ArcGIS建模技術在農村建房調查數據處理中的應用

趙萬庫 邵小東 李建軍

上海泓誠測繪服務有限公司 上海 201100

農村建房調查是實施保護耕地紅線、鄉村振興戰略過程中的前期性工作，開展農村建房調查工作旨在全面掌握農村地區各類建房的現狀、主體、審批等情況，匯集整合“地—房—戶—人”信息，并實施信息化管理，建設鄉村地區基礎數據庫，為進一步強化耕地保護管理、摸排農村亂占耕地建房底數、建立健全農村建房長效管理機制等工作奠定基礎[1]。因此，調查數據成果的真實性、準確性、現勢性至關重要。為確保農村建房調查數據成果的質量，在作業過程中應對數據進行嚴格的過程檢查和質量控制。由于數據量龐大、過程繁瑣、周期短等因素，使得檢查工作耗時耗力，傳統的人工檢查投入大量的人力和時間，依然會出現檢查漏洞。如何快速、有效地完成調查數據成果的檢查，保質保量地完成農村建房調查任務，成為了當下迫切解決的問題?；诖耍疚睦肁RCGIS軟件中的Model Builder技術搭建了源基礎數據格式轉換、農房圖形邏輯關系拓撲檢查、修改的批處理模型，以及基于Python語言對空間屬性信息的邏輯檢查與糾正，大幅提升了農房調查數據圖形檢查處理的工作效率，保證了農房調查數據空間圖屬信息的準確性，確保了調查數據滿足成果入庫的標準。

1 Model Builder工具和Python語言

1.1 Model Builder工具

Model Builder是ArcGIS軟件中的數據建模工具，為設計和實現Arcgis中各種數據處理提供了一種圖形化的建模環境[2]。它是一個用來創建、編輯和管理模型的應用程序，也是一種用于構建各種地理數據處理工作流的可視化編程語言。模型構建器工具可以把一系列地理處理工具串聯在一起形成新的工作流，它將其中一個工具的輸出作為另一個工具的輸入，對空間分析和數據管理流程進行自動化處理并記錄[3]。

1.2 Python語言

Python是一種不受局限、跨平臺的開源編程語言，它處理速度快、功能強大且簡單易學，在ArcGIS地理處理中用作腳本語言[4],已經成為一種數據處理、數據分析、數據管理的語言。運用 Python 語言可以實現地理數據的批處理，因而有助于提高工作效率[5]。

2 基于Model Builder技術的農房調查數據處理

2.1 源數據預處理

為了提高作業效率和農村建房調查基礎數據庫的精確性，在進行圖屬信息數據處理前需對源數據進行預處理，主要包括數據格式的轉換和坐標的投影定義。源數據主要含農村地籍更新調查宅基地落地成果圖和農房調查軟件調繪的基礎數據，其中農村地籍更新調查宅基地落地成果圖囊括點、線、面以及注記等多圖層要素，而農房調查軟件調繪的基礎數據包含房屋占地圖形、圈占范圍圖形及其關聯的相應屬性。源數據預處理模型圖如圖1、圖2所示。

2.1.1 數據格式轉換

（1）農村地籍更新調查宅基地落地成果圖的數據格式主要是CAD的DWG形式，數據中含有多個圖層要素（FW_CLOSE、ZD_CLOSE、權利人、門牌號、JZD等），且以各個村落為單元存儲，在數據格式轉換前還需對數據進行拼接并提取其中的FW_CLOSE、ZD_CLOSE圖層的面要素和相關權利人等注記的點要素，這一過程可以通過Model Builder技術構建模型（如圖2所示）快速實現，具體解決步驟如下：①利用ArcMAP中的工具箱“轉換工具”—“轉出至地理數據庫”—“CAD至地理數據庫”，將所有DWG格式數據轉換成GDB格式，輸出面要素“Polygon”和CAD形式的注記圖層，然后根據“要素包絡矩形轉面”和“要素轉點”工具輸出點要素“注記點要素”；②利用“按照屬性選擇”工具分別從“Polygon”圖層、“注記點要素”圖層選擇字段“Layer”中的屬性值：FW_CLOSE、ZD_CLOSE和權利人，分別輸出所需的面要素“房屋與宗地圖形”和點要素“權利人注記”；③利用ArcMAP中的工具箱“分析工具”—“空間連接”工具，并通過空間位置關系把權利人注記信息分配給相應的面要素“房屋與宗地圖形”圖斑中，最后計算字段，完成字段賦值，刪除多余字段，輸出最終成果。

圖2 源數據預處理模型圖

（2）農房調查軟件調繪的基礎數據格式主要是DAT形式，利用專有“gdb與dat互轉工具”轉換成GDB格式，通過Model Builder技術構建模型（如圖1所示）快速提取房屋占地圖形和圈占范圍圖形。

圖1 房屋占地圖形_圈占范圍提取模型圖

2.1.2 坐標投影定義

為了保持參考數據、調查成果數據與最新影像完全吻合，在數據處理前需對其進行坐標投影設置。利用ArcMAP中的工具箱“數據管理工具”—“投影與轉換”—“定義投影”工具，與數據格式轉換處理過程集成到一個構建模擬器模型中，實現其自動、批量、快速、可視的“一鍵式”處理功能。

2.2 農房調查圖形數據邏輯關系處理

農村建房調查數據主要是以農村地籍更新調查數據成果為基礎，充分利用現有最新影像圖和技術手段，對本鄉村地區建設用地“地、房、人”等基本情況進行全面的補充調查，完善并形成農村建房數字化。但是由于農房調查軟件對圖形數據處理的局限性以及調查人員的不規范操作，造成了在調查過程中房屋占地圖形相互重疊、圈地范圍圖形相互重疊、房屋占地圖形不完全包含于圈地范圍內的邏輯關系錯誤現象，使得調查后的成果數據無法直接進行入庫。因此在信息入庫前需要對調查數據成果圖形進行邏輯性修改與檢查，具體過程主要為3步：

2.2.1 調查成果數據圖形修正

以當地鄉村最新影像柵格數據為底圖，加載預處理后的調查成果數據圖形，修正不符合現勢情況下的農村房屋占地圖形邊界和圈占圖形邊界，尤其是近幾年亂占耕地新修建的或改擴建后的房屋，保證最終調查成果的現勢性、真實性。對于具有一定年限的宅基地和2018年之前新建的房屋，可結合地籍更新調查數據進行核實修正。

2.2.2 調查圖形數據邏輯關系檢查

完成第一個步驟之后，需要對修正后的調查成果圖形數據進行邏輯關系的檢查，主要包括房屋占地圖形的重疊關系、圈占范圍圖形的重疊關系、房屋占地圖形與圈占范圍的包含關系。為了快速、有效的完成它們之間邏輯關系錯誤的檢查，本文借助GIS軟件中的Model Builder技術構建“一鍵式”處理模型，通過改變模型參數、設置規則，方便、快捷的完成調查成果圖形數據的拓撲檢查，并導出檢查結果，圖形邏輯關系拓撲檢查模型如圖3所示。

圖3 圖形邏輯關系拓撲檢查模型圖

2.2.3 邏輯關系錯誤修改

根據圖形邏輯關系檢查錯誤結果，對于重疊邏輯關系中的點、線進行合并處理，而重疊邏輯關系中的面需要結合影像核實現狀并進行調整、修正；對于包含邏輯關系中的點、線進行批量剪除處理，而其中的面需要結合影像核實現狀并創建要素進行修正。

2.3 農房調查空間屬性信息處理

在農房調查圖形數據檢查處理完成后，根據作業要求和入庫規則對空間屬性進行檢查與維護，對空間圖形屬性進行標準化處理。

主要規則：①圈占范圍的關聯編號必須唯一，圈占范圍與房屋占地圖形為一對多的關系；②圈地范圍的關聯編號與房屋占地圖形的關聯編號必須一致；③同一個圈占范圍內必須有主房（字段idx值為0）；④同一圈地范圍內的房屋占地圖形idx屬性值不能重復。因數據量大，人工檢查費時費力，還很容易出現遺漏因此本文借助GIS軟件中的Model Builder技術以及Python語言對調查成果的空間屬性進行檢查，并導出不符合規則的檢查結果。農房調查成果空間屬性信息處理模型如圖4所示。

圖4 空間屬性信息檢查模型圖及Python語句

3 結語

本文通過實際項目驗證，利用ArcGIS軟件中的Model Builder技術和Python語言進行農村建房調查成果數據的整合與檢查，可以將重復性的、有規律的工作環節簡化成一個簡單的處理模型，減少了中間過程數據，降低了人工操作的工作量，提高了檢查的速率和工作的效率，為調查成果數據的順利入庫打下了堅實的基礎。目前本文研究的檢查方法在檢查內容和邏輯嚴密性上還存在些許不足，但隨著在實踐中的不斷應用與探索，將得到進一步的完善和改進。