論地市級耕地質(zhì)量監(jiān)管系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫的建設(shè)——以湖南湘西州為例

王厚援，周 清，劉 聰，屈金蓮，向仕岳，羅海濱，謝裕臣

（1.湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院，湖南 長沙 10128；2.永順縣農(nóng)業(yè)局，湖南 永順 416700；3.保靖縣農(nóng)業(yè)局，湖南 保靖 416500；4.龍山縣農(nóng)業(yè)局，湖南 龍山 416800）

農(nóng)業(yè)部在“十五”至“十一五”期間組織開展了全國耕地地力調(diào)查與質(zhì)量評價工作，積累了大量基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。這些基礎(chǔ)數(shù)據(jù)包括空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)兩大類，其中空間數(shù)據(jù)主要有耕地地力評價等級圖、土壤圖等，屬性數(shù)據(jù)包括土壤質(zhì)地、成土母質(zhì)、土壤侵蝕類型及程度、土壤養(yǎng)分含量、土壤重金屬含量、土壤污染源和排灌條件等[1]。耕地地力的調(diào)查與質(zhì)量評價不僅僅是了解現(xiàn)有的耕地質(zhì)量狀況，更重要的是需要實時監(jiān)測耕地質(zhì)量變化，及時更新監(jiān)測結(jié)果。為實現(xiàn)這一目標(biāo)，耕地質(zhì)量監(jiān)管系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫的建設(shè)十分必要。在現(xiàn)有的耕地質(zhì)量監(jiān)測數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，結(jié)合精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)技術(shù)和3S技術(shù)（GISRSGPS），開發(fā)網(wǎng)絡(luò)化地市級耕地質(zhì)量監(jiān)測信息系統(tǒng)，將大大有利于推廣農(nóng)業(yè)先進(jìn)技術(shù)，科學(xué)地指導(dǎo)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，應(yīng)用前景廣闊。筆者以湖南省湘西州為例，建立了湖南省湘西州地市級耕地質(zhì)量監(jiān)管系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫，并探討和研究數(shù)據(jù)庫建設(shè)中存在的各種問題及對策，以期為其他地市州建立類似的數(shù)據(jù)庫提供參考。

1 湖南省耕地資源數(shù)據(jù)庫建設(shè)現(xiàn)狀

湖南省第二次土壤普查結(jié)果表明，全省共有7個土綱、13個土類、29個亞類、129個土屬、463個土種。其中，水田涉及1個土綱、1個土類、4個亞類、33個土屬、163個土種；旱土涉及6個土綱、7個土類、15個亞類、37個土屬、82個土種。耕地合計245個土種[2]。伴隨著測土配方施肥項目的開展，湖南省逐步完成了對耕地資源管理信息系統(tǒng)空間數(shù)據(jù)的采集工作。至2011年年底，全省已基本完成測土配方施肥調(diào)查數(shù)據(jù)的錄入和樣品登記入庫，完成了全省88個縣市級區(qū)域的測土配方施肥項目及耕地地力評價數(shù)據(jù)的收集，整理出了全省第二次土壤普查的土壤養(yǎng)分圖、土地利用圖、行政區(qū)劃圖、農(nóng)田水利分區(qū)圖等，其地圖庫比例尺以1∶50 000和1∶100 000為主，在統(tǒng)一的地理坐標(biāo)系統(tǒng)下，可以通過GIS軟件進(jìn)行耕地資源信息查詢和空間統(tǒng)計分析。

湘西州位于湖南省西北部、云貴高原東側(cè)的武陵山區(qū)，與湖北省、貴州省、重慶市接壤。轄龍山、永順、保靖、花垣、鳳凰、瀘溪、古丈7縣和吉首1市。湘西州土地總面積154.622 74萬hm2。其中：耕地134.58萬hm2，建設(shè)用地3.96萬hm2，未利用土地16.06萬hm2，土地開發(fā)儲備資源約4萬hm2。湘西州耕地（含園地）土壤共有194個土種，涉及12個土類、22個亞類、76個土屬。州農(nóng)作物主產(chǎn)稻谷、小麥、玉米、大豆、油菜、煙葉等。

湖南省湘西州地市級耕地質(zhì)量監(jiān)管系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫的建設(shè)是在ArcGIS軟件平臺基礎(chǔ)之上，采用GeoDatabase關(guān)系型數(shù)據(jù)模式進(jìn)行建立的。現(xiàn)已順利完成了各縣耕地地力評價，筆者已將各縣數(shù)據(jù)匯總于湘西州耕地質(zhì)量監(jiān)管系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫中。

2 地市級耕地質(zhì)量監(jiān)管系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫建設(shè)存在的問題

2.1 信息收集存在局限性

基礎(chǔ)屬性數(shù)據(jù)的收集，一方面參閱了第一、二次耕地普查的采樣數(shù)據(jù)，另一方面則是根據(jù)測土配方施肥項目的野外調(diào)查統(tǒng)計，而這兩方面的數(shù)據(jù)皆缺乏相應(yīng)地塊的環(huán)境狀況，以及附近的工業(yè)生產(chǎn)活動信息。圖件或空間數(shù)據(jù)信息的收集，則常出現(xiàn)坐標(biāo)信息不精確的現(xiàn)象，少數(shù)圖件的經(jīng)緯度坐標(biāo)只精確到分，往往會影響圖件的配準(zhǔn)工作，基礎(chǔ)信息數(shù)據(jù)也常有遺漏或缺失。現(xiàn)狀圖、土壤圖、行政區(qū)圖等圖件在經(jīng)濟(jì)和技術(shù)欠發(fā)達(dá)的縣市地區(qū)都存在著一定的老、舊問題，比如大部分項目縣使用的是2005年的圖件，即更新或者修編以前測定的，難以較好反映耕地利用的現(xiàn)實狀況；還有少數(shù)甚至是人工手繪的圖件；有部分紙質(zhì)圖件因保存方法不當(dāng)，出現(xiàn)了文字模糊不清、圖形掃描后變形、坐標(biāo)點無法辨別、沒有標(biāo)注土屬土種等信息的情況。因此，圖件質(zhì)量和信息提取的真實性和現(xiàn)勢性難以保證，也不可避免地造成了數(shù)據(jù)偏差。

2.2 信息表達(dá)方式不一致

2.2.1 圖件的比例尺不同 各個縣收集的耕地質(zhì)量監(jiān)管系統(tǒng)數(shù)據(jù)中相關(guān)圖件的比例尺不盡相同，有1∶100 000、1∶50 000、1∶10 000 等，如龍山縣的現(xiàn)狀圖是 1∶10 000，行政區(qū)劃圖卻是 1∶100 000，而土壤圖又是1∶50 000。比例尺不同，容易造成耕地信息提取的偏差和丟失，使圖件的精確度得不到保證。2.2.2 各部門的數(shù)據(jù)差異大 對于各類圖件和數(shù)據(jù)也存在不同年份和不同調(diào)查時間的差異，導(dǎo)致可參比性低，例如耕地面積可在原有圖件中獲取，也可去統(tǒng)計部門和國土部門查詢，然而，三種來源的數(shù)據(jù)卻存在較大的差異，哪種數(shù)據(jù)最準(zhǔn)確不得而知。另外，各縣級數(shù)據(jù)匯總也因縣情差異、部門協(xié)調(diào)能力以及技術(shù)力量強弱導(dǎo)致數(shù)據(jù)信息表達(dá)方式差異及非標(biāo)準(zhǔn)化的問題難以形成統(tǒng)一，數(shù)據(jù)融合過程中也存在信息的缺失和丟棄。

2.3 點位信息跑點與越界現(xiàn)象頻繁

各縣的采樣數(shù)據(jù)，與耕地圖斑的疊加過程中都有或多或少的跑點和越界現(xiàn)象。實地采樣點的信息出現(xiàn)跑點和越界（即該行政區(qū)的采樣點落到了其他行政區(qū)上），會造成坐標(biāo)信息和耕地土壤養(yǎng)分信息的錯誤顯示，從而對點位信息、耕地質(zhì)量評價管理單元及屬性數(shù)據(jù)的生成造成影響[3]。以保靖縣為例（圖1），圖中黑圓點為跑點、越界的樣點數(shù)據(jù)。該問題出現(xiàn)的原因主要有三方面，一是實測采樣時錄入了錯誤的坐標(biāo)數(shù)據(jù)，二是進(jìn)行坐標(biāo)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換時方法錯誤或直接運用了坐標(biāo)系不統(tǒng)一的圖表中的數(shù)值，三是土地利用現(xiàn)狀圖陳舊，不是最新圖件，土地利用類型已經(jīng)變更。可依照原始資料的坐標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行核實，或重新轉(zhuǎn)換坐標(biāo)數(shù)值即可改正，只是對于不同縣級的采樣數(shù)據(jù)要進(jìn)行統(tǒng)一糾正，其工作量相當(dāng)大。

圖1 保靖縣樣點數(shù)據(jù)的跑點與越界

2.4 作圖不規(guī)范，標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一

2.4.1 同一行政區(qū)域的各類圖件邊界不吻合 同一個縣的各類圖件界線不能吻合，部分縣出現(xiàn)行政區(qū)劃圖、現(xiàn)狀圖和土壤圖中的行政邊界、鄉(xiāng)鎮(zhèn)邊界不一致，不吻合。比如圖2，龍山縣的土壤圖和行政區(qū)劃圖的縣域界限就不吻合，其中較黑的區(qū)域為土壤圖缺失的區(qū)域。出現(xiàn)這種情況時，需要篩選確定一個有精確坐標(biāo)的邊界圖作為基準(zhǔn)，對其他圖件進(jìn)行校正。

圖2 龍山縣的土壤圖和行政區(qū)劃圖縣界限不吻合

2.4.2 坐標(biāo)系統(tǒng)不一致 各類圖件經(jīng)常出現(xiàn)中坐標(biāo)系統(tǒng)不一致的情況，有的是地方坐標(biāo)系，有的是北京1954坐標(biāo)系，有的是西安80坐標(biāo)系。在信息匯總時，需注意及時對數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，以免出錯。2.4.3 制作方法，存儲格式各異 有柵格圖像格式也有矢量圖形格式，圖像格式的數(shù)據(jù)需要矢量化后進(jìn)行投影轉(zhuǎn)換和坐標(biāo)校正，而不同的矢量格式數(shù)據(jù)，則需要轉(zhuǎn)換成統(tǒng)一格式，統(tǒng)一拓?fù)淇臻g存儲關(guān)系，其中涉及了GIS軟件平臺數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)格式的轉(zhuǎn)換，不僅增加了工作量，而且容易出現(xiàn)數(shù)據(jù)的丟失從而導(dǎo)致錯誤。

因此，對基礎(chǔ)圖件應(yīng)首先確定統(tǒng)一的坐標(biāo)系統(tǒng)以及存儲格式類型，所有縣區(qū)級基礎(chǔ)數(shù)據(jù)均按照統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行，才能保證在多縣域融合工作中減少工作量和出錯概率，確保地市級耕地質(zhì)量監(jiān)管系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫信息的準(zhǔn)確度。

2.5 各縣之間數(shù)據(jù)資料的命名不統(tǒng)一

耕地質(zhì)量監(jiān)管系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫應(yīng)該包括不同類型耕地屬性數(shù)據(jù)、不同比例尺耕地土壤圖所反映的耕地質(zhì)量空間關(guān)系數(shù)據(jù)、不同類型耕地土壤的成土條件以及不同時段耕地土壤環(huán)境變遷的信息，但是各縣的空間數(shù)據(jù)、圖庫圖件命名不一致，屬性數(shù)據(jù)編碼也沒有通用規(guī)則，數(shù)據(jù)較難融合。例如，同是土地利用現(xiàn)狀圖，永順縣稱為永順縣現(xiàn)狀圖，保靖縣則稱為保靖縣土地利用現(xiàn)狀圖；以土壤圖為例，不僅同一屬性的土壤、土種名稱有不同，而且各縣耕地土種編碼也各不相同，龍山縣、保靖縣以羅馬數(shù)字與阿拉伯?dāng)?shù)字結(jié)合編寫，永順縣則使用純阿拉伯?dāng)?shù)字表示的（表1）。不同的耕地土壤代碼在錄入數(shù)據(jù)庫之前都要轉(zhuǎn)換成統(tǒng)一的代碼，嚴(yán)重影響了數(shù)據(jù)庫建庫工作的進(jìn)展。以上問題，在其他縣（市）的耕地質(zhì)量監(jiān)管系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫建設(shè)過程中也普遍存在。

表1 湖南湘西州龍山縣與永順縣耕地部分土種編碼對照表

3 對策

3.1 采用最新數(shù)據(jù)，建立統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)

土壤圖、土地利用現(xiàn)狀圖、行政區(qū)劃圖、地形圖、水利交通農(nóng)業(yè)設(shè)施分布圖等各種相關(guān)圖件應(yīng)盡量以最新的且能夠反映現(xiàn)勢性和真實性的信息為基礎(chǔ)。土地利用現(xiàn)狀圖宜采用不舊于國土部門全國第二次土地利用現(xiàn)狀調(diào)查的數(shù)據(jù)；行政區(qū)劃圖宜采用民政部門更新年度的行政區(qū)劃圖；地形圖、水利交通農(nóng)業(yè)設(shè)施圖件，都應(yīng)以最新獲取的數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)制作。基礎(chǔ)屬性數(shù)據(jù)要結(jié)合第二次普查的數(shù)據(jù)與近期耕地土壤采樣的數(shù)據(jù)，對有歸并或更名的土類、亞類、土屬、土種進(jìn)行編輯處理并按規(guī)范要求統(tǒng)一編號，最終匯入到耕地質(zhì)量監(jiān)管系統(tǒng)屬性數(shù)據(jù)庫中。

在按照國家、省級的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)以及相關(guān)工作法規(guī)等基礎(chǔ)之上，結(jié)合湖南省現(xiàn)行的表達(dá)形式，統(tǒng)一各項標(biāo)準(zhǔn)。湘西州地市級耕地質(zhì)量監(jiān)管系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫建設(shè)中的空間數(shù)據(jù)，統(tǒng)一采用1∶50 000的比例尺；投影方式選擇高斯-克呂格投影，6度分帶；平面坐標(biāo)系統(tǒng)及橢球參數(shù)均以1954北京坐標(biāo)系為準(zhǔn)，6度分帶[4]。其中，野外調(diào)查GPS定位的初始數(shù)據(jù)采用經(jīng)緯度，統(tǒng)一采用WGS84坐標(biāo)系，并在調(diào)查表格中標(biāo)明；導(dǎo)入 GIS系統(tǒng)與圖件匹配時，必須在投影轉(zhuǎn)換為上述平面坐標(biāo)系統(tǒng)后，才能進(jìn)行空間分析處理。

空間數(shù)據(jù)庫中應(yīng)包括土壤圖、土地利用現(xiàn)狀圖、行政區(qū)劃圖、采樣點位圖或土壤監(jiān)測點位圖、水利交通農(nóng)業(yè)設(shè)施分布圖等基礎(chǔ)矢量圖庫。空間數(shù)據(jù)，即點、線、面、體這類具有三維要素的地理實體，在統(tǒng)一地理坐標(biāo)系后需進(jìn)行地理編碼，實現(xiàn)定位、定性和定量[5]。屬性數(shù)據(jù)庫中應(yīng)包括田間試驗示范數(shù)據(jù)、土壤與植物測試數(shù)據(jù)、田間基本情況及農(nóng)戶調(diào)查數(shù)據(jù)等。屬性數(shù)據(jù)庫的建立應(yīng)結(jié)合空間數(shù)據(jù)庫的內(nèi)容，按照耕地地力評價項目成果的數(shù)據(jù)字典建立屬性數(shù)據(jù)的采樣標(biāo)準(zhǔn)，在數(shù)據(jù)庫中建立關(guān)鍵字段，并通過其與空間數(shù)據(jù)庫進(jìn)行鏈接。屬性數(shù)據(jù)采集標(biāo)準(zhǔn)包含對每個指標(biāo)完整的命名、格式、類型、取值區(qū)間等定義。在建立屬性數(shù)據(jù)庫時要按數(shù)據(jù)字典要求，制訂統(tǒng)一的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)編碼規(guī)則，進(jìn)行屬性數(shù)據(jù)錄入（表2）。在耕地土壤屬性數(shù)據(jù)的錄入和建庫工作中，土壤種類的編碼以及土壤相關(guān)的屬性數(shù)據(jù)，應(yīng)該結(jié)合實際并按照省級相關(guān)的土壤編碼要求、測土配方施肥技術(shù)規(guī)范以及國家土壤編碼規(guī)則經(jīng)過合并、歸類等處理后統(tǒng)一編錄。

表2 圖形的屬性數(shù)據(jù)表基本結(jié)構(gòu)

3.2 輸入數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，制作圖表嚴(yán)謹(jǐn)

3.2.1 屬性數(shù)據(jù) 數(shù)據(jù)錄入前應(yīng)仔細(xì)審核，數(shù)值型資料應(yīng)注意量綱、上下限，地名應(yīng)注意漢字多音字、繁簡體、簡全稱等問題，審核定稿后再錄入。為保證數(shù)據(jù)錄入準(zhǔn)確無誤，錄入后還應(yīng)逐條檢查。

3.2.2 空間數(shù)據(jù) 要求圖內(nèi)各要素的采集無錯漏現(xiàn)象，圖層分類和命名符合統(tǒng)一規(guī)范，各要素的采集與掃描數(shù)據(jù)相吻合，線劃（點位）整體或部分偏移的距離不超過0.3 mm（圖面值）。所有數(shù)據(jù)層具有嚴(yán)格的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。面狀圖形數(shù)據(jù)中沒有碎片多邊形。圖形數(shù)據(jù)及屬性數(shù)據(jù)的輸入正確。

3.2.3 專題圖 各個專題圖須覆蓋整個地市轄區(qū)，不得丟漏。圖中要素必有項目包括耕地質(zhì)量管理單元圖斑、監(jiān)測的各要素圖斑和調(diào)查監(jiān)測點位數(shù)據(jù)、線狀地物、注記等。要素的顏色、圖案、線型等表示符合規(guī)范要求。圖外要素必有項目包括圖名、圖例、坐標(biāo)系及高程系說明、成圖比例尺、制圖單位全稱、制圖時間等整飾。

3.3 合理設(shè)計流程，滿足用戶需求

設(shè)計合理的系統(tǒng)操作和數(shù)據(jù)管理流程，使用戶能通過規(guī)范的操作實現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集、分析、利用和傳輸?shù)裙δ堋榱耸箶?shù)據(jù)庫具有較強的實用性，必須進(jìn)行用戶調(diào)查，明確不同用戶對數(shù)據(jù)庫內(nèi)容的不同需求。湘西州地市級耕地質(zhì)量監(jiān)管系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫采用不同的數(shù)據(jù)模型分別對屬性數(shù)據(jù)和空間數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲管理，屬性數(shù)據(jù)庫采用關(guān)系模型，空間數(shù)據(jù)采用網(wǎng)狀模型。利用圖形單元標(biāo)識碼，將空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)，完成對地圖的模擬。關(guān)聯(lián)后將兩種模型聯(lián)成一體，可以很方便的進(jìn)行屬性數(shù)據(jù)與空間數(shù)據(jù)之間的查詢、編輯及管理[6]。

3.4 加強土肥專業(yè)人才培養(yǎng)和3S技術(shù)應(yīng)用人才隊伍建設(shè)

耕地質(zhì)量監(jiān)管數(shù)據(jù)庫的建設(shè)是農(nóng)業(yè)相關(guān)工作以及國土資源信息化的基礎(chǔ)，是保證農(nóng)業(yè)信息化、科學(xué)化和實效化，提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)信息服務(wù)質(zhì)量的關(guān)鍵，所以更需要一支既有專業(yè)知識背景又能充分運用3S技術(shù)（地理信息系統(tǒng)GIS、遙感技術(shù)RS、全球定位系統(tǒng)GPS）的人才隊伍。針對土壤學(xué)、地理信息系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)、軟件開發(fā)等方面人才缺乏的狀況，應(yīng)采取部門與高校的聯(lián)合培養(yǎng)模式，通過項目實踐或?qū)W習(xí)培訓(xùn)培養(yǎng)出優(yōu)秀的專業(yè)人才，從而提高基層土肥人員的業(yè)務(wù)水平，造就一支既具有扎實專業(yè)知識又掌握現(xiàn)代高新技術(shù)的農(nóng)業(yè)科技工作者隊伍。

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