基于ArcGIS的土壤信息数据库构建

舒博宁 ，时 青 ，李 栋

（1.济宁市水文局，山东 济宁 272019；2.青岛市水文局，山东 青岛 266071）

数据库是信息管理的基础，信息系统是实现信息高效运用的手段。地理信息系统（GIS）作为一种图形、图像化的信息系统，在计算机的辅助下，运用地理空间模型的构建和分析方法，对空间数据收集、整理、操作、分析，适时地提供空间和动态的地理信息，它可以清晰、准确的将地理实体的质量、数量、空间分布特征、空间拓扑关系和周期规律等以图形、图像化的方式表达，而借此视图形式的结果更利于管理者、决策者及时、准确的了解具体情况，快速的制定出最佳方案。因此，将GIS引入土壤空间数据库系统的建设工作必然使数据更加直观化、正确化。ArcGIS是一套完整的GIS平台产品，具有强大的地图制作、空间数据管理、空间分析、空间信息整合、发布与共享的能力；具有高级的地理分析和处理能力、提供强大的编辑工具、拥有完整的地图生产过程，以及无限的数据和地图分享体验。

基于ArcGIS软件平台，结合青岛市1∶50000地形图和青岛市1∶200000万土壤类型分布图，以青岛市大沽河流域为研究区域，收集整理了流域内行政区划、地形、河流等重要基础数据和地下水、降雨量等重要水文数据，基于ArcGIS软件平台构建了大沽河流域土壤信息数据库，为大沽河流域土壤理化性质的调查、统计、存储和地下水与土壤水联合管理提供高效便捷的数据库支撑。

1 数据库构建

1.1 土壤信息数据库组成

大沽河流域土壤信息数据库主要分为基础空间数据库、土壤属性信息库二大类（图1）。基础空间数据库：包括流域地形、水系、行政区划等,主要来源于青岛市1∶50000地形图的基础数据，空间数据库的创建主要是通过ArcGIS软件进行图形数据的采集与编辑，建成不同的点要素、线要素和面要素等组成的地理数据库(GeoDatabase)。空间数据库表按对象类型分为点数据、线数据和面数据，以点信息存储的数据表有土壤取样点、雨量站、地下水位站，以线数据存储的有主要河流、铁路线、高速公路、行政边界，以面数据存储的有水库、县市区域、青岛市域、相关县域。空间数据库与属性数据库之间是相互对应的,通过关键字相关联接。土壤信息数据库：包括土壤粒径分布、有机质含量、氧化还原电位、电导率、pH、全氮和氧化铁、氧化锰等。

1.2 土壤信息数据库创建方法

基于ArcGIS的土壤数据库采用ArcCatalo创建，主要方法如下：

1）地理数据库创建。启动ArcCatalog，在既定目录下创数据库“大沽河流域土壤信息数据库.mdb”。

图1 大沽河流域土壤信息数据库组成图

2）要素集创建。在已创建的地理数据库下创建地理底图要素集，然后在随后出现的对话框里定义要素集的坐标系及其投影，这里选择用经纬度存储地理坐标数据，具体选择“GeographicCoordinateSystems”下的CGCS_2000坐标系。在要素集中定义空间参照系是为了让同一要素集中的要素类享有同一空间参照系，这样要素集内的要素类之间才可以建立拓扑关系。在已创建的要素集下按照已经定义的要素类及其属性，分别定义点、线、面各要素类，并在各要素类的属性页面输入要素类的属性，同时按设计要求选择属性的约束条件。

3）基础空间数据输入。大沽河流域土壤信息数据库数据录入主要分为基础属性数据录入和土壤属性数据录入。数据输入为整个系统提供最为基础的空间数据和属性数据，主要来源于大沽河流域1∶50000地形图及一些水文监测、野外调查的相关地理空间数据。按照统一数据的格式及坐标系统并根据数据的类型、属性进行分类，使数据符合入库标准；通过ArcGIS平台根据数据的内容、类别、属性及需要采用的坐标系建立数据库，形成大沽河流域1∶50000空间数据分布图。

4）土壤属性数据处理及录入。数据库设计遵从关系数据库建设基本原则，根据不同剖面将包含重复数据的表拆分成若干个没有重复的表，建立表与表之间的关系，通过一对多的关系,实现记录查询检索功能。流域土壤信息数据库，包括土壤分类信息、采样点信息、剖面层次分类、土层物理性质和化学性质等类别，每一个取样点土壤剖面分为2～3层，每层包含地理位置、采样时间、经纬度、地面高程、有机质含量、氧化还原电位、电导率、pH、全氮和氧化铁、氧化锰等13项属性数据，为了保证这些属性的正确空间位置，将获取的土壤理化性质数据按照不同的取样层次分为表层、中间层和底层三个数据表格，建好的数据库通过统一的编码和数据格式,包括具体的文本和数值格式要求，将空间数据库和属性数据库连接起来，以便进行数据的入库和操作管理，大沽河流域土壤属性数据库字段结构表见表1所示。按照统一的数据结构将土壤信息数据输入完成后，土壤信息数据便以数据库格式存储在“大沽河流域土壤信息数据库.mdb”中，在ArcGIS桌面地图软件ArcMAP窗口下，可以按照数据库指定的空间属性数据加载到大沽河流域地图中，也可以输出成“.shp”格式的图层文件，方便加载使用。ArcGIS同时支持Excel数据格式的属性数据导入，因此也可以将采集的土壤信息数据按照设定的数据格式存储在Excel表中，直接导入ArcGIS工作空间，然后导出到土壤信息数据库工作表中。 系统生成的数据库以MicrosoftAccess支持的“.mdb”文件存储。

表1 土壤属性数据库字段结构表

2 数据库查询和管理

基于ArcGIS的大沽河流域土壤信息数据库将土壤的理化性状作了详细归纳，它一方面可以为流域土壤资源信息系统的创建提供数据库支撑，另一方面可以单独作为一个完整的土壤信息数据库查询与检索系统。土壤信息数据库建成后，可以实现土壤理化性质数据的查询、数据的添加、删除和修改、统计分析、地图文档加载、地图浏览和输出等各种数据库管理功能。

2.1 数据查询

1）地图浏览和查询。ArcMap是一个可用于数据输入、编辑、查询、分析等功能的应用程序，具有基于地图的所有功能，实现地图制图、地图分析、地图编辑等功能。用户可以点击土层栏浏览土壤数据库成果地图，分层显示大沽河流域土壤采样点空间分布图，从而直观地显示土壤信息采样点的在流域内的空间分布，点击菜单上的识别要素按钮，点取要素（点、线、面状）时，弹出（查询结果）对话框，显示该要素的属性值，从而查询每一个土壤取样点的空间属性和理化性质属性值。

2）属性数据条件查询。数据库还可以根据用户的要求，设置不同的属性值查询条件进行土壤数据信息的查询，比如要查询所有土壤表层采样点中有机质含量大于10g/kg的土壤采样点信息，可以在图层中打开属性表，点击按属性选择，输入查询条件，实现对有机质含量大于10g/kg的土壤采样点的查询，同时在地图中符合查询条件的采样点信息被突出显示出来，从而实现属性数据和空间分布的组合查询。用户还可以设置其他不同的组合查询条件进行查询。

2.2 数据的修改、添加和删除

数据库可以实现各种相关数据的修改、添加和删除等各种编辑功能，在ArcMAP“开始编辑”状态下，可以很容易实现具体属性数据的修改。在ArcCatalog和ArcMap和窗口下均可以实现属性数据的添加，包括要素类的添加和属性字段的添加，在添加字段对话框中，为新字段命名并选择数据类型，并设置相应的字段特性。

2.3 统计分析和图表创建

基于ArcGIS的流域土壤信息数据库系统还可以实现属性数据的排序、汇总等各种统计分析功能，同时根据需要创建各种属性数据的分析图表，图2为土壤采样点表层有机质直方图，从图中可以看出,大沽河流域表层土壤有机质多数在10g/kg左右。

图2 土壤采样点表层有机质直方图

2.4 地图输出

地图输出是数据库系统的重要功能，借助ArcGIS强大的地图定制功能，用户通过点击功能菜单选择功能，选择“导出”、“地图打印”，并选择文件路径及文件名、按照格式指定格式输出地图执行地图输出。

3 结论

利用ArcGIS所具有强大的地图制作、空间数据管理、空间分析、空间信息整合、发布与共享的功能，将青岛市大沽河流域内基础水文、土壤等数据构建了大沽河流域土壤信息数据库，实现了对大沽河流域土壤理化性质的调查、统计、存储的实时化、智能化的管理。

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