ArcPy在湖北省造林绿化适宜性评估质检工作中的应用研究

李佩峰 宋 雷 李书献 何志杰 张之勇

(湖北省林业调查规划院 武汉 430075)

为科学落实规划造林绿化空间，根据自然资源部、国家林业和草原局《关于在国土空间规划中明确造林绿化空间的通知》的要求[1]，参照国家《造林绿化空间调查评估技术方案》(以下简称《技术方案》)，湖北省开展造林绿化适宜性评估工作。

经统计，湖北省103个行政单位共下发国家级图斑面积42.07万hm2，区划23.38万个图斑；省级补充图斑面积37.79万hm2，区划69.63万个图斑，涉及单位多、覆盖面广、数据量大。对各县市区提交的数据进行准确快速的质量检查，确保全省适宜造林成果数据符合国家审核要求十分关键，利用ArcPy完成湖北省造林绿化适宜性评估质检工作[2]，能够帮助基层林业调查人员和省级项目检查人员及时发现错误，减轻内业工作强度，提升林业科技创新能力。

1 研究内容

根据对国家造林绿化适宜性评估标准、检查验收办法、省级核查技术方案以及相关政策文件的研究和分析，构建造林绿化适宜性评估指标体系，对造林绿化空间适宜性评估成果数据(以下简称“评估成果”)的检查主要包括属性检查、图形检查两个方面，其中属性检查主要是对每个造林图斑的属性信息进行完整性、规范性、逻辑性、准确性检查；图形检查主要涉及《技术方案》中国家级下发图斑是否全部保留入库，以及成果数据是否存在重叠、多部件等错误。

本次适宜性评估工作是在ArcGIS软件中进行，利用软件实现对数据的属性编辑、数据管理、空间处理等[3]。人工使用ArcGIS软件进行数据检查不仅效率低，而且重复的操作容易出现错误，利用ArcPy(Python语言编写的ArcGIS数据处理站点包)编写脚本工具实现自动化操作[4]，既可提高数据处理效率，节约时间，又可保证每次处理的准确性[5]，并且根据《技术方案》制定的工具步骤易学，可将属性检查、图形检查、面积重新计算等操作进行整合，提高了评估成果检查的效率，研究工具质检对湖北省造林绿化适宜性评估项目是可行性的，为今后相似的林业数据库成果验收提供新思路[6]。

2 造林绿化适宜性评估指标体系

参照自然资源部、国家林业和草原局《技术方案》标准，结合湖北省实际情况，构建湖北省造林绿化适宜性评估指标体系。其中前置评估条件主要包括地类现状、限制地类2项；土地不适宜性指标主要包括降水量、海拔、坡度、土层厚度、其他因子等5项(表1)。

表1 湖北省造林绿化适宜性评估指标体系

对所有下发图斑和补充图斑的上述指标逐项评估，确定“适宜”和“不适宜”造林绿化空间的图斑，形成规划造林数据库。

3 工具设计与实现

3.1 基础运行环境

处理器CPU Intel(R) Core(TM) i5-6200U CPU @ 2.30GHz；内存：8G；操作系统：Windows 7 64bit；软件：ArcGIS 10.5 for Desktop Advanced。

3.2 功能设计

工具界面简洁易操作，设计了4个输入参数，分别为成果数据库路径、国家下发图层路径、省级补充图层路径、输出文件路径，将需要检查的评估成果放入对应的路径后点击“确定”开始运行检查工具(图1)。

图1 湖北省造林绿化空间调查检查工具界面

质检工具功能设计为4个部分[7-8]：

(1)完整性质检：按照《技术方案》成果提交要求进行检查，包括数据库命名、成果图层命名、坐标系参数、字段结构等4项检查。

(2)规范性质检：以《技术方案》中数据库代码表为填写规范，逐个字段检查填写的规范性。

(3)逻辑关系质检：以适宜性评估指标体系为依据，检查字段之间的逻辑关系。

(4)图形质检：以《技术方案》中审核参考目录为标准进行检查，包括图形范围、重叠、自相交、多部件等四项检查[9](图2～5)。

图2 完整性检查运行界面

图3 规范性检查运行界面

图4 逻辑关系检查运行界面

图5 图形检查运行界面

3.3 功能实现

3.3.1 完整性质检

以数据库命名为例，将全省103个行政单位的代码提前输入到工具内部，被检查的数据库名字会被下划线“_”进行拆分，采用逐一对比的方法，对前6位行政代码进行比对，若命名的行政代码与103个代码其中一个相同，则通过检查。实现代码如下：

gdb_name=os.path.basename(input_gdb)

xdm=gdb_name.split('_')[0]

if xdm not in XZQ_DM:

arcpy.AddError("错误")

3.3.2 规范性质检

以“坡度”字段为例，《技术方案》要求填写代码“1”“2”“3”，检查时获取成果图层“坡度”字段属性值，将不符合的图斑标记为错误。实现代码如下：

sql_dict={"PO_DU_check":"PO_DU not in (1,2,3) ",......}

for ck_field in check_field_list:

arcpy.MakeFeatureLayer_management(layer, "lyr", sql_dict[ck_field])

arcpy.CalculateField_management("lyr", ck_field, "1", "PYTHON")

3.3.3 逻辑关系质检

字段之间的逻辑关系需要对《技术方案》进行分析、研究后制定出普遍的逻辑关系，将逻辑关系对应的sql语句写出，以“是否适宜”为例，若某图斑评估为“适宜”，则该图斑相应的字段必须符合以下条件：①地类字段填写范围为“0303”“0304”“030401”；②限制地类字段必须为空；③降水量字段填写为400 mm以上、海拔字段填写为2 000 m以下、坡度字段填写35°以下、土层厚度字段填写30 cm以上、石漠化等级字段填写为轻度以下。检查时将成果图层创建为要素图层，将要素图层按属性查询，选择出逻辑关系错误的图斑，导出至检查数据库。

arcpy.MakeFeatureLayer_management(input_lyr,"lyr")

arcpy.SelectLayerByAttribute_management("lyr","NEW_SELECTION",sql)

arcpy.CopyFeatures_management("lyr",error_layer)

3.3.4 图形质检

以图形范围检查为例，根据《技术方案》要求，国家级下发图斑要全部保留，项目组采用“分类比对”的方式，在数据库模板中加入“数据来源”字段，国家下发图斑填写代码“1”，评估成果中数据来源填写1的图斑与国家原始下发图斑进行交集取反，若有图斑生成，则报错。实现代码如下：

arcpy.MakeFeatureLayer_management(input_lyr,"lyr")

arcpy.SelectLayerByAttribute_management("lyr","NEW_SELECTION","SJLY='1'")

arcpy.CopyFeatures_management("lyr","sjly1")

arcpy.SymDiff_analysis("sjly1",gjj,error_layer)

4 结果与分析

项目组对湖北省房县、孝昌县、浠水县、嘉鱼县、潜江市5个单位的人工质检和工具质检情况进行了对比试验[10]，发现评估成果中存在多处错误，并将错误情况输出到txt文件中反馈至县市人员。将工具质检的检查时间、检查质量与人工质检进行对比(表2)。检查时间为平均每个县级单位所耗时间；检查质量由项目组专家根据《技术方案》进行综合评定，《技术方案》中要求“按不低于上报图斑数量1%进行抽查核查，抽查结果合格率应大于95%”，专家组以此采用“优、良、中、差”四级评定，合格率≥95%评定为“优”，90%≤合格率<95%评定为“良”，85%≤合格率<90%评定为“中”，合格率<85%评定为“差”。

表2 人工质检和工具质检的对比

由此可得出以下几点结果：

(1)平均每个县级单位人工质检所耗时间为195 min，工具质检所耗时间为11 min，人工质检时间远大于工具质检时间。

(2)人工质检完整性、逻辑关系检查质量为“优”，规范性检查质量为“中”，图形检查质量为“良”，人工质检在逻辑关系检查时可根据数据库“备注”内容进行人工分析，但长时间的检查中会出现部分操作遗漏或错误等现象。

(3)工具质检完整性、规范性、图形检查质量为“优”，逻辑关系检查质量为“良”，因为工具质检在逻辑关系检查时无法自动分析数据库“备注”内容。

(4)人工质检规范性、图形检查质量差于工具质检，逻辑关系优于工具质检。

综上所述，工具质检效率高于人工质检，检查质量能够满足工作需要，逻辑关系质检需要工具质检完成后人工补充质检，ArcPy可以在湖北省造林绿化适宜性评估质检工作中推广应用。

5 结语

湖北省造林情况复杂多样，逻辑关系的制定不能兼顾到所有县市的特殊情况，随着分类标准逐渐清晰，逻辑关系更加明确，判定原因更加具体，工具也需要不断地进行完善与更新，从而满足最新工作要求，下一步将继续优化工具，将县代码与逻辑关系结合起来，能够更加因地制宜地检查成果数据库。

质检工具只能判断评估成果是否符合既定的要求，对真实性无法做出判断，这也是很多计算机工具的通病，省级检查人员需要把工具与人工检查结合起来，提高效率的同时也保证造林绿化适宜性评估准确性。