土地整治項目圖庫一體化管理模式研究

曾微波 王艷 伍澤濤

摘要：本文從我國土地整治項目的現狀和需求出發，針對數據采集標準不規范、圖件制作與質檢返工率高、成果管理效率低下等問題，以土地整治項目管理流程為主線，以空間數據庫技術為基礎，設計了從外業數據采集到成果輸出的土地整治項目圖庫一體化管理模式.經實際項目實施驗證，極大提升了土地整治項目各環節的作業效率與質量，具有非常重要的參考與推廣價值.

關鍵詞：GIS;土地整治;圖庫一體化

中圖分類號：P208? 文獻標識碼：A? 文章編號：1673-260X（2019）06-0083-04

1 引言

土地整治的基本內涵是指在一定區域內，通過采取行政、經濟和法律等手段，按照土地利用總體規劃、城市規劃、土地整治專項規劃確定的目標和用途，對土地利用現狀進行調整改造、綜合整治，促進土地的合理利用，提高土地集約利用率和產出率，改善生產、生活條件和生態環境的過程，其實質是合理組織土地利用[1].國內外大量實踐證明，土地整治是一項系統性、綜合性的復雜工程.發達國家的土地整治技術相對來說比較成熟，早在20世紀80年代，德國的巴伐利亞州已普遍應用計算機數據處理技術，建立土地整治信息系統，將各種數據、圖件等資料存儲在該系統中[2].而國內的土地整治起步比較晚，有關土地整治技術的研究并不多見，土地開發整理工作因其工作量巨大、紙質資料繁雜、手工管理效率低下、管理手段落后等原因，我國急需從土地整治項目的工程化、標準化、系統化等方面入手，構建土地整治項目的技術支撐體系[3].

現階段，我國的土地整治項目中很多測繪單位都是外業測繪人員負責外業地形點的測繪和地形圖的編繪，其使用的制圖軟件大部分都是南方CASS[4]，南方CASS軟件是基于AutoCAD平臺進行二次開發的數字化測繪數據采集系統，其具有強大的繪圖功能和處理矢量圖形的能力，但處理對象屬性方面及空間分析功能欠缺，原因如下：（1）對屬性信息管理的能力較弱，制圖與數據庫管理各成體系，導致空間數據與屬性數據不能一體化管理，信息反饋渠道不暢;（2）檢查圖件數據是否符合規范的流程復雜，工作量巨大、自動化程度低、且質檢質量難以保證;（3）制圖工作流程不連續，缺乏一致的用戶界面.制圖數據與GIS建庫數據為兩套數據，無法實現數據無縫拼接[5].

圖庫一體化是指通過一種圖形信息化技術把制圖數據轉換存入數據庫，滿足日常的空間數據管理需求，通過一種信息圖形化技術再把出庫數據“還原”成入庫前的數據，以一種無損的、可逆的方式把制圖數據、GIS數據、數據庫管理等融為一體[6].在生產中由一個系統來管理制圖數據成果與建庫數據成果.因此，將數據放入數據庫中，加強對數據質量的管理與控制，同時制圖數據也隨著建庫數據的更新而自動更新的方式十分必要[7].

2 技術路線

本文從我國土地整治項目的現狀和實際需求出發，重點考慮了外業數據采集、竣工圖件自動化輸出、內業成果自動提取等關鍵環節，對土地整治項目圖庫一體化管理的技術流程進行了梳理和研究，設計了土地整治項目圖庫一體化管理流程.

本文中，土地整治項目的圖庫一體化管理模式是基于外業測點數據直接導入轉化成圖和CASS成圖導入兩種方式將數據導入到Personal Geodatabase中.首先，按照國家地形圖圖式規定設計一體化數據制圖模板制作竣工圖，方便地圖內容合理化表達;其次，對圖件進行質檢加強成果質量，確保圖件成果質量后納入批次，不合格的竣工圖進行修改合格后納入批次;再次，由于批次數據是包含整個縣/鎮的全部數據，對于只能儲存2GB的Personal Geodatabase來說數據量較大，而File Geodatabase以一個資料夾方式存儲，資料庫無限制，每個表限制為1TB.因此，需將批次數據導入到File Geodatabase中完成批量數據自動化統計與輸出.最后根據模板文件、映射文件及Word及Excel標簽進行數據抽取以獲得項目所需文本、表格材料并自動輸出相關圖件.

3 外業成果導入

3.1 外業測點導入

傳統的外業測量人員是通過專業的測量儀器測得碎部點，將成果輸入到計算機，用CASS軟件繪制出地籍圖[8]，按照圖示符號逐點連線，通過復雜的內業數據處理進行圖件生成，這種作業方式不僅復雜程度高浪費了大量的人力資源，且準確率低.為了最大程度的照顧傳統的作業方式，在此提出通過將外業測得的控制點數據直接轉化成GIS成果圖件數據.

根據土地整治業務項目流程的實際情況導入外業測點的步驟如下：首先讀取野外測點數據到同一圖層中，其中每個測點數據包含四列，分別為地物編碼列、X值、Y值、Z值;其次將讀取到的地物編碼列的前三位數值與數據庫中的要素類型表進行匹配，通過要素編碼確定其要素類型;再次讀取同一類要素的地物編碼列的后三位數值，根據其順序判斷連接關系（相鄰數字為相鄰點）;然后將同一類型要素可連接的點連接成線，單獨的點不做處理;最后將連成的線狀數據存至另一圖層，自動成圖.

3.2 CASS成圖導入

由于AutoCAD強大的圖形編輯和處理功能，很多外業測量單位都選用CAD作為數字成圖的工具，對GIS軟件很少了解.而隨著ESRI公司的地理信息系統軟件ArcGIS在國內土地、地質、測繪、交通等行業中應用的不斷深入，CASS與ArcGIS直接的圖形信息交互也越來越多.對于大量已經由CASS軟件繪制好的圖件，為了更有效地對數據進行管理，需要進行大量的數據轉換工作，而在數據的轉換過程中會存在轉換后數據內容的丟失或者屬性信息不一致的情況，降低了數據的利用率.因此，實現CASS與ArcGIS數據的無損轉換十分必要[9-10].

CASS中數據幾何由線構成，而ArcGIS中數據幾何分為點、線、面.實現CASS到Personal Geodatabase的無損轉換需通過建立CASS線型與幾何點、線、面的映射關系實現.在土地整治業務中具體按照如下方式進行：①根據CASS中的地物線型、地物顏色、地物編碼等參數信息，在ArcGIS中建立兩者圖層、地物的映射關系，并記錄到地物類型編碼表中;②在ArcGIS中建立周邊參考點、線、面三個不同幾何類型的圖層，將CASS地物重新劃分成ArcGIS中的點、線、面三種類型;③將CASS塊數據劃分成幾何數據和屬性數據，通過映射關系與幾何數據構建Personal Geodatabase格式的圖層要素;④通過映射關系與屬性數據填充圖層屬性，完成數據預處理.

4 基于自定義規則的圖件質檢

為了加強測繪成果質量，確保圖件成果質量，圖件質檢是檢查圖件數據是否符合規范的必要程序.南方CASS軟件是基于AutoCAD平臺進行二次開發的數字化測繪數據采集系統，其具有強大的繪圖功能和處理矢量圖形的能力，但CAD缺乏較強的對空間數據信息的描述和分析功能[11].而傳統的圖件數據檢查主要是人工檢查，在檢查效率、檢查正確性方面都存在很大的問題，存檔資料雜亂無章和報告的規范性差，并對于檢查出的錯誤進行人工修改，以離線方式向廣大用戶提供紙質地圖和基礎地理數據，這種方式已無法滿足現代社會對測繪成果信息快速獲取與集成應用的需求[12].因此，針對此問題提出了流程化自動質檢技術，將質檢工作變得簡單快捷.

4.1 制定質檢規則

圖件質檢規則主要分為幾何錯誤、拓撲關系錯誤、違反特定業務規則錯誤等三大類型，如土地整治業務項目中的邊界線嚴重錯誤屬于幾何錯誤，坎坡方向與高程值邏輯不一致屬于拓撲關系錯誤，而竣工圖、勘測圖、界址點等文件命名不規范則屬于特定的業務規則錯誤，在土地整治業務項目中按照要求制定的部分典型的質檢項如表1所示.

4.2 配置質檢規則與處理

在包含房屋、道路、坡坎等地物類型的土地整治業務項目中，遍歷當前存在的數據類型和地物類型，查詢質檢規則表篩選并配置出“房屋直角、無壓蓋”“房屋、道路要標志材質”“坡坎上下高差不符合要求”等質檢規則，這種遍歷當前數據庫中存在的數據類型和地物類型，查詢質檢規則表篩選質檢規則，并自動配置篩選出來的質檢規則的方式大大提高了質檢效率.根據篩選出的質檢規則，對圖層各要素進行圖形錯誤、拓撲錯誤的分析與檢查;如土地整治業務項目中“坡坎方向應與高程值邏輯一致”質檢項，在ArcGIS數據管理模式下，坡坎與高程點分別存儲在不同的圖層中，因此需要通過遍歷坡坎圖層要素，獲取坡坎要素方向，并與高程點要素進行空間位置分析，獲取坡坎兩邊的高程點，判斷坡坎方向與對應高程值是否正確，完成該項質檢規則檢查;遍歷所有質檢規則，并將錯誤信息加載到錯誤列表中顯示，同時在錯誤信息中記錄對應的要素ID信息，用于快速查找修改質檢錯誤，完成自動化質檢與處理.

5 成果管理與輸出

5.1 圖件成果模板設計

出圖數據的核心在于圖面的表示，即按照圖式要求對地圖內容進行合理化表達，應先嚴格按照土地整治竣工圖制圖規范制作一體化數據制圖模板，確保制圖輸出時符合相關的規定與要求.本文通過設計多種比例尺的制圖模板實現土地整治竣工圖的所見即所得的繪制.定義要素的幾何分類、分層、屬性、地圖符號、圖廓整飾等內容.在制圖表達模板定制時，根據地圖表示地區范圍的大小、圖幅的大小和表示內容的詳略等不同情況設計1：500或1：1000等不同比例尺模板，圖層按照自上而下的空間位置排放順序以解決點、線、面三類特征要素的壓蓋，同時也要設計好同一圖層內各要素的疊置關系[13].例如在土地整治業務項目工作中1：500比例尺下圖件模板的設計如圖3所示：

模板中要素劃分制圖常量和制圖變量，如地圖整飾整體模板配置圖內外圖框、比例尺、圖例、指北針等分為制圖常量元素，圖名、編圖單位、編圖時間、面積明細表、文字注記等劃分為制圖變量元素，利用ArcGIS分別創建mxd工作空間文件和mxt制圖模板文件，按照CASS的符號效果創建和定制每個要素類的制圖表達規則，加載數據到模板中，通過制圖表達規則實現對各層數據的動態符號化顯示，在此基礎上進行圖面編輯工作，滿足制圖的要求.正確地進行制圖模板的設計在圖庫一體化生產過程中可保證建庫數據與制圖數據的一致性.

5.2 數據抽取與自動化輸出

數據抽取是指從原始數據中抽取出感興趣數據的過程，對地理數據的提取基于數據的屬性值、空間范圍以及地理特征.在土地整治業務項目中有大量的報批報驗統計材料，主要分為圖件材料和文本材料，其來源于單幅竣工圖圖件信息.其中圖件材料主要包含土地利用現狀圖、整治規劃圖等反映土地利用現狀及土地利用布局等內容的圖件;文本材料主要包含土地整治項目整個流程的證明、報告及驗收等材料.如下圖4中，展示了如何利用Excel書簽建立映射關系表達式，從土地整治批次數據庫中自動抽取報批、報驗材料所需各種表格數據的過程：

文本材料的抽取方式是根據其類型創建模板文件，針對模板文件創建映射文件，建立模板文件與映射文件之間的對應關系來實現的[14].表格文件抽取具體按照如下方式進行：①根據表格類型創建表格模板文件，確定每個具體單元格插入值的屬性，設置Excel書簽記錄表格變量位置信息;②針對表格模板文件創建映射文件，映射文件記錄插入單元格的目標位置、目標來源文件、具體表名、來源類型等屬性信息;③遍歷表格模板文件中Excel書簽記錄，根據變量的標記從源數據（竣工圖批次圖件數據）中抽取需要數據;④根據映射關系中記錄的單元格填充公式：單元填充、多元拼接及多元運算多種類型，判斷單元格填充方式，統計匯總，自動插入與更新統計數據信息;⑤通過這種方法處理所有表格材料模板文件，并統一輸出到指定目錄，完成批量表格數據的自動化統計與輸出.

6 結語

本文對土地整治項目的圖庫一體化管理模式進行研究，針對數據采集標準不規范、圖件制作與質檢返工率高、成果管理效率低下等問題，開發CASS-ArcGIS的轉換、自動數據抽取、自動圖件質檢與批量圖件輸出等模塊，構建出一套工程化、標準化、系統化的土地整治數據采集與圖件成果管理圖庫一體化模式.運用此模式制作單幅竣工圖的速度是傳統作業模式的2-3倍;而對于批量數據抽取的處理效率隨著數據量的增大更顯優勢.實際項目實施中，處理一個具有53幅竣工圖的鄉鎮批次，在傳統作業模式下消耗28人時，而此模式下僅耗時3.2人時，是傳統作業模式的8-9倍.實踐證明，應用圖庫一體化管理模式可有效提高土地整治采集與處理工作的精度和效率，極大提升土地整治項目各環節的作業效率與工作質量，具有極為重要的應用與推廣價值.

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