论地市级耕地质量监管系统数据库的建设——以湖南湘西州为例

王厚援，周 清，刘 聪，屈金莲，向仕岳，罗海滨，谢裕臣

（1.湖南农业大学资源环境学院，湖南 长沙 10128；2.永顺县农业局，湖南 永顺 416700；3.保靖县农业局，湖南 保靖 416500；4.龙山县农业局，湖南 龙山 416800）

农业部在“十五”至“十一五”期间组织开展了全国耕地地力调查与质量评价工作，积累了大量基础数据。这些基础数据包括空间数据和属性数据两大类，其中空间数据主要有耕地地力评价等级图、土壤图等，属性数据包括土壤质地、成土母质、土壤侵蚀类型及程度、土壤养分含量、土壤重金属含量、土壤污染源和排灌条件等[1]。耕地地力的调查与质量评价不仅仅是了解现有的耕地质量状况，更重要的是需要实时监测耕地质量变化，及时更新监测结果。为实现这一目标，耕地质量监管系统数据库的建设十分必要。在现有的耕地质量监测数据的基础上，结合精准农业技术和3S技术（GISRSGPS），开发网络化地市级耕地质量监测信息系统，将大大有利于推广农业先进技术，科学地指导农业生产，应用前景广阔。笔者以湖南省湘西州为例，建立了湖南省湘西州地市级耕地质量监管系统数据库，并探讨和研究数据库建设中存在的各种问题及对策，以期为其他地市州建立类似的数据库提供参考。

1 湖南省耕地资源数据库建设现状

湖南省第二次土壤普查结果表明，全省共有7个土纲、13个土类、29个亚类、129个土属、463个土种。其中，水田涉及1个土纲、1个土类、4个亚类、33个土属、163个土种；旱土涉及6个土纲、7个土类、15个亚类、37个土属、82个土种。耕地合计245个土种[2]。伴随着测土配方施肥项目的开展，湖南省逐步完成了对耕地资源管理信息系统空间数据的采集工作。至2011年年底，全省已基本完成测土配方施肥调查数据的录入和样品登记入库，完成了全省88个县市级区域的测土配方施肥项目及耕地地力评价数据的收集，整理出了全省第二次土壤普查的土壤养分图、土地利用图、行政区划图、农田水利分区图等，其地图库比例尺以1∶50 000和1∶100 000为主，在统一的地理坐标系统下，可以通过GIS软件进行耕地资源信息查询和空间统计分析。

湘西州位于湖南省西北部、云贵高原东侧的武陵山区，与湖北省、贵州省、重庆市接壤。辖龙山、永顺、保靖、花垣、凤凰、泸溪、古丈7县和吉首1市。湘西州土地总面积154.622 74万hm2。其中：耕地134.58万hm2，建设用地3.96万hm2，未利用土地16.06万hm2，土地开发储备资源约4万hm2。湘西州耕地（含园地）土壤共有194个土种，涉及12个土类、22个亚类、76个土属。州农作物主产稻谷、小麦、玉米、大豆、油菜、烟叶等。

湖南省湘西州地市级耕地质量监管系统数据库的建设是在ArcGIS软件平台基础之上，采用GeoDatabase关系型数据模式进行建立的。现已顺利完成了各县耕地地力评价，笔者已将各县数据汇总于湘西州耕地质量监管系统数据库中。

2 地市级耕地质量监管系统数据库建设存在的问题

2.1 信息收集存在局限性

基础属性数据的收集，一方面参阅了第一、二次耕地普查的采样数据，另一方面则是根据测土配方施肥项目的野外调查统计，而这两方面的数据皆缺乏相应地块的环境状况，以及附近的工业生产活动信息。图件或空间数据信息的收集，则常出现坐标信息不精确的现象，少数图件的经纬度坐标只精确到分，往往会影响图件的配准工作，基础信息数据也常有遗漏或缺失。现状图、土壤图、行政区图等图件在经济和技术欠发达的县市地区都存在着一定的老、旧问题，比如大部分项目县使用的是2005年的图件，即更新或者修编以前测定的，难以较好反映耕地利用的现实状况；还有少数甚至是人工手绘的图件；有部分纸质图件因保存方法不当，出现了文字模糊不清、图形扫描后变形、坐标点无法辨别、没有标注土属土种等信息的情况。因此，图件质量和信息提取的真实性和现势性难以保证，也不可避免地造成了数据偏差。

2.2 信息表达方式不一致

2.2.1 图件的比例尺不同 各个县收集的耕地质量监管系统数据中相关图件的比例尺不尽相同，有1∶100 000、1∶50 000、1∶10 000 等，如龙山县的现状图是 1∶10 000，行政区划图却是 1∶100 000，而土壤图又是1∶50 000。比例尺不同，容易造成耕地信息提取的偏差和丢失，使图件的精确度得不到保证。2.2.2 各部门的数据差异大 对于各类图件和数据也存在不同年份和不同调查时间的差异，导致可参比性低，例如耕地面积可在原有图件中获取，也可去统计部门和国土部门查询，然而，三种来源的数据却存在较大的差异，哪种数据最准确不得而知。另外，各县级数据汇总也因县情差异、部门协调能力以及技术力量强弱导致数据信息表达方式差异及非标准化的问题难以形成统一，数据融合过程中也存在信息的缺失和丢弃。

2.3 点位信息跑点与越界现象频繁

各县的采样数据，与耕地图斑的叠加过程中都有或多或少的跑点和越界现象。实地采样点的信息出现跑点和越界（即该行政区的采样点落到了其他行政区上），会造成坐标信息和耕地土壤养分信息的错误显示，从而对点位信息、耕地质量评价管理单元及属性数据的生成造成影响[3]。以保靖县为例（图1），图中黑圆点为跑点、越界的样点数据。该问题出现的原因主要有三方面，一是实测采样时录入了错误的坐标数据，二是进行坐标数据转换时方法错误或直接运用了坐标系不统一的图表中的数值，三是土地利用现状图陈旧，不是最新图件，土地利用类型已经变更。可依照原始资料的坐标数据进行核实，或重新转换坐标数值即可改正，只是对于不同县级的采样数据要进行统一纠正，其工作量相当大。

图1 保靖县样点数据的跑点与越界

2.4 作图不规范，标准不统一

2.4.1 同一行政区域的各类图件边界不吻合 同一个县的各类图件界线不能吻合，部分县出现行政区划图、现状图和土壤图中的行政边界、乡镇边界不一致，不吻合。比如图2，龙山县的土壤图和行政区划图的县域界限就不吻合，其中较黑的区域为土壤图缺失的区域。出现这种情况时，需要筛选确定一个有精确坐标的边界图作为基准，对其他图件进行校正。

图2 龙山县的土壤图和行政区划图县界限不吻合

2.4.2 坐标系统不一致 各类图件经常出现中坐标系统不一致的情况，有的是地方坐标系，有的是北京1954坐标系，有的是西安80坐标系。在信息汇总时，需注意及时对数据进行转换，以免出错。2.4.3 制作方法，存储格式各异 有栅格图像格式也有矢量图形格式，图像格式的数据需要矢量化后进行投影转换和坐标校正，而不同的矢量格式数据，则需要转换成统一格式，统一拓扑空间存储关系，其中涉及了GIS软件平台数据标准格式的转换，不仅增加了工作量，而且容易出现数据的丢失从而导致错误。

因此，对基础图件应首先确定统一的坐标系统以及存储格式类型，所有县区级基础数据均按照统一的标准执行，才能保证在多县域融合工作中减少工作量和出错概率，确保地市级耕地质量监管系统数据库信息的准确度。

2.5 各县之间数据资料的命名不统一

耕地质量监管系统数据库应该包括不同类型耕地属性数据、不同比例尺耕地土壤图所反映的耕地质量空间关系数据、不同类型耕地土壤的成土条件以及不同时段耕地土壤环境变迁的信息，但是各县的空间数据、图库图件命名不一致，属性数据编码也没有通用规则，数据较难融合。例如，同是土地利用现状图，永顺县称为永顺县现状图，保靖县则称为保靖县土地利用现状图；以土壤图为例，不仅同一属性的土壤、土种名称有不同，而且各县耕地土种编码也各不相同，龙山县、保靖县以罗马数字与阿拉伯数字结合编写，永顺县则使用纯阿拉伯数字表示的（表1）。不同的耕地土壤代码在录入数据库之前都要转换成统一的代码，严重影响了数据库建库工作的进展。以上问题，在其他县（市）的耕地质量监管系统数据库建设过程中也普遍存在。

表1 湖南湘西州龙山县与永顺县耕地部分土种编码对照表

3 对策

3.1 采用最新数据，建立统一标准

土壤图、土地利用现状图、行政区划图、地形图、水利交通农业设施分布图等各种相关图件应尽量以最新的且能够反映现势性和真实性的信息为基础。土地利用现状图宜采用不旧于国土部门全国第二次土地利用现状调查的数据；行政区划图宜采用民政部门更新年度的行政区划图；地形图、水利交通农业设施图件，都应以最新获取的数据为基础制作。基础属性数据要结合第二次普查的数据与近期耕地土壤采样的数据，对有归并或更名的土类、亚类、土属、土种进行编辑处理并按规范要求统一编号，最终汇入到耕地质量监管系统属性数据库中。

在按照国家、省级的技术标准以及相关工作法规等基础之上，结合湖南省现行的表达形式，统一各项标准。湘西州地市级耕地质量监管系统数据库建设中的空间数据，统一采用1∶50 000的比例尺；投影方式选择高斯-克吕格投影，6度分带；平面坐标系统及椭球参数均以1954北京坐标系为准，6度分带[4]。其中，野外调查GPS定位的初始数据采用经纬度，统一采用WGS84坐标系，并在调查表格中标明；导入 GIS系统与图件匹配时，必须在投影转换为上述平面坐标系统后，才能进行空间分析处理。

空间数据库中应包括土壤图、土地利用现状图、行政区划图、采样点位图或土壤监测点位图、水利交通农业设施分布图等基础矢量图库。空间数据，即点、线、面、体这类具有三维要素的地理实体，在统一地理坐标系后需进行地理编码，实现定位、定性和定量[5]。属性数据库中应包括田间试验示范数据、土壤与植物测试数据、田间基本情况及农户调查数据等。属性数据库的建立应结合空间数据库的内容，按照耕地地力评价项目成果的数据字典建立属性数据的采样标准，在数据库中建立关键字段，并通过其与空间数据库进行链接。属性数据采集标准包含对每个指标完整的命名、格式、类型、取值区间等定义。在建立属性数据库时要按数据字典要求，制订统一的基础数据编码规则，进行属性数据录入（表2）。在耕地土壤属性数据的录入和建库工作中，土壤种类的编码以及土壤相关的属性数据，应该结合实际并按照省级相关的土壤编码要求、测土配方施肥技术规范以及国家土壤编码规则经过合并、归类等处理后统一编录。

表2 图形的属性数据表基本结构

3.2 输入数据准确，制作图表严谨

3.2.1 属性数据 数据录入前应仔细审核，数值型资料应注意量纲、上下限，地名应注意汉字多音字、繁简体、简全称等问题，审核定稿后再录入。为保证数据录入准确无误，录入后还应逐条检查。

3.2.2 空间数据 要求图内各要素的采集无错漏现象，图层分类和命名符合统一规范，各要素的采集与扫描数据相吻合，线划（点位）整体或部分偏移的距离不超过0.3 mm（图面值）。所有数据层具有严格的拓扑结构。面状图形数据中没有碎片多边形。图形数据及属性数据的输入正确。

3.2.3 专题图 各个专题图须覆盖整个地市辖区，不得丢漏。图中要素必有项目包括耕地质量管理单元图斑、监测的各要素图斑和调查监测点位数据、线状地物、注记等。要素的颜色、图案、线型等表示符合规范要求。图外要素必有项目包括图名、图例、坐标系及高程系说明、成图比例尺、制图单位全称、制图时间等整饰。

3.3 合理设计流程，满足用户需求

设计合理的系统操作和数据管理流程，使用户能通过规范的操作实现数据的采集、分析、利用和传输等功能。为了使数据库具有较强的实用性，必须进行用户调查，明确不同用户对数据库内容的不同需求。湘西州地市级耕地质量监管系统数据库采用不同的数据模型分别对属性数据和空间数据进行存储管理，属性数据库采用关系模型，空间数据采用网状模型。利用图形单元标识码，将空间数据和属性数据关联，完成对地图的模拟。关联后将两种模型联成一体，可以很方便的进行属性数据与空间数据之间的查询、编辑及管理[6]。

3.4 加强土肥专业人才培养和3S技术应用人才队伍建设

耕地质量监管数据库的建设是农业相关工作以及国土资源信息化的基础，是保证农业信息化、科学化和实效化，提高农业生产信息服务质量的关键，所以更需要一支既有专业知识背景又能充分运用3S技术（地理信息系统GIS、遥感技术RS、全球定位系统GPS）的人才队伍。针对土壤学、地理信息系统、数据库技术、软件开发等方面人才缺乏的状况，应采取部门与高校的联合培养模式，通过项目实践或学习培训培养出优秀的专业人才，从而提高基层土肥人员的业务水平，造就一支既具有扎实专业知识又掌握现代高新技术的农业科技工作者队伍。

[1]田有国，辛景树.耕地地力评价[M].北京：中国农业科学技术出版社，2009.

[2]谢卫国，黄铁平.测土配方施肥理论与实践[M].长沙：湖南科学技术出版社，2005.

[3]张小青，周 清，王厚援，等.邵阳县稻田土壤养分空间预测方法精度对比研究[J].湖南农业科学，2011，11：73-75.

[4]NYT 1634-2008，耕地地力调查与质量评价技术规程[S].

[5]鲁学军，励惠国，陈述彭.地理时空等级组织体系初步研究[J].地球信息科学，2000，2（1）：60-66.

[6]徐建明，张甘霖，谢正苗，等.土壤质量指标与评价[M].北京：科学出版社，2010.