基于Arcgis Model Builder构建图斑净面积计算模型

郭铭成　冯家强

[摘要]地类图斑的净面积是土地利用规划数据处理的基础，也是规划文本和说明中引用数据的基础和重要来源。尽管净面积计算的公式简单，但在实际的计算过程中各种计算的方法和使用的工具存在差异。本文针对土地利用总体规划中地类图斑面积的计算方法，结合土地年度变更调查数据，通过ARCGIS10中建模的新功能，构建图斑地类面积计算模型，并以广东省某县为例，进行面积计算和核查。

[关键词]ArcGIS10 建模 地类图斑 净面积

[中图分类号] P271 [文献码] B [文章编号] 1000-405X（2015）-3-285-1

0引言

土地利用年度变更调查是全国定时开展的专项调查，是覆盖全国最新土地利用现状信息和土地权属的调查成果。目前土地变更调查已广泛用地土地利用现状数据的统计、违法用地普查、土地利用动态监测、耕地保护和用地报建记录等相关工作，随着全国地理信息系统的应用，土地年度变更调查已成为国土资源管理土地利用的数据基础。

图斑净面积也称为图斑地类面积（数据库面积统称），数据库中对应的字段为DLMJ，地类面积主要涉及到基本农田保护、规划数据库中期末地类图斑面积统计、变更数据图斑等土地利用规划数据的面积统计，是土地管理部门、规划编制单位进行土地利用数据统计、分析面积的重要依据。

根据学者王昀昀《一种计算图斑净面积的新方法》[1]和学者刘洪江《基于ArcGIS实现地类图斑净面积的计算》[2]的研究，两者从不同的角度和理论设计了计算图斑净面积的方法，为后续的研究提供了很好的借鉴，由于计算的目标和方法不一致，以及新的计算辅助工具的产生，使得计算图斑净面积愈便捷和易于掌握。为此本文基于广东省土地利用年度变更调查数据，通过ArcGIS10.0的中新增的建模功能（Model Builder），构建图斑地类面积计算模型，并通过实验数据，对计算结果进行对比分析。

1研究背景

1.1 Arcgis10 Model Builder

Model Builder（模型构建器）[3]是一个用来创建、编辑和管理空间分析模型的应用程序，是一种可视化的编辑环境，通过对现有工具的组合完成新的模型或软件制作工具，Arcgis10 Model Builder的出现，为过去需要通过繁琐的操作计算图斑净面积提供了条件，通过Model Builder整合一系列的工具计算图斑净面积能有效提高工作效率和计算的精度。

1.2土地利用年度变更调查数据组织结构

根据广东省土地利用年度变更调查数据库 结构和《土地利用数据库标准》？？？，土地变更调查数据主要包括了表格数据和图层数据，其中图层数据主要包含了地类界线（DLJX）、地类图斑（DLTB）、线状地物（XZDW）、行政区（XZQ）和零星地物（LXDW），由于广东省变更调查数据中一般不存在零星地物（LXDW）数据，因此本次研究将使用地类图斑（DLTB）、线状地物（XZDW）和行政区（XZQ）进行图斑的净面积计算。

2图斑净面积计算公式

根据《土地利用数据库标准》，图斑地类面积的计算公式如下：图斑地类面积 = 图斑面积 - 扣除地类面积（田坎面积）- 线状地物面积 - 零星地物面积[2] ；其中：线状地物面积=长度×宽度×扣除比例；田坎面积=（图斑面积-线状地物面积）×田坎系数。

3线状地物面积计算

计算过程中难点主要在于线状（XZDW）面积的确定，线状地物主要分为：一、位于图斑内，二、与图斑界线共线。一般计算中完全落入图斑范围内的线状地物面积计算扣除比例为1，共线部分的扣除比例为0.5。本文认为计算某个图斑的净面积前，应通过叠加地类图斑（DLTB），确定图斑权属后结合线状地物属性中扣除图斑编号（KCTBBH）判别该线状地物的扣除比例，再进行线状地物面积的核算。

4净面积模型构建思路

要计算某个图斑或多个图斑的净面积，必需结合土地年度变更调查的地类图斑（DLTB）、行政区（XZQ）和线状地物（XZDW）三个图层（广东省变更调查数据中不存在零星地物（LXDW）或零星地物为0，因此本文将不考虑零星地物的情况）。由于土地年度变更调查数据会随着时间发生变化，因此计算净面积时需说明是以哪一年的变更调查数据为基础进行计算。具体计算步骤如下：

（1）要计算净面积的图层与处理后地类图斑（DLTB）进行叠加，让要计算的图斑与获取田坎系数（TKXS）和图斑编号（TBBH）属性，得到要计算净面积的图层_identity。

（2）上一步得到的结果“要计算净面积的图层_identity”与处理后的行政区划叠加，获取平差系数（PCXS），得到要计算净面积的图层_identity2。

（3）“要计算净面积的图层_identity2”与线状地物（XZDW）叠加，叠加后进行线状地物位置的判别和面积的汇总，得到线状地物面积汇总表。

（4）按照计算公式要求，逐步计算图斑面积（TBMJ）、田坎面积（TKMJ）和图斑净面积（TBDLMJ）。

以上叠加的过程均用工具[5]（ArcToolbox/Analysis/Overlay/Identity）进行。具体过程入下图所示。

5计算模型的构建

5.1数据组织

建模软件使用ArcGIS10.0简体中文版，分别由要计算净面积的图层（面）、地类图斑（面）（DLTB）、行政区（XZQ）（面）和线状地物（XZDW）（线）组成，其中要计算净面积的图层为用户数据，DLTB、XZQ和XZDW从土地利用年度变更调查数据中读取。所有数据均保存在个人地理数据库里（ArcGIS Personal Geodatabas）。

5.2新建个人地理数据库

通过新建的个人地理数据库和线状地物数据表，数据库用于存放计算过程中的过程数据和计算结果，线状地物数据表用于储存和汇总图斑线状地物的计算面积。

5.3新建字段

要计算净面积的图层需分别新建BSM（标识码）、TBMJ（图斑面积）、TKXS（田坎系数）、TKMJ（田坎面积）、XZDWMJ（线状地物面积）、TBDLMJ（图斑地类面积）字段，以上字段除BSM为长整形外，其余字段均为浮点型字段。新建的字段是为了方便计算过程中数据的储存。

5.4处理行政区划（XZQ）图层

输入行政区图层，将行政区图层复制至新建的个人地理数据库，并添加平差系数字段，通过字段计算工具计算平差系数。平差系数=JSMJ/SHAPE_area，其中JSMJ（计算面积）是变更数据库中自带字段，SHAPE_area 是自动生成的几何面积字段，处理后得到图层PCXS。

5.5处理地类图斑（DLTB）图层

输入地类图斑图层要素，将地类图斑图层复制至新建的个人地理数据库，通过融合工具（Dissolve）工具按字段TKXS和TBBH进行融合。融合后得到图层TKXS_TBBH。

5.6图层叠加分析

将添加字段后的要计算净面积的图层复制到新建个人地理数据库中后，分别与处理后的TKXS_TBBH和PCXS进行叠加，叠加工具使用Identity，最终得到目标图层_Identity2。

5.7图层处理

将上一步得到的结果：目标图层_Identity2进行打撒（Multinpart to Singlepart）后得到计算结果图层，利用字段计算器使用Python语句：“i=140000 def xuhao（）： global i i=i+1 return i”对计算结果图层中的字段BSM进行编号，以确保每块需要计算图斑的BSM是唯一的，同时添加XZDWKCBL字段，用于保存和判别线状地物的扣除比例，最终得到图层计算结果2。

5.8 叠加线状地物

线状地物叠加：图层计算结果（2）与线状地物进行叠加，使用Identity工具进行叠加过程中，注意勾选“保留关系”选项，叠加后得到图层xzdw_Identity，由于叠加过程中勾选“保留关系”选项，因此XZDW根据计算结果（2）图层图斑的位置保留左右属性关系。分别添加计算字段工具，使用PYTHON语句分别判读共线图斑左右两边线状地物的扣除比例。通过KCTBBH1、KCTBBH2（扣除图斑编号1、扣除图斑编号2）与LEFT_TBBH、RIGHT_TBBH（线状地物的左图斑编号、右图斑编号进行核对），确定线状地物的扣除比例。对于线状地物位于图斑内的，判别过程中使得LEFT_KCBL与RIGHT_KCBL均等于1，造成线状地物重复扣除，因此需要消除其中一边的扣除比例。

使用字段计算器通过公式：LEFT/RIGHT_XZDWMJ=round（round（ [Shape_Length] ，6 ） * [KD] * [LEFT/RIGHT_XZDWKCBL]，2）分别计算图斑左右两边的线状地物面积。最终得到图层XZDW_Identity（6）。

5.9线状地物面积汇总

生成XZDW_Identity（6）表格，对图斑左右两边的线状地物地物面积按照LEFT/RIGHT_BSM分别进行统计。统计后需要新建字段BSM，通过字段计算器分别将LEFT/RIGHT_BSM赋值到新建的BSM，新建字段SUM_XZDWMJ，分别将LEFT/RIGHT_XZDWMJ赋值到SUM_XZDWMJ，使用拼接工具（Append）对计算表格拼接汇总，得到XZDWMJ汇总表 （6），对XZDWMJ汇总表 （6）按BSM进行面积统计，统计后得到XZDWMJ汇总表_Statistics （3）。

5.10线状地物面积连接

通过连接工具（Add join）将XZDWMJ汇总表_Statistics （3）与计算结果2按照图斑BSM连接，通过字段计算器将表格中线状地物面积赋值到图斑XZDWMJ字段，得到图层计算结果_View （2）。

5.11净面积计算

计算图斑面积：通过字段计算器对TBMJ执行VB语句“round（ [计算结果.Shape_Area] * [计算结果.PCXS] ，2）”。

计算田坎面积：通过字段计算器对TKMJ执行VB语句“ROUND（ [计算结果.TBMJ] * [计算结果.TKXS] - [计算结果.TKXS] * [计算结果.XZDWMJ] ，2）”。

计算净面积：通过字段计算器对TBDLMJ执行VB语句“ROUND（[计算结果.TBMJ] - [计算结果.XZDWMJ] - [计算结果.TKMJ]，2）”。

5.12模型的存档

模型构建后，需要对模型进行存档，制成净面积构建的toolbox插件，便于以后工具的使用。

6实证研究

从广东省某县土地变更数据库调出个别图斑，为了便于计算后数据的核对，将利用DLTB中的图斑（清除属性数据后）作为要计算净面积的图层（示例图见图1）。通过上述建模工具对计算结果进行核对。根据原始变更地类图斑数据图层，调出原始数据表格。

通过打开保存的模型，分别拖动“XZQ图层、XZDW图层、DLTB图层和要计算净面积的图层”到工具，点击确定实现净面积的自动计算。计算工具自动生成“计算结果图层”，打开计算结果图层，核对净面积计算数据的准确度。

经过检查计算，净面积模型的计算结果总数能与原始数据匹配，图斑面积数据总和与原始数据误差保持在1平方米以内，符合计算标准的要求。

7结语

土地利用总体规划局部修改、多划基本农田占用和耕地后备资源调查评价，都要对涉及的地类图斑净面积计算。尽管净面积计算的公式并不复杂，但因为土地数据是空间数据，计算时要进行空间关系的判断和空间查询，实际工作中地类图斑净面积的计算也有一定的技术要求，在手动计算的过程中，往往因为数据量大而计算出错。本文利用arcgis10的新功能Model Builder（模型构建器）对计算净面积的步骤进行归纳和模型构建，经过数据检验，计算结果与原始数据基本一致，符合土地净面积计算的精度要求。构建后的toolbox（工具箱）插件能够直接调用，大大地提高了净面积计算的准确性和土地规划行业的工作效率。

参考文献

[1]王昀昀、朱勤东、黎飞明. 一种计算图斑净面积的新方法[J]. 测绘与空间地理信息，2012， 35（7）： 27-31.

[2]刘洪江、曹玉香.基于ArcGIS实现地类图斑净面积的计算[J].城市勘察，2012，5（7）：114-116.

[3]牟乃夏、刘文宝、王海银、戴洪磊.ArcGIS10地理信息系统教程[M]. 北京：测绘出版社，2012.9：514-537.

[4]中华人民共和国土地管理行业标准《土地利用数据库标准》（TD/T 1016-2007）.

[5]邢超、李斌.ArcGIS学习指南-ArcToolbox[M]. 北京：科学出版社，2010.