基于GIS的區域農業規劃空間數據庫構建與應用

肖廣江，劉 序，甘陽英，徐碧芳

（廣東省農科院農業經濟與農村發展研究所，廣東 廣州 510640）

基于GIS的區域農業規劃空間數據庫構建與應用

肖廣江，劉 序，甘陽英，徐碧芳

（廣東省農科院農業經濟與農村發展研究所，廣東 廣州 510640）

區域農業規劃對地方現代農業發展起著重要的戰略指導作用，但目前大多區域農業規劃還停留在二維空間規劃及效果圖展示階段，而對規劃的二三維數據一體化、三維空間分析、三維動態效果、三維空間查詢等還缺少系統研究。多源空間數據和屬性數據的統一處理、存儲、查詢、管理和分析是區域農業規劃實現規劃科學性、可操作性的基礎?；赟uperMap平臺，詳細介紹了區域農業規劃數據獲取與入庫、分類編碼、空間數據庫和屬性數據庫建設過程，并對空間數據庫的應用進行探討，為區域農業規劃多源海量數據管理和二三維一體化研究提供技術支撐。

區域農業規劃；GIS；空間數據庫

肖廣江，劉序，甘陽英，等.基于GIS的區域農業規劃空間數據庫構建與應用［J］.廣東農業科學，2016，43（4）：151-155.

區域農業規劃對地方現代農業發展起著戰略性指導作用，在加快農業科技創新、調整農業布局、優化產業結構、指導農業生產、強化組織管理及加快科技成果轉化等方面都發揮著重要作用［1］。多源海量規劃數據庫的建設是進行農業規劃科學編制和實施管理、規劃評價的有效手段和基礎保障［2］。傳統的紙質、圖表、電子文檔等數據存儲和管理模式已無法滿足現代農業規劃的需要，空間數據庫利用關系數據庫管理模式，可實現對空間與屬性數據的無縫對接和存儲、查詢、管理、分析應用［3-4］。因此，區域農業規劃空間數據庫的建設可在統一圖件投影坐標的基礎上對數據統一管理，進行農業現狀、空間可行性、空間布局、生態環境等綜合分析［5-6］，為規劃建設、空間布局和實施管理評價提供多專業、多層次和多目標的綜合服務和輔助決策［7］。本研究以SuperMap為平臺，以一個農業園區規劃為例，從空間數據獲取、建庫、應用3個方面，探索研究區域農業規劃的空間數據庫構建和應用，為規劃科學決策和管理提供技術支撐。

1 空間數據庫概述

空間數據庫是指一定區域內地理空間要素特征數據的集合，一般通過掃描儀、鍵盤等輸入設備將圖形坐標數據按GIS數據管理方式進行組織并存儲。這是GIS進行空間分析、輔助決策、系統開發等的基礎和核心，數據庫構建是否完整、準確直接影響GIS各種分析與管理功能的實現。

區域農業規劃空間數據庫包括空間數據和屬性數據，通常需要區域地形圖、遙感影像、經濟社會統計數據、土壤數據、氣候數據等多源數據資料。利用GIS的地圖編輯與屬性管理功能，將不同來源的數據進行分類處理，按統一的空間投影坐標建立圖形數據，按統一的編碼方式輸入屬性數據，實現圖形與屬性數據無縫對接。本研究以《貴州榕江現代農業示范園區總體規劃（2010—2020年）》為例，通過建立空間數據庫，對空間數據與屬性數據進行有效管理（圖1）。

圖1 空間數據庫建立流程

2 數據獲取與入庫

2.1 數據獲取

空間數據庫的數據通常包括空間數據和屬性數據?？臻g數據一般通過掃描矢量化、實地測量、航空測量、遙感影像等方式獲得，屬性數據則通過實地調查、統計數據、歷史資料等獲取。本研究主要通過對貴州榕江現代農業示范園區進行實地測量、遙感影像、統計數據、歷史資料等4種途徑獲取，包括：（1）遙感影像（RGB合成，分辨率1 m），2015年12月28日，JPG格式；（2）園區測繪地形圖（1∶1000），2015年3月，AutoCAD格式；（3）貴州榕江縣土地利用現狀圖（1∶10000），2010年，紙質版；（4）貴州榕江縣2010—2020年土地利用規劃圖（1∶10000），紙質版；（5）貴州省行政地圖（1∶760000），2013年，紙質版；（6）榕江縣統計年鑒2010—2015；（7）榕江縣2010—2015年農業發展相關材料。

2.2 數據入庫

一般采用標準關系數據庫管理方式將地圖數據、地物要素數據、統計數據等輸入和轉換成計算機可識別與處理的數字形式（圖2）。對多源、多類別數據，通常分類入庫。

對于非電子格式空間數據入庫方法有兩類：一是用高速數字化儀的數字信號處理技術，二是使用掃描儀的掃描技術［8］。但隨著掃描儀技術發展及掃描處理軟件的完善，掃描數字化的方式成為主流。一般用掃描儀按200～300DPI的精度對圖件進行掃描，然后用GIS軟件對掃描圖件的圖元進行矢量化。電子格式空間數據則直接采用導入GIS平臺方式進行處理與分析。本研究的信息數據入庫采用將數字化圖件轉入SuperMap Deskpro 6R平臺的方式來建立GIS空間數據庫，遙感影像與測繪地形圖（CAD格式）直接導入，土地利用現狀圖、土地利用規劃圖、行政地圖則以300DPI精度掃描為JPG格式導入。

2.3 數據分類編碼

2.3.1 分類編碼的原則 為了使空間數據和屬性數據被計算機識別和快速處理，需要構建數據分類編碼規則，包括［9］：（1）唯一性，代碼和分類一一對應，不能一對多、或多對多；（2）可擴充性，若增加新類別，則不改變原有體系；（3）易識別性，用戶憑經驗就能通過代碼知道事物的大致分類情況；（4）簡單性，代碼結構應簡短，以節省計算機存儲空間，減少代碼的差錯率；（5）完整性，全面分析相關信息類型，防止遺漏。

2.3.2 數據分類方法 數據分類方法主要有線分類法、面分類法和混合分類法［10-11］。本研究根據不同圖件的圖形特點，按照該理論方法采用混合分類方式，主要包括點、線、面分類法對圖層信息進行分類編碼。

2.3.3 數據分類編碼 數據分類編碼是對空間與屬性數據構建代碼符號集、設定代碼長度與規則。本研究分為矢量數據和柵格數據兩類分別編碼，矢量數據分別以點、線、面分類編碼，其中，土地數據分類編碼依據《土地利用現狀分類》（GBT21010-2007）按兩級編碼（表1），其他數據根據項目的實際需要按圖層的信息性質編碼，柵格數據則以具體柵格數據代表實際數值來表示。

圖2 空間數據庫數據入庫流程

表1 土地利用現狀編碼

3 數據處理與空間數據庫構建

3.1 圖件預處理

3.1.1 統一圖件比例尺 為了精確編輯圖件，需要將各種比例尺圖件都轉換到相對居中的比例尺上。本研究案例的實測地形圖比例尺為1∶1000，而其他的圖件精度參差不齊。以實測地形圖的比例尺為基礎，以相對應的要素地物為參考，將其他圖件比例尺統一到1∶1000。

3.1.2 空間數據坐標與投影統一 由于不同的途徑圖件數據采用的投影坐標系統不同，這會影響數據錄入與分析、疊合與拼接等，必須統一投影與坐標系。本研究采用1∶1000園區實測地形圖坐標為基準，統一為高斯克里格平面投影、北京54坐標系。對貴州榕江現代農業示范園區遙感影像、土地利用現狀圖、土地利用規劃圖、行政地圖等進行轉換，統一坐標和投影。

3.1.3 地圖校正 由于掃描數字化過程中圖紙的不均勻變形，導致輸入的坐標有可能與實際位置不相符。因此，一般利用實測控制點來校正圖幅變形。對本研究中土地利用現狀圖、土地利用規劃圖、行政地圖等掃描圖件，用圖像處理軟件進行平滑（消除隨機噪聲、去毛刺，補洞）、細化、拼接等系列處理，然后進行用測繪地形圖中控制點與進行對照與校正，減小整張圖紙的變形和減少誤差。

3.1.4 空間數據配準 為便于分析空間數據，對于掃描圖件與遙感影像，采用實測地形圖中關鍵地物坐標為參考，將紙質掃描圖件在SuperMap上進行配準，將屏幕上選取的控制點坐標輸入相應的地形圖上的真實坐標數據完成圖形的配準。控制點在10個以上，大致均勻分布在圖幅四周及中間位置，配準方法選擇多項式，配準中誤差小于0.1 m。

3.2 屬性數據庫構建

對于不同類別圖件按照圖層類型與用途分別建立屬性數據庫，每個圖層設定一個關系屬性表與空間的點、線、面數據一一對應起來。

本研究按園區規劃的階段分為現狀數據和規劃數據，以2個數據包分別存儲。現狀數據包括高程點、園區范圍、遙感影像、數字高程模型、土地利用現狀、高程分級、坡度分級、現狀道路等。規劃數據包括產業評價、規劃田塊、規劃蓄水池、規劃泵房、水源監測點、輸水管道、規劃排水溝、規劃道路、規劃養豬場等。

依據前文數據分類的方式及項目的實際需要，以點、線、面分圖層分別建立每個圖層的屬性結構表。點狀圖層，如高程點，主要需要確定高程數據，在屬性結構在SuperMap默認字段基礎上增加“高程點”字段用于存儲高程數值（表2）。線狀數據，如現狀道路，根據實際特點，屬性結構在SuperMap默認字段基礎上增加“類型”字段用于將不同道路級別區分開，長度屬于默認字段不需要增加（表3）。面狀圖層，如土地利用現狀，根據國標GBT21010-2007，在默認字段基礎上增加“一級地類代碼、一級地類名稱、二級地類代碼、二級地類名稱、面積（×667 m2）” （表4）。

表2 高程點圖層屬性結構

表3 道路圖層屬性結構

3.3 圖形編輯與屬性錄入

圖件數字化一般包括圖形編輯和屬性數據錄入，采用人工描繪、自動矢量化等方式編輯圖形數據，根據各個圖層所對應的資料、信息等按屬性結構對各個圖層的屬性數據進行輸入和編輯。如對園區現狀圖層，利用測繪CAD底圖進行自動捕捉、編輯，根據GBT21010-2007的方法錄入屬性數據，借助遙感影像進行現狀輔助分類與判讀，面積數據則通過SuperMap默認字段“SmArea”進行計算。對于土地利用現狀、土地利用規劃等掃描圖層，則按線畫中心進行人工數字描圖和輸入對應的屬性數據。其他圖層同樣依據數據特點與實際研究需求編輯圖形數據和錄入屬性數據。

3.4 圖件可視化表達與輸出

空間數據庫構建完成后，可按不同專題需求與相應制圖規范，以人機交互方式，選擇和組合顯示圖層，將各種空間分析過程和結果以圖形的形式直觀表現出來，如土地利用現狀圖（圖3，封二）、高程分級圖（圖4，封二）等。

表4 土地利用現狀圖層屬性結構

4 空間數據庫應用

空間數據庫可以將規劃數據、資料、圖件有機結合，為區域農業規劃提供科學的規劃依據和管理支撐，加強對圖件數據的定量分析，將區域農業規劃的空間可行性與可實施性進一步提升，方便規劃分析與產業布局，使得規劃數據更加精確，提高規劃效率。區域農業規劃空間數據庫的應用，包括以下4個方面：

一是綜合分析現狀數據與資料，客觀準確評估區域農業規劃的基礎?？臻g數據庫對現狀的土地、土壤、水文、氣候、交通、區位等數據進行了標準化和模式化，可以通過相關模型與方法綜合評估區域農業的現狀生產、加工、流通等的優勢與劣勢，為規劃提供。

二是準確分析項目區在上位規劃與相關規劃中的便利條件、不利條件等，為規劃提供準確空間可行性信息。區域農業規劃受到更高級的國土規劃、土地利用規劃、城鎮規劃、交通規劃等相關規劃的約束與控制，通過空間數據庫匯集多部門上位規劃，可以在空間上指引農業發展的區域與可規劃的范圍，協調與銜接其他相關規劃。

三是依據地形、水源、道路和農田水利設施等空間分析結果，可以準確規劃產業用地布局，布設基礎設施，為投資提供準確數據，更有助于指導施工設計。空間數據庫集合了區域農業規劃涉及的多種多源數據，可以通過建立不同規劃模型來選擇農業產業與功能，通過地形分析準確規劃道路、農業水利設施等，為規劃的落地實施提供了客觀分析與評價的基礎。

四是以GIS平臺可開發獨立的應用管理系統，將規劃過程與成果統一集成，方便規劃實施，同時可加入規劃建設、運營管理等方面的模塊，實現區域農業規劃從編制到實施、運營的全過程信息化管理。

5 結語

區域農業規劃涉及多方面資料收集，尤其在空間數據方面，需要多種類別、來源數據支撐，通過對數據進行分類、入庫、分類編碼、統一投影坐標、圖形編輯等，構建規劃數據空間數據庫，實現規劃結果的可視化表達，并且為規劃現狀分析、上位規劃分析、空間布局分析、應用管理系統開發等方面提供了有力的數據支撐。

但在數據分類與編碼方面，除了土地利用現狀有國家標準作為依據外，其他圖件的分類與編碼沒有規范與標準，在實際應用中只能通過具體屬性和需求來分類和編碼，缺乏統一的標準或規范，不利于空間數據的交互，數據共享程度較低。這需要在今后的研究中，探索和構建相應的標準編碼來提高建庫效率和共享程度。

［1］劉喜波.區域現代農業發展規劃研究［D］.沈陽：沈陽農業大學，2011.

［2］劉序，肖廣江，雷百戰，等.基于模糊綜合評價法的現代農業園區規劃項目評價研究［J］.熱帶農業科學，2016，36（1）：90-94.

［3］宋麗華，沈明霞，何瑞銀，等.基于ArcGIS的林業GIS空間數據庫建設的研究［J］.計算機工程與設計，2008，29（19）：5117-5118.

［4］胡高飛，秦漪航，楊成波，等.基于GIS平臺的土地整治規劃空間數據庫建設及應用［J］.安徽農業科學，2015，43（19）：350-354.

［5］周燦芳，劉序，肖廣江，等.GIS技術在區域農業規劃現狀分析中的應用研究［J］.廣東農業科學，2013，40（22）：193-195.

［6］劉序，肖廣江，周燦芳，等.GIS技術在區域農業規劃生態環境保護分析中的應用研究［J］.廣東農業科學，2015，42（9）：160-162，193.

［7］關昆，王剛，馮濤，等.基于GIS的農業區域發展規劃輔助建設［J］.農業網絡信息，2013（3）：22-25.

［8］朱恩利，李建輝，陳琳，等.地理信息系統基礎及應用教程［M］.北京：機械工業出版社，2004.

［9］何建邦，李新通，畢建濤，等.資源環境信息分類編碼及其與地理本體關聯的思考［J］.地理信息世界，2003（5）：6-11.

［10］周建勤，張鐸.物流信息分類編碼標準體系探討［J］.物流技術與應用，2000（2）：37-39.

［11］張茂震，宋鐵英，唐小明，等.森林資源信息分類編碼方法［J］.福建林學院學報，2005，25（2）：147-152.

（責任編輯 鄒移光）

Construction and application of spatial database of regional agricultural planning based on GIS technology

XIAO Guang-jiang，LIU Xu，GAN Yang-ying，XU Bi-fang
（Institute of Agricultural Economics and Rural Development，Guangdong Academy of Agricultural Sciences，Guangzhou 510640，China）

Regional agricultural planning plays an important role in guiding the development of modern agriculture.However，so far most regional agricultural planning still remains in two-dimensional space planning and design sketch display level.The study on integration of 2D and 3D data in planning，3D spatial analysis，3D dynamicshow and 3D spatial query are still limited.The basis of scientificity and operability for the regional agricultural planning are unitary approach，storage，query，management and analysis of multi-source spatial data and attributive data.By SuperMap，this paper introduced the data acquisition and storage，classification and coding，spatial database and attributive database construction process of regional agricultural planning in detail，also discussed the application of spatial database，to provide reference for the information management of agricultural park planning.

regional agricultural planning；GIS；spatial database

S127

A

1004-874X（2016）04-0151-05

10.16768/j.issn.1004-874X.2016.04.028

2016-01-15

廣東省科技計劃項目（2013B020314002，2014A070713028，2015A020224012）；廣東省農業科學院院長基金（201533）

肖廣江（1978-），男，碩士，助理研究員，E-mail：258350931@qq.com

劉序（1979-），男，博士，助理研究員，E-mail：liuxxuu@163.com