“兩區”數據空間可視化關鍵技術研究與應用
——以大連市為例

張何欣，王洪成，姚遠，蘇存英

（1.大連市自然資源事務服務中心，遼寧大連 116011；2.大連市現代農業生產發展服務中心，遼寧大連 116023；3.易智瑞信息技術有限公司沈陽分公司，遼寧沈陽 110003）

“兩區”是指糧食生產功能區和重要農產品生產保護區，是國家為保障糧食安全和重要農產品有效供給的重要制度性安排[1]。根據農業農村部有關規范，“兩區”劃定、上圖入庫、成果建檔立冊等各階段都需要大量數據共同驅動，并不斷產生新的“兩區”數據，用以支撐“兩區”信息精準化管理。

“兩區”數據具有多源、異構、質量差異大且體量龐大等特點[2]，數據類型不僅涵蓋“兩區”地塊、片塊等空間數據及其元數據，還包括描述地塊信息的大量屬性數據。“兩區”數據的科學合理利用是實現“兩區”信息精細化管理的關鍵，而數據可視化是一種重要的數據利用形式。由于缺少統一的“兩區”數據可視化流程，導致目前“兩區”數據可視化效果差異較大[3,4]，對“兩區”信息精細化管理的指導意義不強。總結大量實踐后，將需要解決的問題歸納為以下三方面。在數據方面，缺少統一的數據整合建庫以及數據質量檢查流程，致使數據質量差異較大；在工作底圖方面，沒有統一的地理基礎底圖，嚴重影響圖件的準確性；在圖件編制方面，缺乏高效的地圖符號系統，且不同圖件風格難以統一[5,6,7,8]。

為切實加強“兩區”數據可視化效果，本文提出了“兩區”數據空間可視化技術路線，并以大連市部分區域為研究區開展關鍵技術的應用實踐，為“兩區”信息精細化管理提供技術參考。

一、技術路線

本文針對“兩區”數據可視化存在的問題，擬定了技術路線，共分為三個部分，分別是數據預處理、質量檢查以及地圖制圖（圖1）。

圖1 技術路線

數據預處理階段由數據格式轉換、統一數學表達及拓撲構建三部分組成，這三部分分別針對數據多源、異構以及質量差異大的特性進行處理，旨在統一數據標準，便于后續處理。質量檢查階段通過構建完善的空間數據成果質量要求體系，確保數據完整性、邏輯一致性、空間定位準確度以及數據正確性滿足要求，形成“兩區”數據庫。地圖制圖是對“兩區”數據庫的可視化應用，通過構建完善的“兩區”地圖符號系統并采用標準統一的地理底圖，編繪風格統一、表現力強的“兩區”圖件，此外，還要通過高效的地圖整飾環節，實現圖件的批量、快速繪制。

二、關鍵技術及應用

本文以遼寧省大連市普蘭店區、瓦房店市以及莊河市（統稱“北三市”）為研究區，并以ArcGIS 10.5為GIS平臺軟件，驗證上述技術路線的合理性與可行性。

1.研究區及數據資源概況

“北三市”位于遼東半島中南部，區域面積總計約10585平方公里，東臨黃海，南接大連市金普新區，西臨渤海，北面分別與營口市、鞍山市以及丹東市接壤，境內耕地面積約為500萬畝，永久基本農田面積約為391萬畝，“兩區”（共有水稻生產功能區、玉米生產功能區以及大豆生產保護區3種類型）面積合計約為291萬畝（表1）。

2.數據預處理

（1）數據格式轉換。由表1可知，研究區空間數據的格式主要有*.shp、*.dwg以及*.kml三類，為實現數據格式的統一，本文選取性讀寫效率更高的*.gdb格式作為地理空間數據庫的標準格式。由于*.shp與*.gdb在同一軟件平臺的數據類型，可采用“導入”將*.shp直接轉換為*.gdb圖 層 ； *.dwg，*.kml可 通 過“Data Interoperability Tools”工具集中的“QuickImport”工具導入為要素類。對于*.xls數據，可通過“添加XY數據”選取sheet頁中對應的坐標值字段實現屬性數據的地圖可視化。

表1 研究區主要數據資源基本情況表

（2）統一數學表達。由于研究區空間數據坐標系統各不相同，為確保空間數據一致性，本文采用CGCS2000作為研究區數據坐標系，并在創建自定義地理變換的基礎上采用“Project”工具實現坐標系統轉換。實驗區經度范圍跨越了Gauss-Kruger 3°帶投影第40號和41號投影帶，出現了同一行政區域范圍數據投影帶不一致的情況，通常有兩種解決方案，一是將經度跨度相對較小投影帶上的數據投影轉換到相對較大的投影帶上；二是另行選擇適合該區域范圍的投影進行轉換。為確保數據準確性，將轉換誤差控制到最小，本文選取第二種方式，選取CGCS2000_GK_Zone_21（WKID：4499）作為研究區統一的坐標系統。

（3）拓撲構建。在表1的眾多數據中，“兩區”地塊與高標準農田兩類數據最為重要，按照《全國高標準農田建設規劃（2021—2030年）》中“兩區”耕地將全部建成高標準農田之規定，可構建如下拓撲規則：高標準農田“必須被其他要素的要素類（“兩區”地塊）覆蓋”、高標準農田“邊界必須被其他要素（“兩區”地塊）覆蓋”以及“不能重疊”。

3.質量檢查

本文制定了完善的空間數據成果質量要求體系，包括4個一級質量元素和15個二級質量元素，確保數據質量滿足要求（表2）。

表2 “兩區”數據成果質量要求

全部數據通過表2的各項測試后才可錄入“兩區”數據庫，如某項未通過，則返回數據預處理階段重新操作，直至通過測試，滿足質量要求。

4.地圖制圖

（1）地圖符號庫構建

為增強“兩區”數據可視化效果，提高專題地圖表現力，本文結合專題數據實際情況，設計并構建地圖符號庫。由表1可知，研究區數據的要素類型涉及Point（點）、Polyline（多段線）以及Ploygon（多邊形）3個類型。其中點要素符號可采用ArcGIS內置符號，并酌情調整符號大小、顏色、角度等屬性。線要素主要是行政境界線，可參考《公共地理信息通用地圖符號》（GB/T 24354-2009）中規定的基本內容及樣式設計。面要素的符號分為簡單填充符號、圖片填充符號以及標記填充符號三種，簡單填充符號色彩單一，表現力較弱；圖片填充符號制作較為簡單，但當數據量過大時常難以渲染；標記填充符號是將標記（點）與簡單填充符號相結合，可根據需要調整標記的樣式、排列方式以及填充的色彩等屬性信息。為確保可視化達到最優效果，本文選取標記填充符號作為面狀地圖符號構建方案，并設計了點狀符號7組、線狀符號2組、面狀符號15組。

（2）地圖整飾

專題地圖是地理底圖與專題數據疊加后，配合比例尺、公里格網等數學要素以及圖例、指北針等輔助要素形成的具有準確地理空間信息和較強專題表現力的地圖產品。為確保不同圖件風格統一，本文選取“天地圖·遼寧”地理信息公共服務平臺中2020年DOM影像作為地理底圖，并將相同的數學要素以及輔助要素定制成為制圖模板，只需更換不同專題數據即可實現快速成圖，實現地圖整飾自動化。

三、結論

本文提出了糧食生產功能區和重要農產品生產保護區數據空間可視化技術路線，研究了關鍵技術方法，并以大連市普蘭店區、瓦房店市以及莊河市為研究區開展了實踐，取得了如下結論：

（1）“兩區”數據具有多源、異構以及質量差異大等特點，通過數據格式轉換、統一數學表達以及拓撲構建3個技術環節，能有效統一數據標準。

（2）空間數據成果質量要求體系能夠嚴格控制“兩區”數據的質量，為數據有效利用提供支持。

（3）標記填充符號是構建面狀符號的優質方法，便于GIS平臺渲染，能夠有效提升地圖顯示效率；基于地理信息公共服務平臺的地圖整飾方案不僅能提高地理空間信息的準確性，還可滿足快速制圖的需求。

實踐表明，本文提出的技術路線為構建“兩區”數據可視化統一流程提供了技術依據，提升了“兩區”數據可視化效果，能夠為“兩區”信息精細化管理提供參考。