基于RS/GIS的乡镇级土地利用信息系统建设＊——以西畴县法斗乡为例

许新惠 徐艳红

(云南大学资源环境与地球科学学院,云南昆明 650091)

基于RS/GIS的乡镇级土地利用信息系统建设＊
——以西畴县法斗乡为例

许新惠 徐艳红

(云南大学资源环境与地球科学学院,云南昆明 650091)

利用GIS组件技术,采用面向对象的系统分析和设计方法,确保系统软件的实用性、可靠性、规范性、可扩展性,提高系统开发的效率,降低成本,为土地管理部门的业务操作提供决策支持。本文介绍了土地利用信息系统的设计目标,阐述了系统的体系结构、开发环境、技术流程和各个系统功能实现。在遥感技术(RS)、地理信息系统(GIS)的支持下,建立土地利用系统,以便快速、准确、经济地获取土地利用变化信息,并对土地利用的时空数据,包括空间数据和专题属性数据进行存储、管理、处理、分析和显示,为土地管理部门提供先进的管理工具、为区域可持续发展提供决策支持均有重要的现实意义。

遥感;地理信息系统;土地利用

土地利用是生态环境系统的一个敏感因子,是人类为了经济社会的目的而进行的一整套对土地进行长期的或周期性经营的生物和技术活动。由于全球人口的快速增长对土地资源带来的严重的压力,特别是“国际地圈、生物圈计划”(International Geosphere-Biosphere program,简称IGBP)和“全球环境变化人为因素计划”(International Human Di mension Program,简称I HDP)联合提出了“土地利用与土地覆盖变化”的研究计划后,现阶段土地利用变化研究已经逐渐成为全球环境变化研究的前沿和热点问题[1-2],掌握土地利用现状和变化规律从而制定正确的决策也成为各国政府追求的目标。研究土地利用的变化情况,其实质是人类为满足社会经济发展需要,不断调整配置各类土地利用的过程[3-4]。所以研究土地利用的变化情况,不仅有助于了解土地利用变化的原因和机制,同时还可以通过调整人类社会经济活动,促使土地利用更加合理化,从而达到土地资源可持续利用的目的。因此,利用高新技术精确地找出变化的坝区或变更地块是进一步开展工作的基础。

本文利用遥感技术和地理信息系统技术,把法斗乡1988年和2003年的土地利用情况的相关信息放在地理空间的背景下进行分析,这不仅可以了解西畴县法斗乡土地利用变化的原因,还可为西畴县喀斯特地区土地利用情况的研究提供基础。

1 研究地区概况

法斗乡位于云南省西畴县境东南部,东邻董马乡,东南与麻栗坡六河乡、八布乡接壤,西南接柏林乡、兴街镇,西靠蚌谷乡,北与鸡街乡、西洒镇毗邻。法斗乡辖:法斗村、脱皮树村、新箐村、董有村、三元井村等。全乡国土面积221km,绝大部分为喀斯特地形,岩溶山区面积占43.05%,境内山区狭冲较多,全境地势高差较大,全乡最高点海拔为1 785m,最低点海拔为670m,相对高差1 115 m。有3万余亩南亚热带森林生态系统类型的国家级自然保护区,是县境原始森林最多的地区,区内还有残存的地史第三、四纪古老珍稀植物。全乡耕地面积为1 655.8 hm2,其中:田437.67hm2,旱地1 218.13hm2,属于典型的山区农业乡。

2 系统设计

2.1 系统体系结构设计

随着计算机技术及GIS的发展,组件式GIS已经成为当今地理信息系统软件开发与应用的主流。组件式地理信息系统(Components GIS,以下简称ComGIS)是面向对象技术和组件式软件技术在GIS软件开发中的应用。ComGIS不依赖于某一种开发语言,而是嵌入通用的开发环境中开发GIS应用系统。

MapObjects是ESR I推出的一个可嵌入的制图与地理信息系统组件集合,它包括一个OLE控件(OCX)并提供了40个OLE对象,可以插入到Visual Basic、Visual C++等支持工业标准的W indows开发环境中调用。通过MO可灵活地建立适合用户的地图接口,在小内存空间中,适用于工业标准程序环境,专为程序开发者设计的。它支持Arc/Info COVERAGE、ESR I Shape等格式,同时支持20余种栅格图像格式和AutoCAD的DXF、DWG格式,也能够通过ODBC标准进行对外部数据库的访问。MO组件有放大、缩小、漫游图层,通过SQL描述来选择物体,对所选地图元素的属性进行更新、查询,绘制专题地图,生成、绘制图形元素,通过线、方框、区域、多边形、圆来拾取物体,把数据投影到不同的坐标下等功能,它的这一系列功能对于分析土地利用情况有很大的作用。

以VisualBasic 6.0为平台,并结合MO组件进行二次开发,初步实现系统的建立,可以充分结合VB6.0和MO组件的优点,不仅使系统的实现更加简便,也使系统更加实用(见图1)。

图2 功能模块图

图1 系统结构图

2.2 系统功能模块设计

西畴县法斗乡土地利用信息系统是以法斗乡遥感图像为基础,对法斗乡的土地利用数据进行管理、处理、查询、分析以及输出等。根据系统的需求分析,系统的界面设计有面向管理人员用户和非管理人员用户的,系统界面要友好,管理人员和非管理人员都能够通过特定的界面进行权限范围内的操作。该系统功能模块设计中将系统分为六个子系统(见图2):

(1)数据管理子系统:数据管理子系统可对数据库进行管理和处理,可进行数据的添加、删除和更新,同时可将数据转换成E00格式。

(2)地图浏览子系统:实现对法斗乡地图图层的显示,主要包括图层的放大、缩小、漫游和全图显示等操作。

(3)地图查询子系统:实现对空间数据与属性数据的双重查询功能,系统通过按属性查询要素的方式查询地图图层要素的信息。

(4)图层管理子系统:实现对图层的修改操作。加载在数据管理子系统中已经更新的数据,或者任何用户所需要的数据信息,删除旧的数据图层。

(5)实现图斑面积量算,查询结果在数据输出子系统中以直方图、图表、报表等形式显示和输出。

数据输出子系统:完成各种数据和报表的输出,其中包括用户在地图查询子系统中查询的各种数据和土地利用情况数据汇总统计的各种报表等。

2.3 用户界面设计

系统的界面设计以面向用户的原则,强调界面的直观性、可操作性。根据系统的需求分析,系统的登陆界面可分为管理人员用户的登陆界面和非管理人员用户(游客)的登陆界面。不同的用户有不同范围的操作权限。用户可以利用属性查询要素的方式查询自己所需要了解的要素信息,而且用户可根据项目需要放大或缩小可视区域。

2.4 数据库设计

系统的建立需要若干类型的数据,包括属性数据和空间数据。因此在进行本系统的数据库设计时步骤为:①选取适当的数据源,并对数据源进行处理;②建立属性数据库和空间数据库;③对属性数据和空间数据进行关联。

2.4.1 数据源的选取和处理

系统采用的数据有西畴县法斗乡1988年土地利用图和法斗乡2003年T M、ET M卫星遥感图像(30m分辨率)作为基本数据源。

2.4.2 属性数据库的设计

数据的分类编码是系统实现数据有效管理的重要依据,也是建立属性数据库的一个重要的内容。对系统数据制定统一的编码标准,不仅有利于数据信息的计算、录入、存储、传输和操作,且有利于空间数据的交换和共享。本系统在指定数据的编码方案时,结合法斗乡土地利用类型的特点,本着系统性、唯一性、简单性、可扩充性的原则设计编码[3]。本系统设计采用了关系型数据库设计形式(见表1、表2)。

表1 关系型数据库字段表

表2 数据库代码表

2.4.3 空间数据库的设计

空间数据是数据库的主体部分,其中表示空间定位关系的图形数据说明了地表地理现象的位置及其相互关系,表示识别地类能力和地类面积量测精度的图像数据反映了各种地类的变化状况。空间数据库的设计过程如下:

(1)空间数据结构设计。在本数据库中空间数据结构设计中采用了矢量结构形式。点状由一对平面坐标(X,Y)来表示;线状具有一定的走向和长度;面状由一条或多条首尾坐标对相同的封闭弧线组成[4]。

(2)空间数据的编辑处理。空间数据的编辑是通过检查和修改在数字化、拓扑建立和属性表输入过程中出现的错误,并将数字化数据重新组织,完善拓扑关系,便于进一步处理成可使用的格式[5]。

2.4.4 属性数据与空间数据的组织关联

在ArcView系统中对遥感图像获取的每一个空间地物特征图形建立起拓扑关系,并对该空间地物建立起的唯一标识,形成地物图形图像数据库之间的一一对应关系,从而达到对图形图像数据和属性数据的存储目的。在数字化输入处理过程中,ArcView系统环境下分别建立起存储图形点、线、面等空间特征的数据文件,作为具有拓扑关系的空间数据存储格式。由于西畴县法斗乡土地利用信息系统涉及到了大量的空间数据与属性数据,考虑到空间数据维护、更新以及空间数据与属性数据的管理存储方便性,为了提高数据管理的效率,系统在建立的过程中通过设置,将属性数据与空间数据建立相同的标识字段Xu_cg,在ArcView中根据关键字进行关联。

3 系统实施

3.1 系统软硬件配置

系统的软件配置需要VB6.0系统、MO组件、Access数据库。如果用户需要对数据进行添加、删除、更新等处理,则系统的软件配置还需要AreView 3.2。

系统硬件配置如下:

计算机——Pentium3以上PC机,内存最低配置128M,硬盘4G以上,W indows98或以上版本;

数据输入设备——数字化仪、扫描仪等;

数据输出设备——打印机等设备;

存贮设备——光学刻录机、可移动硬盘等存储器。

3.2 系统分析

本系统立足于用户的角度,面向土地管理人员和所有非管理人员用户,对法斗乡的土地利用情况做统一管理,以实现管理的科学化、系统化、自动化,最大限度的为用户提供方便,节约人力、物力等各方面的资源,消除由于信息冗余而造成的数据不一致和数据查询的困难。本系统的分析主要从系统的稳定性、可移植性、可扩充性、效益性、易操作性五个方面进行。

(1)系统的稳定性分析:用户可以通过需要选择不同的属性信息,对所感兴趣的要素进行查询,用户得到所要查询要素的空间信息和属性信息后,可以以同样的方法对所另一个要素用属性查询要素的方法进行查询,此过程可以不断进行。如果用户在操作过程中出现错误,系统自动跳出提示,提醒用户应如何操作才能避免此类错误。

(2)系统的可移植性分析:西畴县法斗乡土地利用信息系统以VB6.0作为开发语言,并且系统的开发是采用模块化的开发方式,因此系统的可移植性比较强。

(3)系统的可扩充性分析:根据用户需求,系统可被方便地裁减和灵活的扩展,使系统能适应用户需求的变化。此系统的软件设计采用了功能模块,子系统的增加或子系统功能的增加应该只是功能模块的增加,系统中其他子系统功能的实现不会因此而受到影响。

(4)系统的效益性分析:系统的数据源是遥感数据,遥感数据具有快速、准确、经济效益高等特点,为数据的获取提供方便。系统采用VB6.0为开发语言,并结合MO组件的强大地图数据操作功能,可以节约人力、物力等各方面的资源。

(5)系统的易操作性分析:西畴县法斗乡土地利用信息系统的使用者既包括管理人员也包括非管理人员,因此根据系统的需求分析,采用VB6.0系统开发出来的系统的操作界面设计友好。此系统具有准确简明的操作形式,简单方便的操作过程,可使各种类型的用户很容易的掌握操作方法。

3.3 系统功能实现

(1)不同用户类型权限范围内的操作。在登陆界面中有不同用户的登录途径,包括管理员用户和游客用户。登录管理员用户后进入“土地利用信息管理”系统,在此界面中,管理员用户可以对法斗乡的土地利用信息进行对比查询,以及对数据的管理操作。登录游客用户,进入“土地用户信息查询”系统,游客用户在此系统中只能对法斗乡的土地利用信息进行查询,而不能进行任何对数据进行修改的操作。

(2)土地利用信息的查询和显示。在“土地利用信息管理”和“土利利用信息查询”界面中,用户可根据项目需要选择所要查询的相关要素,查询结果包括图斑代码、土地类型、面积及土地利用类型的空间分布等等,并且该管理界面也实现了无级放大、缩小,漫游等基本功能。“土地利用信息管理”界面还可以把用户的查询信息以报表的形式输出,以及加载已经更新的最新数据、删除已经过期的老、旧数据,生成新的数据,保证了系统信息的时效性和可利用性。

(3)不同年份土地利用信息的比较。通过比较不同年份同一属性要素的空间分布变化和面积变化,或者同一空间位置的不同土地利用类型的变更,用户不仅可以了解到其土地利用方式的变化情况,还可以制定相应的措施以更改不适当的土地利用类型的改变,使其能够适应当地的土地资源管理方法。

(4)数据的处理和输出。基于GIS技术,实现了数据统计分析、图表制作、数据交换接口等功能,使数据分析更直观有效。

4 结 论

通过建立乡镇级土地利用信息系统,探索出科学地管理乡镇级土地利用的方法,为更好地管理好土地资源,实现数据共享,为土地管理部门提供可业许的时势数据具有重要意义。

(编辑:田 红)

[1]李秀彬.全球环境变化研究的核心领域-土地利用/覆盖变化的国际研究动向[J].地理学报,1996,51(6):553-558.

[2]史培军,宫鹏,李晓兵等.土地利用/覆盖变化研究的方法与实践[M].北京:科学出版社,2000.

[3]崔振洋,李晓亮.基于RS与GIS的山西省土地利用动态变化分析[J].农业资源与环境科学,2006,(6):418-420.

[4]李德一,张安定,彭笃明等.基于RS和GIS的土地利用动态变化与机制分析——以山东省蓬莱市为例[J].安徽农业科学,2006,34(20):5 139-5 140.

[5]周勇,田有国,任意等.基于GIS的区域土壤资源管理决策支持系统[J].系统工程理论与时间,2003,(3):141-144.

[6]杨军,徐世武.县(市)级土地利用数据库系统的构建和实现[J].地球科学—中国地质大学学报,2002,(3):297-300.

[7]王玲,刘海隆.基于GIS的石河子市土地利用数据库的建立[J].地理空间信息,2007,5(2):208-211.

AbstractThe system cites component GIS,uses designedmethod geared to objects,ensures system practical,reliable,normal,extending,improves efficiency of system,reduces production costs,and provides a strategic decision for land management.This paper introduces the design destinations of the land use management system firstly and presents the architecture,development environment aswell as technique flow of the system.Finally,it describes the each step function of the system.The land use change data can be collected quickly,economically and precisely under the support of RS and GIS.The spatial temporal data,which dealwith the spatial and theme data,can be stored,managed,processed,analyzed and visualized in the system.The land use system plays an i mportant role in decision making system for regional sustainable development on the base of integration of RS and GIS.A case study on land use system for Fadou County in Yunnan province is done.

Key wordsremote sensing;GIS;land use

The Building of the Land Use Information System at County Level Based on RS/GIS:Taking the Southeast of Yunnan as an Example

XU Xin-hui XU Yan-hong
(Geographic Information System,Yunnan University,Kunming Yunnan 650091,China)

F49

A

1002-2104(2010)03专-0055-04

2009-11-02

许新惠,硕士,助理研究员,主要研究方向为遥感与地理信息系统。

＊云南大学理(工)科校级科研基金(编号:2008YB023)资助;云南省自然科学基金(编号:2008ZC005M)资助。