县级自然资源现状数据库的设计与实现

向 俊，张 俊，朱建中，谭朝瑞

(1.湖北省巴东县自然资源和规划局,湖北 巴东 444300; 2.湖北省地质局 第二地质大队,湖北 恩施 445000)

为适应新形势下自然资源调查工作的相关要求,服务于相关自然资源管理工作[1],县级自然资源管理部门需要开展包含在地表基质、地表覆盖、地下资源三维空间内的土地资源、矿产资源、林木资源、水资源、湿地资源、草地资源等区域自然资源现状数据库的建设工作。通过对反映资源数量、质量、特性、空间分布等标准各异、格式不同、自成体系的主要数据要素的数据成果进行关联、整合,推动自然资源专项调查与国土调查成果[2]的实质融合,实现数据成果对各类自然资源信息的日常管理、监管决策和对外服务的有利数据支撑,同时集中管理基础调查和专项调查形成的自然资源本底数据,为国家层面全流程的自然资源监测活动奠定基础。

1 县级自然资源现状数据库的设计思路

1.1 数据库依据标准及技术路线

1.1.1依据标准

参照2020年自然资源部下发的自然资源调查监测体系构建总体方案,以第三次全国国土调查县级数据库建设技术规范等为基础,深入参考最新《矿产资源规划数据库标准》、《市县林区森林资源调查数据库建设规范》、《水资源监控管理数据库表结构及标识符标准》、《草地资源调查技术规程》、《全国湿地资源调查技术规程》等各类自然资源调查及相关数据库建设的标准规范,利用现有的森林资源清查、湿地资源调查、水资源调查、草原资源清查等数据成果,实现国土调查与水资源、林业、草原、湿地等专项调查数据衔接,对标准相异、格式不同、自成体系的各类专项调查数据成果进行梳理,推动自然资源专项调查与国土调查成果的实质融合。深入反映自然资源现状的几大核心需求：“数量”、“质量、“特性”,构建数据库的相关框架结构与核心要素层,确立县级自然资源现状数据库依据标准。

1.1.2县级自然资源现状数据库建设技术路线

自然资源现状数据库建设技术路线遵循以下步骤(如图1),其中数据准备工作包括：建库方案制定、人员准备、软硬件准备、自然资源专项调查数据收集、自然资源补充外业调查等；数据预处理包括：按照第三次国土调查[3]数据库标准对不同类型资源统一数学基础、内业数据预处理；数据库建设包括：数据采集、数据入库；数据分析：包括面积汇总、资源承载力分析、空间适宜性分析；数据库质量检查：包括完整性检查、图形数据检查、属性数据检查、文字成果质量检查及汇总成果检查等。

图1 技术路线图Fig.1 Technical roadmap

1.2 县级自然资源现状数据库设计

1.2.1需求分析

自然资源现状数据库的数据需求包含“山、水、林、田、湖、草”所涉及的数据分布范围,使用自然资源与规划部门开展的最新“三调”成果信息,充分利用“土地要素层”中的地类调查成果图斑,全面获取县域内土地资源的不同土地类型的面积、空间分布现状。土地资源数据涵盖农业生产土地(耕地、种植园)、城乡建设土地(商业服务、工矿、住宅、公共管理与公共服务、交通运输)、生态用地等。

矿产资源要素类通过对矿产开发利用现状调查成果中矿产地、矿山、矿区、采矿权、探矿权的空间要素数据的转化处理,统一到基础地理信息要素的空间参照体系后,统计矿产资源的储量、分布、矿种类型等矿业资源的现状信息。按照国家关于绿色发展的相关要求,关注水源地、自然保护区、生态红线影响范围内的矿山开发现状。

林木资源及森林资源的建设利用林业调查部门最新的林木资源调查成果图斑开展对全县林木资源类型数量、质量的统计分析,依托林业调查图斑中林木资源类型的空间分布与第三次国土调查的林地分布情况来充分调查林木及森林资源的现状分布信息。

水资源分为地表水和地下水[4]两类,其中地表水系中的县域内主要干流、支流、水库、饮用水源地等,依托水资源管理部门和环境监测部门的监测成果数据和河道定界调查成果,开展地表水资源现状要素建设,与国家同步开展的水资源监测、水域生态环境监测紧密协同,充分保障自然资源现状数据库中地表水系水质的监测成果数据得到表达。地下水现状数据调查可以充分利用以往开展的地下水特征点调查监测成果,以及该区域内不同项目开展的地下水系统监测的成果数据。

湿地调查和草地调查依托林草部门阶段性专项调查的成果数据,与三次国土调查的相关地类空间分布共同来反映该类自然资源现状。深入契合地方政府在绿色发展中关注的湿地生态保护区建设等,必要时对湿地保护区范围展开详细调查,形成空间数据。

综合以上调查分析最终形成自然资源现状数据库建设主要业务流程图和数据流程图，如图2-图3所示。

图2 自然资源现状数据库主要业务流程图Fig.2 Main business process diagram of the currentnatural resources database

图3 自然资源现状数据库数据流程图Fig.3 Data flow diagram of the current natural resources database

为了对各类不同专业的资源调查数据成果进行关联、整合,推动自然资源专项调查与国土调查成果的实质融合，按照国土空间数据库相关数据字典的建设规范来完成数据结构的设计工作,而数据项的设计可以综合各类专项资源调查的数据库建设规范中的反映资源数量、质量、特性的要求来合理提取数据项到自然资源现状数据库建设中。数据项的样式如表1所示。

表1 自然资源数据库数据项的定义Table 1 Data structure of natural resources database

1.2.2概念设计

自然资源现状数据库采用ER图的形式开展概念设计,由各类资源的ER图构成总的自然资源的ER图(如图4)。部分资源如水资源类相关的ER图设计图通过建立河流布设的水质监测点的数据与河流的关系明确数据库的概念设计。

1.2.3空间数据库实体类型设计

县级自然资源现状数据库空间实体类型[5]划分参照自然资源登记单元代码编制规则,第一层级为登记单元所在地县级行政区划代码,码长6位,第二层级为自然资源特征码,由县登记机构级别代码“4”和2位自然资源登记单元类型代码依次组成,第三层级为登记单元顺序号,码长6位,码值为“000001～999999”(如表2)。

图4 实体关系图Fig.4 Entity relationship model

表2 部分空间实体类型Table 2 Core elements in the natural resources survey

2 县级自然资源现状数据库的实现

2.1 数据库平台基本环境

Arcgis在自然资源数据管理上能实现集分析、测绘、构图为一体的空间数据库构建,是一直以来土地资源管理和林业调查的核心数据库处理平台。县级自然资源现状数据库通过在该平台实现一个符合县级资源现状的Geodatabase来完成数据库建设,Geodatabase包括三种类型：个人地理数据库PersonalGeodatabase(.mdb)；文件地理数据库FileGeodatabase(.gdb)；大型关系数据库ArcSDE[6]。目前单一资源类型数据库多形成.mdb类型,多资源类型不具备对公众提供公开地理信息服务的条件,对于县级自然资源调查成果利用FileGeodatabase文件地理数据库能够满足大部分县域的实际需求,数据库构建平台基础环境：ArcgisDesktop 10.3、Officevisio、OfficeAccess等,符合相关管理部门的内部需求。

2.2 空间要素数学基础及空间参数

按照第三次国土调查实施方案和自然资源确权登记操作手册对于数据格式转换的要求：所有空间要素基准均参照2000国家大地坐标系[7]。其他相关资源监测及调查产生的成果数据空间要素统一转换成CGCS2000国家大地坐标系,充分实现统一的空间参照标准。在县域内通过开展测量外业工作来均匀布设符合规范要求的足够数量的控制点位并求取不同坐标系及CGCS2000坐标系下的相应重合控制点坐标值来计算坐标转换的七参数,并将转换参数定义在Arcgis数据管理平台环境中,完成不同数据来源向CGCS2000的转换,实时空间数据库的统一数据基础。

2.3 基于Arcgis平台Geodatabase的自然资源现状数据库的实现

2.3.1空间数据库数据框架实现过程

数据库框架的实现基于面向对象的数据库设计方法,利用UML模型实现XML架构文件,利用Arcccatlog完成workspace工作空间的构建(如图5)。

图5 数据框架构建流程图Fig.5 Data framework build flow chart

利用Visio进行数据库框架设计,按照不同的资源类型分为不同的要素数据集,通过Visio建模后生成能被Workspace识别的XML文件在数据库中完成数据框架的生成(如图6)。

图6 UML静态构造图Fig.6 UML static construction diagram

2.3.2数据库建设的主要成果

数据库部分自然资源成果数据[8](如图7),同时通过数据库建设精确反映县域范围内自然资源管控范围与各类自然资源现状调查成果之间的空间分布关系[9](如图8)。通过全面的实现数据库自然资源调查成果数据入库,开展各种空间分析和自然资源现状评价,同时针对不同的调查目的提供高质量的数据服务,比如综合土地调查、土壤调查、矿产勘查、环境地质调查、水资源调查中的成果数据开展县域内农业生产与城市建设适宜性的综合等级评价等,为自然资源管理提出合理建议。

图7 自然资源数据库成果要素Fig.7 Elements of natural resources database results

图8 不同自然资源要素的空间关系Fig.8 Spatial relationship of different natural resource elements

3 结语

县级自然资源现状数据库的设计和实现对县级自然资源调查的成果集成和调查监测工作开展有重要意义,形成了对县级行政区划内的自然资源监测成果数据和调查信息管理的解决方案,同时为自然资源行政管理部门的自然资源现状监测管理和调查成果的综合评价分析提供了科学合理的数据基础。是各类调查评价工作和相关国土空间规划开展的有利保障,使得相关县域自然资源行政管理工作的开展更为便利。