基于Model Builder建模的設施農用地上圖入庫方法研究

胡家明

（廣東省地質測繪院，廣東 廣州 510800）

1 引言

隨著我國社會經濟的穩固發展及鄉村振興戰略的逐步施行，農村設施農用地管理的重要性愈發突顯[1]。為此，自然資源部印發了《自然資源部 農業農村部關于設施農業用地管理有關問題的通知》（自然資規[2019]4 號），并研發了“設施農用地監管系統”，要求設施農用地上圖入庫，納入自然資源“一張圖”監管。設施農用地上圖入庫監管是掌握和分析設施農用地情況的必要手段，是加強設施農用地監管、保障用地規范有序和設施農用地健康發展的有力支撐。由于時間緊，任務重，而傳統的圖形編輯方法耗費較多的人員和時間，研究利用Model Builder 建模，可實現從DWG 格式的宗地圖到監管系統要求的TXT 格式拐點坐標流程化批量處理，減輕人工編輯工作量，減少錯誤，提高工作效率。

2 Model Builder 簡述

模型構建器Model Builder 是ArcGIS 提供的構造地理處理工作流和腳本的圖形化模型工具[2]，能夠實現數據處理的自動化、流程化，將復雜的流程簡化為一個工具。在模型中，可以按照一定的次序將所需的工具和數據連接起來構成一個工作流，其基本單元為“輸入數據→工具或腳本→輸出數據”。ArcGIS 支持的數據類型均可作為輸入數據或輸出數據，比如要素類、柵格數據集等。模型中的工具可以是ArcToolbox中的工具和腳本，也可以是由模型或腳本文件生成的工具[2]。同時，創建的模型可以共享，直接生成Python、JScript 和VB-Script 等形式的腳本語言[3]，擴展了ArcGIS 的功能。

3 上圖入庫工作要求

在取得用地階段，縣級自然資源主管部門收到鄉鎮政府匯交的信息后要及時進行核驗，在10 個工作日內，將項目名稱、位置、用途、類型、生產期限等項目概況，以及項目用地總面積和地塊坐標、使用農用地和耕地面積、用地破壞耕地耕作層面積和地塊坐標等用地情況，在監管系統上圖入庫。監管系統上圖入庫主要分為登錄設施農業用地監管系統平臺錄入項目概況內的基本信息、錄入各類用地面積和導入坐標數據三大部分。

4 研究思路

通過模型構建器Model Builder的FeatureToPolygon、AddField 等關鍵工具的組合，自動將DWG 格式設施農用地范圍生成SHP 數據；利用SpatialJoin、CalculateField、Python 表達式“!shape.Area!”、DeleteField 等關鍵工具的組合，自動對必要SHP 文件字段進行信息錄入；利用Intersect、Select、CalculateField、Python 表達式“!shape.Area!”、DeleteField 等關鍵工具的組合，自動生成設施農用地破壞耕地SHP 圖層，并錄入必要字段信息；最后通過編寫Python 代碼并導入腳本文件，自動將設施農用地和破壞耕地SHP 圖層分別轉換為設施農用地監管系統要求的標準TXT 格式坐標文件，從而實現設施農用地上圖入庫操作流程的可視化、流程化、批量化，提高工作效率和準確性。思路流程如圖1 所示。

圖1 思路流程

5 具體實現流程

5.1 制作設施農用地SHP 格式數據

在ArcGIS 平臺中，通過ArcToolbox 添加工具箱，命名為“設施農用地處理工具箱”，并在該工具箱中新建第一個模型，將模型命名為“1.制作SHP 文件”，用于制作設施農用地SHP 格式數據。在模型中添加FeatureToPolygon 工具，將DWG 格式農業設施宗地圖上的設施農用地范圍生成SHP 面文件數據。添加AddField 工具，分別為設施農用地SHP 文件新建“界址點數”“地塊面積”“地塊編號”“地塊名稱”“圖形類型”“圖幅號”“地塊用途”“地類編碼”“描述”等必要字段。

最后，利用以上幾種工具，通過重復利用與串聯的方式形成組合工具，運行模型即可自動實現將DWG格式設施農用地范圍生成SHP 格式面文件數據。模型運行結果、SHP 格式數據模型制作、模型執行窗口分別如圖2、圖3 和圖4 所示。

圖2 模型運行結果

圖3 制作SHP格式數據模型

圖4 模型執行窗口

5.2 自動錄入必要字段

在“設施農用地處理工具箱”中新建第二個模型，將模型命名為“2.自動錄入必要字段”，用于對“地塊面積”“地塊名稱”“圖幅號”“地塊用途”等必要字段進行信息錄入。

首先在模型上添加SpatialJoin 工具，將設施范圍與所在行政區的1∶10000 圖幅結合表進行空間連接，自動獲取設施農用地圖斑的圖幅信息。

然后添加CalculateField 工具，將設施農用地所在圖幅號自動計算到“圖幅號”字段上；添加CalculateField 工具，通過Python 表達式“!shape.Area!”來自動獲取“地塊面積”字段值；添加CalculateField 工具，將“地塊名稱”字段賦值為“設施范圍”，將“地塊用途”字段賦值為“設施農用地”；添加DeleteField 工具，對字段進行維護，刪除冗余字段。

最后，利用以上幾種工具，通過重復利用與串聯的方式形成組合工具，運行模型即可自動實現對必要設施農用地SHP 文件的字段進行信息錄入，形成屬性值完善的設施農用地SHP 文件。模型運行結果、自動錄入字段模型、模型執行窗口分別如圖5、圖6 和圖7所示。

圖5 模型運行結果

圖6 自動錄入字段模型

圖7 模型執行窗口

5.3 生成設施農用地破壞耕地層

在“設施農用地處理工具箱”中新建第三個模型，并將模型命名為“3.農用地破壞耕地層”，用作生成設施農用地破壞耕地圖層。

首先在模型中添加Intersect 工具，將設施農用地SHP 圖層與最新年度的土地利用現狀數據進行疊加分析，得到設施農用地的土地利用現狀。

然后添加Select 工具，篩選土地利用現狀地類名稱為“水田”“水澆地”“旱地”的圖斑（即為設施農用地破壞耕地層的圖斑）；添加CalculateField 工具，通過Python 表達式“!shape.Area!”來自動獲取“地塊面積”字段值；添加CalculateField 工具，將“地塊名稱”字段賦值為“設施農用地破壞耕地層”，將“地類編碼”字段賦值為對應的土地利用現狀地類編碼；添加DeleteField 工具，對字段進行維護，刪除冗余字段。

最后，利用以上幾種工具，通過重復利用與串聯的方式形成組合工具，運行模型即可實現自動生成設施農用地破壞耕地SHP 圖層，并錄入必要字段信息。模型運行結果、生成破壞耕地層模型、模型執行窗口分別如圖8、圖9 和圖10 所示。

圖8 模型運行結果

圖9 生成破壞耕地層模型

圖10 模型執行窗口

5.4 SHP 格式數據轉換成標準TXT 格式數據

（1）標準TXT 數據要求

標準格式分為屬性描述和地塊坐標兩部分，TXT格式要求如圖11 所示。其中，①地塊編號：填寫地塊順序編號，如建設項目勘測定界技術報告書中地塊的編號。

圖11 TXT格式要求

②地塊名稱：填寫地塊名稱，也可以按照地塊數命名為“地塊1、地塊2……”。

③記錄圖形屬性：填寫“面”。

④地塊用途：留空。

⑤點號：填寫界址點順序編號，如“J1、J2……J1”“1、2……1”。

⑥地塊圈號 ：不涉及扣除內部面積時，統一填“1”；涉及扣除地塊坐標的，依次填寫“2、3……”。

⑦X 坐標、Y 坐標：X 坐標整數部分為7 位，小數部分保留3 位；Y 坐標整數部分為8 位，小數部分保留3 位。

（2）實現方法

在“設施農用地處理工具箱”中新建腳本，并將腳本文件命名為“4.shp 轉txt”。編寫Python 代碼并導入該腳本文件，生成SHP 轉TXT 的腳本工具，通過運行該腳本文件，即可自動將設施農用地和破壞耕地SHP 圖層分別轉換為系統要求的標準TXT 格式坐標文件（符合粵國土資利用發〔2018〕25 號附件2 中對坐標格式的要求）。模型參數設置時，輸入SHP 的數據類型設置為 “要素圖層”；格式的數據類型設置為“字符串”；輸出TXT 的數據類型設置為“文件夾”。

腳本關鍵部分代碼如下：

通過上述“設施農用地處理工具箱”，按順序依次運行各模型和腳本文件（腳本運行結果如圖12 所示），選擇相應的輸入文件、設置輸出的格式和文件路徑，點擊“確定”即可自動輸出符合要求的文件數據，從而高效完成自然資源部要求的設施農用地上圖入庫工作，SHP 轉TXT 執行窗口如圖13 所示。

圖12 腳本運行結果

圖13 SHP轉TXT執行窗口

6 實例應用

為了驗證建模工具的有效性和實用性，利用Model Builder 建模工具在廣東省羅定市的設施農用地上圖入庫工作中進行了測試。

由一名專業技術員人工處理100 個設施農用地圖斑，人工制作破壞耕地SHP 圖層和標準TXT 格式數據，耗時1.5 天；另外由一名普通技術員利用Model Builder 建模工具進行處理，耗時0.5 天。通過人工檢查發現，人工處理的成果中有2 處字段值缺漏，1個TXT 數據入庫失敗；利用Model Builder 建模工具處理的成果字段值正確、內容齊全，而且100 個TXT數據全部入庫成功。

另外，在廣東省江門市、陽江市等地區的設施農用地上圖入庫工作中，也成功地應用了該技術，通過ArcGIS 平臺的Model Builder 模型構建器和Python站點包ArcPy 訪問地理處理工具、函數、類和模塊編寫腳 本，在ArcToolbox 工具箱中添加工具和腳本，并建立了可視化、流程化、批量化的操作界面[4]。

7 結語

本文基于Model Builder 模型構建器，實現了設施農用地上圖入庫操作流程的可視化、流程化、批量化，適用于一般技術員操作。使用該方法可以降低生產成本、提高工作效率，同時避免了人為因素引起的錯誤，實現了設施農用地的快速、批量上圖入庫，也能為自然資源部門的建設用地報批、墾造水田、土地整理等同類日常業務的上圖入庫工作提供借鑒。