ArcGIS建模技術(shù)在農(nóng)村建房調(diào)查數(shù)據(jù)處理中的應(yīng)用

趙萬庫 邵小東 李建軍

上海泓誠測繪服務(wù)有限公司 上海 201100

農(nóng)村建房調(diào)查是實施保護耕地紅線、鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略過程中的前期性工作，開展農(nóng)村建房調(diào)查工作旨在全面掌握農(nóng)村地區(qū)各類建房的現(xiàn)狀、主體、審批等情況，匯集整合“地—房—戶—人”信息，并實施信息化管理，建設(shè)鄉(xiāng)村地區(qū)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫，為進一步強化耕地保護管理、摸排農(nóng)村亂占耕地建房底數(shù)、建立健全農(nóng)村建房長效管理機制等工作奠定基礎(chǔ)[1]。因此，調(diào)查數(shù)據(jù)成果的真實性、準(zhǔn)確性、現(xiàn)勢性至關(guān)重要。為確保農(nóng)村建房調(diào)查數(shù)據(jù)成果的質(zhì)量，在作業(yè)過程中應(yīng)對數(shù)據(jù)進行嚴格的過程檢查和質(zhì)量控制。由于數(shù)據(jù)量龐大、過程繁瑣、周期短等因素，使得檢查工作耗時耗力，傳統(tǒng)的人工檢查投入大量的人力和時間，依然會出現(xiàn)檢查漏洞。如何快速、有效地完成調(diào)查數(shù)據(jù)成果的檢查，保質(zhì)保量地完成農(nóng)村建房調(diào)查任務(wù)，成為了當(dāng)下迫切解決的問題。基于此，本文利用ARCGIS軟件中的Model Builder技術(shù)搭建了源基礎(chǔ)數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換、農(nóng)房圖形邏輯關(guān)系拓撲檢查、修改的批處理模型，以及基于Python語言對空間屬性信息的邏輯檢查與糾正，大幅提升了農(nóng)房調(diào)查數(shù)據(jù)圖形檢查處理的工作效率，保證了農(nóng)房調(diào)查數(shù)據(jù)空間圖屬信息的準(zhǔn)確性，確保了調(diào)查數(shù)據(jù)滿足成果入庫的標(biāo)準(zhǔn)。

1 Model Builder工具和Python語言

1.1 Model Builder工具

Model Builder是ArcGIS軟件中的數(shù)據(jù)建模工具，為設(shè)計和實現(xiàn)Arcgis中各種數(shù)據(jù)處理提供了一種圖形化的建模環(huán)境[2]。它是一個用來創(chuàng)建、編輯和管理模型的應(yīng)用程序，也是一種用于構(gòu)建各種地理數(shù)據(jù)處理工作流的可視化編程語言。模型構(gòu)建器工具可以把一系列地理處理工具串聯(lián)在一起形成新的工作流，它將其中一個工具的輸出作為另一個工具的輸入，對空間分析和數(shù)據(jù)管理流程進行自動化處理并記錄[3]。

1.2 Python語言

Python是一種不受局限、跨平臺的開源編程語言，它處理速度快、功能強大且簡單易學(xué)，在ArcGIS地理處理中用作腳本語言[4],已經(jīng)成為一種數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)管理的語言。運用 Python 語言可以實現(xiàn)地理數(shù)據(jù)的批處理，因而有助于提高工作效率[5]。

2 基于Model Builder技術(shù)的農(nóng)房調(diào)查數(shù)據(jù)處理

2.1 源數(shù)據(jù)預(yù)處理

為了提高作業(yè)效率和農(nóng)村建房調(diào)查基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫的精確性，在進行圖屬信息數(shù)據(jù)處理前需對源數(shù)據(jù)進行預(yù)處理，主要包括數(shù)據(jù)格式的轉(zhuǎn)換和坐標(biāo)的投影定義。源數(shù)據(jù)主要含農(nóng)村地籍更新調(diào)查宅基地落地成果圖和農(nóng)房調(diào)查軟件調(diào)繪的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，其中農(nóng)村地籍更新調(diào)查宅基地落地成果圖囊括點、線、面以及注記等多圖層要素，而農(nóng)房調(diào)查軟件調(diào)繪的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)包含房屋占地圖形、圈占范圍圖形及其關(guān)聯(lián)的相應(yīng)屬性。源數(shù)據(jù)預(yù)處理模型圖如圖1、圖2所示。

2.1.1 數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換

（1）農(nóng)村地籍更新調(diào)查宅基地落地成果圖的數(shù)據(jù)格式主要是CAD的DWG形式，數(shù)據(jù)中含有多個圖層要素（FW_CLOSE、ZD_CLOSE、權(quán)利人、門牌號、JZD等），且以各個村落為單元存儲，在數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換前還需對數(shù)據(jù)進行拼接并提取其中的FW_CLOSE、ZD_CLOSE圖層的面要素和相關(guān)權(quán)利人等注記的點要素，這一過程可以通過Model Builder技術(shù)構(gòu)建模型（如圖2所示）快速實現(xiàn)，具體解決步驟如下：①利用ArcMAP中的工具箱“轉(zhuǎn)換工具”—“轉(zhuǎn)出至地理數(shù)據(jù)庫”—“CAD至地理數(shù)據(jù)庫”，將所有DWG格式數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成GDB格式，輸出面要素“Polygon”和CAD形式的注記圖層，然后根據(jù)“要素包絡(luò)矩形轉(zhuǎn)面”和“要素轉(zhuǎn)點”工具輸出點要素“注記點要素”；②利用“按照屬性選擇”工具分別從“Polygon”圖層、“注記點要素”圖層選擇字段“Layer”中的屬性值：FW_CLOSE、ZD_CLOSE和權(quán)利人，分別輸出所需的面要素“房屋與宗地圖形”和點要素“權(quán)利人注記”；③利用ArcMAP中的工具箱“分析工具”—“空間連接”工具，并通過空間位置關(guān)系把權(quán)利人注記信息分配給相應(yīng)的面要素“房屋與宗地圖形”圖斑中，最后計算字段，完成字段賦值，刪除多余字段，輸出最終成果。

圖2 源數(shù)據(jù)預(yù)處理模型圖

（2）農(nóng)房調(diào)查軟件調(diào)繪的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)格式主要是DAT形式，利用專有“gdb與dat互轉(zhuǎn)工具”轉(zhuǎn)換成GDB格式，通過Model Builder技術(shù)構(gòu)建模型（如圖1所示）快速提取房屋占地圖形和圈占范圍圖形。

圖1 房屋占地圖形_圈占范圍提取模型圖

2.1.2 坐標(biāo)投影定義

為了保持參考數(shù)據(jù)、調(diào)查成果數(shù)據(jù)與最新影像完全吻合，在數(shù)據(jù)處理前需對其進行坐標(biāo)投影設(shè)置。利用ArcMAP中的工具箱“數(shù)據(jù)管理工具”—“投影與轉(zhuǎn)換”—“定義投影”工具，與數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換處理過程集成到一個構(gòu)建模擬器模型中，實現(xiàn)其自動、批量、快速、可視的“一鍵式”處理功能。

2.2 農(nóng)房調(diào)查圖形數(shù)據(jù)邏輯關(guān)系處理

農(nóng)村建房調(diào)查數(shù)據(jù)主要是以農(nóng)村地籍更新調(diào)查數(shù)據(jù)成果為基礎(chǔ)，充分利用現(xiàn)有最新影像圖和技術(shù)手段，對本鄉(xiāng)村地區(qū)建設(shè)用地“地、房、人”等基本情況進行全面的補充調(diào)查，完善并形成農(nóng)村建房數(shù)字化。但是由于農(nóng)房調(diào)查軟件對圖形數(shù)據(jù)處理的局限性以及調(diào)查人員的不規(guī)范操作，造成了在調(diào)查過程中房屋占地圖形相互重疊、圈地范圍圖形相互重疊、房屋占地圖形不完全包含于圈地范圍內(nèi)的邏輯關(guān)系錯誤現(xiàn)象，使得調(diào)查后的成果數(shù)據(jù)無法直接進行入庫。因此在信息入庫前需要對調(diào)查數(shù)據(jù)成果圖形進行邏輯性修改與檢查，具體過程主要為3步：

2.2.1 調(diào)查成果數(shù)據(jù)圖形修正

以當(dāng)?shù)剜l(xiāng)村最新影像柵格數(shù)據(jù)為底圖，加載預(yù)處理后的調(diào)查成果數(shù)據(jù)圖形，修正不符合現(xiàn)勢情況下的農(nóng)村房屋占地圖形邊界和圈占圖形邊界，尤其是近幾年亂占耕地新修建的或改擴建后的房屋，保證最終調(diào)查成果的現(xiàn)勢性、真實性。對于具有一定年限的宅基地和2018年之前新建的房屋，可結(jié)合地籍更新調(diào)查數(shù)據(jù)進行核實修正。

2.2.2 調(diào)查圖形數(shù)據(jù)邏輯關(guān)系檢查

完成第一個步驟之后，需要對修正后的調(diào)查成果圖形數(shù)據(jù)進行邏輯關(guān)系的檢查，主要包括房屋占地圖形的重疊關(guān)系、圈占范圍圖形的重疊關(guān)系、房屋占地圖形與圈占范圍的包含關(guān)系。為了快速、有效的完成它們之間邏輯關(guān)系錯誤的檢查，本文借助GIS軟件中的Model Builder技術(shù)構(gòu)建“一鍵式”處理模型，通過改變模型參數(shù)、設(shè)置規(guī)則，方便、快捷的完成調(diào)查成果圖形數(shù)據(jù)的拓撲檢查，并導(dǎo)出檢查結(jié)果，圖形邏輯關(guān)系拓撲檢查模型如圖3所示。

圖3 圖形邏輯關(guān)系拓撲檢查模型圖

2.2.3 邏輯關(guān)系錯誤修改

根據(jù)圖形邏輯關(guān)系檢查錯誤結(jié)果，對于重疊邏輯關(guān)系中的點、線進行合并處理，而重疊邏輯關(guān)系中的面需要結(jié)合影像核實現(xiàn)狀并進行調(diào)整、修正；對于包含邏輯關(guān)系中的點、線進行批量剪除處理，而其中的面需要結(jié)合影像核實現(xiàn)狀并創(chuàng)建要素進行修正。

2.3 農(nóng)房調(diào)查空間屬性信息處理

在農(nóng)房調(diào)查圖形數(shù)據(jù)檢查處理完成后，根據(jù)作業(yè)要求和入庫規(guī)則對空間屬性進行檢查與維護，對空間圖形屬性進行標(biāo)準(zhǔn)化處理。

主要規(guī)則：①圈占范圍的關(guān)聯(lián)編號必須唯一，圈占范圍與房屋占地圖形為一對多的關(guān)系；②圈地范圍的關(guān)聯(lián)編號與房屋占地圖形的關(guān)聯(lián)編號必須一致；③同一個圈占范圍內(nèi)必須有主房（字段idx值為0）；④同一圈地范圍內(nèi)的房屋占地圖形idx屬性值不能重復(fù)。因數(shù)據(jù)量大，人工檢查費時費力，還很容易出現(xiàn)遺漏因此本文借助GIS軟件中的Model Builder技術(shù)以及Python語言對調(diào)查成果的空間屬性進行檢查，并導(dǎo)出不符合規(guī)則的檢查結(jié)果。農(nóng)房調(diào)查成果空間屬性信息處理模型如圖4所示。

圖4 空間屬性信息檢查模型圖及Python語句

3 結(jié)語

本文通過實際項目驗證，利用ArcGIS軟件中的Model Builder技術(shù)和Python語言進行農(nóng)村建房調(diào)查成果數(shù)據(jù)的整合與檢查，可以將重復(fù)性的、有規(guī)律的工作環(huán)節(jié)簡化成一個簡單的處理模型，減少了中間過程數(shù)據(jù)，降低了人工操作的工作量，提高了檢查的速率和工作的效率，為調(diào)查成果數(shù)據(jù)的順利入庫打下了堅實的基礎(chǔ)。目前本文研究的檢查方法在檢查內(nèi)容和邏輯嚴密性上還存在些許不足，但隨著在實踐中的不斷應(yīng)用與探索，將得到進一步的完善和改進。