基于ArcGIS的国土调查地类流量分析模型构建与应用

李英明

(天津市宁河区自然资源调查与登记中心, 天津 301501)

0 引言

国土调查是我国一项重要的法规制度,能够有效识别利用土地资源,同时也是核查我国领土资源的主要手段。为了能够更加精准统计国土数据,掌握土地资源的基本信息并进一步完善国土调查制度,我国在不同的时间段会进行一次国土调查工作,为了减少下一阶段的国土调查工作量,需要将上一阶段的国土调查工作数据作为下阶段的调查基础,研究两阶段的土地资源变化,但传统的国土调查地类流量分析方法在数据建设、流量分析速度等方面步骤较多,过于烦琐。

文献[1]中应用的流量分析技术主要基于初代的地理信息系统,能够应用计算机较全面表现出国家土地资源在不同领域的发展状态,再应用自动制图(Automatic mapping,AM)技术拓展数据库信息,随着科技的不断发展与人们对土地资源利用种类的增长,这种地理信息技术已经不能满足实时性地对土地资源监测与管理,相应的计算机平台不能与其他软、硬件设备匹配。文献[2]中应用多种软件对地理信息系统(Geographic Information System,GIS)技术进行相关设备的融入与实现,还应用纳米技术对相关设备的性能完成改善,较大提升了流量分析的速度与网络基础,这种GIS技术下的地类流量分析还能够为用户提供个性化服务,并将服务功能机制体现在Web平台中,增加了国土调查地类流量的数据库稳定性与高效性[1-2]。

本文则基于ArcGIS技术建立国土调查地类流量分析模型,提升国土资源调查的效率与信息化水平。

1 模型构建构架

本文基于ArcGIS的国土调查地类流量分析模型是在地图板块中实现的,所有的模型功能均需要运用地图板块中的矢量信息,地图板块在满足用户的信息需求情况下还需要对各种国土地类数据进行统计学分类与相应的简单分析。本文选用ArcGIS网络地图作为模型构建的基础,可以为用户提供稳定实时的地类流量。ArcGIS地图软件具有较强的可开发功能,并采用ArcIMS软件结构对地类流量缓存,显著提升了软件的实现效果。根据模型构架功能,本文设计地类数据接口与地图数据库接口相同的技术标准,图1为本文构建模型接口应用的硬件服务模型结构图。

图1 模型接口应用的硬件服务模型结构图

客户端中引用常规性Web浏览器作为电子地图板块的后台处理端口,不需要在端口安装网络插件即可完成地图中地类流量的检索,Web浏览器还支持国土地类流量调查程序运行,包括国土地类流量数据的预处理、管理、分析缓存等[3]。

对土地资源地理基层模块划分为Web应用程序模块、Arc管理模块、数据预处理模块、地类资源库。Web应用程序模块主要包含互联网服务器和Web运行程序,网络服务器与客户端连接，为用户提供一定的数据交互功能,不需要用户下载插件;Web运行程序主要负责网络与地类资源管理模块关联,响应客户的需求向客户端检索相应数据信息,再通过传输程序建立一条标准化语言接口,此程序不能满足地类资源的运算。Arc管理模块主要负责模型与服务器之间的交流实现,Arc管理模块中软件收到服务器的地类流量信息后将服务请求列入处理队列中,分别对不同种类的地类流量采用不同的地图定位体系,安排最佳的地图路径帮助国土调查模型的查询。数据预处理模块主要对地类流量数据进行适应性处理,将地图基本数据与采集数据相融合,减少模型在数据处理方面的磨合工作量。地类资源库程序中包含原始地类流量,在模型收到新类型数据时此程序通过检索功能对地类流量进行地址缓存与发送服务信号,有助于工作人员的数据管理,图2为土地资源地理基层模块结构组成图。

图2 土地资源地理基层模块结构组成图

2 基于ArcGIS国土调查地类流量数据处理

2.1 基于ArcGIS的数据处理与优化

应用ArcGIS对国土资源数据统计需要在不同阶级地图中添加编码字段,我国第二次地类数据调查与第三次地类数据调查数据显示主要以字段方式显示,因此也需要应用ArcGIS技术添加最新地类调查数据,地类数据缓存程序中具有属性值,属性定义取决于地类数据编码前两位,二级属性地类数据主要包含森林沼泽、红树林地、沼泽草地、沿海滩涂、内陆滩涂和沼泽地等;一级属性地类数据主要包含湿地。电子地图中任何线性地类数据与面性地类数据都能够表现出相应的地类流量特征,可将多种元素组合成一套独立的几何数据要素。本文设计应用ArcToolBox软件对电子地图中具有地类数据特征字段作为流量融合元素,每一类地类流量获取一定数量的图像与电子线段,数据融合过程中还要注意字段的创新环节,每一个数据要素的融合都会表现不同阶级的地类流量,根据新融合地类流量种类进行分析处理,图3为数据融合软件分析图。

图3 数据融合软件分析图

ArcGIS数据在电子地图中占有较大的比例,统计地类流量的调查数据还需要大比例缩放的矢量数据与影像数据,采集地类流量中具有多元性、先有性特性的数据,合理规划与表达地类数据是ArcGIS数据调查的重点内容,因此需要对此部分数据按照《地理信息公共服务平台地理实体与地名地址数据规范》与《地理信息公共服务平台电子地图数据规范》条例设计数据调研标准,对初步采集的地类数据进行脱密处理,将数据采集点在网络中公布使用,并达到网络空间维度标准。地名地址流量是地类流量的重要组成部分,可以实现对电子地图的地类数据直接收集,图4为地名地址流量的获取流程图。

图4 地名地址流量获取流程图

地名地址的获取流程受到地类复杂度影响,在电子地图中体现的数据根据地类范围粒度区域而划分地名地址数据采集范围,为满足更加精准地类流量调查,在数据采集模型中添加资源获取服务,接受业外人员对地类流量调查的数据贡献[4]。

基于ArcGIS国土调查地类流量模型数据处理后可对部分地类流量缓存处理,为下一阶段国土调查地类流量奠定数据基础。ArcGIS软件服务器具有实时性特点,地图中的不同地类图层的缓存优化方式不同,对于基本的地类流量数据缓存需要应用ArcGIS技术对电子地图信息重新编辑格式并更新,根据软件后台提供的编辑范围确定实际地类流量的可编辑范围。通过电子地图重新对数据进行定位,数据处理模型中将地类流量分为静态流量与动态流量,静态流量内容主要为索引流量,将地类流量切割成图片文件,收集图片文件并缓存,传输到ArcGIS服务器中生成一套新地图索引程序,表1为以地类流量比例尺为变量而区分的静态流量。

表1 静态流量说明

当下一阶段的国土地类流量调查更换地类流量比例尺时,可以在数据库中查询该比例尺的静态流量,重新生成地类流量所在范围与相关状态信息。动态流量是服务器缓存的主要内容,能够针对实现状态与环境状态智能判断地类流量是否满足缓存条件,每个缓存数据均要求在相应的地类流量范围内,根据不同地类流量级别限制服务器中产生的信息条件[5-7]。

2.2 基于ArcGIS的交互数据库设计

基于ArcGIS交互数据库的设计有利于提升电子地图的整体流量运行。在数据库的结构设计中,本文主要应用分布式数据库管理技术,国土资源调查人员可以根据自身所在位置确定国土地类流量类型,交互数据库中具有标本特性的地理流量标识码随着该地理位置属性向服务器中发送,地理位置属性包括地类流量类型、地理矢量长度、地类流量覆盖面积、数据库缓存时间等。交互数据库中缓存地类流量参数能够实现自我管理,每套参数配置数据预处理体系,参数与实际地类流量关联后,地类流量表现出的数据形式直接向交互数据库外输出,与普通数据库之间呈现映射关系。预处理中新储存的参数主要通过流量引擎访问地类流量初始位置,为国土地类流量调查人员提供精准信息[8]。

数据交互过程中设置地类流量监听芯片,对新处理的地类流量参数进行切片处理。设定每10 d向电子地图服务层获取地类流量参数变化状态。并设计不同颜色表示不同的地类流量状态,监听芯片可以对预处理程序中的地类流量参数运算,在电子地图服务层中提取出不必要地类流量参数,此监听芯片还可以建设一条索引机制,向地类流量调查空间中的更新机制提供广泛空间[9]。图5为监听芯片实物图。

图5 监听芯片实物图

3 模型应用

基于ArcGIS分析模型对于国土地类流量的处理模型的主要实现程序体现在国土地类流量调查管理人员的Web应用层。管理人员通过对Web应用层的交互控制可以对电子地图中地类流量数据传送至相应的调查客户端,当管理人员发送请求后电子地图的响应程序便会提取有效流量,应用地类流量的底层数据接连Web层的程序接口,提升地类流量的检索效率[10-13]。

该模型中的用户端界面向管理人员提供地类流量调查信道,信道与信道之间相互连接构成一套完整的电子地类流量检索体系,对信道内容压缩并传递出交互程序应用层,对应用层进行操作便可获取不同地类流量的属性信息。图6为以城市地类流量为例的交互界面。

图6 以城市地类流量为例的交互界面

模型后台是地类流量统计与分类的数据处理中心。当用户向模型输入地类属性或地类流量信息时,Web应用层开始与数据处理中心建立连接桥,同时服务器中的信道建立与数据库之间的线程与通信协议,不容易造成地类流量与数据库中相关地类属性的格式冲突;用户退出模型程序时,Web应用层控制整体模型的通信模块,发送关闭指令至数据库与数据处理中心并撤销所有线程与通信协议[14]。

模型应用需要对数据库中地类流量进行定位,需要定位算法与检索算法的协同,在界面文本框中输入地类流量代码,根据电子地图的所在图层寻找相应的地类流量位置,利用平面直角坐标系形式表现出来,将X、Y值与原始地理图层作对比,找到地类流量的实时动态信息。运行模型程序还需要将二调一级类融合、三调一级类融合等地类流量设定规范保存格式,方便流量总体的汇总与分析,根据地类流量分析数据可控制地类流量的调查质量,保障调查区域内的全部模型处于可操控状态[15]。

4 实验研究

启动模型并打开ArcGIS软件,向电子地图的地类属性迭代器中输入地类流量编码,按照不同地类流量字段形式添加新型地类流量变量,命名新添变量并添加数据链接,向迭代器中再次输入裁剪过的参数信息,重新添加图片形式的地类流量空间变量,规范地类流量缓存位置并验证模型的可用性。

实验根据《土地利用现状分类》第二次调查地类流量分类进行分析,对一级分类中的耕地、种植园地、林地、草地、交通运输地、其他用地、矿地等统计。表2为一级分类地类流量分析表。

表2 一级分类地类流量分析表

表中统计面积表示在上一阶段的某一地区调查面积基础上的调查各个地类流量调查面积,流入面积表示上一阶段的其他地类流量更改为此类调查地类流量面积,流出面积表示上一阶段此类地类调查面积改变为其他地类流量面积,变化量表示较以往的调查面积存在的变化差值。

本文构建基于ArcGIS技术的模型对某地区地类流量数据可以多方位呈现,相比其他电子地图中提供的分析材料内容更加详细,包括地类流量中存在的建筑内容以及人员内容。文献[1]、文献[2]中的流量分析提供的数据包丰富度不够,主要依靠各个导航的数据丰富自身模型,不能提供较好的用户服务与交互,用户在应用模型的过程中需要加载大量的内存数据,导致加载地类流量数据慢,对网络服务器的要求较高。图7为不同模型对地类流量分析的加载速度。

图7 不同模型对地类流量分析的加载速度

根据图7中的对比结果可知,本文模型能够优先加载地类流量,最高加载速度可达50 MB/s。文献[1]中模型更注重图像制作与分析,待加载流量较大,最高加载速度控制在30 MB/s左右;文献[2]中模型加载流量速度较快,但不能与软件程序形成关联状态。

本文方法能够对湖泊中的植物种类、水资源状态、生物的生长周期等方面进行分析,在物理尺度上精细化分析程度,可知湖泊的物种退化平均值为3.61,单位面积内生物生长周期为6,分析得知该湖泊的物种正处于增长状态。

5 结束语

本文在ArcGIS基础上构建国土地类流量调查分析模型,采用Web服务器采集电子地图中的地类信息与编辑代码,实现了基本地类流量的采集与分析,建立数据预处理与地类流量空间之间的信道,实现了国土地类流量分析的高效性与实用性。