“两区”数据空间可视化关键技术研究与应用——以大连市为例

张何欣，王洪成，姚远，苏存英

（1.大连市自然资源事务服务中心，辽宁大连 116011；2.大连市现代农业生产发展服务中心，辽宁大连 116023；3.易智瑞信息技术有限公司沈阳分公司，辽宁沈阳 110003）

“两区”是指粮食生产功能区和重要农产品生产保护区，是国家为保障粮食安全和重要农产品有效供给的重要制度性安排[1]。根据农业农村部有关规范，“两区”划定、上图入库、成果建档立册等各阶段都需要大量数据共同驱动，并不断产生新的“两区”数据，用以支撑“两区”信息精准化管理。

“两区”数据具有多源、异构、质量差异大且体量庞大等特点[2]，数据类型不仅涵盖“两区”地块、片块等空间数据及其元数据，还包括描述地块信息的大量属性数据。“两区”数据的科学合理利用是实现“两区”信息精细化管理的关键，而数据可视化是一种重要的数据利用形式。由于缺少统一的“两区”数据可视化流程，导致目前“两区”数据可视化效果差异较大[3,4]，对“两区”信息精细化管理的指导意义不强。总结大量实践后，将需要解决的问题归纳为以下三方面。在数据方面，缺少统一的数据整合建库以及数据质量检查流程，致使数据质量差异较大；在工作底图方面，没有统一的地理基础底图，严重影响图件的准确性；在图件编制方面，缺乏高效的地图符号系统，且不同图件风格难以统一[5,6,7,8]。

为切实加强“两区”数据可视化效果，本文提出了“两区”数据空间可视化技术路线，并以大连市部分区域为研究区开展关键技术的应用实践，为“两区”信息精细化管理提供技术参考。

一、技术路线

本文针对“两区”数据可视化存在的问题，拟定了技术路线，共分为三个部分，分别是数据预处理、质量检查以及地图制图（图1）。

图1 技术路线

数据预处理阶段由数据格式转换、统一数学表达及拓扑构建三部分组成，这三部分分别针对数据多源、异构以及质量差异大的特性进行处理，旨在统一数据标准，便于后续处理。质量检查阶段通过构建完善的空间数据成果质量要求体系，确保数据完整性、逻辑一致性、空间定位准确度以及数据正确性满足要求，形成“两区”数据库。地图制图是对“两区”数据库的可视化应用，通过构建完善的“两区”地图符号系统并采用标准统一的地理底图，编绘风格统一、表现力强的“两区”图件，此外，还要通过高效的地图整饰环节，实现图件的批量、快速绘制。

二、关键技术及应用

本文以辽宁省大连市普兰店区、瓦房店市以及庄河市（统称“北三市”）为研究区，并以ArcGIS 10.5为GIS平台软件，验证上述技术路线的合理性与可行性。

1.研究区及数据资源概况

“北三市”位于辽东半岛中南部，区域面积总计约10585平方公里，东临黄海，南接大连市金普新区，西临渤海，北面分别与营口市、鞍山市以及丹东市接壤，境内耕地面积约为500万亩，永久基本农田面积约为391万亩，“两区”（共有水稻生产功能区、玉米生产功能区以及大豆生产保护区3种类型）面积合计约为291万亩（表1）。

2.数据预处理

（1）数据格式转换。由表1可知，研究区空间数据的格式主要有*.shp、*.dwg以及*.kml三类，为实现数据格式的统一，本文选取性读写效率更高的*.gdb格式作为地理空间数据库的标准格式。由于*.shp与*.gdb在同一软件平台的数据类型，可采用“导入”将*.shp直接转换为*.gdb图 层 ； *.dwg，*.kml可 通 过“Data Interoperability Tools”工具集中的“QuickImport”工具导入为要素类。对于*.xls数据，可通过“添加XY数据”选取sheet页中对应的坐标值字段实现属性数据的地图可视化。

表1 研究区主要数据资源基本情况表

（2）统一数学表达。由于研究区空间数据坐标系统各不相同，为确保空间数据一致性，本文采用CGCS2000作为研究区数据坐标系，并在创建自定义地理变换的基础上采用“Project”工具实现坐标系统转换。实验区经度范围跨越了Gauss-Kruger 3°带投影第40号和41号投影带，出现了同一行政区域范围数据投影带不一致的情况，通常有两种解决方案，一是将经度跨度相对较小投影带上的数据投影转换到相对较大的投影带上；二是另行选择适合该区域范围的投影进行转换。为确保数据准确性，将转换误差控制到最小，本文选取第二种方式，选取CGCS2000_GK_Zone_21（WKID：4499）作为研究区统一的坐标系统。

（3）拓扑构建。在表1的众多数据中，“两区”地块与高标准农田两类数据最为重要，按照《全国高标准农田建设规划（2021—2030年）》中“两区”耕地将全部建成高标准农田之规定，可构建如下拓扑规则：高标准农田“必须被其他要素的要素类（“两区”地块）覆盖”、高标准农田“边界必须被其他要素（“两区”地块）覆盖”以及“不能重叠”。

3.质量检查

本文制定了完善的空间数据成果质量要求体系，包括4个一级质量元素和15个二级质量元素，确保数据质量满足要求（表2）。

表2 “两区”数据成果质量要求

全部数据通过表2的各项测试后才可录入“两区”数据库，如某项未通过，则返回数据预处理阶段重新操作，直至通过测试，满足质量要求。

4.地图制图

（1）地图符号库构建

为增强“两区”数据可视化效果，提高专题地图表现力，本文结合专题数据实际情况，设计并构建地图符号库。由表1可知，研究区数据的要素类型涉及Point（点）、Polyline（多段线）以及Ploygon（多边形）3个类型。其中点要素符号可采用ArcGIS内置符号，并酌情调整符号大小、颜色、角度等属性。线要素主要是行政境界线，可参考《公共地理信息通用地图符号》（GB/T 24354-2009）中规定的基本内容及样式设计。面要素的符号分为简单填充符号、图片填充符号以及标记填充符号三种，简单填充符号色彩单一，表现力较弱；图片填充符号制作较为简单，但当数据量过大时常难以渲染；标记填充符号是将标记（点）与简单填充符号相结合，可根据需要调整标记的样式、排列方式以及填充的色彩等属性信息。为确保可视化达到最优效果，本文选取标记填充符号作为面状地图符号构建方案，并设计了点状符号7组、线状符号2组、面状符号15组。

（2）地图整饰

专题地图是地理底图与专题数据叠加后，配合比例尺、公里格网等数学要素以及图例、指北针等辅助要素形成的具有准确地理空间信息和较强专题表现力的地图产品。为确保不同图件风格统一，本文选取“天地图·辽宁”地理信息公共服务平台中2020年DOM影像作为地理底图，并将相同的数学要素以及辅助要素定制成为制图模板，只需更换不同专题数据即可实现快速成图，实现地图整饰自动化。

三、结论

本文提出了粮食生产功能区和重要农产品生产保护区数据空间可视化技术路线，研究了关键技术方法，并以大连市普兰店区、瓦房店市以及庄河市为研究区开展了实践，取得了如下结论：

（1）“两区”数据具有多源、异构以及质量差异大等特点，通过数据格式转换、统一数学表达以及拓扑构建3个技术环节，能有效统一数据标准。

（2）空间数据成果质量要求体系能够严格控制“两区”数据的质量，为数据有效利用提供支持。

（3）标记填充符号是构建面状符号的优质方法，便于GIS平台渲染，能够有效提升地图显示效率；基于地理信息公共服务平台的地图整饰方案不仅能提高地理空间信息的准确性，还可满足快速制图的需求。

实践表明，本文提出的技术路线为构建“两区”数据可视化统一流程提供了技术依据，提升了“两区”数据可视化效果，能够为“两区”信息精细化管理提供参考。