土地整治项目图库一体化管理模式研究

曾微波 王艳 伍泽涛

摘要：本文从我国土地整治项目的现状和需求出发，针对数据采集标准不规范、图件制作与质检返工率高、成果管理效率低下等问题，以土地整治项目管理流程为主线，以空间数据库技术为基础，设计了从外业数据采集到成果输出的土地整治项目图库一体化管理模式.经实际项目实施验证，极大提升了土地整治项目各环节的作业效率与质量，具有非常重要的参考与推广价值.

关键词：GIS;土地整治;图库一体化

中图分类号：P208  文献标识码：A  文章编号：1673-260X（2019）06-0083-04

1 引言

土地整治的基本内涵是指在一定区域内，通过采取行政、经济和法律等手段，按照土地利用总体规划、城市规划、土地整治专项规划确定的目标和用途，对土地利用现状进行调整改造、综合整治，促进土地的合理利用，提高土地集约利用率和产出率，改善生产、生活条件和生态环境的过程，其实质是合理组织土地利用[1].国内外大量实践证明，土地整治是一项系统性、综合性的复杂工程.发达国家的土地整治技术相对来说比较成熟，早在20世纪80年代，德国的巴伐利亚州已普遍应用计算机数据处理技术，建立土地整治信息系统，将各种数据、图件等资料存储在该系统中[2].而国内的土地整治起步比较晚，有关土地整治技术的研究并不多见，土地开发整理工作因其工作量巨大、纸质资料繁杂、手工管理效率低下、管理手段落后等原因，我国急需从土地整治项目的工程化、标准化、系统化等方面入手，构建土地整治项目的技术支撑体系[3].

现阶段，我国的土地整治项目中很多测绘单位都是外业测绘人员负责外业地形点的测绘和地形图的编绘，其使用的制图软件大部分都是南方CASS[4]，南方CASS软件是基于AutoCAD平台进行二次开发的数字化测绘数据采集系统，其具有强大的绘图功能和处理矢量图形的能力，但处理对象属性方面及空间分析功能欠缺，原因如下：（1）对属性信息管理的能力较弱，制图与数据库管理各成体系，导致空间数据与属性数据不能一體化管理，信息反馈渠道不畅;（2）检查图件数据是否符合规范的流程复杂，工作量巨大、自动化程度低、且质检质量难以保证;（3）制图工作流程不连续，缺乏一致的用户界面.制图数据与GIS建库数据为两套数据，无法实现数据无缝拼接[5].

图库一体化是指通过一种图形信息化技术把制图数据转换存入数据库，满足日常的空间数据管理需求，通过一种信息图形化技术再把出库数据“还原”成入库前的数据，以一种无损的、可逆的方式把制图数据、GIS数据、数据库管理等融为一体[6].在生产中由一个系统来管理制图数据成果与建库数据成果.因此，将数据放入数据库中，加强对数据质量的管理与控制，同时制图数据也随着建库数据的更新而自动更新的方式十分必要[7].

2 技术路线

本文从我国土地整治项目的现状和实际需求出发，重点考虑了外业数据采集、竣工图件自动化输出、内业成果自动提取等关键环节，对土地整治项目图库一体化管理的技术流程进行了梳理和研究，设计了土地整治项目图库一体化管理流程.

本文中，土地整治项目的图库一体化管理模式是基于外业测点数据直接导入转化成图和CASS成图导入两种方式将数据导入到Personal Geodatabase中.首先，按照国家地形图图式规定设计一体化数据制图模板制作竣工图，方便地图内容合理化表达;其次，对图件进行质检加强成果质量，确保图件成果质量后纳入批次，不合格的竣工图进行修改合格后纳入批次;再次，由于批次数据是包含整个县/镇的全部数据，对于只能储存2GB的Personal Geodatabase来说数据量较大，而File Geodatabase以一个资料夹方式存储，资料库无限制，每个表限制为1TB.因此，需将批次数据导入到File Geodatabase中完成批量数据自动化统计与输出.最后根据模板文件、映射文件及Word及Excel标签进行数据抽取以获得项目所需文本、表格材料并自动输出相关图件.

3 外业成果导入

3.1 外业测点导入

传统的外业测量人员是通过专业的测量仪器测得碎部点，将成果输入到计算机，用CASS软件绘制出地籍图[8]，按照图示符号逐点连线，通过复杂的内业数据处理进行图件生成，这种作业方式不仅复杂程度高浪费了大量的人力资源，且准确率低.为了最大程度的照顾传统的作业方式，在此提出通过将外业测得的控制点数据直接转化成GIS成果图件数据.

根据土地整治业务项目流程的实际情况导入外业测点的步骤如下：首先读取野外测点数据到同一图层中，其中每个测点数据包含四列，分别为地物编码列、X值、Y值、Z值;其次将读取到的地物编码列的前三位数值与数据库中的要素类型表进行匹配，通过要素编码确定其要素类型;再次读取同一类要素的地物编码列的后三位数值，根据其顺序判断连接关系（相邻数字为相邻点）;然后将同一类型要素可连接的点连接成线，单独的点不做处理;最后将连成的线状数据存至另一图层，自动成图.

3.2 CASS成图导入

由于AutoCAD强大的图形编辑和处理功能，很多外业测量单位都选用CAD作为数字成图的工具，对GIS软件很少了解.而随着ESRI公司的地理信息系统软件ArcGIS在国内土地、地质、测绘、交通等行业中应用的不断深入，CASS与ArcGIS直接的图形信息交互也越来越多.对于大量已经由CASS软件绘制好的图件，为了更有效地对数据进行管理，需要进行大量的数据转换工作，而在数据的转换过程中会存在转换后数据内容的丢失或者属性信息不一致的情况，降低了数据的利用率.因此，实现CASS与ArcGIS数据的无损转换十分必要[9-10].

CASS中数据几何由线构成，而ArcGIS中数据几何分为点、线、面.实现CASS到Personal Geodatabase的无损转换需通过建立CASS线型与几何点、线、面的映射关系实现.在土地整治业务中具体按照如下方式进行：①根据CASS中的地物线型、地物颜色、地物编码等参数信息，在ArcGIS中建立两者图层、地物的映射关系，并记录到地物类型编码表中;②在ArcGIS中建立周边参考点、线、面三个不同几何类型的图层，将CASS地物重新划分成ArcGIS中的点、线、面三种类型;③将CASS块数据划分成几何数据和属性数据，通过映射关系与几何数据构建Personal Geodatabase格式的图层要素;④通过映射关系与属性数据填充图层属性，完成数据预处理.

4 基于自定义规则的图件质检

为了加强测绘成果质量，确保图件成果质量，图件质检是检查图件数据是否符合规范的必要程序.南方CASS软件是基于AutoCAD平台进行二次开发的数字化测绘数据采集系统，其具有强大的绘圖功能和处理矢量图形的能力，但CAD缺乏较强的对空间数据信息的描述和分析功能[11].而传统的图件数据检查主要是人工检查，在检查效率、检查正确性方面都存在很大的问题，存档资料杂乱无章和报告的规范性差，并对于检查出的错误进行人工修改，以离线方式向广大用户提供纸质地图和基础地理数据，这种方式已无法满足现代社会对测绘成果信息快速获取与集成应用的需求[12].因此，针对此问题提出了流程化自动质检技术，将质检工作变得简单快捷.

4.1 制定质检规则

图件质检规则主要分为几何错误、拓扑关系错误、违反特定业务规则错误等三大类型，如土地整治业务项目中的边界线严重错误属于几何错误，坎坡方向与高程值逻辑不一致属于拓扑关系错误，而竣工图、勘测图、界址点等文件命名不规范则属于特定的业务规则错误，在土地整治业务项目中按照要求制定的部分典型的质检项如表1所示.

4.2 配置质检规则与处理

在包含房屋、道路、坡坎等地物类型的土地整治业务项目中，遍历当前存在的数据类型和地物类型，查询质检规则表筛选并配置出“房屋直角、无压盖”“房屋、道路要标志材质”“坡坎上下高差不符合要求”等质检规则，这种遍历当前数据库中存在的数据类型和地物类型，查询质检规则表筛选质检规则，并自动配置筛选出来的质检规则的方式大大提高了质检效率.根据筛选出的质检规则，对图层各要素进行图形错误、拓扑错误的分析与检查;如土地整治业务项目中“坡坎方向应与高程值逻辑一致”质检项，在ArcGIS数据管理模式下，坡坎与高程点分别存储在不同的图层中，因此需要通过遍历坡坎图层要素，获取坡坎要素方向，并与高程点要素进行空间位置分析，获取坡坎两边的高程点，判断坡坎方向与对应高程值是否正确，完成该项质检规则检查;遍历所有质检规则，并将错误信息加载到错误列表中显示，同时在错误信息中记录对应的要素ID信息，用于快速查找修改质检错误，完成自动化质检与处理.

5 成果管理与输出

5.1 图件成果模板设计

出图数据的核心在于图面的表示，即按照图式要求对地图内容进行合理化表达，应先严格按照土地整治竣工图制图规范制作一体化数据制图模板，确保制图输出时符合相关的规定与要求.本文通过设计多种比例尺的制图模板实现土地整治竣工图的所见即所得的绘制.定义要素的几何分类、分层、属性、地图符号、图廓整饰等内容.在制图表达模板定制时，根据地图表示地区范围的大小、图幅的大小和表示内容的详略等不同情况设计1：500或1：1000等不同比例尺模板，图层按照自上而下的空间位置排放顺序以解决点、线、面三类特征要素的压盖，同时也要设计好同一图层内各要素的叠置关系[13].例如在土地整治业务项目工作中1：500比例尺下图件模板的设计如图3所示：

模板中要素划分制图常量和制图变量，如地图整饰整体模板配置图内外图框、比例尺、图例、指北针等分为制图常量元素，图名、编图单位、编图时间、面积明细表、文字注记等划分为制图变量元素，利用ArcGIS分别创建mxd工作空间文件和mxt制图模板文件，按照CASS的符号效果创建和定制每个要素类的制图表达规则，加载数据到模板中，通过制图表达规则实现对各层数据的动态符号化显示，在此基础上进行图面编辑工作，满足制图的要求.正确地进行制图模板的设计在图库一体化生产过程中可保证建库数据与制图数据的一致性.

5.2 数据抽取与自动化输出

数据抽取是指从原始数据中抽取出感兴趣数据的过程，对地理数据的提取基于数据的属性值、空间范围以及地理特征.在土地整治业务项目中有大量的报批报验统计材料，主要分为图件材料和文本材料，其来源于单幅竣工图图件信息.其中图件材料主要包含土地利用现状图、整治规划图等反映土地利用现状及土地利用布局等内容的图件;文本材料主要包含土地整治项目整个流程的证明、报告及验收等材料.如下图4中，展示了如何利用Excel书签建立映射关系表达式，从土地整治批次数据库中自动抽取报批、报验材料所需各种表格数据的过程：

文本材料的抽取方式是根据其类型创建模板文件，针对模板文件创建映射文件，建立模板文件与映射文件之间的对应关系来实现的[14].表格文件抽取具体按照如下方式进行：①根据表格类型创建表格模板文件，确定每个具体单元格插入值的属性，设置Excel书签记录表格变量位置信息;②针对表格模板文件创建映射文件，映射文件记录插入单元格的目标位置、目标来源文件、具体表名、来源类型等属性信息;③遍历表格模板文件中Excel书签记录，根据变量的标记从源数据（竣工图批次图件数据）中抽取需要数据;④根据映射关系中记录的单元格填充公式：单元填充、多元拼接及多元运算多种类型，判断单元格填充方式，统计汇总，自动插入与更新统计数据信息;⑤通过这种方法处理所有表格材料模板文件，并统一输出到指定目录，完成批量表格数据的自动化统计与输出.

6 结语

本文对土地整治项目的图库一体化管理模式进行研究，针对数据采集标准不规范、图件制作与质检返工率高、成果管理效率低下等问题，开发CASS-ArcGIS的转换、自动数据抽取、自动图件质检与批量图件输出等模块，构建出一套工程化、标准化、系统化的土地整治数据采集与图件成果管理图库一体化模式.运用此模式制作单幅竣工图的速度是传统作业模式的2-3倍;而对于批量数据抽取的处理效率随着数据量的增大更显优势.实际项目实施中，处理一个具有53幅竣工图的乡镇批次，在传统作业模式下消耗28人时，而此模式下仅耗时3.2人时，是传统作业模式的8-9倍.实践证明，应用图库一体化管理模式可有效提高土地整治采集与处理工作的精度和效率，极大提升土地整治项目各环节的作业效率与工作质量，具有极为重要的应用与推广价值.

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