基于AutoCAD和Access的兩區劃定信息管理系統研究

張華劍，鄭旭東

(湖南博通信息股份有限公司，410007，長沙)

0 引言

建立糧食生產功能區和重要農產品生產保護區，是國家作出的重大戰略決策和安排，有助于農業和經濟社會穩定發展[1]。相關文件[2-3]要求確定地塊、片塊、兩區的空間位置、面積，同時根據實際采集各種詳實的屬性信息等實施兩區劃定工作，實現兩區信息的精準化管理。兩區劃定信息與農村土地承包經營權[4]確權成果既屬相關又有區別，后者地塊信息內容不夠全面(缺少種植屬性等)。近年來，許多研究者借助大型平臺軟件和數據庫對信息管理系統建設進行了研究。比如，李道震[5-7]等基于ArcGIS、MapReduce等分別設計了高鐵基礎設施安全監測管理系統、農村土地承包管理信息系統、WebGIS系統，側重于研究Web GIS和商業數據庫的應用；談樹成[8-9]等基于Android平臺開發了野外數據采集(或監測)系統，但對其數據的管理和應用方法闡述不多；潘躍等[10]在城市常規公交接駁方式分擔率預測模型研究中涉及Access數據庫；陳竹安[11]等應用AutoCAD和Excel實現農村房產面積一種測算方法，對數據信息的組織管理論述不多。這些工作提供了有益的開發經驗，但所用載體平臺和數據庫成本偏高且研發所需協作度較高，針對兩區劃定信息管理系統的研發可嘗試使用新平臺軟件。

為更好地完成兩區劃定技術工作，提升效率并減少人工工作量及成本，本研究借助AutoCAD平臺優勢(直觀繪改線面及屬性、穩定簡潔、使用者群體量大、二次開發便捷)，結合Access數據庫研發兩區劃定信息管理系統(以下簡稱兩區信息系統)，并應用于溆浦縣等地實踐，同時力圖為其他資源型信息建設和管理提供一定參考。

1 系統設計

1.1 需求分析

由上節可知，兩區劃定是以農田為基礎對象，確定劃定區塊的空間信息和系列屬性并加以組織管理，如圖1所示，某地農田(圖中勾畫的呈塊狀圖斑類的像元區域)分布在不同的空間位置，農田的種植作物等屬性各有不同，農田所屬行政管理層別不盡相同，這對實現兩區的正確劃定、科學組織、管理應用提出挑戰。可知，兩區劃定工作既需建設空間數據又需組織非空間數據(包括管護屬性數據[3])，更要建立該2種核心數據的對應關系，涉及采集、編輯、檢查、入庫等操作。對于空間數據，可在AutoCAD中以圖形數據形式進行表達和存管；對于非空間數據，可以字段類型表單進行表達、利用Access數據庫存管與維護。換言之，應充分利用AutoCAD ObjectARX、結合Access數據庫，開發構建兩區信息系統，以期實現集數據采集、錄入、劃定、檢查、成果輸出、匯交和入庫于一體的功能需求，為農業部門提供準確、詳實的區塊調查空間數據和屬性數據信息及相關圖表資料，以輔助決策。

圖1 某地農田遙感影像圖

ObjectARX[12-14]是AutoCAD中的一種面向對象的編程環境，AutoCAD數控庫結構、圖形系統和CAD幾何造型核心可用ObjectARX包內的類庫快速使用，可實時擴展AutoCAD具有的類和功能，實現按需定制功能服務。

Access[15-16]是關系型數據庫管理系統，可以對存儲在其他應用程序的數據進行直接導入或者鏈接，同時還具有優秀的處理、匯總、統計、分析數據的能力，能使用表格模板完成相關任務，結合經驗使用可以提升效率和能力，且維護成本低。

1.2 數據組織與架構

按設計，兩區信息系統構建借助AutoCAD平臺，其架構設計沿用AutoCAD平臺系統的原有設計。兩區信息系統的數據，由CAD圖形數據(.dwg文件)、屬性數據庫(.mdb文件)進行組織。

1.2.1 空間數據組織 兩區劃定數據庫空間要素分層情況和各層要素見對應要求[17]，包括兩區數據(區、片塊、地塊、標志牌)等，AutoCAD以圖形數據形式進行分層存放，對每個要素賦予相應的編碼并在相應的屬性結構中填充合格內容。部分空間數據組織示例如圖2所示，AutoCAD圖形文件組織了多層多類空間數據。對各層空間數據的顯示、關閉、復制、粘貼(到原坐標)等操作，可使用AutoCAD原有基本功能實現；對于基于各專題數據的疊加分析、快速加載DOM影像、多源格式數據轉化與導入等非常規操作，則需要在原有基本功能的基礎上開發新功能。

圖2 AutoCAD兩區部分空間數據組織

1.2.2 非空間數據組織 非空間數據主要指表格、文檔資料以及圖件，以二維關系表形式進行組織管理。如1.1節所述，Access數據庫能有效滿足兩區屬性數據組織管理需求，對地塊屬性、面積數值等信息以表單形式進行組織、表達、存儲、管理和維護，按人機交互需求將相應屬性信息標記在圖形上；圖片、示意圖等存儲為文件，采用AutoCAD原有模型、路徑和命名方式，結合Access數據庫加以鏈接和管理。依據兩區劃定屬性數據內容[17]，在Access數據庫中創建兩區劃定數據表單，如圖3所示，Access數據庫每個表單的名稱為對應屬性表名漢字首字母的組合，各表單擁有規范的屬性結構和通過AutoCAD界面錄入的屬性內容。各表單之間通過要素間地理空間位置和關鍵屬性字段的相同屬性內容(如編碼)進行對應。

圖3 Access兩區數據庫表單

1.2.3 數據鏈接與存取 數據處理過程中，需要協同存取圖形數據和屬性數據，因此在打開圖形文件進行數據處理之前須正確、有效鏈接兩者。設計方法為：開發“參數設置”功能，該功能按鈕打開后的界面截圖如圖4所示，使用“參數設置”功能時，檢查“權屬數據庫”是否與當前圖形相匹配，不匹配的則應在打開正確的圖形數據的軟件界面下點擊“參數設置”功能按鈕后點擊“權屬數據庫”后選擇正確的庫體、直至匹配正確。具體操作中，在AutoCAD的圖形界面下利用開發的屬性錄入功能將屬性信息錄至Access數據庫中，也可將數據庫屬性信息導至AutoCAD圖形要素的“擴展屬性”，顯示在圖形上。

圖4 鏈接圖形與屬性數據之配置界面

1.3 編碼體系

“兩區”在空間上包括區、片塊、地塊3個層級，編碼體系包含：兩區編碼、片塊編碼、地塊編碼[3]，3種編碼之間的聯系如圖5所示，3種編碼都包含“縣鄉行政區代碼”，“兩區”包含“片塊”“片塊”包含“地塊”、均為“一對多”的包含關系，應開發縣鄉村三級行政區設置功能(見圖6)，作業中需要對圖斑等對象進行所屬行政區設置以免數據出錯及后期統計信息有誤。此外，為確保同一編碼對象在內外業工作中編碼一致、降低錯誤率，必須對同一對象進行一致性編碼。

圖5 兩區編碼間的聯系

圖6 設置縣鄉村三級行政區

1.4 系統功能設計

結合兩區劃定工作主體任務[3](兩區劃定—上圖入庫—成果建檔立冊)和特點，兩區信息系統的主要功能設計大致分為工作底圖生產、外業數據錄編、數據質檢糾錯、成果生產輸出等多項，主體功能結構如圖7所示，按照兩區劃定任務內容，開發兩區信息系統主體功能在內的整套功能模塊，滿足作業操作需求，解決實操中的編輯問題。

圖7 系統主體功能結構

1.4.1 工作底圖生產 為滿足基礎數據的編輯與加工處理需求，在AutoCAD原有基本功能(打開、修改、插入節點等)的基礎上，開發：行政區劃級別管理與設置(如1.3節所述)、繪制與轉換兩區地塊、繪制與轉換兩區片塊、繪制與轉換兩區、繪制與轉換線、繪制點等實用功能。實際應用中，通過坐標轉換、格式轉換(如MapGIS→dwg)、DOM/JPG影像加載、數據校正、疊加分析等功能方法，結合綜合判斷，繪制出片塊、地塊、重點區域的室內預判界線，并對片塊和地塊進行預編碼，完成“兩區”野外工作底圖的制作。

1.4.2 外業數據錄編 為貼合空間與非空間數據的采集、編輯處理需求，針對行政區域數據、地貌數據、土地利用數據、基本農田數據、承包經營權確權地塊數據、兩區數據及其他野外采集數據，開發：多項采集與編輯處理功能，包括數據基本編輯(1.4.1所述)、繪制標志牌、修改要素屬性、多邊形融合、計算兩區面積、維護兩區和片塊代碼、填充地塊、按村分地塊、兩區公示圖、兩區公示表、注記(地塊、片塊、兩區)等。基本用法舉例如下。

1)繪制兩區地塊。將采集的兩區地塊的區域代碼、劃分類型、主體經營類型、地塊名稱、主體經營名稱、作物類型、兩區類型等基本信息輸入到繪完圖斑界線后彈出的屬性對話框中。

2)轉為兩區。采集地塊有關兩區的相關信息如兩區類型、劃定時間、兩區面積等，將所采集的地塊轉化為兩區地塊。

3)計算兩區面積。在“計算兩區面積”的功能中，自動計算所選區域的兩區地塊的面積大小，根據要求顯示所需大小的地塊。

4)填充兩區地塊。在兩區地塊繪制完成后，用不同的填充顏色表示不同地物類型的兩區地塊。

1.4.3 數據質檢糾錯 為實現各類數據的標準化建設，開發圖8所示質檢糾錯功能。圖8中：1)圖形數據拓撲檢查功能，實現點、線、面要素圖形檢查。可以實現對點要素重疊的檢查；實現對線要素的檢查(包括相互重疊、自重疊、自相交、懸掛線、碎線、相交等情況)；實現對面要素節點重復、相鄰節點、相互重疊、碎小圖斑、面封閉性等情況的檢查。2)屬性數據檢查功能，可以實現對行政區域數據、糧食生產功能區數據、重要農產品功能保護區數據、標志牌數據的屬性檢查。實際工作中，應對兩區劃定數據庫規范和成果質檢規則做到心中有數，充分理解和應用質檢文件的相關要求，把可能出現錯誤的要點提前做好防錯處理。

圖8 數據質檢功能

1.4.4 成果生產輸出 為實現成果信息的匯總與實際應用，開發成果包生成輸出的功能，實現填寫數據集名稱、數據更新時間、采集時間、中央子午線經度以及數據采集負責單位的相關信息后，經統計分析，輸出成果包。根據要求[3]制作模板、輸出成果圖表文件，包括矢量數據、兩區外業調查表、片塊管護責任一覽表、兩區農田管護責任書、柵格數據、文檔資料、兩區圖件、面積匯總表格、成果包和其他資料等文件夾資料。同時，系統使用者還可以創建不同的專題地圖，實現可自定義專題圖的模板并提供專題圖預覽、導出、打印。

2 系統實現

兩區信息系統，以AutoCAD和Access為基礎，基于AutoCAD ObjectArx 2008/2010、Microsoft Visual C++ 9.0的開發環境，進行開發構建，完成系統界面、數據庫搭建與鏈接(即表的創建、管理與數據庫的相關操作)和具體操作模塊功能的設計與實現，輔助開展兩區劃定工作，滿足需求。

系統運算與作業流程如圖9所示，利用AutoCAD、Access的原有功能和開發的新功能，實現對基礎數據、兩區劃定數據的編輯處理，經過數據質檢糾錯和公示復核與完善，將形成合格的劃定成果包并可輸出。本研究開發的兩區信息系統，已獲軟件著作權證書(編號：軟著登字3119169號)。

圖9 系統運算與作業流程

系統所用算法的偽代碼列舉描述如下。

1)“搜索每個鄉級區域下的兩區”的功能實現

獲取兩區數組的兩區個數；

獲取鄉鎮數組的鄉鎮個數；

將鄉鎮數組大小動態分配給兩區數組；

根據兩區個數創建"正在搜索兩區..."進度條并顯示；

for(遍歷兩區個數){

設置當前的進度；

for(遍歷鄉鎮個數){

if(如果當前兩區面中心點在當前鄉鎮面內){

兩區數組增加當前兩區；

終止循環;

}

}

if(當前循環數大于等于鄉鎮個數){

獲取當前兩區的實體句柄；

將當前兩區的實體句柄賦值給字符變量；

將上述字符變量內容增加至"兩區不在鄉級區域內"的報錯列表；

}

}

刪除進度條；

2)“維護地塊面積屬性”的功能實現

獲取地塊數組的地塊個數；

for(遍歷地塊){

獲取當前地塊的面積值；

將當前地塊的面積值精度保留至小數點后2位；

獲取新的面積值；

將新的面積值賦值給當前地塊的"兩區地塊面積"屬性；

將新的面積值(m2)轉換成畝；

將新的面積值(畝)精度保留至小數點后2位；

獲取新的畝積值；

將新的面積值賦值給當前地塊的"兩區地塊面積(畝)"屬性；

if(當前地塊的畝積值<10.0){

獲取當前地塊的實體句柄；

將當前地塊的實體句柄賦值給字符變量；

將上述字符變量內容增加至"地塊面積小于10畝"的報錯列表；

}

}

3 應用實例

將兩區信息系統應用于湖南溆浦、洪江、保靖、衡東、花垣、鳳凰等十余個縣區的兩區劃定項目數據建設，以溆浦縣項目為例簡述兩區信息系統應用情況及成效。

溆浦，“江南水果之鄉”，朱紅桔、雞蛋棗、金銀花、菊花等資源豐富，水稻、油菜、棉花、甘蔗等作物盛產，縣內農田多分布于丘陵地帶、分布零散[18]。結合兩區劃定工作要求和省級任務指標[19]，在收集地區土地利用現狀年度變更調查、土地利用總體規劃、永久基本農田、高標準農田建設、承包經營權確權、農業耕地質量等級、全縣接合圖表等已有成果數據的基礎上，溆浦項目采用兩區信息系統的功能輔助完成多項工作，包括：1)通過工作底圖生產模塊功能，完成正確可用的基礎數據篩選與處理，如不同格式數據接收轉換、相關基礎專題數據的預處理、檢查處理、行政區和分幅等維護、兩區空間數據預生產、外業調繪工作底圖編制；2)通過外業數據錄編模塊功能，完成野外采集數據的編錄與修改，如兩區劃定數據修改、數據維護、分布圖制作，圖10中，兩區地塊的屬性信息通過功能界面錄入，并同步保存至數據庫對應表單中；3)通過數據質檢糾錯模塊功能，完成空間數據和屬性數據的檢查與修改，如計算兩區面積，圖11中，地塊面積計算后彈出左側對話框，直觀顯示每行結果項可供逐一查看：雙擊鼠標，即在右側的顯示區將圖形跳轉放大到目標地塊并雙閃提醒，方便綜合判斷和相應處理；4)通過成果生產輸出模塊功能，完成數據匯總分析與人機交互管理，如數據統計、數據匯交、入庫等。圖12展示利用兩區信息系統制作完成的某村兩區劃定成果數據，以村影像為底圖、繪制市縣鄉村四級行政界及縣鄉政府駐地要素、調繪所得的保護區和功能區，并細分該村內水稻、油菜籽及其復種以及溝渠等田間工程設施等，圖面地塊同時填充相應種植屬性符號和地塊編號、畝積等，劃定成果詳實、表達直觀、方便復核。

由圖10～圖12和實際操作可得，系統界面簡潔、人機交互性較強、操作體驗較好，實現數據處理。經統計，該項信息建設工作完成糧食區劃定面積逾2.533 萬hm2，農產品區劃定面積逾1.133 萬hm2，滿足工作要求。借助構建的兩區信息系統，收獲了通過部質檢軟件檢查的數據庫成果和通過各級檢查驗收的項目成果。同時，通過系統的研發，特別是對空間數據的編輯處理類的功能開發和對數據屬性交互管理的功能實現，增強了AutoCAD軟件的應用能力和范疇；系統研用成本相對其他大型軟件平臺的二次開發而言較低。

圖10 繪制兩區地塊

圖11 計算兩區面積

圖12 某村兩區劃定成果數據

4 結論

針對兩區劃定數據信息建設問題，本研究開展了利用AutoCAD和Access構建兩區信息系統的開發研究，實現了：系統簡單易用、使用效益較高、體驗較好；順利應用和完成實際項目，并實現數據生產便捷化、成果制作標準化、自動化和信息統計服務，取得較好的經濟、社會效益；對資源型信息管理系統建設的研究補充；對AutoCAD軟件功能的強化升級。本研究在一定程度上提高兩區劃定作業效率、成果質量和數據復用效能，但在劃定成果數據的價值挖掘方面有待加強。未來可在保障信息安全的基礎上，運用3S集成技術、前沿IT技術和優秀算法，更優地建設數據、更多地挖掘信息、更好地發揮應用價值。