ArcPy在湖北省造林綠化適宜性評估質檢工作中的應用研究

李佩峰 宋 雷 李書獻 何志杰 張之勇

(湖北省林業調查規劃院 武漢 430075)

為科學落實規劃造林綠化空間，根據自然資源部、國家林業和草原局《關于在國土空間規劃中明確造林綠化空間的通知》的要求[1]，參照國家《造林綠化空間調查評估技術方案》(以下簡稱《技術方案》)，湖北省開展造林綠化適宜性評估工作。

經統計，湖北省103個行政單位共下發國家級圖斑面積42.07萬hm2，區劃23.38萬個圖斑；省級補充圖斑面積37.79萬hm2，區劃69.63萬個圖斑，涉及單位多、覆蓋面廣、數據量大。對各縣市區提交的數據進行準確快速的質量檢查，確保全省適宜造林成果數據符合國家審核要求十分關鍵，利用ArcPy完成湖北省造林綠化適宜性評估質檢工作[2]，能夠幫助基層林業調查人員和省級項目檢查人員及時發現錯誤，減輕內業工作強度，提升林業科技創新能力。

1 研究內容

根據對國家造林綠化適宜性評估標準、檢查驗收辦法、省級核查技術方案以及相關政策文件的研究和分析，構建造林綠化適宜性評估指標體系，對造林綠化空間適宜性評估成果數據(以下簡稱“評估成果”)的檢查主要包括屬性檢查、圖形檢查兩個方面，其中屬性檢查主要是對每個造林圖斑的屬性信息進行完整性、規范性、邏輯性、準確性檢查；圖形檢查主要涉及《技術方案》中國家級下發圖斑是否全部保留入庫，以及成果數據是否存在重疊、多部件等錯誤。

本次適宜性評估工作是在ArcGIS軟件中進行，利用軟件實現對數據的屬性編輯、數據管理、空間處理等[3]。人工使用ArcGIS軟件進行數據檢查不僅效率低，而且重復的操作容易出現錯誤，利用ArcPy(Python語言編寫的ArcGIS數據處理站點包)編寫腳本工具實現自動化操作[4]，既可提高數據處理效率，節約時間，又可保證每次處理的準確性[5]，并且根據《技術方案》制定的工具步驟易學，可將屬性檢查、圖形檢查、面積重新計算等操作進行整合，提高了評估成果檢查的效率，研究工具質檢對湖北省造林綠化適宜性評估項目是可行性的，為今后相似的林業數據庫成果驗收提供新思路[6]。

2 造林綠化適宜性評估指標體系

參照自然資源部、國家林業和草原局《技術方案》標準，結合湖北省實際情況，構建湖北省造林綠化適宜性評估指標體系。其中前置評估條件主要包括地類現狀、限制地類2項；土地不適宜性指標主要包括降水量、海拔、坡度、土層厚度、其他因子等5項(表1)。

表1 湖北省造林綠化適宜性評估指標體系

對所有下發圖斑和補充圖斑的上述指標逐項評估，確定“適宜”和“不適宜”造林綠化空間的圖斑，形成規劃造林數據庫。

3 工具設計與實現

3.1 基礎運行環境

處理器CPU Intel(R) Core(TM) i5-6200U CPU @ 2.30GHz；內存：8G；操作系統：Windows 7 64bit；軟件：ArcGIS 10.5 for Desktop Advanced。

3.2 功能設計

工具界面簡潔易操作，設計了4個輸入參數，分別為成果數據庫路徑、國家下發圖層路徑、省級補充圖層路徑、輸出文件路徑，將需要檢查的評估成果放入對應的路徑后點擊“確定”開始運行檢查工具(圖1)。

圖1 湖北省造林綠化空間調查檢查工具界面

質檢工具功能設計為4個部分[7-8]：

(1)完整性質檢：按照《技術方案》成果提交要求進行檢查，包括數據庫命名、成果圖層命名、坐標系參數、字段結構等4項檢查。

(2)規范性質檢：以《技術方案》中數據庫代碼表為填寫規范，逐個字段檢查填寫的規范性。

(3)邏輯關系質檢：以適宜性評估指標體系為依據，檢查字段之間的邏輯關系。

(4)圖形質檢：以《技術方案》中審核參考目錄為標準進行檢查，包括圖形范圍、重疊、自相交、多部件等四項檢查[9](圖2～5)。

圖2 完整性檢查運行界面

圖3 規范性檢查運行界面

圖4 邏輯關系檢查運行界面

圖5 圖形檢查運行界面

3.3 功能實現

3.3.1 完整性質檢

以數據庫命名為例，將全省103個行政單位的代碼提前輸入到工具內部，被檢查的數據庫名字會被下劃線“_”進行拆分，采用逐一對比的方法，對前6位行政代碼進行比對，若命名的行政代碼與103個代碼其中一個相同，則通過檢查。實現代碼如下：

gdb_name=os.path.basename(input_gdb)

xdm=gdb_name.split('_')[0]

if xdm not in XZQ_DM:

arcpy.AddError("錯誤")

3.3.2 規范性質檢

以“坡度”字段為例，《技術方案》要求填寫代碼“1”“2”“3”，檢查時獲取成果圖層“坡度”字段屬性值，將不符合的圖斑標記為錯誤。實現代碼如下：

sql_dict={"PO_DU_check":"PO_DU not in (1,2,3) ",......}

for ck_field in check_field_list:

arcpy.MakeFeatureLayer_management(layer, "lyr", sql_dict[ck_field])

arcpy.CalculateField_management("lyr", ck_field, "1", "PYTHON")

3.3.3 邏輯關系質檢

字段之間的邏輯關系需要對《技術方案》進行分析、研究后制定出普遍的邏輯關系，將邏輯關系對應的sql語句寫出，以“是否適宜”為例，若某圖斑評估為“適宜”，則該圖斑相應的字段必須符合以下條件：①地類字段填寫范圍為“0303”“0304”“030401”；②限制地類字段必須為空；③降水量字段填寫為400 mm以上、海拔字段填寫為2 000 m以下、坡度字段填寫35°以下、土層厚度字段填寫30 cm以上、石漠化等級字段填寫為輕度以下。檢查時將成果圖層創建為要素圖層，將要素圖層按屬性查詢，選擇出邏輯關系錯誤的圖斑，導出至檢查數據庫。

arcpy.MakeFeatureLayer_management(input_lyr,"lyr")

arcpy.SelectLayerByAttribute_management("lyr","NEW_SELECTION",sql)

arcpy.CopyFeatures_management("lyr",error_layer)

3.3.4 圖形質檢

以圖形范圍檢查為例，根據《技術方案》要求，國家級下發圖斑要全部保留，項目組采用“分類比對”的方式，在數據庫模板中加入“數據來源”字段，國家下發圖斑填寫代碼“1”，評估成果中數據來源填寫1的圖斑與國家原始下發圖斑進行交集取反，若有圖斑生成，則報錯。實現代碼如下：

arcpy.MakeFeatureLayer_management(input_lyr,"lyr")

arcpy.SelectLayerByAttribute_management("lyr","NEW_SELECTION","SJLY='1'")

arcpy.CopyFeatures_management("lyr","sjly1")

arcpy.SymDiff_analysis("sjly1",gjj,error_layer)

4 結果與分析

項目組對湖北省房縣、孝昌縣、浠水縣、嘉魚縣、潛江市5個單位的人工質檢和工具質檢情況進行了對比試驗[10]，發現評估成果中存在多處錯誤，并將錯誤情況輸出到txt文件中反饋至縣市人員。將工具質檢的檢查時間、檢查質量與人工質檢進行對比(表2)。檢查時間為平均每個縣級單位所耗時間；檢查質量由項目組專家根據《技術方案》進行綜合評定，《技術方案》中要求“按不低于上報圖斑數量1%進行抽查核查，抽查結果合格率應大于95%”，專家組以此采用“優、良、中、差”四級評定，合格率≥95%評定為“優”，90%≤合格率<95%評定為“良”，85%≤合格率<90%評定為“中”，合格率<85%評定為“差”。

表2 人工質檢和工具質檢的對比

由此可得出以下幾點結果：

(1)平均每個縣級單位人工質檢所耗時間為195 min，工具質檢所耗時間為11 min，人工質檢時間遠大于工具質檢時間。

(2)人工質檢完整性、邏輯關系檢查質量為“優”，規范性檢查質量為“中”，圖形檢查質量為“良”，人工質檢在邏輯關系檢查時可根據數據庫“備注”內容進行人工分析，但長時間的檢查中會出現部分操作遺漏或錯誤等現象。

(3)工具質檢完整性、規范性、圖形檢查質量為“優”，邏輯關系檢查質量為“良”，因為工具質檢在邏輯關系檢查時無法自動分析數據庫“備注”內容。

(4)人工質檢規范性、圖形檢查質量差于工具質檢，邏輯關系優于工具質檢。

綜上所述，工具質檢效率高于人工質檢，檢查質量能夠滿足工作需要，邏輯關系質檢需要工具質檢完成后人工補充質檢，ArcPy可以在湖北省造林綠化適宜性評估質檢工作中推廣應用。

5 結語

湖北省造林情況復雜多樣，邏輯關系的制定不能兼顧到所有縣市的特殊情況，隨著分類標準逐漸清晰，邏輯關系更加明確，判定原因更加具體，工具也需要不斷地進行完善與更新，從而滿足最新工作要求，下一步將繼續優化工具，將縣代碼與邏輯關系結合起來，能夠更加因地制宜地檢查成果數據庫。

質檢工具只能判斷評估成果是否符合既定的要求，對真實性無法做出判斷，這也是很多計算機工具的通病，省級檢查人員需要把工具與人工檢查結合起來，提高效率的同時也保證造林綠化適宜性評估準確性。