基于數(shù)據(jù)流的土地適宜性評(píng)價(jià)系統(tǒng)設(shè)計(jì)*

陳宏斐,陳竹安,張立亭

(東華理工大學(xué),江西 撫州 344000)

土地適宜性評(píng)價(jià)是根據(jù)土地的自然和社會(huì)經(jīng)濟(jì)屬性評(píng)價(jià)土地對某一現(xiàn)狀用途或預(yù)定用途的適宜程度[1]。土地適宜性評(píng)價(jià)是土地資源研究的核心,是土地實(shí)現(xiàn)科學(xué)管理、合理利用和可持續(xù)性發(fā)展的基礎(chǔ)。傳統(tǒng)的土地適宜性評(píng)價(jià)是評(píng)價(jià)者根據(jù)收集到的有關(guān)數(shù)據(jù),利用自己的經(jīng)驗(yàn),依據(jù)一定的原則進(jìn)行定性評(píng)價(jià),因此評(píng)價(jià)結(jié)果帶有很大的主觀性,且評(píng)價(jià)成果圖件均需手工繪制、相關(guān)的面積計(jì)算、統(tǒng)計(jì)分析等工作亦費(fèi)時(shí)費(fèi)力。因此,在實(shí)際工作中就產(chǎn)生了把計(jì)算機(jī)技術(shù)引進(jìn)土地適宜性評(píng)價(jià)工作中,研制土地適宜性評(píng)價(jià)系統(tǒng)的迫切需要。

計(jì)算機(jī)技術(shù)的興起為土地適宜性評(píng)價(jià)定量化提供了現(xiàn)代化的技術(shù)手段。利用計(jì)算機(jī)編程語言及其他開發(fā)工具開發(fā)土地適宜性評(píng)價(jià)系統(tǒng),進(jìn)行土地適宜性評(píng)價(jià),可以充分利用已有的數(shù)據(jù)資源,進(jìn)行綜合的定量分析,實(shí)現(xiàn)土地評(píng)價(jià)過程的系統(tǒng)化和自動(dòng)化,從而明顯地提高土地適宜性評(píng)價(jià)的效率和精度,并為土地管理和規(guī)劃提供準(zhǔn)確、可靠的量化數(shù)據(jù),從而為土地資源的合理開發(fā)利用和編制土地利用總體規(guī)劃提供科學(xué)根據(jù)[2]。

1 面向數(shù)據(jù)流方法介紹

面向數(shù)據(jù)流的系統(tǒng)分析設(shè)計(jì)方法,以數(shù)據(jù)作為一切問題的出發(fā)點(diǎn),根據(jù)軟件內(nèi)部的數(shù)據(jù)傳遞、變換關(guān)系,自頂向下逐層分解,描繪出滿足功能要求的軟件模型,并用數(shù)據(jù)流圖(Data Flow Diagram)來表示。采用面向數(shù)據(jù)流的系統(tǒng)分析設(shè)計(jì)方法,主要的特點(diǎn)是快速、自然和方便。

對于一個(gè)復(fù)雜問題,人們一下子很難考慮問題的所有方面和全部細(xì)節(jié),通常把一個(gè)大問題分解成若干個(gè)小問題,每個(gè)小問題再分解成若干個(gè)更小的問題,經(jīng)過多次逐層分解,每個(gè)最底層的問題都是足夠簡單、容易解決的,于是復(fù)雜的問題也就迎刃而解[3]。數(shù)據(jù)流圖的繪制時(shí)也可以采用這種思想,先對系統(tǒng)總的數(shù)據(jù)流和加工進(jìn)行分析,然后再逐層分解,畫出各子層的數(shù)據(jù)流圖。把所有層次的數(shù)據(jù)流圖綜合起來,就得到了系統(tǒng)完整的數(shù)據(jù)流圖。

2 系統(tǒng)數(shù)據(jù)分析

土地適宜性評(píng)價(jià)系統(tǒng)通過自頂向下逐層分解的方法分析系統(tǒng)中數(shù)據(jù)流的傳遞、變換關(guān)系,將復(fù)雜問題簡單化,最終繪制出系統(tǒng)的數(shù)據(jù)流圖。

2.1 頂層數(shù)據(jù)流圖繪制

土地適宜性評(píng)價(jià)系統(tǒng)數(shù)據(jù)流圖的頂層圖如圖1所示。系統(tǒng)把用戶分為專家小組、圖形工作小組和外業(yè)調(diào)查小組。專家小組專門對土地適宜性評(píng)價(jià)的理論和模型進(jìn)行研究,由他們來指導(dǎo)整個(gè)工作的完成。專家小組確定評(píng)價(jià)的因子、權(quán)重,選擇評(píng)價(jià)的模型,控制整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行。圖形工作小組接受專家組的指導(dǎo)對土地適宜性評(píng)價(jià)所用的地圖進(jìn)行數(shù)字化,輸入和編輯土地利用現(xiàn)狀圖、土壤圖、因子圖層以及其它相關(guān)圖件。外業(yè)調(diào)查小組根據(jù)專家組設(shè)計(jì)的調(diào)查表調(diào)查各土地評(píng)價(jià)單元的自然條件、經(jīng)濟(jì)條件、利用條件等情況,并將外業(yè)調(diào)查的信息輸入到系統(tǒng)中。

圖1 土地適宜性系統(tǒng)頂層數(shù)據(jù)流圖

2.2 第二層數(shù)據(jù)流圖繪制

對頂層數(shù)據(jù)流圖進(jìn)行分解就得到系統(tǒng)的第二層數(shù)據(jù)流圖,如圖2所示。在第二層數(shù)據(jù)流圖中,把系統(tǒng)對信息的處理(或加工)分為3個(gè)部分:空間數(shù)據(jù)處理、屬性數(shù)據(jù)處理和土地適宜性評(píng)價(jià)。“空間數(shù)據(jù)處理”專門處理圖形數(shù)據(jù),流入系統(tǒng)的圖形數(shù)據(jù)經(jīng)過編輯集中到空間數(shù)據(jù)庫中?！皩傩詳?shù)據(jù)處理”專門處理各種調(diào)查表,把這些數(shù)據(jù)加工以后保存到屬性數(shù)據(jù)庫中。在第二層圖最為重要的加工為“土地適宜性評(píng)價(jià)”?！巴恋剡m宜性評(píng)價(jià)”根據(jù)專家小組選擇的評(píng)價(jià)因子及其權(quán)重和評(píng)價(jià)模型,利用圖形工作小組輸入的空間數(shù)據(jù)和外業(yè)調(diào)查小組輸入的屬性數(shù)據(jù)計(jì)算各評(píng)價(jià)單元的評(píng)價(jià)分值,確定各評(píng)價(jià)單元的適宜性等級(jí)。在第二層數(shù)據(jù)流圖中有個(gè)關(guān)系表FACTOR_INFO,這個(gè)表的作用是存貯評(píng)價(jià)因子的名稱、權(quán)重、其所在圖層和圖層中對應(yīng)的字段信息。

圖2 土地適宜性系統(tǒng)第二層數(shù)據(jù)流圖

2.3 第三層數(shù)據(jù)流圖繪制

在土地適宜性評(píng)價(jià)系統(tǒng)中,系統(tǒng)主要完成土地適宜性評(píng)價(jià)工作,因此在文中對第二層數(shù)據(jù)流圖中的“空間數(shù)據(jù)處理”和“屬性數(shù)據(jù)處理”不再繼續(xù)分解,而主要介紹“土地適宜性評(píng)價(jià)”加工的細(xì)節(jié)。把第二層數(shù)據(jù)流圖中的“土地適宜性評(píng)價(jià)”加工繼續(xù)分解得到系統(tǒng)的第三層數(shù)據(jù)流圖,如圖3所示。

第三層數(shù)據(jù)流圖更為詳細(xì)的展現(xiàn)了土地適宜性評(píng)價(jià)的具體過程。根據(jù)土地適宜性評(píng)價(jià)的工作步驟,系統(tǒng)把“土地適宜性評(píng)價(jià)”加工細(xì)分為評(píng)價(jià)因子選擇、權(quán)重計(jì)算、劃分評(píng)價(jià)單元、單因子分值計(jì)算、總分值計(jì)算、繪制土地適宜性評(píng)價(jià)圖等加工。圖中的VAL_INFO表用于存貯評(píng)價(jià)單元總分值和級(jí)別等評(píng)價(jià)過程中產(chǎn)生的信息。

圖3 土地適宜性系統(tǒng)第三層數(shù)據(jù)流圖

3 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

為了提高系統(tǒng)的使用效率和準(zhǔn)確性,同時(shí)為了便于系統(tǒng)的維護(hù)和用戶的使用,根據(jù)系統(tǒng)需求分析的結(jié)果,采用了模塊化的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法,從數(shù)據(jù)流圖中導(dǎo)出系統(tǒng)的模塊結(jié)構(gòu)圖。

根據(jù)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)流圖,將土地適宜性評(píng)價(jià)系統(tǒng)劃分為空間數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)、屬性數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)、土地適宜性評(píng)價(jià)子系統(tǒng)和圖表打印輸出子系統(tǒng)4大模塊。空間數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)用于輸入和編輯土地適宜性評(píng)價(jià)的各種地圖,屬性數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)用于管理評(píng)價(jià)中的各種表格。土地適宜性評(píng)價(jià)子系統(tǒng)提供運(yùn)用土地適宜性評(píng)價(jià)各種專業(yè)模型對評(píng)價(jià)區(qū)域進(jìn)行土地適宜性評(píng)價(jià)的功能。圖表打印輸出子系統(tǒng)用于打印評(píng)價(jià)中的各種專題圖、報(bào)表。各個(gè)子系統(tǒng)又由若干個(gè)功能模塊組成。

在整個(gè)系統(tǒng)中,土地適宜性評(píng)價(jià)子系統(tǒng)是最重要的系統(tǒng)模塊,本文主要對土地適宜性評(píng)價(jià)子系統(tǒng)結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)進(jìn)行介紹。根據(jù)圖3所示數(shù)據(jù)流圖,將土地適宜性評(píng)價(jià)子系統(tǒng)分解為因子選擇模塊、權(quán)重計(jì)算模塊、劃分評(píng)價(jià)單元模塊、單因子分值計(jì)算模塊、總分值計(jì)算模塊、級(jí)別劃分模塊6個(gè)模塊。因子選擇模塊用于選擇評(píng)價(jià)的因子并將之存于屬性數(shù)據(jù)庫中;權(quán)重計(jì)算模塊用于提供土地適宜性評(píng)價(jià)中權(quán)重計(jì)算的自動(dòng)化工具,減少確定權(quán)重的繁瑣計(jì)算,也可以采用直接輸入權(quán)重的方式;劃分評(píng)價(jià)單元模塊用于將土地利用現(xiàn)狀圖、土壤圖等進(jìn)行圖層疊加生成評(píng)價(jià)單元文件;單因子分值計(jì)算模塊用于對單因子進(jìn)行評(píng)價(jià),計(jì)算其作用分值,并繪制各單因子的作用分值圖;總分值計(jì)算模塊提供了多種評(píng)價(jià)模型計(jì)算評(píng)價(jià)總分值的計(jì)算方法[4]。級(jí)別劃分模塊用于評(píng)價(jià)人員與系統(tǒng)交互劃分土地適宜性評(píng)價(jià)級(jí)別,并確定系統(tǒng)劃分的評(píng)價(jià)級(jí)別是否與實(shí)際相符合,同時(shí)允許評(píng)價(jià)人員對結(jié)果進(jìn)行修改。土地適宜性評(píng)價(jià)子系統(tǒng)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖4所示。

4 系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)

本文在系統(tǒng)需求分析、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上,在Visual Studio.Net框架下,使用C#開發(fā)語言,結(jié)合GIS組件SuperMap Objects 2003開發(fā)土地適宜性評(píng)價(jià)系統(tǒng)。SuperMap Objects 2003由若干ActiveX控件和數(shù)量眾多的自動(dòng)化對象(Automation Objects)構(gòu)成,因此可以方便地把SuperMap Objects 2003嵌入到 Visual C#.Net等流行的可視化開發(fā)語言環(huán)境中進(jìn)行二次開發(fā),從而充分發(fā)揮SuperMap Objects功能強(qiáng)大、開發(fā)速度快、高度可伸縮性和支持多種數(shù)據(jù)格式等優(yōu)點(diǎn)。在開發(fā)過程中,土地適宜性評(píng)價(jià)系統(tǒng)的空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)處理功能可以直接調(diào)用SuperMap Objects相關(guān)函數(shù),使開發(fā)者集中于土地適宜性功能特別是評(píng)價(jià)方法模型的實(shí)現(xiàn)。

圖4 土地適宜性評(píng)價(jià)子系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

5 結(jié)論

本文采用面向數(shù)據(jù)流的系統(tǒng)開發(fā)方法,結(jié)構(gòu)化、模塊化、自頂向下地對土地適宜性評(píng)價(jià)系統(tǒng)進(jìn)行需求分析、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn),提高了土地適宜性評(píng)價(jià)系統(tǒng)的靈活性和可變性。土地適宜性評(píng)價(jià)系統(tǒng)中各功能模塊既相互聯(lián)系又具有一定的獨(dú)立性,便于系統(tǒng)的升級(jí)和維護(hù),如在運(yùn)用新的土地適宜性評(píng)價(jià)方法進(jìn)行土地適宜性評(píng)價(jià)時(shí),只需要添加相應(yīng)的評(píng)價(jià)模塊,而不需要對整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行大規(guī)模的修改。在系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)上,將GIS技術(shù)和評(píng)價(jià)模型有效結(jié)合,實(shí)現(xiàn)更加快速、更加精確地對土地資源進(jìn)行適宜性評(píng)價(jià)。

[1] 陳竹安,張立亭,余國輝,等.SuperMap支持下的廣昌縣土地適宜性評(píng)價(jià)[J].東華理工學(xué)院學(xué)報(bào),2006,29(2):150-154.

[2] 王國杰,周沿海,廖善剛.土地適宜性評(píng)價(jià)的GIS實(shí)踐方法比較研究[J].安徽師范大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版,2003,26(3):294-297.

[3] 許家珆,曾翎,彭德中.軟件工程:理論與實(shí)踐[M].北京:高等教育出版社,2004.

[4] 方大春,劉國林,王芳等.基于GIS的土地適宜性評(píng)價(jià)模型研究[J].測繪與空間地理信息,2004,27(1):35-36.

[5] 倪紹祥.土地類型與土地評(píng)價(jià)概論[M].北京:高等教育出版社,1999.