ArcGIS模型构建器在国土变更调查工作中的应用_张凡.pdf

地球科学与环境工程河南科技Henan Science and Technology总第806期第12期2023年6月ArcGIS模型构建器在国土变更调查工作中的应用张凡1,2储金龙2,3李久林2,3李成1（1.合肥市测绘设计研究院，安徽合肥230001；2.安徽建筑大学建筑与规划学院，安徽合肥230601；3.安徽省城镇化建设协同创新中心，安徽合肥230601）摘要：【目的目的】利用ArcGIS模型构建器构建流程化工具优化国土变更调查工作流程。【方法方法】通过梳理国土变更调查技术要点，结合安徽省某县实际作业流程，在举证图斑制作、内业检查、耕地属性维护、举证信息表制作等方面利用ArcGIS中的模型构建器制作模型工具。【结果结果】工作人员只需简单操作即可完成复杂的数据处理、检查和表格制作。【结论结论】ArcGIS模型构建器在优化工作流程、提升工作效率的同时还能避免因软件频繁操作可能产生的失误。关键词：ArcGIS；模型构建器；国土变更调查中图分类号：P208文献标志码：A文章编号：1003-5168（2023）12-0097-04DOI：10.19968/ki.hnkj.1003-5168.2023.12.019Application of ArcGIS Model Builder in Land Change SurveyZHANG Fan1,2CHU Jinlong2,3LI Jiulin2,3LI Cheng1(1.Hefei Surveying Mapping Design&Research Institute,Hefei 230001,China;2.School of Architecture and Planning,Anhui Jianzhu University,Hefei 230601,China;3.Research Center of Urbanization Development in Anhui Province,Hefei 230601,China）Abstract:Purposes Use ArcGIS model builder to build a process tool to optimize the work flow of landchange survey.Methods By combing the technical points of land change survey and combining with theactual operation process of a county in Anhui Province,the model builder in ArcGIS is used to makemodel tools in the aspects of the production of evidential maps,interior inspection,cultivated land attribute maintenance,and the production of evidential information tables.Findings The staff can completecomplex data processing,checking and tabulation with simple operations.Conclusions The workflowhas been optimized to improve work efficiency and avoid possible errors due to frequent software operation.Keywords:ArcGIS;model builder;land change surve0引言土地调查条例 规定，根据国民经济和社会发展需要，每10年需进行一次全国土地调查；根据土地管理工作的需要，每年需进行土地变更调查。其目的是全面查清土地资源利用状况，掌握真实准确的土地基础数据，这些数据是有效保护土地资源、合理利用土地的基础依据，也为制定宏观调控政策收稿日期：2023-02-17作者简介：张凡（1993），男，硕士，助理工程师，研究方向：地理信息与城乡规划管理。通信作者：储金龙（1964），男，博士，教授，研究方向：城市与区域规划理论和方法、传统聚落保护与利用、乡村规划与建设等。98第12期和经济社会发展规划提供参考。ArcGIS模型工具是通过ArcGIS的模型构建器构建相应的模型，把若干个操作步骤设定为一项工作程序，对数据、图层等操作进行处理的过程1。ArcGIS模型工具具有操作简单、可视化、运行稳定等优点，因此众多学者基于ArcGIS模型构建器 在不同领域进行了交叉研究2。在土地调查方面，王杰等3利用ArcGIS模型构建器制作了数据质检工具，提升了国土调查数据质检环节的效率和准确度。陈怀文4对三调中地类变化类型进行了梳理，利用 ArcGIS的模型构建器制作了标注流程，实现了调查前后地类代码变化类型的提取。王嘉伟等5制作了林区耕地标注、新增耕地标注、属性一致图斑相邻融合相关工具，一定程度上给内业建库人员提供了便利。赵璟6利用模型构建器完成了举证图斑和地类图斑属性一致性的检查。以上研究结合国土调查工作内容在不同方面做了有益尝试，解决了部分技术难题，但功能依然较为单一。变更调查工作具有专业性强、数据规范性高的特点，在外业举证、内业上图、数据建库及成果汇交阶段都有严格要求，因此，本研究根据自然资源部 国土变更调查技术规程（2022年度适用）（以下简称 技术规程），在外业举证、数据属性维护、质量检查和成果表格制作等阶段，分别利用ArcGIS模型构建器制作流程化工具，力求优化国土变更调查作业流程、提升工作效率。1县级国土变更调查工作内容根据 技术规程 要求及 安徽省年度国土变更调查工作手册 相关内容，县级国土变更调查工作内容主要有前期准备、调查举证、内业上图、数据建库、成果汇总和质量检查等六个方面，作业流程如图 1 所示。其中前期准备包括方案制定、人员培训、资料收集和仪器设备准备等；调查举证是结合有关专项监测及自然资源管理成果，统一制作调查底图，开展实地调查和举证；内业上图是根据前期提取变化图斑，结合最新遥感影像和调查举证成果，对数据库地类、城镇村属性和种植属性等进行修改，同步更新单独图层并做好属性维护；内业上图完成后利用建库软件建库；然后根据成果目录制作相关表格对数据进行汇总；最后利用“年度国土变更调查县级数据库质量检查软件”（以下简称质检软件）和“安徽年度国土变更调查成果内业核查软件”（以下简称核查软件）进行质量检查，未通过的部分仍需进一步调查举证和修改，待质量检查通过后提交上一级检查。本研究以安徽省某县（面积约2 000 km2）为例，研究ArcGIS Model Builder在国土变更调查不同环节中的应用，根据 技术规程 要求制作模型工具，将作业过程中用到的不同数据和多种工具集合在一起，使复杂的数据处理流程得到简化，大幅度缩短了工作人员操作软件所需的时间，极大提升了工作效率。2模型构建器在变更调查中的应用2.1举证图斑制作在外业举证环节，需要对举证图斑进行标准化处理，根据数据模板的格式和字段要求制作举证数据。其中监测编号（jcbh）字段编号规则为6位县级行政区代码+DF+5位流水号（如：340000DF00001），必须严格满足此规则才能上传至举证系统。手工制作的方式为利用GIS软件逐字段计算，在计算过程中容易出现填写错误或编号重复等情况，因此利用 ArcGIS模型构建器工具制作流程化工具，运行界面如图2所示。该工具运行原理是对输入shp数据进行多次字段计算，分别计算监测面积、行政区代码、监测编号、图斑类型、特征和备注字段，表达式为相关字符串变量，可以在模型中设置初始值，也可以根据数据情况分别输入。在计算监测编号时，利用字段计算器内置表达式编写python代码块，使监测编号满足行政区代码+DF+5位流水号的要求，举证图斑处理模型如图3所示。使用该工具约35s即可完成图1国土变更调查县级作业流程张凡，等.ArcGIS模型构建器在国土变更调查工作中的应用前期准备调查举证内业上图数据建库成果汇总质量检查不通过通过方案制定、人员培训、资料收集、仪器设备准备外业调查工作底图制作图斑举证外业调查地类认定、城镇村属性和种植属性标注、单独图层更新、属性维护提交上级检查遥感监测成果、外业调查成果、数据库成果、图斑信息核实各类报表、文字成果第12期99所有必填字段计算，满足上传系统的要求，效率比手动操作提升约20倍，简化工作流程的同时也有效降低了出错的概率。2.2地类图斑属性逻辑检查在内业上图、数据建库和质量检查阶段，一般会利用不同的软件平台完成操作，如安徽省某县在内业上图时使用ArcGIS软件，数据建库时利用“苍穹三调县级数据库更新系统”（以下简称建库软件），建库完成后利用质检软件与核查软件配合进行质量检查。由于变更调查工作工期短，工作量大，工作人员很难在短时间内完全掌握所有软件。而数据建库的效率和成果质量一般取决于前期内业上图质量，换言之，内业上图质量高，则建库更加顺利、质量检查通过率更高，因此在内业上图阶段对数据质量进行检查很有必要。本研究根据 技术规程 结合相关质量检查规则，然后利用ArcGIS模型构建器制作检查工具，运行界面如图4所示。该模型工具操作简便，可以对全部数据进行检查，也可以根据不同工作人员的任务区域进行自检，并且可按需要增加或删除检查规则，灵活性较高。对安徽省某县全部变更图斑运行检查工具，约2 min完成20项检查规则，运行结果自动保存到数据库中，如图5所示。而手工进行检查操作则需要30 min以上，并且会产生大量过程数据。2.3耕地属性维护国土变更调查中将耕地分为 15共五个坡度等级，对于新增耕地和对原耕地分割或合并的，应根据坡度图数据调整坡度级别。该项维护一般在建库软件中进行，但在前期建库时维护项目内容过多，建库软件容易出现延时或报错等情况，因此在ArcGIS中构建模型维护耕地坡度级别，并同步更新耕地类型、扣除地类系数、扣除地类编码等字段，维护后可减少建库时的属性维护项，工具运行界面如图6所示。安徽省某县使用建库软件维护耕地坡度约15 min，而本模型工具用时约7.5 min，有效地缩短了建库时间。该模型工具只需输入地类图斑和坡度图数据，即可自动计算所有耕地的坡度级别，筛选出面积最大的坡度级别后计算到耕地坡度级别字段，并输出图2举证图斑制作工具运行界面图3举证图斑处理模型举证图斑shp模板p计算监测面积shp1shp2shp3shp4shp5shp6计算行政区代码计算图斑类型计算备注计算监测编号计算特征XZQDM行政区代JCBH初始监测编号TBLX图斑类型TZ特征BZ备注ppppp图4内业上图自检工具图5自检模型运行数据结果图6耕地坡度维护运行界面张凡，等.ArcGIS模型构建器在国土变更调查工作中的应用举证图斑制作举证图斑shp模板格式XZQDM行政区代码340000JCBH初始监测编号TBLX图斑类型TZ特征BZ备注内业上图自检工具确定取消环境显示帮助工作空间（gdb）基础库地类图斑基础库推土区变更地类图斑推土区更新拆除未尽区更新确定取消环境显示帮助耕地坡度级别赋值确定取消环境显示帮助地类图斑坡度图输出地类图斑检查1变更地类图斑自身重叠检查2推土区未按原地类调查检查3推土区内耕地种植属性未标注未耕检查4新增推土区内耕地种植属性未标注未耕检查5拆除未尽区未按建设用地调查检查6拆除未尽区未按原建设用地调查检查7拆除未尽和推土区重叠检查8新增耕地标注未耕属性检查9新增水田检查10耕地变草地检查 未标注恢复属性检查11恢复地类变草地 未标注恢复属性检查12非耕地不应标注种植属性检查13耕地种植属性错误检查14非园地、林地、草地、坑塘标注恢复属性检查15新增恢复属性为即可恢复检查16变更图斑内的线状地物宽度为0检查17变更图斑内的非线状地物宽度大于0检查18地类图斑小于30平方米检查19园地林地坑塘 应标恢复属性的检查20园地林地坑塘 不应标恢复属性的100第12期为新的数据。模型构建具体步骤如下：从地类图斑中筛选出耕地；添加唯一标记字段，按顺序编码；将耕地数据与坡度图（PDT）数据相交，使每个耕地数据与坡度级别进行关联；对相交后数据按照标记字段和PDJB字段融合；按标记字段和SHAPE_Area 字段降序（DESCENDING）排序；使用删除相同的工具按照标记字段删除相同的；之后对数据用要素转点工具生成图斑内部点，用于空间连接；将输入地类图斑数据与点要素进行空间连接；计算耕地坡度级别字段，最后删除标记、PDJB、Join_Count和TARGET_FID等无关字段。耕地坡度维护实现过程如图7所示。2.4举证信息表制作数据建库完成后，进行成果汇总并准备提交，该阶段需制作图斑信息核实各类报表，其中举证信息表用于关联地类图斑和外业举证照片。根据 技术规程 要求，所有举证图斑需提交举证信息表，格式为mdb，“对应图斑标识码”和“举证地块编号”必须对应，且“对应图斑标识码”必须唯一，“举证地块编号”填写多个时，用“/”分开。该表格涉及空间数据处理和属性表格填写，制作过程较为烦琐，通常由熟练的技术人员完成制作，同时需要格外细心以避免出错。通过构建模型制作举证信息表，简化了作业流程，只需要汇总举证图斑和类举标注，将数据库成果中的地类图斑年末库和地类图斑更新过程同时输入到工具运行窗口，即可自动生成mdb格式的举证信息表，并同步提取“农变未”填写到类举标注字段（见图8）。举证信息表自动化制作程序设计思路为：首先根据 技术规程 中的格式要求新建mdb格式的举证信息表并添加相关字段，然后利用空间连接工具将地类图斑年末库与举证图斑、类举标注、地类图斑更新过程中提取的农变未图斑分别进行空间连接，最后将生成的数据追加到举证信息表中，需要说明的是，举证图斑中必须有“jcbh”字段，类举标注数据中必须有“类举标注”字段。安徽省某县使用该工具制作举证信息表用时约3 min，比手动操作效率提升约4倍左右，即使是初次接触国土变更调查也可以快速完成举证信息表的制作，减少了工作人员在忙乱中出错的可能性，一定程度上减轻了数据汇总阶段的工作量。3结论本研究通过梳理国土变更调查技术规程中的技术要求，结合安徽省某县变更调查业务实际作业流程，利用ArcGIS模型构建器制作流程化工具，应用于国土调查的外业举证、内业检查、属性维护和成果汇交等工作阶段，经测试在不同环节工作效率提升了数倍到数十倍。模型工具简化了作业流程，结果准确，避免因多次操作产生的冗余数据，提升了工作效率和准确度。模型构建器可以根据国土调查规则灵活调整，为国土变更调查工作人员提供了便利。此外，可以结合自然资源调查监测、国土空间规划等业务的特点，用于后续研究。参考文献:1 李海涛.ArcGIS模型工具在林业规划设计中的应用J.绿色科技，2019（21）：177-179.2 张笑涵.基于模型构建器与AE的卫片执法自动化套合图研究与应用 J.城市勘测，2021（5）：94-97.3 王杰，范宪创.ArcGIS模型构建器在第三次国土调查数据质检中的应用 J.地理空间信息，2021，19（7）：61-63，105，7.4 陈怀文.基于模型构建器的三调地类变化类型标注方法研究 J.国土资源导刊，2021，18（1）：7-11.5 王嘉伟，孙漳林，唐伟建.ArcGIS模型构建器和Python语言在第三次全国国土调查数据处理中的应用 J.长春工程学院学报（自然科学版），2020，21（4）：34-38.6 赵璟.基于模型构建器检查第三次国土调查图斑与举证图斑属性信息一致性 J.矿山测量，2020，48（4）：68-71.图7耕地坡度维护实现过程图8mdb格式举证信息表（部分）张凡，等.ArcGIS模型构建器在国土变更调查工作中的应用地类图斑耕地筛选耕地地类图斑地类图斑耕地2地类图斑耕地3地类图斑融合地类图斑相交地类图斑融合2地类图斑融合3地类图斑排序地类图斑排序2地类图斑要素转输出地类图斑输出地类图斑2输出地类图斑3添加标记字段计算标记字段添加面积字段计算面积字段按标记和面积排序计算GDPDJB字段坡度图融合相交空间连接要素转点删除相同的删除字段