基于GIS的区域农业规划空间数据库构建与应用

肖广江，刘 序，甘阳英，徐碧芳

（广东省农科院农业经济与农村发展研究所，广东 广州 510640）

基于GIS的区域农业规划空间数据库构建与应用

肖广江，刘 序，甘阳英，徐碧芳

（广东省农科院农业经济与农村发展研究所，广东 广州 510640）

区域农业规划对地方现代农业发展起着重要的战略指导作用，但目前大多区域农业规划还停留在二维空间规划及效果图展示阶段，而对规划的二三维数据一体化、三维空间分析、三维动态效果、三维空间查询等还缺少系统研究。多源空间数据和属性数据的统一处理、存储、查询、管理和分析是区域农业规划实现规划科学性、可操作性的基础。基于SuperMap平台，详细介绍了区域农业规划数据获取与入库、分类编码、空间数据库和属性数据库建设过程，并对空间数据库的应用进行探讨，为区域农业规划多源海量数据管理和二三维一体化研究提供技术支撑。

区域农业规划；GIS；空间数据库

肖广江，刘序，甘阳英，等.基于GIS的区域农业规划空间数据库构建与应用［J］.广东农业科学，2016，43（4）：151-155.

区域农业规划对地方现代农业发展起着战略性指导作用，在加快农业科技创新、调整农业布局、优化产业结构、指导农业生产、强化组织管理及加快科技成果转化等方面都发挥着重要作用［1］。多源海量规划数据库的建设是进行农业规划科学编制和实施管理、规划评价的有效手段和基础保障［2］。传统的纸质、图表、电子文档等数据存储和管理模式已无法满足现代农业规划的需要，空间数据库利用关系数据库管理模式，可实现对空间与属性数据的无缝对接和存储、查询、管理、分析应用［3-4］。因此，区域农业规划空间数据库的建设可在统一图件投影坐标的基础上对数据统一管理，进行农业现状、空间可行性、空间布局、生态环境等综合分析［5-6］，为规划建设、空间布局和实施管理评价提供多专业、多层次和多目标的综合服务和辅助决策［7］。本研究以SuperMap为平台，以一个农业园区规划为例，从空间数据获取、建库、应用3个方面，探索研究区域农业规划的空间数据库构建和应用，为规划科学决策和管理提供技术支撑。

1 空间数据库概述

空间数据库是指一定区域内地理空间要素特征数据的集合，一般通过扫描仪、键盘等输入设备将图形坐标数据按GIS数据管理方式进行组织并存储。这是GIS进行空间分析、辅助决策、系统开发等的基础和核心，数据库构建是否完整、准确直接影响GIS各种分析与管理功能的实现。

区域农业规划空间数据库包括空间数据和属性数据，通常需要区域地形图、遥感影像、经济社会统计数据、土壤数据、气候数据等多源数据资料。利用GIS的地图编辑与属性管理功能，将不同来源的数据进行分类处理，按统一的空间投影坐标建立图形数据，按统一的编码方式输入属性数据，实现图形与属性数据无缝对接。本研究以《贵州榕江现代农业示范园区总体规划（2010—2020年）》为例，通过建立空间数据库，对空间数据与属性数据进行有效管理（图1）。

图1 空间数据库建立流程

2 数据获取与入库

2.1 数据获取

空间数据库的数据通常包括空间数据和属性数据。空间数据一般通过扫描矢量化、实地测量、航空测量、遥感影像等方式获得，属性数据则通过实地调查、统计数据、历史资料等获取。本研究主要通过对贵州榕江现代农业示范园区进行实地测量、遥感影像、统计数据、历史资料等4种途径获取，包括：（1）遥感影像（RGB合成，分辨率1 m），2015年12月28日，JPG格式；（2）园区测绘地形图（1∶1000），2015年3月，AutoCAD格式；（3）贵州榕江县土地利用现状图（1∶10000），2010年，纸质版；（4）贵州榕江县2010—2020年土地利用规划图（1∶10000），纸质版；（5）贵州省行政地图（1∶760000），2013年，纸质版；（6）榕江县统计年鉴2010—2015；（7）榕江县2010—2015年农业发展相关材料。

2.2 数据入库

一般采用标准关系数据库管理方式将地图数据、地物要素数据、统计数据等输入和转换成计算机可识别与处理的数字形式（图2）。对多源、多类别数据，通常分类入库。

对于非电子格式空间数据入库方法有两类：一是用高速数字化仪的数字信号处理技术，二是使用扫描仪的扫描技术［8］。但随着扫描仪技术发展及扫描处理软件的完善，扫描数字化的方式成为主流。一般用扫描仪按200～300DPI的精度对图件进行扫描，然后用GIS软件对扫描图件的图元进行矢量化。电子格式空间数据则直接采用导入GIS平台方式进行处理与分析。本研究的信息数据入库采用将数字化图件转入SuperMap Deskpro 6R平台的方式来建立GIS空间数据库，遥感影像与测绘地形图（CAD格式）直接导入，土地利用现状图、土地利用规划图、行政地图则以300DPI精度扫描为JPG格式导入。

2.3 数据分类编码

2.3.1 分类编码的原则 为了使空间数据和属性数据被计算机识别和快速处理，需要构建数据分类编码规则，包括［9］：（1）唯一性，代码和分类一一对应，不能一对多、或多对多；（2）可扩充性，若增加新类别，则不改变原有体系；（3）易识别性，用户凭经验就能通过代码知道事物的大致分类情况；（4）简单性，代码结构应简短，以节省计算机存储空间，减少代码的差错率；（5）完整性，全面分析相关信息类型，防止遗漏。

2.3.2 数据分类方法 数据分类方法主要有线分类法、面分类法和混合分类法［10-11］。本研究根据不同图件的图形特点，按照该理论方法采用混合分类方式，主要包括点、线、面分类法对图层信息进行分类编码。

2.3.3 数据分类编码 数据分类编码是对空间与属性数据构建代码符号集、设定代码长度与规则。本研究分为矢量数据和栅格数据两类分别编码，矢量数据分别以点、线、面分类编码，其中，土地数据分类编码依据《土地利用现状分类》（GBT21010-2007）按两级编码（表1），其他数据根据项目的实际需要按图层的信息性质编码，栅格数据则以具体栅格数据代表实际数值来表示。

图2 空间数据库数据入库流程

表1 土地利用现状编码

3 数据处理与空间数据库构建

3.1 图件预处理

3.1.1 统一图件比例尺 为了精确编辑图件，需要将各种比例尺图件都转换到相对居中的比例尺上。本研究案例的实测地形图比例尺为1∶1000，而其他的图件精度参差不齐。以实测地形图的比例尺为基础，以相对应的要素地物为参考，将其他图件比例尺统一到1∶1000。

3.1.2 空间数据坐标与投影统一 由于不同的途径图件数据采用的投影坐标系统不同，这会影响数据录入与分析、叠合与拼接等，必须统一投影与坐标系。本研究采用1∶1000园区实测地形图坐标为基准，统一为高斯克里格平面投影、北京54坐标系。对贵州榕江现代农业示范园区遥感影像、土地利用现状图、土地利用规划图、行政地图等进行转换，统一坐标和投影。

3.1.3 地图校正 由于扫描数字化过程中图纸的不均匀变形，导致输入的坐标有可能与实际位置不相符。因此，一般利用实测控制点来校正图幅变形。对本研究中土地利用现状图、土地利用规划图、行政地图等扫描图件，用图像处理软件进行平滑（消除随机噪声、去毛刺，补洞）、细化、拼接等系列处理，然后进行用测绘地形图中控制点与进行对照与校正，减小整张图纸的变形和减少误差。

3.1.4 空间数据配准 为便于分析空间数据，对于扫描图件与遥感影像，采用实测地形图中关键地物坐标为参考，将纸质扫描图件在SuperMap上进行配准，将屏幕上选取的控制点坐标输入相应的地形图上的真实坐标数据完成图形的配准。控制点在10个以上，大致均匀分布在图幅四周及中间位置，配准方法选择多项式，配准中误差小于0.1 m。

3.2 属性数据库构建

对于不同类别图件按照图层类型与用途分别建立属性数据库，每个图层设定一个关系属性表与空间的点、线、面数据一一对应起来。

本研究按园区规划的阶段分为现状数据和规划数据，以2个数据包分别存储。现状数据包括高程点、园区范围、遥感影像、数字高程模型、土地利用现状、高程分级、坡度分级、现状道路等。规划数据包括产业评价、规划田块、规划蓄水池、规划泵房、水源监测点、输水管道、规划排水沟、规划道路、规划养猪场等。

依据前文数据分类的方式及项目的实际需要，以点、线、面分图层分别建立每个图层的属性结构表。点状图层，如高程点，主要需要确定高程数据，在属性结构在SuperMap默认字段基础上增加“高程点”字段用于存储高程数值（表2）。线状数据，如现状道路，根据实际特点，属性结构在SuperMap默认字段基础上增加“类型”字段用于将不同道路级别区分开，长度属于默认字段不需要增加（表3）。面状图层，如土地利用现状，根据国标GBT21010-2007，在默认字段基础上增加“一级地类代码、一级地类名称、二级地类代码、二级地类名称、面积（×667 m2）” （表4）。

表2 高程点图层属性结构

表3 道路图层属性结构

3.3 图形编辑与属性录入

图件数字化一般包括图形编辑和属性数据录入，采用人工描绘、自动矢量化等方式编辑图形数据，根据各个图层所对应的资料、信息等按属性结构对各个图层的属性数据进行输入和编辑。如对园区现状图层，利用测绘CAD底图进行自动捕捉、编辑，根据GBT21010-2007的方法录入属性数据，借助遥感影像进行现状辅助分类与判读，面积数据则通过SuperMap默认字段“SmArea”进行计算。对于土地利用现状、土地利用规划等扫描图层，则按线画中心进行人工数字描图和输入对应的属性数据。其他图层同样依据数据特点与实际研究需求编辑图形数据和录入属性数据。

3.4 图件可视化表达与输出

空间数据库构建完成后，可按不同专题需求与相应制图规范，以人机交互方式，选择和组合显示图层，将各种空间分析过程和结果以图形的形式直观表现出来，如土地利用现状图（图3，封二）、高程分级图（图4，封二）等。

表4 土地利用现状图层属性结构

4 空间数据库应用

空间数据库可以将规划数据、资料、图件有机结合，为区域农业规划提供科学的规划依据和管理支撑，加强对图件数据的定量分析，将区域农业规划的空间可行性与可实施性进一步提升，方便规划分析与产业布局，使得规划数据更加精确，提高规划效率。区域农业规划空间数据库的应用，包括以下4个方面：

一是综合分析现状数据与资料，客观准确评估区域农业规划的基础。空间数据库对现状的土地、土壤、水文、气候、交通、区位等数据进行了标准化和模式化，可以通过相关模型与方法综合评估区域农业的现状生产、加工、流通等的优势与劣势，为规划提供。

二是准确分析项目区在上位规划与相关规划中的便利条件、不利条件等，为规划提供准确空间可行性信息。区域农业规划受到更高级的国土规划、土地利用规划、城镇规划、交通规划等相关规划的约束与控制，通过空间数据库汇集多部门上位规划，可以在空间上指引农业发展的区域与可规划的范围，协调与衔接其他相关规划。

三是依据地形、水源、道路和农田水利设施等空间分析结果，可以准确规划产业用地布局，布设基础设施，为投资提供准确数据，更有助于指导施工设计。空间数据库集合了区域农业规划涉及的多种多源数据，可以通过建立不同规划模型来选择农业产业与功能，通过地形分析准确规划道路、农业水利设施等，为规划的落地实施提供了客观分析与评价的基础。

四是以GIS平台可开发独立的应用管理系统，将规划过程与成果统一集成，方便规划实施，同时可加入规划建设、运营管理等方面的模块，实现区域农业规划从编制到实施、运营的全过程信息化管理。

5 结语

区域农业规划涉及多方面资料收集，尤其在空间数据方面，需要多种类别、来源数据支撑，通过对数据进行分类、入库、分类编码、统一投影坐标、图形编辑等，构建规划数据空间数据库，实现规划结果的可视化表达，并且为规划现状分析、上位规划分析、空间布局分析、应用管理系统开发等方面提供了有力的数据支撑。

但在数据分类与编码方面，除了土地利用现状有国家标准作为依据外，其他图件的分类与编码没有规范与标准，在实际应用中只能通过具体属性和需求来分类和编码，缺乏统一的标准或规范，不利于空间数据的交互，数据共享程度较低。这需要在今后的研究中，探索和构建相应的标准编码来提高建库效率和共享程度。

［1］刘喜波.区域现代农业发展规划研究［D］.沈阳：沈阳农业大学，2011.

［2］刘序，肖广江，雷百战，等.基于模糊综合评价法的现代农业园区规划项目评价研究［J］.热带农业科学，2016，36（1）：90-94.

［3］宋丽华，沈明霞，何瑞银，等.基于ArcGIS的林业GIS空间数据库建设的研究［J］.计算机工程与设计，2008，29（19）：5117-5118.

［4］胡高飞，秦漪航，杨成波，等.基于GIS平台的土地整治规划空间数据库建设及应用［J］.安徽农业科学，2015，43（19）：350-354.

［5］周灿芳，刘序，肖广江，等.GIS技术在区域农业规划现状分析中的应用研究［J］.广东农业科学，2013，40（22）：193-195.

［6］刘序，肖广江，周灿芳，等.GIS技术在区域农业规划生态环境保护分析中的应用研究［J］.广东农业科学，2015，42（9）：160-162，193.

［7］关昆，王刚，冯涛，等.基于GIS的农业区域发展规划辅助建设［J］.农业网络信息，2013（3）：22-25.

［8］朱恩利，李建辉，陈琳，等.地理信息系统基础及应用教程［M］.北京：机械工业出版社，2004.

［9］何建邦，李新通，毕建涛，等.资源环境信息分类编码及其与地理本体关联的思考［J］.地理信息世界，2003（5）：6-11.

［10］周建勤，张铎.物流信息分类编码标准体系探讨［J］.物流技术与应用，2000（2）：37-39.

［11］张茂震，宋铁英，唐小明，等.森林资源信息分类编码方法［J］.福建林学院学报，2005，25（2）：147-152.

（责任编辑 邹移光）

Construction and application of spatial database of regional agricultural planning based on GIS technology

XIAO Guang-jiang，LIU Xu，GAN Yang-ying，XU Bi-fang
（Institute of Agricultural Economics and Rural Development，Guangdong Academy of Agricultural Sciences，Guangzhou 510640，China）

Regional agricultural planning plays an important role in guiding the development of modern agriculture.However，so far most regional agricultural planning still remains in two-dimensional space planning and design sketch display level.The study on integration of 2D and 3D data in planning，3D spatial analysis，3D dynamicshow and 3D spatial query are still limited.The basis of scientificity and operability for the regional agricultural planning are unitary approach，storage，query，management and analysis of multi-source spatial data and attributive data.By SuperMap，this paper introduced the data acquisition and storage，classification and coding，spatial database and attributive database construction process of regional agricultural planning in detail，also discussed the application of spatial database，to provide reference for the information management of agricultural park planning.

regional agricultural planning；GIS；spatial database

S127

A

1004-874X（2016）04-0151-05

10.16768/j.issn.1004-874X.2016.04.028

2016-01-15

广东省科技计划项目（2013B020314002，2014A070713028，2015A020224012）；广东省农业科学院院长基金（201533）

肖广江（1978-），男，硕士，助理研究员，E-mail：258350931@qq.com

刘序（1979-），男，博士，助理研究员，E-mail：liuxxuu@163.com