1、基于 GIS 的耕地整理潜力评价系统研究以北京市延庆县为例第 20 卷第 3 期2006 年 6 月中国土地科学ChinaLandScienceV01.20NO.3Jun.,2006基于 GIS 的耕地整理潜力评价系统研究以北京市延庆县为例郭洪泉.,胡振琪.,张亚龙,杨华珂(1.中国矿业大学( 北京校区)北京 100872;2.国土资源部土地整理中心北京 100035)摘要:研究目的:利用 GIS 技术建立耕地整理潜力评价信息系统,为土地整理工作中提高耕地整理潜力评价的质量,效率和辅助日常管理服务.研究方法:综合分析法与实证法 .研究结果: 提出了中国基于 GIS 的耕地整理潜力评价的目标,结
2、构和功能设计等有关内容.研究结论:随着耕地整理潜力评价工作的深入 ,应不断完善耕地整理潜力评价系统.关键词:土地管理;GIS;耕地整理;潜力评价;信息系统 ;延庆县中图分类号:17301.21 文献标识码:A 文章编号:10018158(2006)03005005StudyonSystemofArableLandReadjustmentPotentialEvaluationBasedonGISACaseofYanqingCounty,BeijingGUOHong?quan,HUZhen?qi,ZHANGYa-long2,YANGHua?ke(1.ChinaUniversityofMininga
3、ndTechnology,Beijing100872,China;2.CenterofLandConsolidationandRehabilitationoftheMinistryofLandandResources,Beijing100035,China)Abstract:Thepurposeofthepaperistosetuptheinformationsystemofarablelandreadjustmentpotentialevaluationwhichcanhelptoachievescientificandefficientlandmanagement.Methodofcomp
4、rehensiveanalysisandcasestudywereemployed.Theobjective,structureandfunctiondesignareproposedbasedonGIS.Researchesonthesystemofarablelandreadjustmentpotentialevaluationshallbeimproved.Keywords:landmanagement;GIS;arablelandreadjustment;potentialevaluation;informationsystem;Yan?qingCounty土地整理作为促进土地资源合理
5、利用,调整土地利用结构和土地关系的重要手段,在实现土地资源的合理配置,提高土地利用率和改善生态环境方面起到了重要作用,目前耕地整理是中国土地整理的主要对象和内容.耕地整理潜力是土地开发整理规划的基本内容,也是耕地整理区域划定和项目选择的重要依据.科学合理高效地确定耕地整理潜力,对促进区域土地资源的可持续发展具有非常重要的意义.当前,耕地整理潜力评价主要是由长期从事土地科学和农业科学的工作人员通过实地调查,结合经验分析进行,不仅工作量大,标准难统一,而且空间定位精度差,有一定的主观随意性,不容易进行定量研究,所以评价成果的可靠性较差.同时,耕地整理潜力评价过程以手工为主,效率低,费时长,很难保证
6、成果的现势性,也不能满足数字国土的要求.随着收稿日期:2oo5.1O.2l修稿日期:2oo6.O5 一 l7基金项目:国土资源部项目:可持续土地整理理论与方法研究(1211080505002).第一作者:郭洪泉(1972 一),男,山东菏泽人,博士生,主要从事中国贫困方面的研究.郭洪泉等:基于 GIS 的耕地整理潜力评价系统研究 以北京市延庆县为例 51计算机和信息技术的发展,地理信息系统在土地管理领域已得到广泛应用,大多数土地管理部门都或多或少地应用了 GIS,大大提高了工作效率,但对 GIS 的应用仅仅是进行最基本的信息查询,变更,统计以及图件的编辑,修改,输出等操作.为提高 GIS 技术
7、在耕地整理潜力评价中的作用,本研究运用地理信息系统的理论,方法,技术,结合耕地整理潜力评价的特点及要求,建立耕地整理潜力评价系统,这是实现耕地整理潜力评价可视化,拓展 GIS 应用领域,满足耕地整理潜力评价工作现代化的需要.1 基于 GIS 的耕地整理潜力评价研究进展1.1 国内研究进展中国现代意义的土地整理工作是在 2O 世纪 9O 年代末才广泛开展的,将 GIS 技术应用到土地整理工作中,也是近一两年的事,同时土地整理工作内容,程序,框架以及理论和方法体系等的构建也才刚刚开始,因此地理信息系统在土地整理领域的研究与开发还较少.总结 GIS 在土地整理工作的应用主要集中在土地开发整理项目的规
8、划设计和管理上 n,并且主要是针对规划编制程序,资料,图件等的管理方面的应用 n】,而在土地开发整理规划工作中的应用较少,GIS 在土地整理潜力评价中的应用也主要是采用 GIS软件进行土地整理潜力分析61,而专门针对土地整理潜力评价特点的应用型 GIS 软件开发尚未发现.1.2 国外研究进展计算机和信息技术在地学领域和土地部门的应用始于 2O 世纪 6O 年代,加拿大于 1964 年建立的土地清查地理信息系统是世界上公认的第一个土地资源信息系统,随后,美国纽约于 1967年建立了土地利用和自然资源信息系统,并由此开创了地理信息系统研究的先河.2O 世纪 7O 年代后开始得到了迅速发展和普遍应用
9、,世界许多发达国家,如美国,日本,法国,德国,意大利等,都花费了大量人力,物力和财力从事土地资源信息系统的研究,建立了一些有影响的土地资源信息系统.2O 世纪 9O 年代后,随着地理信息系统技术的不断完善以及土地科学研究的不断深入,建立了越来越多的更专业的土地资源信息系统,如土地评价信息系统 n,引,土地利用规划决策系统9,10】,以及专门用于农村土地利用规划的空间决策支持系统等.1.3GIS 开发中的关键技术与存在的不足从国内外已开发的各类土地资源信息系统看,其开发方法有两种:一种是从底层开发,即开发人员根据系统需要的功能,编写所有的应用程序,包括地理信息系统最基本的功能模块.用这种方式建立
10、的系统,各组成部分之间的联系较紧密,综合程度和操作效率较高.但由于工作量十分庞大,开发周期长,并且其稳定性和可靠性难以保证.另一种是二次开发,即在通用的 GIS 基础软件的基础上,编写专业分析模块和接口模块,开发模型库管理信息系统,或者利用地理信息系统开发工具及应用接口工具,并结合其他开发工具进行开发,用这种方式开发系统的周期短,工作量小,系统的稳定性和可靠性高,这种方式在目前的地理信息系统开发中采用较多 121.进行地理信息系统二次开发的关键之一是专业模型的设计,因为通用的 GIS 软件功能模块都是针对一般问题而设计的,对于一些专业问题用户只有根据自己的需要来设计专业模型;关键之二是 GIS
11、 与专业模型的整合,即实现 GIS 与专业模型之间的数据共享,使工具型 GIS 转变为应用型 GIS.本研究通过将耕地整理潜力评价与GIS 整合,建立耕地整理潜力评价系统,力求实现数据库管理,专业模型分析和自动成图的一体化,为进一步实现土地整理规划的自动化服务.2 耕地整理潜力评价系统设计建立耕地整理潜力评价系统,首先要了解使用该系统用户的需求,在此基础上,进行系统目标,结构和功能的设计.2.1 用户需求分析耕地整理潜力评价系统用户主要是各级土地管理部门以及相关科研人员,用户最基本的需求是能够快速,52 中国土地科学 2006 年 6 月第 3 期高效,高质量完成区域耕地整理潜力评价,即从基础
12、数据图件的输入到耕地整理潜力大小的确定,从而为实地的耕地整理项目选择提供依据.具体包括:(1)各种图件及数据的输入;(2) 对区域耕地整理潜力进行评价;(3)各应用模型直接对数据库的访问;(4)直接,友好的用户界面,可根据用户实际需要灵活选择或直接输入某些模型参数;(5)自动生成耕地整理潜力分布图件.2.2 系统目标基于用户需求分析,系统的目标是能够实现区域耕地整理潜力的科学确定,具体为:数据输入:各种图形数据以及统计数据的输入.数据处理:耕地整理潜力评价 .信息输出: 提供用户要求的有关耕地整理潜力的图件.2.3 系统结构根据耕地整理潜力评价用户需求分析,系统结构主要包括:(1)收集和管理确
13、定耕地整理潜力大小所需要的基础信息;(2) 建立耕地整理潜力评价模型 ,对基本信息进行加工和整理,得出耕地整理潜力大小.耕地整理潜力评价采用两库结构,即由数据库系统,模型库系统等基本部分构成.数据库系统由数据库及其管理系统构成,数据库包括空间数据库和属性数据库,主要为模型库系统中各模型的运行提供必要的基础数据;模型库系统由模型库及其管理系统构成,模型库中主要包括耕地整理潜力评价模型.2.4 系统功能设计模型库系统功能:(1) 静态功能 :管理模型库的建立,删除,模型的添加,删除等;(2)动态功能:控制模型的单独或组合运行,负责模型库与数据库系统及人机交互系统的联系】.数据库系统功能:数据库系统
14、负责数据库的建立,删除 ,修改和维护,数据的存储,检索,排序,统计等功能.空间数据库功能包括对图形的输入,编辑和输出.3 耕地整理潜力评价系统的实现3.1 系统软硬件环境系统对计算机单机的最低度要求是 PC 机,奔腾以上处理器 ,64M 以上内存,10G以上硬盘可用空间.为支持空间和属性数据的输入和输出,本系统还需选择一些外设支持,包括大幅扫描仪或数字化仪,打印机等.3.2 系统开发方法耕地整理潜力评价涉及大量的数据处理和图形处理,目前常用的图形处理软件多为通用的 GIS 软件,但这些软件虽然具有很强的图形分析处理能力,但不能满足系统的其他需要,必须自己实现一些功能.所以,本系统选用面向对象的
15、可视化程序设计语言 dilphi7.0 进行应用模型的开发.面向对象的开发方式是一种建立在现实基础上的新的软件开发思维.在开发过程中,它强调系统开发的关键是来自前端概念的理解而不是后端的实现.只有当应用域固有的概念被识别,理解并构造清楚了,才能有效地设计系统的数据结构以及实现的功能 n 引.面向对象开发方法的主要思想是将数据及处理这些数据的相应函数封装到一个类中,而使用类的数据变量则称为对象.在一个对象内,只有属于该对象的函数才可以存取该对象的数据,这样其他函数就不会无意中破坏它的内容,达到保护和隐藏数据的效果.3.3 系统数据库的建立3.3.1 属性数据库内容耕地整理潜力评价数据库内容相对比
16、较简单,包括耕地属性数据和基础数据库,统称为属性数据库.耕地属性数据是确定耕地整理潜力大小的根本性依据,数据库各属性字段中包含了耕地整理潜力评价的指标.基础数据库是用于耕地整理潜力评价辅助数据.为了满足不同层次用户的需求,属性数据不仅具有低层次的属性数据存储,查询和统计功能,而且还具有更新,数据库与其他子系统进行数据传输的功能.用户可以随意提取数据库中的任何数据参与数据处理,制图,分析,评价,充分发挥数据库中数据价值.郭洪泉等:基于 GIS 的耕地整理潜力评价系统研究 以北京市延庆县为例 533.3.2 空间数据与属性数据的连接属性数据库建立后,与空间数据有关的属性数据必须和空间实体相连接,才
17、能在GIS 支持下做多要素,多层次的综合分析与评价,得到用户所需要的各种数据.然而,属性数据不能为空间数据系统直接接受,因此属性数据与空间数据的连接必不可少.为此,系统采用了对空间数据和属性数据分别管理的方法,对于属性数据则采用关系库模型管理的方法,而空间数据与属性数据之间的连接通过公共数据项自动实现.3.4 系统模型库实现在耕地整理潜力评价系统中,采用正确的模型是科学评价的基础.耕地整理潜力评价系统模型库由评价耕地整理潜力大小的模型组成.如何实现这些模型是耕地整理潜力评价系统建立的关键.模型库是将多个模型按一定的结构形式组织起来,通过模型库管理系统对各个模型进行有效的管理和使用.利用面向对象
18、的模型设计,其模型库组织和存储可以很好地解决上述问题.4 系统的实际应用4.1 延庆县空间数据与属性数据的连接选取北京市延庆县耕地整理潜力评价的评价指标包括:耕地结构优化数据,土地结构优化数据,灌溉保证率提高数据和土地平整度数据.菜单中设置了属性结构以及属性的浏览,编辑和分类统计等.系统中将耕地整理潜力评价单元与属性数据库进行了连接.4.2 延庆县耕地整理潜力综合评价根据耕地整理潜力评价问题特点,可综合多个数学评价模型优点,使评价结果更为可靠,这增加了耕地整理潜力评价中计算的数据量,为便于评价工作简单顺利开展,在系统设计过程中考虑了评价者可根据需要,任意组合评价模型,得出不同的评价结果的要求.
19、4.3 评价结果分析利用该系统,采用综合数学模型对延庆县进行耕地整理潜力评价,并结合实地耕地利用现状,耕地的灌溉保证率现状以及耕地地貌特征的调查结果,与采用该系统的评价结果进行对比,发现就延庆县而言,综合评价数学模型的评价结果与实际调查的耕地整理潜力状况比较接近,而且在空间分布上也比较接近.通过延庆县耕地整理潜力评价实证研究可以看出,对一个具体的多指标潜力评价问题,采用几种方法同时进行求解,并把这些方法得到的结果进行比较,综合,以求得一个比较可靠的最终结果,这种评价结果比单一评价方法得到的结果更加客观可信.而该系统的建立,为实现这种多方法,大数据量的计算提供了可能,使耕地整理潜力评价成图自动化
20、,评价过程简单化,大大提高了耕地整理潜力评价的工作效率.5 系统特点5.1 系统设计体现了面向对象的原则系统以解决耕地整理潜力大小的问题为核心,综合考虑了耕地整理潜力评价的多方面因素,使系统评价更具科学性.5.2 系统的组织结构比较合理系统由模型库,数据库及其相应的管理系统以及人机交互界面构成,采用了模型驱动的运行方式.模型之间的数据传递通过数据库完成,人机交互界面以数字,图形等向评价者提供信息,评价者可通过下拉式菜单对数据,模型及模型参数等进行设置和修改.系统界面友好,操作简单,灵活性强.6 讨论耕地整理潜力评价系统是一个具有系统性,完整性,结构紧密的运行实体,可以有效地辅助区域进行耕地54
21、 中国堂乖蝗2006 匈 6 月簦塑整理潜力评价,完成从基础图件和数据的输入到耕地整理潜力大小到最后图表输出的全过程,实现耕地整理潜力评价的自动化.但由于耕地整理潜力其评价内容,方法与手段因各地的情况不同而千差万别,所以在不同时期和条件下,耕地整理潜力评价任务也不尽相同.因此,建立耕地整理潜力评价系统是一个不断完善与提高的过程,一些模块要随着评价理论与方法的完善而进行相应的补充与修正.参考文献(References):【1】董延旭,张新合.CASS5.0 在土地开发整理项目规划设计中应用【J 】.绵阳师范学院,2003,22(5):61 65.【2】齐小玲,吴健平,向远杰.基于组件技术的桐乡市
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