基于地理信息系統(tǒng)技術(shù)的土地利用數(shù)據(jù)庫建設(shè)

1需求分析1.1文庫管理不當(dāng),造成資源浪費,數(shù)據(jù)難以滿足社會經(jīng)濟發(fā)展需要隨著我國人口的快速增長和社會經(jīng)濟的快速發(fā)展，區(qū)域資源配置的合理性和可持續(xù)利用已成為一個普遍關(guān)注的重要問題之一。科學(xué)、準(zhǔn)確、全面、快速地把握有關(guān)自然條件、經(jīng)濟條件、社會條件對土地資源的要求與限制,已成為土地資源管理亟需解決的課題。土地資源管理數(shù)據(jù)精度要求高,在社會經(jīng)濟日趨多元化的情況下,僅靠手工操作、圖紙與臺賬管理的模式已不能滿足國民經(jīng)濟發(fā)展的需要。自1989年以來,陜西省開展了以縣為單位的土地利用現(xiàn)狀調(diào)查,查清了土地的數(shù)量、質(zhì)量、權(quán)屬和利用狀況。但是,傳統(tǒng)的土地利用現(xiàn)狀調(diào)查產(chǎn)生成果的速度及方法,不能完全保障調(diào)查成果的精度可靠。內(nèi)業(yè)轉(zhuǎn)繪、面積量算的手工工作量大,且常規(guī)的文件管理方法對土地利用數(shù)據(jù)進行管理,不僅不易查找、更新,且容易丟失數(shù)據(jù),造成人力、物力的浪費,對于綜合利用這些數(shù)據(jù)和及時滿足國家及其它部門的建設(shè)和生產(chǎn)的需要造成巨大的障礙。土地利用現(xiàn)狀在不停地變化,每年對土地利用現(xiàn)狀進行更新是保證土地利用數(shù)據(jù)現(xiàn)勢性的重要手段,這樣才能真正發(fā)揮土地利用數(shù)據(jù)在土地利用總體規(guī)劃、基本農(nóng)田保護等方面的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)作用。1.2土地利用分布及分布特點靖邊縣位于陜西省北部偏西,榆林市西部,毛烏素沙漠南緣,轄區(qū)范圍為東經(jīng)108°17′15″—109°20′15″,北緯36°58′45″—38°03′15″。東西寬91.3km,南北長116.2km,呈不規(guī)則菱形。東鄰橫山縣和子長縣,西接定邊縣和吳旗縣,南依志丹縣和安塞縣,北靠內(nèi)蒙古自治區(qū)的鄂托克前旗和烏審旗。全縣總土地面積4978.53km2。靖邊縣地處黃土高原向鄂爾多斯高原過渡地帶,長城沿線以北,是風(fēng)沙灘塬地貌,地表覆蓋以松散的河湖相沉積物和沙漠為主,地勢較平坦,地上及地下水資源豐富。土地類型多為水澆地和良好的旱地,林、牧業(yè)土地利用發(fā)達,是全縣糧、油、林、牧的主產(chǎn)區(qū),面積占全縣總面積的36.2%。長城沿線以南,是黃土丘陵溝壑地貌,面積約占全縣總面積的63.8%。地表覆蓋質(zhì)地疏松的黃土,垂直節(jié)理發(fā)育,地形破碎,土地貧瘠,但石油、天然氣資源豐富。靖邊縣地域廣袤,土地利用類型相對較豐富。北部風(fēng)沙灘塬區(qū),土地利用狀況較為合理;南部黃土丘陵溝壑區(qū),水土流失比較嚴(yán)重,加之受地方政府階段性政策的影響,導(dǎo)致石油、天然氣資源的開采在有悖于土地持續(xù)利用原則和生態(tài)目標(biāo)的狀態(tài)下進行,開采區(qū)域及其周圍的土地資源,或遭原油污染或被荒廢,這些土地的數(shù)量和質(zhì)量狀況都不具有現(xiàn)勢性數(shù)據(jù),建立靖邊縣土地利用數(shù)據(jù)庫時,從監(jiān)測土地資源的合理利用角度出發(fā),研究并構(gòu)建數(shù)據(jù)庫,即時獲取各年土地利用狀況變更的準(zhǔn)確數(shù)據(jù),經(jīng)過每年的更新,土地利用數(shù)據(jù)庫中不斷增加新的土地信息,管理、科研人員可通過土地利用數(shù)據(jù)科學(xué)地分析歷年土地利用狀況,以制定和實施合理的土地利用規(guī)劃,實現(xiàn)土地資源持續(xù)利用的生態(tài)目標(biāo)。2數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)處理2.1庫的空間數(shù)據(jù)源基礎(chǔ)的研究對建庫數(shù)據(jù)源,首先要分析土地利用數(shù)據(jù)庫的空間數(shù)據(jù)源的基礎(chǔ),收集已有的成果資料,研究分析這些成果資料可利用的有效程度和精確程度,確定相應(yīng)的使用方法。2.1.1土地利用數(shù)據(jù)庫靖邊縣土地利用數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)源包括:經(jīng)過驗收的土地利用現(xiàn)狀圖和權(quán)屬界線圖,耕地坡度分級圖,各種外業(yè)調(diào)繪航空像片以及各類統(tǒng)計數(shù)據(jù)。根據(jù)縣級土地利用數(shù)據(jù)庫建設(shè)的要求,靖邊縣土地利用數(shù)據(jù)庫以標(biāo)準(zhǔn)分幅1∶1萬土地利用現(xiàn)狀圖、權(quán)屬界線圖為基礎(chǔ)土地利用數(shù)據(jù)信息,其中含有耕地、園地、林地、牧草地、居民點及工礦用地、交通用地、水域和未利用土地;行政轄區(qū)包括靖邊縣各鄉(xiāng)(鎮(zhèn))、村。為了提高土地利用數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性,采用了同期外業(yè)調(diào)繪航空像片作為輔助資料。各類土地統(tǒng)計臺賬作為土地利用數(shù)據(jù)庫的屬性數(shù)據(jù)。2.1.2土地利用現(xiàn)狀調(diào)查方法數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)質(zhì)量要求是針對不同目標(biāo)而言的,靖邊縣土地利用數(shù)據(jù)庫建設(shè)的目的在于準(zhǔn)確核查土地資源的合理利用數(shù)據(jù),獲取科學(xué)、精準(zhǔn)的管理信息。用于數(shù)據(jù)庫建設(shè)的標(biāo)準(zhǔn)分幅1ue5fe1萬土地利用現(xiàn)狀圖,應(yīng)平整無折痕、圖廓完整且無污點、臟斑。獨立符號清晰可見,線狀符號濃黑飽滿。線劃清晰,灰度一致,不應(yīng)有毛刺、發(fā)虛現(xiàn)象。各種表格齊全無誤。各種資料的質(zhì)量按《縣(市)級土地利用現(xiàn)狀調(diào)查技術(shù)規(guī)程》的要求進行質(zhì)量檢查。達到內(nèi)容詳盡、完整且具有權(quán)威性;精度滿足成果應(yīng)用需求,坐標(biāo)系統(tǒng)一致;原圖介質(zhì)變形小,利用圖幅控制點圖形糾正后,中誤差<0.1mm;對于精度需要增強的局部,根據(jù)情況選用遙感影像圖和正射影像圖加以補充。2.1.3土地利用數(shù)據(jù)庫的建立數(shù)據(jù)源的工作底圖是數(shù)據(jù)源信息的載體,對土地利用圖斑的空間定位有直接影響。對收集到的資料的地理精度、比例尺、出版年代、內(nèi)容的準(zhǔn)確和可靠程度進行分析,確定對其利用的方式和程度。作為基本資料,標(biāo)準(zhǔn)分幅1∶1萬土地利用現(xiàn)狀圖,變形誤差較小,但為1993年編繪,現(xiàn)勢性較差,尤其是交通線路、境界、圖斑的土地利用類型需要更新;作為參考資料,耕地坡度分級圖是土地利用規(guī)劃、耕地保護決策及土地持續(xù)利用設(shè)計的基礎(chǔ)數(shù)據(jù);作為輔助資料,外業(yè)調(diào)繪航空像片,記載著土地利用圖斑外業(yè)調(diào)查的成果,但所收集縣境范圍內(nèi)的調(diào)繪航空相片缺乏統(tǒng)一比例尺。權(quán)屬界線圖,只表示土地權(quán)屬界線的位置,未表示圖斑與權(quán)屬界線的相應(yīng)關(guān)系,面積對比關(guān)系需要重新建立,只能作為參考資料。根據(jù)分析,本次采用1∶1萬與1∶5萬土地利用現(xiàn)狀圖,作為土地利用數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)源的工作底圖。各類統(tǒng)計表數(shù)據(jù)作為屬性數(shù)據(jù)源。2.1.4n形的圖廓線設(shè)計(1)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)預(yù)處理。為保證土地利用數(shù)據(jù)空間定位精度,將工作底圖的地理坐標(biāo)系統(tǒng)進行審核,按國家統(tǒng)一的坐標(biāo)系統(tǒng)和圖幅尺寸大小進行量算和檢測;(2)圖面預(yù)處理。確定數(shù)字化圖形的范圍,以標(biāo)準(zhǔn)分幅圖的內(nèi)圖廓線作為最大范圍;(3)在比例尺統(tǒng)一的工作底圖上加上公里網(wǎng),以滿足矢量化完成后誤差糾正的控制點要求;(4)將不清晰或遺漏的圖廓點標(biāo)繪清楚,以滿足圖形數(shù)據(jù)的精確配準(zhǔn);(5)檢查相鄰圖幅的接邊情況、線狀要素的連續(xù)性、圖斑界線閉合以及等高線的連續(xù)、相接、與水系的關(guān)系;標(biāo)出同一條線上具有不同屬性內(nèi)容線段的分界點;連接被注記符號壓蓋而間斷的線劃,境界線以雙線河、湖泊為界的部分,道路在居民地中斷部分;對圖面上圖廓內(nèi)外的文字、地類、水系、道路、地形、圖廓注記標(biāo)示清楚。2.2處理數(shù)據(jù)2.2.1分辨率三種對預(yù)處理好的工作底圖,采用灰度掃描方式掃描,分辨率高于300dpi。所有的圖件掃描后經(jīng)過掃描影像圖數(shù)據(jù)的幾何糾正,并對掃描柵格圖進行檢查,以確保矢量化數(shù)據(jù)的來源正確。2.2.2表面形態(tài)要素在矢量化前設(shè)定誤差限,包括點容限值、線容限值、接邊誤差限制。對于掃描柵格圖矢量化,分別以點、線、面形式進行。線狀要素分別沿中軸線采集,主要有:等高線、水系、道路、行政界線、地類界、權(quán)屬界、其它具有一定有寬度的線狀地物界;面狀要素采集多邊形邊界和標(biāo)識點,邊線嚴(yán)格閉合。點狀要素采集符號的幾何中心點或定位點,并將地名、水系、地形地貌和道路注記等錄入數(shù)據(jù)庫。2.2.3數(shù)據(jù)庫的分層處理對土地利用數(shù)據(jù)分別按點(*.wt)、線(*.wl)、面(*.wp)分別編輯處理。在圖形數(shù)據(jù)與柵格圖數(shù)據(jù)匹配、數(shù)據(jù)編輯、數(shù)據(jù)幾何校正、投影變換、接邊處理、圖幅拼接等完成后,將圖形數(shù)據(jù)的圖面坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換為大地坐標(biāo)系,然后再把分割于相鄰圖幅上的同一圖形要素拼接成一個完整的圖形。對拼接好的數(shù)據(jù),根據(jù)不同的數(shù)據(jù)編碼,依據(jù)《縣(市)級土地利用現(xiàn)狀數(shù)據(jù)庫標(biāo)準(zhǔn)》的分層要求進行分層處理。確定描述圖面對象的屬性信息,建立屬性數(shù)據(jù)庫,并通過編碼與對象保持關(guān)聯(lián),在圖形接邊的同時拼接屬性數(shù)據(jù)。3建立土地使用數(shù)據(jù)庫的工作流擴展3.1縣級土地利用數(shù)據(jù)庫的技術(shù)要求數(shù)據(jù)庫設(shè)計包括實體分類編碼、文件命名、分層及實體定義和確定屬性數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)以及設(shè)計的數(shù)據(jù)庫庫體內(nèi)容、數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)、文件命名、數(shù)據(jù)分層及數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)軟件。根據(jù)縣級土地利用數(shù)據(jù)建庫的技術(shù)要求,對數(shù)據(jù)庫所涉及的土地利用數(shù)據(jù),確定所需的數(shù)據(jù)層。對不同的數(shù)據(jù)層確定不同的空間特征。例如,將靖邊縣土地利用數(shù)據(jù)分為行政轄區(qū)層、地理圖斑層、線狀地物層、地形地貌層等。根據(jù)縣級土地利用數(shù)據(jù)建庫的需求,確定點、線、面對象的屬性數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),檢查、修改各屬性數(shù)據(jù)記錄的完整性和正確性,確定圖形數(shù)據(jù)與屬性數(shù)據(jù)的連接字段。靖邊縣土地利用數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)選用MAPGIS作為軟件平臺,數(shù)據(jù)庫設(shè)計充分考慮數(shù)據(jù)的時效性、準(zhǔn)確性,數(shù)據(jù)的易修改和更新。3.2土地利用數(shù)據(jù)庫的建立縣級土地利用數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和內(nèi)容由設(shè)計思想和建設(shè)目標(biāo)決定。靖邊縣利用數(shù)據(jù)庫采用關(guān)系數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu),將空間數(shù)據(jù)與屬性數(shù)據(jù)分別存儲。屬性數(shù)據(jù)采用關(guān)系模型,空間數(shù)據(jù)采用拓?fù)鋽?shù)據(jù)模型,數(shù)據(jù)格式為矢量數(shù)據(jù),這些空間數(shù)據(jù)利用MAPGIS進行拓?fù)洳⑼ㄟ^編碼和關(guān)鍵字段與屬性庫關(guān)聯(lián)。將土地利用數(shù)據(jù)中的相關(guān)屬性字段名和字段值以及數(shù)據(jù)描述等以統(tǒng)一規(guī)定的形式進行定義,建立定義數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)字典和空間數(shù)據(jù)索引。土地利用數(shù)據(jù)庫的空間數(shù)據(jù)索引包括分幅索引圖數(shù)據(jù)和分行政區(qū)索引圖數(shù)據(jù)。土地利用現(xiàn)狀圖形數(shù)據(jù)按設(shè)計圖層分層存儲,將圖形數(shù)據(jù)與屬性數(shù)據(jù)庫通過ID鏈接以組建數(shù)據(jù)庫的庫體內(nèi)容。再進行數(shù)據(jù)庫軟件系統(tǒng)與數(shù)據(jù)的融合檢查和數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)試運行測試。由于土地利用數(shù)據(jù)附帶有土地權(quán)利、權(quán)能的法律內(nèi)涵,為了保證數(shù)據(jù)的安全和保密,在建立數(shù)據(jù)庫實體時,同時建立密碼和設(shè)定權(quán)限,控制對數(shù)據(jù)庫的讀、寫、修改等操作權(quán)限。最后,將土地利用的圖形數(shù)據(jù)和屬性進行入庫處理,建成土地利用數(shù)據(jù)庫(圖1)。3.3土地利用數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)采集為保證土地利用數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)的現(xiàn)勢性和準(zhǔn)確性,必須對土地利用數(shù)據(jù)進行適時更新。土地利用變更調(diào)查以當(dāng)年土地利用現(xiàn)狀的數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)進行的,主要采用現(xiàn)場調(diào)查和衛(wèi)星遙感影像解譯等手段來采集和更新數(shù)據(jù)。變更的圖形和屬性數(shù)據(jù)標(biāo)于變更調(diào)查底圖上,土地利用數(shù)據(jù)更新采用分層更新方式,每個年度土地利用數(shù)據(jù)庫中土地利用圖斑層、線狀地物層和零星地物層更新,行政區(qū)和行政界線層則不常更新。土地利用圖斑變更數(shù)據(jù)采集時,對圖形未發(fā)生變更僅有屬性(如地類等)變更的圖斑,直接在上一年度的土地利用圖斑數(shù)據(jù)上修改屬性值;對圖形發(fā)生變更的圖斑,新增加或刪除的圖斑弧段分別采集、拷貝以生成新的變更圖斑。4數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的應(yīng)用前景靖邊縣土地利用數(shù)據(jù)庫的建立,不僅能徹底改變國土資源管理部門對土地利用數(shù)據(jù)獲取和處理的技術(shù)手段,還能為土地利用變更調(diào)查、動態(tài)監(jiān)測、土地利用總體規(guī)劃和新一輪國土資源大調(diào)查提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和科學(xué)依據(jù),也將為農(nóng)地專用制度,建設(shè)項目用地審批管理制度及農(nóng)村地籍管理制度的建立奠定基礎(chǔ)。(1)利用縣級土地利用數(shù)據(jù)庫,可輸出實時、準(zhǔn)確的土地利用變更數(shù)據(jù)和圖件。(2)縣級土地利用數(shù)據(jù)庫,可輸出各項土地資源調(diào)查所需要的基礎(chǔ)圖件:①標(biāo)準(zhǔn)分幅1ue5fe1萬(或1ue5fe2.5萬,1ue5fe5萬,1ue5fe10萬,1ue5fe20萬)全要素土地利用現(xiàn)狀圖;②按行政區(qū)(縣,鄉(xiāng),村)提供土地利用現(xiàn)狀圖;③基本農(nóng)田保護規(guī)劃、土地復(fù)墾規(guī)劃基礎(chǔ)圖件;④土地利用總體規(guī)劃基礎(chǔ)圖件。(3)在土地利用數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的支持下,對耕地面積和分布數(shù)據(jù)進行快速的查詢、統(tǒng)計及輸出各種需要的圖件、表格,提高數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性、可靠性及成果質(zhì)量;也可在土地利用數(shù)據(jù)庫的基礎(chǔ)上,利用GIS技術(shù),疊加土壤、氣候、地形和社會經(jīng)濟狀況等專題圖形并建立相應(yīng)的計算機評價模型,科學(xué)地進行土地適宜性、坡耕地、耕地后備資源、人口承載潛力評價,農(nóng)用地分等定級。(4)縣級土地利用數(shù)據(jù)庫中的農(nóng)村土地權(quán)屬數(shù)據(jù),是目前獲得的精度最高、最可靠的農(nóng)村地籍調(diào)查基礎(chǔ)數(shù)據(jù),在土地利用數(shù)據(jù)庫的基礎(chǔ)上,進行農(nóng)村土地登記發(fā)證切實可行。(5)通過土地利用數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的空間分析、查詢、輸出工具和評價模型,自動或交互式地進行土地利用用途分區(qū)和土地利用規(guī)劃數(shù)據(jù)管理,可以極大地提高成果質(zhì)量和工作效率。(6)利用土地利用數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)能夠輸出現(xiàn)勢性的土地利用現(xiàn)狀圖,作為建設(shè)項目用地與審核、審批的審查要件,并可利用系統(tǒng)提供的查詢工具,檢查建設(shè)項目用地數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和合法性。(7)其它方面的應(yīng)用:①提供DEM及空間分析基礎(chǔ)。如在土地利用數(shù)據(jù)庫中添加DEM和影象數(shù)據(jù)與土地利用數(shù)據(jù)疊加,進行耕地坡度分析、三維分析和顯示輸出。也可疊加相關(guān)的土地資源數(shù)據(jù)和社會經(jīng)濟專題數(shù)據(jù),建立評價模型進行區(qū)域的資源分析、制作三維景觀地圖與旅游資源開發(fā)。②建立決策支持系統(tǒng)的基礎(chǔ)。以縣級土地利用數(shù)據(jù)庫為基礎(chǔ),疊加地質(zhì)災(zāi)害、土壤、人口、社會經(jīng)濟等相關(guān)專題數(shù)據(jù),建立用于土地資源可持續(xù)利用等決策支持系統(tǒng),為各級政府部門提供科學(xué)、高效的決策服務(wù)。5土地利用數(shù)據(jù)庫更新目前,縣級土地利用現(xiàn)狀調(diào)查成果可為相關(guān)部門制定國民經(jīng)濟計劃和有關(guān)政策,提供基礎(chǔ)決策依據(jù),也是國有土地使用權(quán)和集體土地所有權(quán)確權(quán)、土地利用規(guī)劃、基本農(nóng)田保護區(qū)劃定、建設(shè)用地審批的基礎(chǔ)資料。靖邊縣土地利用數(shù)據(jù)庫建設(shè)的技術(shù)方法、工作流程保證了數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)精度,但現(xiàn)有數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)技術(shù),實現(xiàn)土地利用數(shù)據(jù)精度更高,有待于進一步研究;作為服務(wù)于縣級國土資源管理部門的縣級土地利用數(shù)據(jù)庫,應(yīng)具有高度的準(zhǔn)確性和可靠性以及現(xiàn)勢性。但是,對于數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)的更新工作,由國土資源管理部門負(fù)責(zé)完成,以1a作為數(shù)據(jù)變更的周