land conservation inspection， a method of cultivated land conservation inspection has been discussed based on GIS.And the system has been developed initially on the basis of ArcEngine components and spatial database.This system can make the cultivated land conservation inspection operate more efficiently，and can solve some of the problems of the traditional land conservation conservation inspection.

Keywords：cultivated land conservation inspection；GIS（geographic information system）；arcengine

1 引言（Introduction）

隨著城市化進程地不斷加快，建設用地不斷增加，相應地耕地面積逐年減少，其結果已嚴重影響我國經濟和社會發展。及時準確地掌握耕地的數量、分布及其可能的變化趨勢，進行合理地利用和保護，直接關系到我國經濟及社會的可持續發展[1]。耕地保護巡查是土地資源管理的一項重要手段，實現其信息化，提高其工作效率是很有必要的。

隨著土地資源的供需矛盾地增加，違法占用耕地現象時有發生，耕地保護巡查的重要性、緊迫性日益突出。傳統方式的耕地保護巡查過程中，巡查人員需要攜帶大量的圖紙和文檔資料，工作量很大，要做到及時準確地掌握待查用地的詳細情況是比較困難的[2]。隨著城市建設的發展，土地利用率越來越高，違法占用耕地的案件也會增加，使用傳統的人工方式來進行違法占用耕地案件調查和檔案資料的管理已經越來越難以滿足需求。傳統的耕地保護巡查方式工作效率低，并且容易受到人為因素的干擾，因此，耕地保護巡查的信息化是十分可行也是十分必要的。為了實現土地資源管理信息化，提高耕地保護巡查的效率，實現對違法占用耕地現象及時發現、及時制止、及時查處，在已有的成熟技術基礎上，結合實際需求開發耕地保護巡查系統是可行的措施。

2 關鍵技術（Key technology）

2.1 組件式GIS開發技術

組件式GIS是指基于組件對象平臺，以具有某種標準通信接口、允許跨語言、跨平臺應用的組件提供的GIS。各個GIS組件之間以及GIS組件與其他非GIS組件之間可以通過標準化的接口實現交互。組件式GIS具有二次開發方便、易于集成等特點，是較為常見的GIS開發技術。在本系統開發中，采用了組件對象技術，使用ArcObjects9.2組件。

2.2 空間數據庫技術

目前主流的數據庫大多是基于關系原理建立的，屬于關系型數據庫，但GIS強調空間性及拓撲關系，這些特性在關系型數據庫中不能直接表示和查詢。因此，對于空間數據的存儲和管理不能采用一般的關系型數據庫，而應使用空間數據庫。本系統中采用的是ESRI公司的Geodatabase空間數據模型，這是一種建立在關系型數據庫管理系統之上的統一的、智能化的空間數據庫[3]。

2.3 空間拓撲分析技術

空間實體之間的基本關系可以概括為點—點、點—線、點—面、線—線、線—面、面—面這幾種關系，空間拓撲結構借助拓撲幾何學的概念定義了空間實體的相互關系，描述了基本空間目標之間的鄰接、關聯和包含關系[4]。ArcObjects9.2提供了較為豐富的空間拓撲分析的功能，其中，SpatialAnalyst組件庫專門用于空間分析與處理，提供了多種空間分析功能和操作實現的接口，包括疊加分析、緩沖區分析等；NetworkAnalysis組件庫專門用于做網絡數據的路徑分析、連通分析、資源最佳分配和地址的查詢匹配等。

3 系統設計（System design）

3.1 體系結構設計

該系統的體系結構如圖1所示，本系統采用的是單機版C/S結構，即前端（客戶機）和后端（服務器）就是同一臺計算機，整個系統由數據庫層、組件層、應用層三層結構構成。其中基礎空間數據和土地利用數據庫采用Geodatabase格式存儲于數據庫中，檔案資料以文件形式分類集中管理。組件層為系統提供實現平臺以及連接數據庫的相關類庫。系統應用層是具體功能的實現，實現耕地保護巡查系統的各種功能，以滿足需求。

單機版C/S結構的GIS系統具有結構高度集中的特點，優點是結構簡單易于維護，系統的執行效率較高，運行速度較快，并且其安全性也比較高；缺點是系統的相對而言比較封閉，共享性差，不容易集合和擴展?？傮w而言，單機版C/S結構比較適用于小型GIS系統。

3.2 功能模塊設計

本系統能夠通過影像對比分析或者專題圖疊加分析，幫助巡查人員及時、準確地發現和查處違法占用耕地案件。把違法用地現象的空間位置與案件處理相關檔案結合起來，對案件數據進行統計和分析，幫助巡查人員對違法案件的發展趨勢、位置分布、執法形勢和面臨的問題等方面提供較為科學的依據，并依據工作的實際需要及時、準確、直觀地輸出給執法巡查人員，并借助各種空間分析、網絡拓撲分析等GIS功能，以可視化地方式較為直觀地提供輔助決策的數據和功能。

（1）系統管理

對進入系統的用戶進行安全性檢查，防止非法用戶進入該系統，保證只有合法用戶才可以進入系統進行相應權限的操作。此外，該功能模塊還提供用戶更改用戶名和密碼的功能。

（2）GIS基本功能

地圖的加載、放大、縮小、任意漫游、全圖顯示、鷹眼視窗等功能；圖形資料的編輯與輸出；快速查詢與定位功能。

（3）耕地變化監測

該模塊是耕地保護巡查系統最重要的功能模塊，主要功能是通過遙感影像、航空相片、專題圖以及其他已有的資料，提取出耕地變化信息，達到耕地信息動態監測的目的，實現足不出戶便可對轄區內的違法占用耕地現象作定性和定量分析。

（4）輔助巡查

對違法頻發區域的重要道路構建拓撲關系，形成該區域內的交通網絡圖。對發現的違法用地現象在地圖上定位，利用GIS的最優路徑分析工具，分析出最優巡查路徑供巡查人員參考。

（5）案件分析查詢

利用GIS空間顯示、查詢功能，可以在地圖上直觀地看到違法用地的空間分布，方便地查看每塊違法用地的相關屬性數據，并且可以查看巡查中采集到的各種數據（如GPS數據、全站儀實地測量數據、現場拍攝的相片和相關調查資料）。利用GIS的統計分析功能，對違法占用耕地的數量、分布和趨勢進行定性、定量分析，為提高耕地保護巡查效率提供科學依據。

（6）檔案管理模塊

提供多種錄入與輸出方式，可以方便地形成各種常用標準和格式的表格、圖形?？梢愿鶕讣膶傩孕畔⒑完P鍵詞對數據進行檢索，查詢違法用地的相關信息及案件的處理結果?？梢詫崿F對空間數據、屬性數據和案件檔案的及時準確更新。此外，系統還支持常見的多媒體資料，如違法用地現場的照片、視頻等，提供直觀的信息給用戶。

3.3 數據庫設計

該系統數據包含兩部分：空間數據與非空間數據?？臻g數據按照ArcGIS 9.2的Geodatabase數據模型框架構建空間數據庫，分為矢量數據和柵格數據兩種，矢量數據包括基礎地理數據（水系、道路網、建筑物等）、土地利用數據和規劃專題圖數據；柵格數據主要是不同時相的遙感數據和航拍所得影像；非空間數據由文件系統分類集中管理，主要是各類違法占用耕地案件的相關案卷、文檔、圖片與統計表等。

圖3是空間數據在Geodatabase中的結構圖。其中道路網以網絡數據集（Network Class）的形式存儲在要素數據集（Feature Dataset）中，在此基礎上可以進行網絡分析，例如最優路徑分析、連通分析等，其他矢量數據以要素類（FeatureClass）的形式也存儲在要素數據集中。而柵格影像以柵格數據集（Ratser Dataset）的方式存儲在地理數據庫（Geodatabase）中，每一幅影像對應一個柵格數據集。

土地利用數據是耕地動態監測的數據基礎，是本系統中最主要和重要的數據，其數據量大，類別復雜，屬性表的建立最為復雜。為了科學、規范地對土地利用數據進行精確描述，采用《全國土地分類（試行）（2002年）標準》，對土地利用數據進行分類、編碼，以“分類代碼”字段存儲在屬性表中[4]。

4 系統實現（System realization）

本系統采用ArcEngine 9.2+C#開發平臺，成功構建了一個基于C/S的耕地保護巡查實驗系統，并應用于某城鎮耕地保護巡查，其基本實現了耕地保護巡查數據的可視化顯示、查詢、統計分析、地圖輸出、數據管理及決策支持[5-7]。

文章以某城鎮土地利用數據和規劃數據為例，對該區域的違法占用耕地現象進行監測，生成了違法占用耕地圖斑數據庫文件，為耕地保護巡查工作提供了詳實的基礎數據，取得了較好的效果。此外，還以道路網網絡數據集為數據基礎進行路徑分析，為巡查人員對相應地塊進行查處制定一條參考巡查路線[8，9]。

如圖4所示，藍色高亮度顯示的圖斑是系統通過不同時間的土地利用矢量圖層疊加分析監測到的違法占用耕地地塊，棕色高亮度顯示的道路是系統提供給巡查人員的參考最優路徑，耕地保護巡查人員可以根據此巡查路線快速的到達相應的地點對違法現象進行制止與查處。

5 結論（Conclusion）

本文以研發一個耕地保護巡查實驗系統為例，闡述了該系統從總體設計、功能模塊設計、數據庫設計到系統實現和測試的過程，在耕地保護巡查信息化建設方面作了一些探索研究。利用GIS技術輔助建立耕地保護巡查快速反應機制，把計算機技術與GIS技術應用于執法巡查工作中，不但能提高執法人員在巡查過程中的工作效率，而且可以較為及時準確地掌握違法用地案件的動態變化信息，為土地資源管理和耕地保護巡查提供數據基礎和決策服務。隨著GIS技術的發展，以及國土部門作業的新需求，GIS技術在耕地巡查中將會有廣泛的應用。

參考文獻（References）

[1] 韓杰.基于GIS的土地監察管理信息系統關鍵技術研究[J].測繪通報，2007（6）：58-60.

[2] 楊玉坤，王金貴，賈華鋒.土地執法監察地理信息系統的研究與實現[J].科技信息，2009（17）：46-47.

[3] 周曉光，等.地籍地塊間的空間拓撲關系[J].測繪學報，2003，32（4）：356.

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[7] 吳信才.地理信息系統設計與實現[M].北京：電子工業出版社，2002.

[8] 吳向陽，等.車載土地巡查系統關鍵技術研究[J].測繪通報，2009（3）：56-58.

[9] 王振中.3S技術集成及在土地管理中的應用[J].測繪科學，2005，30（4）：62-66.

作者簡介：

江 禹（1987-），男，碩士，助理工程師.研究領域：GIS開發與應用.