基于Model Builder建模的设施农用地上图入库方法研究

胡家明

（广东省地质测绘院，广东 广州 510800）

1 引言

随着我国社会经济的稳固发展及乡村振兴战略的逐步施行，农村设施农用地管理的重要性愈发突显[1]。为此，自然资源部印发了《自然资源部 农业农村部关于设施农业用地管理有关问题的通知》（自然资规[2019]4 号），并研发了“设施农用地监管系统”，要求设施农用地上图入库，纳入自然资源“一张图”监管。设施农用地上图入库监管是掌握和分析设施农用地情况的必要手段，是加强设施农用地监管、保障用地规范有序和设施农用地健康发展的有力支撑。由于时间紧，任务重，而传统的图形编辑方法耗费较多的人员和时间，研究利用Model Builder 建模，可实现从DWG 格式的宗地图到监管系统要求的TXT 格式拐点坐标流程化批量处理，减轻人工编辑工作量，减少错误，提高工作效率。

2 Model Builder 简述

模型构建器Model Builder 是ArcGIS 提供的构造地理处理工作流和脚本的图形化模型工具[2]，能够实现数据处理的自动化、流程化，将复杂的流程简化为一个工具。在模型中，可以按照一定的次序将所需的工具和数据连接起来构成一个工作流，其基本单元为“输入数据→工具或脚本→输出数据”。ArcGIS 支持的数据类型均可作为输入数据或输出数据，比如要素类、栅格数据集等。模型中的工具可以是ArcToolbox中的工具和脚本，也可以是由模型或脚本文件生成的工具[2]。同时，创建的模型可以共享，直接生成Python、JScript 和VB-Script 等形式的脚本语言[3]，扩展了ArcGIS 的功能。

3 上图入库工作要求

在取得用地阶段，县级自然资源主管部门收到乡镇政府汇交的信息后要及时进行核验，在10 个工作日内，将项目名称、位置、用途、类型、生产期限等项目概况，以及项目用地总面积和地块坐标、使用农用地和耕地面积、用地破坏耕地耕作层面积和地块坐标等用地情况，在监管系统上图入库。监管系统上图入库主要分为登录设施农业用地监管系统平台录入项目概况内的基本信息、录入各类用地面积和导入坐标数据三大部分。

4 研究思路

通过模型构建器Model Builder的FeatureToPolygon、AddField 等关键工具的组合，自动将DWG 格式设施农用地范围生成SHP 数据；利用SpatialJoin、CalculateField、Python 表达式“!shape.Area!”、DeleteField 等关键工具的组合，自动对必要SHP 文件字段进行信息录入；利用Intersect、Select、CalculateField、Python 表达式“!shape.Area!”、DeleteField 等关键工具的组合，自动生成设施农用地破坏耕地SHP 图层，并录入必要字段信息；最后通过编写Python 代码并导入脚本文件，自动将设施农用地和破坏耕地SHP 图层分别转换为设施农用地监管系统要求的标准TXT 格式坐标文件，从而实现设施农用地上图入库操作流程的可视化、流程化、批量化，提高工作效率和准确性。思路流程如图1 所示。

图1 思路流程

5 具体实现流程

5.1 制作设施农用地SHP 格式数据

在ArcGIS 平台中，通过ArcToolbox 添加工具箱，命名为“设施农用地处理工具箱”，并在该工具箱中新建第一个模型，将模型命名为“1.制作SHP 文件”，用于制作设施农用地SHP 格式数据。在模型中添加FeatureToPolygon 工具，将DWG 格式农业设施宗地图上的设施农用地范围生成SHP 面文件数据。添加AddField 工具，分别为设施农用地SHP 文件新建“界址点数”“地块面积”“地块编号”“地块名称”“图形类型”“图幅号”“地块用途”“地类编码”“描述”等必要字段。

最后，利用以上几种工具，通过重复利用与串联的方式形成组合工具，运行模型即可自动实现将DWG格式设施农用地范围生成SHP 格式面文件数据。模型运行结果、SHP 格式数据模型制作、模型执行窗口分别如图2、图3 和图4 所示。

图2 模型运行结果

图3 制作SHP格式数据模型

图4 模型执行窗口

5.2 自动录入必要字段

在“设施农用地处理工具箱”中新建第二个模型，将模型命名为“2.自动录入必要字段”，用于对“地块面积”“地块名称”“图幅号”“地块用途”等必要字段进行信息录入。

首先在模型上添加SpatialJoin 工具，将设施范围与所在行政区的1∶10000 图幅结合表进行空间连接，自动获取设施农用地图斑的图幅信息。

然后添加CalculateField 工具，将设施农用地所在图幅号自动计算到“图幅号”字段上；添加CalculateField 工具，通过Python 表达式“!shape.Area!”来自动获取“地块面积”字段值；添加CalculateField 工具，将“地块名称”字段赋值为“设施范围”，将“地块用途”字段赋值为“设施农用地”；添加DeleteField 工具，对字段进行维护，删除冗余字段。

最后，利用以上几种工具，通过重复利用与串联的方式形成组合工具，运行模型即可自动实现对必要设施农用地SHP 文件的字段进行信息录入，形成属性值完善的设施农用地SHP 文件。模型运行结果、自动录入字段模型、模型执行窗口分别如图5、图6 和图7所示。

图5 模型运行结果

图6 自动录入字段模型

图7 模型执行窗口

5.3 生成设施农用地破坏耕地层

在“设施农用地处理工具箱”中新建第三个模型，并将模型命名为“3.农用地破坏耕地层”，用作生成设施农用地破坏耕地图层。

首先在模型中添加Intersect 工具，将设施农用地SHP 图层与最新年度的土地利用现状数据进行叠加分析，得到设施农用地的土地利用现状。

然后添加Select 工具，筛选土地利用现状地类名称为“水田”“水浇地”“旱地”的图斑（即为设施农用地破坏耕地层的图斑）；添加CalculateField 工具，通过Python 表达式“!shape.Area!”来自动获取“地块面积”字段值；添加CalculateField 工具，将“地块名称”字段赋值为“设施农用地破坏耕地层”，将“地类编码”字段赋值为对应的土地利用现状地类编码；添加DeleteField 工具，对字段进行维护，删除冗余字段。

最后，利用以上几种工具，通过重复利用与串联的方式形成组合工具，运行模型即可实现自动生成设施农用地破坏耕地SHP 图层，并录入必要字段信息。模型运行结果、生成破坏耕地层模型、模型执行窗口分别如图8、图9 和图10 所示。

图8 模型运行结果

图9 生成破坏耕地层模型

图10 模型执行窗口

5.4 SHP 格式数据转换成标准TXT 格式数据

（1）标准TXT 数据要求

标准格式分为属性描述和地块坐标两部分，TXT格式要求如图11 所示。其中，①地块编号：填写地块顺序编号，如建设项目勘测定界技术报告书中地块的编号。

图11 TXT格式要求

②地块名称：填写地块名称，也可以按照地块数命名为“地块1、地块2……”。

③记录图形属性：填写“面”。

④地块用途：留空。

⑤点号：填写界址点顺序编号，如“J1、J2……J1”“1、2……1”。

⑥地块圈号 ：不涉及扣除内部面积时，统一填“1”；涉及扣除地块坐标的，依次填写“2、3……”。

⑦X 坐标、Y 坐标：X 坐标整数部分为7 位，小数部分保留3 位；Y 坐标整数部分为8 位，小数部分保留3 位。

（2）实现方法

在“设施农用地处理工具箱”中新建脚本，并将脚本文件命名为“4.shp 转txt”。编写Python 代码并导入该脚本文件，生成SHP 转TXT 的脚本工具，通过运行该脚本文件，即可自动将设施农用地和破坏耕地SHP 图层分别转换为系统要求的标准TXT 格式坐标文件（符合粤国土资利用发〔2018〕25 号附件2 中对坐标格式的要求）。模型参数设置时，输入SHP 的数据类型设置为 “要素图层”；格式的数据类型设置为“字符串”；输出TXT 的数据类型设置为“文件夹”。

脚本关键部分代码如下：

通过上述“设施农用地处理工具箱”，按顺序依次运行各模型和脚本文件（脚本运行结果如图12 所示），选择相应的输入文件、设置输出的格式和文件路径，点击“确定”即可自动输出符合要求的文件数据，从而高效完成自然资源部要求的设施农用地上图入库工作，SHP 转TXT 执行窗口如图13 所示。

图12 脚本运行结果

图13 SHP转TXT执行窗口

6 实例应用

为了验证建模工具的有效性和实用性，利用Model Builder 建模工具在广东省罗定市的设施农用地上图入库工作中进行了测试。

由一名专业技术员人工处理100 个设施农用地图斑，人工制作破坏耕地SHP 图层和标准TXT 格式数据，耗时1.5 天；另外由一名普通技术员利用Model Builder 建模工具进行处理，耗时0.5 天。通过人工检查发现，人工处理的成果中有2 处字段值缺漏，1个TXT 数据入库失败；利用Model Builder 建模工具处理的成果字段值正确、内容齐全，而且100 个TXT数据全部入库成功。

另外，在广东省江门市、阳江市等地区的设施农用地上图入库工作中，也成功地应用了该技术，通过ArcGIS 平台的Model Builder 模型构建器和Python站点包ArcPy 访问地理处理工具、函数、类和模块编写脚 本，在ArcToolbox 工具箱中添加工具和脚本，并建立了可视化、流程化、批量化的操作界面[4]。

7 结语

本文基于Model Builder 模型构建器，实现了设施农用地上图入库操作流程的可视化、流程化、批量化，适用于一般技术员操作。使用该方法可以降低生产成本、提高工作效率，同时避免了人为因素引起的错误，实现了设施农用地的快速、批量上图入库，也能为自然资源部门的建设用地报批、垦造水田、土地整理等同类日常业务的上图入库工作提供借鉴。