四川省林地落界成果质量检查系统的研建

王洪荣， 高 飞， 张 文， 刘 波

(四川省林业调查规划院，四川 成都 600084)



四川省林地落界成果质量检查系统的研建

王洪荣， 高 飞， 张 文， 刘 波

(四川省林业调查规划院，四川 成都 600084)

林地落界成果质量检查是林地落界工作中的重点及关键。针对四川省林地落界成果质量检查需求，本文通过分析成果质量检查流程及内容，设定了成果质量检查项目，设计了质量检查系统功能，针对落界成果数据特点，对落界成果数据的存储、使用和管理方式进行分析比较，采用SQL Server Express和ArcSDE构建林地落界成果地理空间数据库，在此基础上利用ArcObject建立了四川省林地落界成果质量检查系统。系统成功应用于四川省林地落界成果质量检查工作中，有效的保证了全省林地落界成果数据符合国家要求。

林地落界；数据质量检查；ArcObject；空间数据库

林地落界工作是我国第一次在全国范围内综合使用GIS和RS技术，将林地及其利用现状落实于山头地块。四川省幅员辽阔，林地资源和森林资源丰富，地形地貌复杂多样，林牧农交错，森林资源情况本身就非常复杂，加之落界工作的精度要求高，四川省落界图斑总数量近1700万条，物理存储量近200G。在大量的数据和相对薄弱的县级技术力量条件下，要保证落界成果数据的质量满足并达到国家林地落界成果数据的要求，必须建立可行、易用，全面的质量检查方法为落界成果数据把关。

针对四川省林地落界成果质量检查需求，本文通过分析落界成果数据特点和成果质量检查流程，设定了成果质量检查项目，设计了质量检查系统功能，对落界成果数据的存储、使用和管理方式进行分析比较，最终采用SQL Server Express和ArcSDE构建林地落界成果地理空间数据库，在此基础上基于ArcObject建立了四川省林地落界成果质量检查系统。系统实现了对成果数据自动化检查，并提供了快捷的数据修改方法，使数据检查和修改同步，软件使用简单，分发方便，成功应用于四川省林地落界成果质量检查工作中，有效的保证了全省林地落界成果数据质量。

1 林地落界成果检查流程及内容

四川省林地落界成果认定与验收的流程分成果检查、成果认定、成果验收3个步骤。成果检查包括县级自检和省级检查，县级自检由林地落界工作承担单位负责，省级检查由省林业厅组织，市州林业主管部门具体承担检查任务。成果认定由县级人民政府组织完成。成果验收由省林业厅组织完成。林地落界成果检查的主要内容和检查采取的方式如表1所示。

2 林地落界成果质量检查系统功能设计

根据林地落界成果检查流程及内容，四川省林地落界成果质量检查系统的功能设计如图1所示。

2.1 成果齐备性检查

系统通过图层数据命名识别图层是否存在，图层数据的命名规范为“县名全拼_图层名简拼，首字母大写”，例如康定县村界为“Kangding_cj”，通过“选择数据所属市县”功能确定县名全拼，遍历检索所有用户图层，如果所有用户图层符合命名要求并都存在，则成果齐备并命名规范，如果命名没有遵守“首字母大写”的命名规范要求，则命名规范性不通过。

表1 林地落界成果数据检查内容和方式

内容项目检查方式成果齐备性检查林地落界成果是否齐全、完整质量检查系统自动检查*林地落界成果文件名是否规范质量检查系统自动检查字段是否齐全、字段类型是否正确质量检查系统自动检查投影和坐标系是否正确质量检查系统自动检查成果说明报告、林地落界成果检查表等材料是否齐全人工检查成果材料是否按照要求组织、上报人工检查图面检查林地图斑区划是否准确人机交互检查林地图斑界线与遥感影像特征吻合情况人机交互检查属性逻辑检查属性逻辑关系是否正确质量检查系统自动检查区划体系检查行政界线区划体系同小班图层区划体系匹配性检查质量检查系统自动检查林地图斑是否存在多部件要素质量检查系统自动检查林地图斑编号是否存在重号质量检查系统自动检查拓扑检查林地图斑有无拓扑错误质量检查系统自动检查指标检查林地、森林保有量等指标监测质量检查系统自动检查公益林指标监测质量检查系统自动检查

图1 林地落界软件功能设计图

系统库中的标准图层包括了所有要求上报图层，并完全按照要求建立，其字段名称和字段类型均正确。用户图层被识别齐备后，将读取图层的字段名称及类型同林地落界成果地理空间数据库中与其对应的系统标准图层进行对比，如果标准图层中的字段在用户图层中没有对应，则字段缺失，如果标准图层同用户图层中同名字段的字段类型不同，则字段类型错误。

用户通过“选择数据所属市县”选定数据所属县时，读取了选择县的坐标信息和投影信息，读取用户图层的坐标信息和投影信息进行对比，如果一致则坐标信息和投影信息正确，否则提示错误。

2.2 属性逻辑检查

属性逻辑检查。主要对小班图层进行逻辑检查，遍历小班图层中的要素，对要素的每个字段值的值域以及各个字段间关系进行检查，对不符合要求的提出错误警示，将每个字段的错误信息进行组合，以小班区位编号存入逻辑错误列表中。

逻辑错误信息归类及修改。将所有的逻辑错误信息进行归类，相同逻辑错误信息归为一组，通过错误信息进行筛选出同类错误，通过错误小班的区位编号，可以定位图上每个同类错误小班，然后对选中的小班进行批量错误修改，按组修改完善。也可以小班编号进行定位，或将错误列表导出到Excel表中进行检查。

2.3 区划检查

行政界线类图层及其他图层的属性落界检查。由于相对字段数和逻辑关系较小班面的简单，将图层中所有要素的错误信息组合成一个错误提示信息进行显示。

行政界线区划体系同小班图层区划体系匹配性检查。为了避免在行政界线中存在的区划体系，在小班图层中没有对应的区划，或是在小班图层中有的区划体系，在行政界线中没有对应区划的错误。例如小班图中有代码为23的乡，但是由于错误操作在乡镇界图层中将其填为32，这样两个图层中的区划体系就不对应，但无论是在小班图层还是行政界线的属性逻辑中都是无法检查的。

林地图斑多部件检查。为防止小班面图层中出现多部件要素，即多个分离的图斑对应一条属性记录，通过对小班面做多部件到单部件操作，对比前后小班图层要素个数，如果小班个数不一致，则存在多部件要素。林地图斑编号重号是逻辑中不允许，也会影响小班属性逻辑检查中图斑的图上选中定位。通过在数据库中，通过SQL语句查询检查是否存在重号小班。

2.4 拓扑检查和指标检查

拓扑检查只针对小班图层，拓扑检查关系为“不许为空”和“不许重叠”，当存在飞地和县域边界时，拓扑检查结果中“不许为空”错误可以作为例外处理。

2.5 指标检查

指标检查是对落界成果数据中的统计数据指标，同数据库系统中的标准指标进行对比进行监测，或将指标数据导出以便汇总。主要监测指标数据是公益林数据，其分为四项，分别是国有国家级公益林、国有省级公益林、集体国家级公益林和集体省级公益林。这些数据与库中标准指标数据的差距不能超出要求范围，当超出范围时提示错误。重要落界成果指标包括林地保有量、森林保有量、林分公顷蓄积、林地生产率、林地保护等级等，统计其规划基期、规划末期及末期和基期差额数据量，并可将其导出成Excel表。

3 林地落界成果质量检查系统数据库设计

3.1 林地落界成果数据特点

林地落界成果数据以县域为单位进行上报，包含的数据如表2所示，本次四川省林地落界主要使用分辨率为1∶1万的DOM数据，在保持原区划界线相对稳定的基础上，要以明显地形地物界限(如山脊线，山沟线，河流，道路等)对森林区划界线进行手工勾绘和更高精度的调整。由于数据精度的提高，有超过20多个县的小班数量超过30万条，单个小班面的数据量超过2G，四川全省落界图斑总数量近1 700万条，物理存储量近200G。

3.2 林地落界成果数据存储方案选择

目前ArcGIS对矢量数据进行存储主要有4种方式，分别是shp文件、个人数据库、文件数据库及ArcSDE配合关系数据库管理系统。对于四川省林地落界成果数据情况，单个图层数据库超过2G时，就无法使用shp文件和个人数据库进行存储。文件数据库具有数据存储容量大以及数据处理数据快的优势，但其无法具有数据库使用SQL语句访问的功能，在进行属性查询和统计的时候效率低下，故选择ArcSDE配合关系数据库管理系统的方式进行数据存储。

表2 林地落界成果数据

由于大型的关系数据库管理系统费用昂贵，安装和使用对于县级编制单位都相对困难，不适合广泛推广和大规模应用，而免费模式的个人ArcSDE和SQL Server Express不仅安装简单，其存储空间可以达到4G，并且可以方便的使用SQL语句访问属性数据，综合以上特点，四川省林地落界成果质量检查系统的数据存储、管理和使用采用个人ArcSDE和SQL Server Express构建林地落界成果地理空间数据库。

3.3 林地落界成果地理空间数据库设计

根据成果检查的需要，在林地落界成果地理空间数据库中建立了成果数据的标准图层，以system_开头，并存储在system数据集中，不仅用于对用户图层的字段及其类型的检查，用户也可以使用标准图层建立自己的图层，而不用自己创建。设计并建立市州代码表、县代码表、逻辑错误信息表和公益林指标表。

3.3.1 市州代码表和县代码表

市州代码表和县代码表用于用户选择数据所在市州和县，同时存储的市州和县的首字母大写全拼和投影带号，分别用于命名规范性检查和投影坐标系检查。市州代码表和县代码表的关系模式如下：

市州代码表(市州代码，市州名称，全拼，投影带号)

县代码表(市州代码，市州名称，县代码，县名称，全拼，投影带号)

3.3.2 逻辑错误信息表

对小班图层属性落界检查后，要将错误信息存入逻辑错误信息表中，为是小班能在图上准确定位，同时保存小班的区划代码信息。逻辑错误信息表的关系模式如下：

逻辑错误信息表(林业局，林场，作业区，林班，小班，错误信息)

3.3.3 公益林指标表

公益林数据对于各个市县是固定而且重要的指标信息，每个县要完整落实公益林面积，公益林指标表中已经存储了各个县的公益林指标数据，通过查询统计小班图层中的公益林数据通公益林指标表中的数据进行对比，监测公益林面积落实情况。公益林指标表的关系模式如下：

公益林指标表(县代码，县名称，国有国家级公益林，国有省级公益林，集体国家级公益林，集体省级公益林)

4 林地落界成果质量检查系统实现

根据实际情况和需求分析，四川省林地落界成果质量检查系统采用ArcObjects自定义组件扩展ArcGIS 桌面的方式，使用C#高级程序设计语言在VS2008平台上进行开发，分别在ArcGIS 9.3和ArcGIS 10.0桌面产品平台上进行编译和打包，并且编辑帮助文档及使用视频，最终形成适用于ArcGIS 9.3和ArcGIS 10.0桌面产品的四川省林地落界软件各一套。软件以安装程序的方式发布，软件安装后以ArcGIS 桌面工具条的形式显示和使用。

4.1 林地落界成果地理空间数据库构建与实现

4.1.1 使用SQL Server Express构建林地落界成果地理空间数据库

用户使用ArcEditor 或ArcInfo许可级别的ArcGIS 桌面产品就可以使用SQL Server Express 创建地理空间数据库，在安装Microsoft SQL Server 2005 Express Edition后，需要指定SQL Server Express 实例作为地理空间数据库的数据库服务，并需要在ArcCatalog的数据库连接中添加数据库连接才能进行连接使用。使用SQL Server Express构建林地落界成果地理空间数据库需要6个步骤：

第1步，安装Microsoft SQL Server 2005 Express Edition，并创建一个SQL Server Express默认实例SQLExpress，数据库登录用户使用当前系统账户，授权方式为Windows授权模式。

第2步，指定数据库实例SQLExpress作为地理空间数据库的数据库服务。通过运行ArcSdeSetupSqlExpress.exe文件，指定SQL Server 实例名称为“计算机名SQLEXPRESS”，登录使用默认操作系统登录。

第3步，创建地理空间数据库。地理空间数据库名称统一为myGIS，存储路径为C盘下默认生成路径，初始大小为100MB。

第4步，创建数据库连接文件。设置数据库平台为SQL Server，“计算机名SQLEXPRESS”，授权方式为操作系统授权，数据库为myGIS，并将连接统一重命名为“双击连接数据库”。

第5步，导入安装文件中的System.gdb数据库中的系统要素和表。在安装过程中，将安装一个System.gdb的文件数据库，内保存了所有系统表和标准图层，要将其导入到myGIS数据库中使用。

第6步，用户导入自己的数据到库中。

4.1.2 使用SQL Server Express构建林地落界成果地理空间数据库的实现

使用SQL Server Express构建林地落界成果地理空间数据库的步骤比较繁琐和专业，对于用户尤其是县级林业工作者来说，是很困难的。系统提供“创建数据库”的功能，对用户以黑盒的方式为完成上述第2步至第5步的步骤。用户只需以默认方式安装完Microsoft SQL Server 2005 Express Edition，使用创建地理空间数据库功能后，导入自己的数据，就构建成功了林地落界成果地理空间数据库。系统构建地理空间数据库的实现如下。

// 以命令行方式运行ArcSdeSetupSqlExpress.exe sdepath为ArcSdeSetupSqlExpress.exe文件存储位置

string myHostName = Dns.GetHostName();

string myServeName = myHostName + "sqlexpress";

string myInstallPath = sdePath + "ArcSdeSetupSqlExpress.exe";

string myInatallCommand = myInstallPath + " -silent -instance " + myServeName;

Process p = new Process();

p.StartInfo.FileName = "cmd.exe";

…………

p.Start();

p.StandardInput.WriteLine(myInatallCommand);

…………

// 创建myGIS数据库 datapath为C盘下默认生成路径

IDataServerManager myDataServerManager = new DataServerManagerClass();

myDataServerManager.ServerName = myServeName;

myDataServerManager.Connect();

IDataServerManagerAdmin myDataServerManagerAdmin = myDataServerManager as IDataServerManagerAdmin;

string dataName = "myGIS";

myDataServerManagerAdmin.CreateGeodatabase(dataName,dataPath,100,dataLogPath,3);

//创建数据库连接文件 path为ArcGIS连接文件存储目录

IPropertySet propertySet = new PropertySetClass();

propertySet.SetProperty("SERVER",myHostName);

propertySet.SetProperty("INSTANCE","sde:sqlserver:" + myHostName + @"sqlExpress");

propertySet.SetProperty("DATABASE",dataName);

propertySet.SetProperty("AUTHENTICATION_MODE","OSA");

propertySet.SetProperty("VERSION","dbo.DEFAULT");

Type factoryType = Type.GetTypeFromProgID("esriDataSourcesGDB.SdeWorkspaceFactory");

IWorkspaceFactory workspaceFactory = (IWorkspaceFactory)Activator.CreateInstance (factoryType);

IWorkspaceName myWorkspaceName = workspaceFactory.Create(path,"双击连接数据库.sde",propertySet,0);

4.2 软件安装使用和数据库创建

安装相应ArcGIS 桌面版本的林地落界成果检查系统软件，在打开ArcGIS桌面之后，在工具栏空白处右键，或者在菜单栏工具(Tools)-自定义(Customize)-Toolbars中选择“林地落界成果质量检查工具条”，如图2所示。

图2 林地落界成果质量检查软件使用

点击“创建数据库”创建成功数据库后，双击ArcCatalog-数据库连接-双击连接数据库，在库中导入用户自己县域数据，就可以开始检查工作。

4.3 成果齐备性检查的实现

点击“选择数据所属市县”，选定检查数据所属市州和县，然后点击“成果齐备性检查”，系统弹出成果齐备性检查的对话框，点击开始执行，则对所选的县域数据进行齐备性及坐标信息的检查，将检查信息进行检查，也可以点击“导出Excel”，将信息导出到Excel中。成果齐备性检查的结果如图3所示。

图3 成果齐备性检查

4.4 属性逻辑检查的实现

首先加载林地图斑图层到ArcMap中，点击“设置操作图层”设置检查图层为林地图斑图层，然后点击“属性检查”，弹出属性检查对话框，点击“开始检查”，检查后的结果显示在错误列表中，通过错误信息进行筛选同类错误小班，点击“图上选中”，将同类错误小班选中后，在ArcMap中打开图层属性表，显示选中要素，然后通过错误提示，利用字段计算等功能进行批量错误修改。属性逻辑检查的结果如图4所示。

图4 属性落界检查

4.5 区划检查的实现

点击“区划检查”，弹出区划检查对话框，然后点击“开始执行”，系统将检查结果显示在错误列表中，具体见图5所示。

图5 区划检查

4.6 拓扑检查和指标检查的实现

将拓扑检查的流程建立为地理处理(GeoProcessing)，系统调用地理处理对数据集中的数据进行拓扑验证，将检查结果加入ArcMap中显示。拓扑检查的地理处理如图6所示。

图6 林地图斑拓朴检查模型框架图

点击“指标检查”后运行“点击执行”后，将公益林和关键指标数据的落实数据和下达数据进行对比，对差距较大的进行提示，如图7所示。

5 结果与讨论

本研究采用SQL Server Express和ArcSDE构建林地落界成果地理空间数据库，在分析四川省林地落界成果数据的特点和成果质量检查流程的基础上，设定了成果质量检查项目，设计了质量检查系统功能，建立四川省林地落界成果质量检查系统并将其成功的运用于四川省181个县的县级检查和全省的省级检查中。实践证明，系统的建立保证全省林地落界成果质量在数据量大，精度要求高，技术难度大的情况下，通过国家的检查和验收，其性能和结果是准确可靠的。

《全国林地保护利用规划纲要(2010-2020年)》是我国第一个中长期林地保护利用规划，林地落界工作作为其重要基础性工作也是首次开展，严格保证林地落界成果数据质量，制定可靠的数据检查和质量保证的办法和工具是非常必要的。四川省针对自身数据情况建立四川省林地落界成果质量检查系统进行数据自动化检查，并将数据修改和数据检查同步，即保证了数据质量，又提高了数据制作单位工作和修改错误的效率，具有实际应用意义。本研究的方法和系统可以修改后应用于林地年度更新调查工作。

图7 指标检查

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Establishment and Application of the Definition of Forestland Border Software in Sichuan

WANG Hong-rong GAO Fei ZHANG Wen LIU Bo

(Sichuan Forest Inventory and Plan Institute,Chengdu 610084,China)

For implementing every forestland border and utilization to the land,the definition of forestland border was the foundation of implementing national provincial and county levels forestland planning,protection and utilization and it was also the basement of national forestland map establishment.This study focused on the needs of Sichuan province definition of forestland border，analyzed the workflow,built the methods of layers standardization ,forestland polygons attributes complement,forestland polygons quick-merge and auto-merge,designed the structure and functions of Sichuan definition of forestland border software.The software has already been widely applied to the practical work of definition of forestland border in more than 100 counties of Sichuan Province,experience had proved that the application of the software not only effectively ensured the consistency of forestland polygons data,but also reduced the difficulty and complexity of definition of forestland border,it was easily realized and have very good practical value.

definition of forestland border,ArcObjects,Forestland Protection and Utilization Plan,GIS

2017-02-09

王洪荣(1984-)，男，硕士，工程师，主要从事森林资源监测“3S”技术林业应用，林业信息化工作。

10.16779/j.cnki.1003-5508.2017.02.009

TP399

A

1003-5508(2017)03-0044-08