ArcGIS建模技术在农村建房调查数据处理中的应用

赵万库 邵小东 李建军

上海泓诚测绘服务有限公司 上海 201100

农村建房调查是实施保护耕地红线、乡村振兴战略过程中的前期性工作，开展农村建房调查工作旨在全面掌握农村地区各类建房的现状、主体、审批等情况，汇集整合“地—房—户—人”信息，并实施信息化管理，建设乡村地区基础数据库，为进一步强化耕地保护管理、摸排农村乱占耕地建房底数、建立健全农村建房长效管理机制等工作奠定基础[1]。因此，调查数据成果的真实性、准确性、现势性至关重要。为确保农村建房调查数据成果的质量，在作业过程中应对数据进行严格的过程检查和质量控制。由于数据量庞大、过程繁琐、周期短等因素，使得检查工作耗时耗力，传统的人工检查投入大量的人力和时间，依然会出现检查漏洞。如何快速、有效地完成调查数据成果的检查，保质保量地完成农村建房调查任务，成为了当下迫切解决的问题。基于此，本文利用ARCGIS软件中的Model Builder技术搭建了源基础数据格式转换、农房图形逻辑关系拓扑检查、修改的批处理模型，以及基于Python语言对空间属性信息的逻辑检查与纠正，大幅提升了农房调查数据图形检查处理的工作效率，保证了农房调查数据空间图属信息的准确性，确保了调查数据满足成果入库的标准。

1 Model Builder工具和Python语言

1.1 Model Builder工具

Model Builder是ArcGIS软件中的数据建模工具，为设计和实现Arcgis中各种数据处理提供了一种图形化的建模环境[2]。它是一个用来创建、编辑和管理模型的应用程序，也是一种用于构建各种地理数据处理工作流的可视化编程语言。模型构建器工具可以把一系列地理处理工具串联在一起形成新的工作流，它将其中一个工具的输出作为另一个工具的输入，对空间分析和数据管理流程进行自动化处理并记录[3]。

1.2 Python语言

Python是一种不受局限、跨平台的开源编程语言，它处理速度快、功能强大且简单易学，在ArcGIS地理处理中用作脚本语言[4],已经成为一种数据处理、数据分析、数据管理的语言。运用 Python 语言可以实现地理数据的批处理，因而有助于提高工作效率[5]。

2 基于Model Builder技术的农房调查数据处理

2.1 源数据预处理

为了提高作业效率和农村建房调查基础数据库的精确性，在进行图属信息数据处理前需对源数据进行预处理，主要包括数据格式的转换和坐标的投影定义。源数据主要含农村地籍更新调查宅基地落地成果图和农房调查软件调绘的基础数据，其中农村地籍更新调查宅基地落地成果图囊括点、线、面以及注记等多图层要素，而农房调查软件调绘的基础数据包含房屋占地图形、圈占范围图形及其关联的相应属性。源数据预处理模型图如图1、图2所示。

2.1.1 数据格式转换

（1）农村地籍更新调查宅基地落地成果图的数据格式主要是CAD的DWG形式，数据中含有多个图层要素（FW_CLOSE、ZD_CLOSE、权利人、门牌号、JZD等），且以各个村落为单元存储，在数据格式转换前还需对数据进行拼接并提取其中的FW_CLOSE、ZD_CLOSE图层的面要素和相关权利人等注记的点要素，这一过程可以通过Model Builder技术构建模型（如图2所示）快速实现，具体解决步骤如下：①利用ArcMAP中的工具箱“转换工具”—“转出至地理数据库”—“CAD至地理数据库”，将所有DWG格式数据转换成GDB格式，输出面要素“Polygon”和CAD形式的注记图层，然后根据“要素包络矩形转面”和“要素转点”工具输出点要素“注记点要素”；②利用“按照属性选择”工具分别从“Polygon”图层、“注记点要素”图层选择字段“Layer”中的属性值：FW_CLOSE、ZD_CLOSE和权利人，分别输出所需的面要素“房屋与宗地图形”和点要素“权利人注记”；③利用ArcMAP中的工具箱“分析工具”—“空间连接”工具，并通过空间位置关系把权利人注记信息分配给相应的面要素“房屋与宗地图形”图斑中，最后计算字段，完成字段赋值，删除多余字段，输出最终成果。

图2 源数据预处理模型图

（2）农房调查软件调绘的基础数据格式主要是DAT形式，利用专有“gdb与dat互转工具”转换成GDB格式，通过Model Builder技术构建模型（如图1所示）快速提取房屋占地图形和圈占范围图形。

图1 房屋占地图形_圈占范围提取模型图

2.1.2 坐标投影定义

为了保持参考数据、调查成果数据与最新影像完全吻合，在数据处理前需对其进行坐标投影设置。利用ArcMAP中的工具箱“数据管理工具”—“投影与转换”—“定义投影”工具，与数据格式转换处理过程集成到一个构建模拟器模型中，实现其自动、批量、快速、可视的“一键式”处理功能。

2.2 农房调查图形数据逻辑关系处理

农村建房调查数据主要是以农村地籍更新调查数据成果为基础，充分利用现有最新影像图和技术手段，对本乡村地区建设用地“地、房、人”等基本情况进行全面的补充调查，完善并形成农村建房数字化。但是由于农房调查软件对图形数据处理的局限性以及调查人员的不规范操作，造成了在调查过程中房屋占地图形相互重叠、圈地范围图形相互重叠、房屋占地图形不完全包含于圈地范围内的逻辑关系错误现象，使得调查后的成果数据无法直接进行入库。因此在信息入库前需要对调查数据成果图形进行逻辑性修改与检查，具体过程主要为3步：

2.2.1 调查成果数据图形修正

以当地乡村最新影像栅格数据为底图，加载预处理后的调查成果数据图形，修正不符合现势情况下的农村房屋占地图形边界和圈占图形边界，尤其是近几年乱占耕地新修建的或改扩建后的房屋，保证最终调查成果的现势性、真实性。对于具有一定年限的宅基地和2018年之前新建的房屋，可结合地籍更新调查数据进行核实修正。

2.2.2 调查图形数据逻辑关系检查

完成第一个步骤之后，需要对修正后的调查成果图形数据进行逻辑关系的检查，主要包括房屋占地图形的重叠关系、圈占范围图形的重叠关系、房屋占地图形与圈占范围的包含关系。为了快速、有效的完成它们之间逻辑关系错误的检查，本文借助GIS软件中的Model Builder技术构建“一键式”处理模型，通过改变模型参数、设置规则，方便、快捷的完成调查成果图形数据的拓扑检查，并导出检查结果，图形逻辑关系拓扑检查模型如图3所示。

图3 图形逻辑关系拓扑检查模型图

2.2.3 逻辑关系错误修改

根据图形逻辑关系检查错误结果，对于重叠逻辑关系中的点、线进行合并处理，而重叠逻辑关系中的面需要结合影像核实现状并进行调整、修正；对于包含逻辑关系中的点、线进行批量剪除处理，而其中的面需要结合影像核实现状并创建要素进行修正。

2.3 农房调查空间属性信息处理

在农房调查图形数据检查处理完成后，根据作业要求和入库规则对空间属性进行检查与维护，对空间图形属性进行标准化处理。

主要规则：①圈占范围的关联编号必须唯一，圈占范围与房屋占地图形为一对多的关系；②圈地范围的关联编号与房屋占地图形的关联编号必须一致；③同一个圈占范围内必须有主房（字段idx值为0）；④同一圈地范围内的房屋占地图形idx属性值不能重复。因数据量大，人工检查费时费力，还很容易出现遗漏因此本文借助GIS软件中的Model Builder技术以及Python语言对调查成果的空间属性进行检查，并导出不符合规则的检查结果。农房调查成果空间属性信息处理模型如图4所示。

图4 空间属性信息检查模型图及Python语句

3 结语

本文通过实际项目验证，利用ArcGIS软件中的Model Builder技术和Python语言进行农村建房调查成果数据的整合与检查，可以将重复性的、有规律的工作环节简化成一个简单的处理模型，减少了中间过程数据，降低了人工操作的工作量，提高了检查的速率和工作的效率，为调查成果数据的顺利入库打下了坚实的基础。目前本文研究的检查方法在检查内容和逻辑严密性上还存在些许不足，但随着在实践中的不断应用与探索，将得到进一步的完善和改进。