基于MapGIS的县级土地利用数据库的建设.pdf

第33卷 第1期 2010年2月 测绘与空间地理信息 GEOMATICS 2.哈尔滨地图出版社,黑龙江 哈尔滨150086 摘要针对土地利用数据管理需要,本文着重利用国产GIS软件MapGIS进行土地利用数据库的构建,对土地 利用数据采集和处理等关键技术进行了探讨,并形成了相关的应用技术,大大提高了土地利用数据采集、 处理和 管理的效率和技术应用层次。 关键词土地利用;数据库;MapGIS;应用 中图分类号 P208 文献标识码B 文章编号 1672 - 58672010 01 - 0136 - 04 Construction of County - levelLand - use Database Based on MapGIS HOU Hai - bin 1 , HOU Hai - jiang 2 1. The Third Surveying andMappi ng Engineeri ng Institute, Harbin 150086, China; 2. Harbi n Cartographic Publishing House, Harbin 150086, China Abstract For land - use data management needs, the paper highlights the use of Chinese - made GIS softwareMapGIS to build a da2 tabase of land use, land - use data acquisition and processing, etc. and the related applications technologies are studied. The above mentioned technologies greatly improved land - use data collection, processing and management efficiency and level of technology ap2 plication. Key words land - use; database;MapGIS; application 0 引 言 随着我国改革开放的深入、 农村城市化进程加快和 居民生活水平的提高,建设用地增长不断加快,农业结构 不断变化,土地利用现状变化加快。对土地利用变化进 行快速的动态更新,利于提高土地资源合理开发与利用 的科学性,为土地资源的可持续发展提供决策信息。建 立基于时空变化的土地利用动态更新管理系统能快速准 确地提供土地利用各类面积及其分布动态变化状况,保 证土地资源的协调发展规划建立在科学翔实的资料基础 之上。因此,全面及时地掌握土地资源环境的基本状况 对各省乃至各市县都至关重要。尤其在县级土地资源 管理过程中,每年都需要进行以县区为单位的土地利用 变更调查,要求能够快速获取土地利用的数量、 质量、 权 属、 土地利用各地类的空间分布和利用状况,以及土地动 态变化的信息和趋势。而传统的土地利用现状管理采用 手工模式,在实际应用中表现出效率低,图件更新不及 时、 不到位,土地利用现状资料现势性差等问题。在此情 况下,采用先进的空间信息技术和数据库技术及时准确 地掌握土地利用的动态变化趋势、 实现数据的快速更新 和有效管理,为土地利用总量动态平衡的宏观调控提供 高效的辅助手段已迫在眉睫。应用MapGIS技术建立土 地利用数据库,并进行应用研究,满足用户对土地资源管 理工作的需要,实现土地利用数据的图文一体化管理,具 备数据的编辑、 查询、 统计分析及报表自动生成、 专题图 制作等功能。解决目前土地资源管理工作中效率不高、 管理不便等问题,满足土地管理部门土地详查业务管理 的需求,从而为土地资源的开发利用、 土地资源的评价与 规划等任务提供信息支持和决策依据。 1MapGIS简介 MapGIS是中国地质大学武汉开发的、 通用的工具 型地理信息系统软件,是在享有盛誉的地图编辑出版系 统MapCAD基础上发展起来的,可对空间数据进行采集、 存储、 检索、 分析和图形表示的计算机软件系统。MapGIS 包括了MapCAD的全部基本制图功能,可以制作具有出 版精度的十分复杂的地形图、 从而为多源地学信息的综 合分析提供一个理想的平台。 2土地数据库的概念 数据Data是用来记录信息的可识别的符号,是信 息的具体表现形式。数据库DB就是长期存放在计算机 内的有组织的可供多用户共享的数据集合。数据库中的 数据按一定的数据模型组织、 描述和储存,具有尽可能小 的冗余和较高的数据独立性和易扩展性。土地数据库是 指以特定的信息结构如国土、 规划、 环境、 交通等和数 据模型如关系模型、 面向对象模型等表达、 存储和管理 从地理空间中获取的某类空间信息,以满足Internet/ Intra2 net上的不同用户对空间信息需求的数据库。土地数据具 有一定的特殊性,它不仅具有普通对象的属性特征,而且 具有与位置有关的空间特征,难以在关系模型中直接表 达。因此,具有一些区别于其他一般数据库的特征空间 特征、 抽象特征、 空间关系特征、 多尺度与多态性、 非结构 化特征、 分类编码特征和海量数据特征。 3土地数据的数据结构类型 地理空间的特征实体包括点、 线、 面、 曲面和体等多 种类型。对这些实体的表达,可分为矢量表示法和栅格 表示法两种基本形式。矢量表示法是指采用一个没有大 小的点坐标来表达基本点元素;栅格表示法是指采用 一个有固定大小的点面元来表达基本点元素。它们分 别对应矢量模型和栅格模型。基于这两种模型,空间数 据也有两种基本数据结构基于矢量模型的数据结构和 基于栅格模型的数据结构。矢量数据结构和栅格数据结 构各有优缺点,因此,有人提出了矢量与栅格一体化数据 结构。这是一种既保持矢量特征,又具有栅格性质即将 矢量和栅格统一起来的数据结构,它需要对点、 线、 面目 标数据结构的存储要求做统一的约定,对点目标在计算 机内部只需表示该点的一个位置数据及与结点关联的弧 段信息;对线目标需要用一组元子来填满整个路径,并 表示与该弧段相关的拓扑信息;对面状目标需要表示由 元子填满路径的一组边界和由边界组成的紧凑空间。 4 土地数据管理 数据管理是数据处理的中心问题,数据处理是指对 各种数据进行收集、 存储、 加工和传播的一系列活动的总 和。因此,数据管理是指对数据进行分类、 组织、 编码、 存 储、 检索和维护的管理活动总称。就计算机管理数据而 言,数据管理是指数据在计算机内一系列活动的总和。 土地数据分为图形数据和属性数据,图形数据是和空间 位置、 空间关系有关的数据,而地理元素中非空间的属性 信息,称为属性数据。如何有效管理这两类数据是土地 数据库研究的重点,目前土地数据的管理模式主要有4 种文件管理模式、 文件关系数据库混合管理模式、 纯关 系型数据库管理模式、 对象-关系数据库管理模式。 纯关系型数据库管理模式具有坚实的数学基础,经 过30多年的发展,已经无可置疑地成为当前数据库产品 中最为成熟的。现在流行的数据库产品,如Oracle, SQL, Server,DB2等,均建立在关系型理论的基础之上。但是, 在空问数据的管理上,纯关系型模式则存在着许多的缺 点。首先,空间数据的描述是一系列的X坐标、Y坐标甚 至是Z坐标。要存储结构如此复杂的空间数据,就必须 设计复杂的E - R模型,并在数据库中存放大量的2维 表,这将无限增大系统的容量和复杂性;其次,空间数据 和属性数据通常不能放在一张2维表里,割裂了逻辑上整 体性,难以保证数据的一致性。由于这些缺点,纯关系模 式的空间数据管理虽做了一些尝试,但最终没有成为 主流。 对象-关系数据库管理模式是通过扩充关系型数据 库的某些功能,改进包括支持自定义数据类型、 变长字段 以及对象、 方法、 引用等面向对象的特性,使其支持面向 对象的数据模型,这就是所谓的对象-关系型数据库 ORDB。当前一些大的数据库产品,如Oracle8i,DB2 - 5以上的产品都是这种系统。其优点在于既可充分利用 成熟的关系型数据库强大的数据管理功能和可操作性, 又兼具面向对象数据库的对象和类的概念及数据模型的 扩充,可以很好地实现空间数据的管理。 土地数据管理技术,随着GIS应用领域的不断推广和 深入,区域性GIS越来越受到重视;随着遥感技术和数字 摄影技术的快速发展,影像数据正在呈几何级数增长,现 在已经成为重要的数据源和数据更新的手段。同时,多 比例尺、 多源的数据应用也在增加。所以,土地数据库管 理的数据量越来越大,类型越来越多,需要解决海量的数 据管理技术。解决的方式主要有两种利用现有的大型 商用数据库实现对海量栅格数据的存储管理,如ArcGIS SDE的Rast;大型商用数据库为存储空间数据,自己开发 SDO SpatialData Object引擎引进对栅格数据的管理,如 0racle10G中新推出的GeoRaster对象,可以实现对2D /3D 栅格数据及其元数据的统一存储与管理。2003年中国科 学院所属的超图公司推出的Super Map SDX 空间数据库 技术使我国在海量影像数据管理技术上取得突破。 5 MapGIS地理数据库的存储策略和数据 管理 MapGIS地理数据库存储和管理地理数据,采取基于 文件和基于商业数据库两种存储策略。在MapGIS中文 件和数据库之间能够实现无平滑的数据迁移;同时,两种 策略具有共同的平台,上层软件不需要因为数据迁移而 改变。 MapGIS的分布式数据管理是采取“ 纵向多级、 横向 网格 ” 的组网方案,在级与级之间,节点与节点之间连接 是采用一种“ 松耦合 ” 方式。分布式数据的存取方式把 “ 进行数据存取操作 ” 变为“ 请求数据存取服务 ”,充分体 现“ 面向服务 ” 的最新设计思想。这种设计思想和面向 “ 地理实体 ” 的数据模型相结合,克服了传统分布式数据 库增量和发布只能用于“ 同构数据库 ” 的缺点,使不同操 作系统、 不同数据库平台、 不同数据大小而产生的“ 异构 数据库 ” 可实现增量与更新同步,从而解决了“ 海量空间 数据在互联网上调用的速度问题 ” 。 6 实体空间数据模型 空间数据模型是对地理世界的抽象,是空间数据库 731第1期侯海滨等基于MapGIS的县级土地利用数据库的建设 设计的基础。从地理世界到计算机世界,空间数据模型 可以分为多个层次。如OpenGIS抽象规范将要素模型分 为9个层次,这是较为详细的划分。粗略地划分,则空间 数据模型可划分成两个层次第一层是空间数据抽象模 型或者空间数据概念模型,其目的在于提取地理世界的 主要特征,不考虑在计算机中的具体实现;第二层是空间 数据组织模型,是空间数据概念模型在计算机中的具体 实现。 新一代MapGIS空间数据模型的第一层是一种面向 地理实体的空间数据模型。它首先强调人对地理世界的 理解,其次才是如何将人对地理世界的理解图示化。这 种模型将地理世界分解为实体,通过描述实体的特性和 实体间的关系,建立观察范围内的地理世界的视图,通过 定义与实体特性、 实体关系相关的操作,模拟人类理解地 理世界的语义环境。 6. 1 资料的准备 数据源资料应选择最能体现现势情况的图件和数据 资料,主要资料有 1 1∶10 000土地利用分幅图; 2 历年土地利用变更底图; 3 县、 乡、 村级土地利用分类面积汇总表; 4 理论面积与控制面积接合图表; 5 外业调查手簿; 6 土地统计台账; 7 航片和其他相关电子数据等; 8 县市级土地利用数据库标准; 9 县市级土地利用数据库建库规范。 6. 2 空间数据的采集 土地利用空间数据主要包括基础地理数据测量控 制点、 独立地物、 地形地貌、 道路和水系等及附属设施、 垣 栅以及上述要素的注记等和土地利用图形信息,它主要 来源于1∶10 000土地利用图、1∶10 000地形图和相应比 例尺的变更调查原始图件等。 土地利用空间数据又分点、 线和面3种类型的地理要 素,不同类型的地理要素有不同的存储和处理方法。为 了有效管理土地利用空间数据,有必要对空间数据进行 科学分层。基础地理数据从其使用目的来说主要用于显 示和输出,只有境界行政区和自然保护区等数据除外; 土地利用数据则主要用来描述地类的边界和面积等信 息,是数据处理和管理的主要对象。 MapGIS图形编辑器提供分别对点、 线、 面3种图元的 空间数据和图形属性进行编辑的功能,是一个功能强大 的图形编辑系统。MapGIS的图形编辑器以“ 所见即所 得 ” 的工作方式面向用户,提供多级的Undo 后退以免 误操作,使用方便简单。 利用MapGIS对点、 线文件进行分层采集。对于线状 地物,将内图廓线置于第0层,并以此作为误差校正的依 据。采集时应按照扫描图形的中心线采集,并保证矢量 线划不得偏离光栅0. 2 mm。对于点文件则应采集其几何 中心点,其中测量控制点、 高程点、 零星地物要严格按照 光栅文件采集,并保证误差控制在0. 1 mm之内。 最后,对于采集后的点、 线文件要经过严格的检查, 修改点、 线错漏处,以及拓扑关系不正确之处。特别是线 文件,检查其是否存在重叠坐标、 自相交、 悬挂线以及未 闭合等错误,经过修改后进行线拓扑错误检查,直至没有 错误为止。 6. 3 建立拓扑关系 线文件经过校正后,将原始数据中那些与拓扑无关 的线如航线、 铁路等放到其他层,而将有关的线放到一 层中,并将该层另存为一新文件,以便进行拓扑处理。执 行操作 [自动剪断线]→[清除微短线]→[清除线重叠坐 标]→[自动线结点平差]→[线转弧段]→[装入转换后 的弧段文件]→[拓扑查错]。 执行拓扑查错操作时,根据查错系统的提示改正错 误,直至没有错误。此时执行“ 重建拓扑 ” 这个功能项,系 统随即自动构造生成区,并建立拓扑关系。拓扑处理时, 没有必要注意那些母子关系,当所有的区检完后,执行子 区检索,系统自动建立母子关系。 6. 4 属性数据录入 属性数据库的主要内容是土地利用属性数据,即描 述土地的数量、 质量、 利用状况、 权属及其空间特征的数 据。土地利用属性数据库有图斑属性库、 线状地物属性 库、 零星地物属性库、 行政区属性库、 自然保护区属性库 和耕地坡度属性库等。 属性编辑在空间数据编辑之后进行,在建立数据库 之前完成。当然,在属性管理子系统确定了属性结构之 后,也可以在MapGIS编辑系统中一边修改图形一边编辑 图元属性。 利用MapGIS输出属性功能又可将已装入MapGIS图 形文件中的属性写到外部数据库中,如DBASE, Fox - Base, FoxPro,VisualFoxPro,Access, Excel, Paradox, SQLServ2 er,Orcale, Sybase等数据库软件。图形文件的属性数据经 外部数据库处理后,利用MapGIS的属性连接功能又可将 其输入到MapGIS图形文件的属性数据中,它们之间的连 接根据指定的连接关键字段或按序号连接起来,如图形 标识码User - I D或图斑号等。 如果直接在空间地图上进行属性编辑则非常麻烦, 我们将空间数据和属性数据分别录入,然后通过关键字 段将其连接起来。这里采用Excel,其操作简单易用,数据 处理也极为方便,然后再联接到MapGIS属性库中。 6. 5 组建数据库 MapGIS海量地图库管理子系统采用了层类的概念, 以图幅为单位来管理地图数据。每个图幅由若干层组 成。这使得图库管理更有层次感,更具条理性。针对地 图数据库管理的特殊性,利用MapGIS提供的图幅与图幅 之间的线和区的接边功能,以消除相邻图幅间的接合误 差,使这些图幅拼接成为一幅完整的地图。 将各图层数据集成后入库,首先要建立图幅索引与 831 测绘与空间地理信息 2010年 数据字典,然后利用已建立的分幅索引、 数据字典组建土 地利用数据库,即完成数据的入库工作。 6. 6 数据更新 土地利用数据库建成后,为了保证土地利用数据的 现势性,还必须对其进行更新。数据更新流程与数据采 集流程一致,根据变更资料,利用MapGIS对发生变更的 现状地物、 图斑、 零星地物、 行政境界等进行分层矢量化 采集,获取新的土地利用数据。 7 结束语 土地利用数据库的建设是一项前瞻性工作,同时也 是一项技术性很强的工作。在土地详查数据库建设过程 中,图形矢量化、 属性数据的输入、 数据库的建立,数据库 的最终运行,每一个工作环节都丝丝入扣,不能脱节。 利用MapGIS建立土地利用数据库后,为土地利用总 体规划、 农用地分等定级和估价等工作提供真实准确、 现 势性强的土地利用基础数据和图件资料;为土地利用遥 感动态监测、 土地利用规划、 耕地与基本农田、 农用地等 定级和估价等相关土地业务工作提供基础数据资料,有 利于整体规划土地利用,为实现经济、 社会、 环境的协调 发展作出贡献。 参考文献 [1 ] 胡妍.浅析利用MapGIS建立市级土地利用数据库[J ]. 南方国土资源, 2006, 6 31 - 33. [2 ] 余红举,黄敬泉,余文斌,等. GIS在县级土地利用信息 化建没中的应用[ J ].地理空间信息, 2008, 6 5 68 - 70. [3 ] 吕建军,李青山. MAPGIS的产业化发展[J ].地理信息 世界, 2004, 2 3 10 - 14. [4 ] 郑智华,邓曙光,孔春芳. MAPGIS在土地利用现状库建 设中的应用[J ].测绘科学, 2007, 32 4 160 - 162. [5 ] 王克峰,李芹,吴家强. MapGIS在县市级土地利用总 体规划中的应用研究[J ].测绘与空间地理信息, 2007, 30 1 29 - 32. [6 ] 刘志军,贺瑜.全国1∶10 000土地利用现状数据库建库 探讨与应用[J ].地理空间信息, 2004, 2 4 25 - 27. [责任编辑王丽欣] 上接第135页 具备的主要功能包括数据资料入库、 数据资料管理录 入、 更新、 修改、 删除等编辑功能、 数据检索与查询、 数据 统计、 数据浏览和打印输出包括图件和文档。 1 数据资料入库包括数据转换和数据导入。数据转 换主要是实现dwg向ArcGIS系统数据格式的转换;数据 导入包括地形图、 控制点和其他测绘标志电子资料以及 纸质资料扫描录入等。 2 借助GIS实现地图操作功能。包括放大、 缩小、 移 动、 还原、 更新、 复位等基本功能,实现地图分级显示和选 择显示。 3 借助GIS实现数据检索与查询。包括属性查询和 文件查询,具体有区域查询、 拉框查询、 自定义查询、 点半 径查询、 分类查询、 分等级查询等。 4 借助GIS实现测绘工作人员的工作量统计和查 询。主要通过区域查询实现工作量统计,区域查询主要 通过选择界点或拉多边形框实现。 5 用户管理功能。包括增加用户、 删除用户、 修改密 码,分配用户角色和权限功能。 系统基于组件技术,在VB开发环境下,借助于Ma2 pObjects2. 4MO组件、ADO控件、ArcSDE空间数据引擎 及专业应用控件搭建而成。 MapObjects2. 4是美国ESR I公司为开发人员提供的 一套图形和GIS组件,其结构合理、 简洁、 易于扩充,是目 前较为流行的GIS控件。用户可用它来为自己或客户开 发地理信息应用系统。MapObjects2. 4包括一个Map控 件,以及超过35个的OLE可编程对象。调用时其Map控 件将直接放置到各通用开发环境的工具栏上如VB,VC, Delphi。用户可使用VB,VC,Dephi等平台进行二次开 发。系统利用MO组件实现地理信息子系统中的通用 GIS功能。在VB中借助报表控件、 图表控件等专业控件 实现测绘管理信息系统的专业应用功能。系统采用关系 数据库SQL Server2000来存储管理空间及属性数据,这样 便于数据的维护和共享使用。系统通过ADO控件与底层 数据库进行通讯,通过ArcSDE空间数据引擎实现系统与 后台数据库间的数据通讯。 7 结束语 利用计算机和GIS等各种技术对测绘行业传统的工 作和管理模式进行改造是测绘行业发展的必然趋势。本 文介绍了结合ArcGIS和W indows平台建立基于GIS的测 绘管理信息系统的设计思想与方法,其实质是在GIS平台 的基础上改善传统测绘管理系统的功能和实现传统测绘 管理系统不能实现的功能,对于推进测绘综合管理,提高 工作效率和管理水平具有较好的应用推广价值。 参考文献 [1 ] 郝力.城市地理信息系统及其应用[M ].北京电子工业 出版社, 2002. [2 ] 李荣兴.测绘管理基础[M ].北京测绘出版社, 1991. [3 ] 张基温,曹渠江.信息系统开发案例[M ].北京清华大 学出版社, 2006. [4 ] 孙在宏,陈惠明.土地管理信息系统[M ].北京科学出 版社, 2005. [5 ] Raghu Ramakrishnan, Johannes .数据库管理系统原理与 设计[M ].北京清华大学出版社, 2004. [编辑胡 雪] 931第1期侯海滨等基于MapGIS的县级土地利用数据库的建设