基于ArcGIS的土壤信息數(shù)據(jù)庫構(gòu)建

舒博寧 ，時(shí) 青 ，李 棟

（1.濟(jì)寧市水文局，山東 濟(jì)寧 272019；2.青島市水文局，山東 青島 266071）

數(shù)據(jù)庫是信息管理的基礎(chǔ)，信息系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)信息高效運(yùn)用的手段。地理信息系統(tǒng)（GIS）作為一種圖形、圖像化的信息系統(tǒng)，在計(jì)算機(jī)的輔助下，運(yùn)用地理空間模型的構(gòu)建和分析方法，對(duì)空間數(shù)據(jù)收集、整理、操作、分析，適時(shí)地提供空間和動(dòng)態(tài)的地理信息，它可以清晰、準(zhǔn)確的將地理實(shí)體的質(zhì)量、數(shù)量、空間分布特征、空間拓?fù)潢P(guān)系和周期規(guī)律等以圖形、圖像化的方式表達(dá)，而借此視圖形式的結(jié)果更利于管理者、決策者及時(shí)、準(zhǔn)確的了解具體情況，快速的制定出最佳方案。因此，將GIS引入土壤空間數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的建設(shè)工作必然使數(shù)據(jù)更加直觀化、正確化。ArcGIS是一套完整的GIS平臺(tái)產(chǎn)品，具有強(qiáng)大的地圖制作、空間數(shù)據(jù)管理、空間分析、空間信息整合、發(fā)布與共享的能力；具有高級(jí)的地理分析和處理能力、提供強(qiáng)大的編輯工具、擁有完整的地圖生產(chǎn)過程，以及無限的數(shù)據(jù)和地圖分享體驗(yàn)。

基于ArcGIS軟件平臺(tái)，結(jié)合青島市1∶50000地形圖和青島市1∶200000萬土壤類型分布圖，以青島市大沽河流域?yàn)檠芯繀^(qū)域，收集整理了流域內(nèi)行政區(qū)劃、地形、河流等重要基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和地下水、降雨量等重要水文數(shù)據(jù)，基于ArcGIS軟件平臺(tái)構(gòu)建了大沽河流域土壤信息數(shù)據(jù)庫，為大沽河流域土壤理化性質(zhì)的調(diào)查、統(tǒng)計(jì)、存儲(chǔ)和地下水與土壤水聯(lián)合管理提供高效便捷的數(shù)據(jù)庫支撐。

1 數(shù)據(jù)庫構(gòu)建

1.1 土壤信息數(shù)據(jù)庫組成

大沽河流域土壤信息數(shù)據(jù)庫主要分為基礎(chǔ)空間數(shù)據(jù)庫、土壤屬性信息庫二大類（圖1）。基礎(chǔ)空間數(shù)據(jù)庫：包括流域地形、水系、行政區(qū)劃等,主要來源于青島市1∶50000地形圖的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，空間數(shù)據(jù)庫的創(chuàng)建主要是通過ArcGIS軟件進(jìn)行圖形數(shù)據(jù)的采集與編輯，建成不同的點(diǎn)要素、線要素和面要素等組成的地理數(shù)據(jù)庫(GeoDatabase)。空間數(shù)據(jù)庫表按對(duì)象類型分為點(diǎn)數(shù)據(jù)、線數(shù)據(jù)和面數(shù)據(jù)，以點(diǎn)信息存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)表有土壤取樣點(diǎn)、雨量站、地下水位站，以線數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的有主要河流、鐵路線、高速公路、行政邊界，以面數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的有水庫、縣市區(qū)域、青島市域、相關(guān)縣域。空間數(shù)據(jù)庫與屬性數(shù)據(jù)庫之間是相互對(duì)應(yīng)的,通過關(guān)鍵字相關(guān)聯(lián)接。土壤信息數(shù)據(jù)庫：包括土壤粒徑分布、有機(jī)質(zhì)含量、氧化還原電位、電導(dǎo)率、pH、全氮和氧化鐵、氧化錳等。

1.2 土壤信息數(shù)據(jù)庫創(chuàng)建方法

基于ArcGIS的土壤數(shù)據(jù)庫采用ArcCatalo創(chuàng)建，主要方法如下：

1）地理數(shù)據(jù)庫創(chuàng)建。啟動(dòng)ArcCatalog，在既定目錄下創(chuàng)數(shù)據(jù)庫“大沽河流域土壤信息數(shù)據(jù)庫.mdb”。

圖1 大沽河流域土壤信息數(shù)據(jù)庫組成圖

2）要素集創(chuàng)建。在已創(chuàng)建的地理數(shù)據(jù)庫下創(chuàng)建地理底圖要素集，然后在隨后出現(xiàn)的對(duì)話框里定義要素集的坐標(biāo)系及其投影，這里選擇用經(jīng)緯度存儲(chǔ)地理坐標(biāo)數(shù)據(jù)，具體選擇“GeographicCoordinateSystems”下的CGCS_2000坐標(biāo)系。在要素集中定義空間參照系是為了讓同一要素集中的要素類享有同一空間參照系，這樣要素集內(nèi)的要素類之間才可以建立拓?fù)潢P(guān)系。在已創(chuàng)建的要素集下按照已經(jīng)定義的要素類及其屬性，分別定義點(diǎn)、線、面各要素類，并在各要素類的屬性頁面輸入要素類的屬性，同時(shí)按設(shè)計(jì)要求選擇屬性的約束條件。

3）基礎(chǔ)空間數(shù)據(jù)輸入。大沽河流域土壤信息數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)錄入主要分為基礎(chǔ)屬性數(shù)據(jù)錄入和土壤屬性數(shù)據(jù)錄入。數(shù)據(jù)輸入為整個(gè)系統(tǒng)提供最為基礎(chǔ)的空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)，主要來源于大沽河流域1∶50000地形圖及一些水文監(jiān)測(cè)、野外調(diào)查的相關(guān)地理空間數(shù)據(jù)。按照統(tǒng)一數(shù)據(jù)的格式及坐標(biāo)系統(tǒng)并根據(jù)數(shù)據(jù)的類型、屬性進(jìn)行分類，使數(shù)據(jù)符合入庫標(biāo)準(zhǔn)；通過ArcGIS平臺(tái)根據(jù)數(shù)據(jù)的內(nèi)容、類別、屬性及需要采用的坐標(biāo)系建立數(shù)據(jù)庫，形成大沽河流域1∶50000空間數(shù)據(jù)分布圖。

4）土壤屬性數(shù)據(jù)處理及錄入。數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)遵從關(guān)系數(shù)據(jù)庫建設(shè)基本原則，根據(jù)不同剖面將包含重復(fù)數(shù)據(jù)的表拆分成若干個(gè)沒有重復(fù)的表，建立表與表之間的關(guān)系，通過一對(duì)多的關(guān)系,實(shí)現(xiàn)記錄查詢檢索功能。流域土壤信息數(shù)據(jù)庫，包括土壤分類信息、采樣點(diǎn)信息、剖面層次分類、土層物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)等類別，每一個(gè)取樣點(diǎn)土壤剖面分為2～3層，每層包含地理位置、采樣時(shí)間、經(jīng)緯度、地面高程、有機(jī)質(zhì)含量、氧化還原電位、電導(dǎo)率、pH、全氮和氧化鐵、氧化錳等13項(xiàng)屬性數(shù)據(jù)，為了保證這些屬性的正確空間位置，將獲取的土壤理化性質(zhì)數(shù)據(jù)按照不同的取樣層次分為表層、中間層和底層三個(gè)數(shù)據(jù)表格，建好的數(shù)據(jù)庫通過統(tǒng)一的編碼和數(shù)據(jù)格式,包括具體的文本和數(shù)值格式要求，將空間數(shù)據(jù)庫和屬性數(shù)據(jù)庫連接起來，以便進(jìn)行數(shù)據(jù)的入庫和操作管理，大沽河流域土壤屬性數(shù)據(jù)庫字段結(jié)構(gòu)表見表1所示。按照統(tǒng)一的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)將土壤信息數(shù)據(jù)輸入完成后，土壤信息數(shù)據(jù)便以數(shù)據(jù)庫格式存儲(chǔ)在“大沽河流域土壤信息數(shù)據(jù)庫.mdb”中，在ArcGIS桌面地圖軟件ArcMAP窗口下，可以按照數(shù)據(jù)庫指定的空間屬性數(shù)據(jù)加載到大沽河流域地圖中，也可以輸出成“.shp”格式的圖層文件，方便加載使用。ArcGIS同時(shí)支持Excel數(shù)據(jù)格式的屬性數(shù)據(jù)導(dǎo)入，因此也可以將采集的土壤信息數(shù)據(jù)按照設(shè)定的數(shù)據(jù)格式存儲(chǔ)在Excel表中，直接導(dǎo)入ArcGIS工作空間，然后導(dǎo)出到土壤信息數(shù)據(jù)庫工作表中。 系統(tǒng)生成的數(shù)據(jù)庫以MicrosoftAccess支持的“.mdb”文件存儲(chǔ)。

表1 土壤屬性數(shù)據(jù)庫字段結(jié)構(gòu)表

2 數(shù)據(jù)庫查詢和管理

基于ArcGIS的大沽河流域土壤信息數(shù)據(jù)庫將土壤的理化性狀作了詳細(xì)歸納，它一方面可以為流域土壤資源信息系統(tǒng)的創(chuàng)建提供數(shù)據(jù)庫支撐，另一方面可以單獨(dú)作為一個(gè)完整的土壤信息數(shù)據(jù)庫查詢與檢索系統(tǒng)。土壤信息數(shù)據(jù)庫建成后，可以實(shí)現(xiàn)土壤理化性質(zhì)數(shù)據(jù)的查詢、數(shù)據(jù)的添加、刪除和修改、統(tǒng)計(jì)分析、地圖文檔加載、地圖瀏覽和輸出等各種數(shù)據(jù)庫管理功能。

2.1 數(shù)據(jù)查詢

1）地圖瀏覽和查詢。ArcMap是一個(gè)可用于數(shù)據(jù)輸入、編輯、查詢、分析等功能的應(yīng)用程序，具有基于地圖的所有功能，實(shí)現(xiàn)地圖制圖、地圖分析、地圖編輯等功能。用戶可以點(diǎn)擊土層欄瀏覽土壤數(shù)據(jù)庫成果地圖，分層顯示大沽河流域土壤采樣點(diǎn)空間分布圖，從而直觀地顯示土壤信息采樣點(diǎn)的在流域內(nèi)的空間分布，點(diǎn)擊菜單上的識(shí)別要素按鈕，點(diǎn)取要素（點(diǎn)、線、面狀）時(shí)，彈出（查詢結(jié)果）對(duì)話框，顯示該要素的屬性值，從而查詢每一個(gè)土壤取樣點(diǎn)的空間屬性和理化性質(zhì)屬性值。

2）屬性數(shù)據(jù)條件查詢。數(shù)據(jù)庫還可以根據(jù)用戶的要求，設(shè)置不同的屬性值查詢條件進(jìn)行土壤數(shù)據(jù)信息的查詢，比如要查詢所有土壤表層采樣點(diǎn)中有機(jī)質(zhì)含量大于10g/kg的土壤采樣點(diǎn)信息，可以在圖層中打開屬性表，點(diǎn)擊按屬性選擇，輸入查詢條件，實(shí)現(xiàn)對(duì)有機(jī)質(zhì)含量大于10g/kg的土壤采樣點(diǎn)的查詢，同時(shí)在地圖中符合查詢條件的采樣點(diǎn)信息被突出顯示出來，從而實(shí)現(xiàn)屬性數(shù)據(jù)和空間分布的組合查詢。用戶還可以設(shè)置其他不同的組合查詢條件進(jìn)行查詢。

2.2 數(shù)據(jù)的修改、添加和刪除

數(shù)據(jù)庫可以實(shí)現(xiàn)各種相關(guān)數(shù)據(jù)的修改、添加和刪除等各種編輯功能，在ArcMAP“開始編輯”狀態(tài)下，可以很容易實(shí)現(xiàn)具體屬性數(shù)據(jù)的修改。在ArcCatalog和ArcMap和窗口下均可以實(shí)現(xiàn)屬性數(shù)據(jù)的添加，包括要素類的添加和屬性字段的添加，在添加字段對(duì)話框中，為新字段命名并選擇數(shù)據(jù)類型，并設(shè)置相應(yīng)的字段特性。

2.3 統(tǒng)計(jì)分析和圖表創(chuàng)建

基于ArcGIS的流域土壤信息數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)還可以實(shí)現(xiàn)屬性數(shù)據(jù)的排序、匯總等各種統(tǒng)計(jì)分析功能，同時(shí)根據(jù)需要?jiǎng)?chuàng)建各種屬性數(shù)據(jù)的分析圖表，圖2為土壤采樣點(diǎn)表層有機(jī)質(zhì)直方圖，從圖中可以看出,大沽河流域表層土壤有機(jī)質(zhì)多數(shù)在10g/kg左右。

圖2 土壤采樣點(diǎn)表層有機(jī)質(zhì)直方圖

2.4 地圖輸出

地圖輸出是數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的重要功能，借助ArcGIS強(qiáng)大的地圖定制功能，用戶通過點(diǎn)擊功能菜單選擇功能，選擇“導(dǎo)出”、“地圖打印”，并選擇文件路徑及文件名、按照格式指定格式輸出地圖執(zhí)行地圖輸出。

3 結(jié)論

利用ArcGIS所具有強(qiáng)大的地圖制作、空間數(shù)據(jù)管理、空間分析、空間信息整合、發(fā)布與共享的功能，將青島市大沽河流域內(nèi)基礎(chǔ)水文、土壤等數(shù)據(jù)構(gòu)建了大沽河流域土壤信息數(shù)據(jù)庫，實(shí)現(xiàn)了對(duì)大沽河流域土壤理化性質(zhì)的調(diào)查、統(tǒng)計(jì)、存儲(chǔ)的實(shí)時(shí)化、智能化的管理。

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