許雪玲

(福建省林業(yè)調查規(guī)劃院，福建 福州 350003)

福建生物防火林帶空間數(shù)據(jù)整合與質檢方法

許雪玲

(福建省林業(yè)調查規(guī)劃院，福建 福州 350003)

在分析福建省生物防火林帶基礎數(shù)據(jù)狀況的基礎上，提出一套統(tǒng)一的技術方案，并制定數(shù)據(jù)質量標準、確立數(shù)據(jù)質量檢查的內容及人機結合的質量檢查方法；進而使用ArcObject與Visual FoxPro語言編制數(shù)據(jù)質量批量檢查的程序，提高數(shù)據(jù)質量檢查的效率，應用于福建省生物防火林帶數(shù)據(jù)的整合實踐中。

生物防火林帶；矢量數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)質量；計算機；福建省

生物防火林帶是加強森林火災預防的基礎工作，是提高森林的阻火效能、預防和控制森林火災的一個有效手段[1]。目前，福建省生物防火林帶現(xiàn)狀數(shù)據(jù)尚未進行矢量化整合，無法直觀掌握數(shù)據(jù)情況。由于缺乏整合后的詳細基礎數(shù)據(jù)的支撐，福建省的防火林帶分布、林帶長度、有效防火的控制面積等諸多基礎統(tǒng)計數(shù)據(jù)無法獲得，造成宏觀尺度上仍難以掌握生物防火林帶的整體狀況，對各級政府和林業(yè)管理部門決策造成困難。

利用GIS的空間數(shù)據(jù)庫技術，可以在現(xiàn)有林業(yè)資源數(shù)據(jù)、地形、遙感等空間數(shù)據(jù)庫基礎上，整合現(xiàn)有防火林帶矢量數(shù)據(jù)，建立生物防火林帶的空間數(shù)據(jù)庫，可為全省防火林帶空間數(shù)據(jù)統(tǒng)一管理提供基礎數(shù)據(jù)，可用于實現(xiàn)林帶防火實時監(jiān)控，模擬林火擴散蔓延、阻滯效果，分析防火、撲火最優(yōu)路徑、計算火災逃離撤離路線，使各種綜合分析、輔助決策服務等后期應用成為可能。同時，規(guī)劃數(shù)據(jù)入庫，為林帶實時更新提供基礎依據(jù)。在充分利用現(xiàn)有阻隔帶信息的基礎上，規(guī)劃營造生物防火林帶，逐步形成生物防火林帶與自然阻隔帶、工程阻隔帶相互銜接的林火阻隔網絡。在此基礎上，依托基礎數(shù)據(jù)庫規(guī)范、全面的圖形屬性信息，以及各種信息資源的共享，可以提高數(shù)據(jù)管理的質量和效率[2-3]；并可以便捷地分析防火林帶是否達到布局合理、集中連片、網絡閉合效果，是否有利于森林經營活動和資源管理，是否能夠達到生態(tài)防護效應，建設出符合要求的防火壁壘。

1 技術規(guī)范與質量要求

福建省生物防火林帶數(shù)據(jù)大部分尚未進行矢量化整合，小部分縣市在資源數(shù)據(jù)面狀圖層上直接勾繪少量林帶數(shù)據(jù)，未形成專屬的空間專題數(shù)據(jù)。而現(xiàn)有的小部分數(shù)據(jù)，由于很大一部分現(xiàn)有生物防火林帶寬度是7～10 m，基于1∶10000基礎底圖上勾繪面狀圖層，誤差大；數(shù)據(jù)質量沒有標準，與實際情況差別很大；各個縣市對生物防火林帶數(shù)據(jù)的生產各自為政，數(shù)據(jù)成果不統(tǒng)一，不同地區(qū)的數(shù)據(jù)內容、屬性差別很大，數(shù)據(jù)格式各異，無法直接相互調用，也不利于全省數(shù)據(jù)的管理與應用。

為了有效整合生物防火林帶數(shù)據(jù)并保證數(shù)據(jù)合理、客觀、準確、有效，本研究建立了統(tǒng)一的數(shù)據(jù)格式，提出統(tǒng)一的技術規(guī)范和質量要求，有利于生物防火林帶數(shù)據(jù)在福建省范圍的整體控制。其中核心的質量控制關鍵技術是采用計算機程序自動判別的方式，從數(shù)據(jù)生產到數(shù)據(jù)匯總各個環(huán)節(jié)進行檢查，保證數(shù)據(jù)規(guī)范一致。

1.1 技術規(guī)范

1.1.1 生物防火林帶數(shù)據(jù)規(guī)范 生物防火林帶建設按照國家林業(yè)局即將頒布的《林火阻隔系統(tǒng)設計規(guī)范》要求，為了規(guī)范福建省的空間數(shù)據(jù)，建立統(tǒng)一的線狀矢量圖層，設計標準的屬性數(shù)據(jù)結構，構建屬性數(shù)據(jù)庫的邏輯關系規(guī)則。數(shù)據(jù)結構標準見表1～表2，邏輯關系規(guī)則見表3～表4。

表1 生物防火林帶現(xiàn)狀矢量圖數(shù)據(jù)結構表

表2 生物防火林帶規(guī)劃矢量圖數(shù)據(jù)結構表

表3 現(xiàn)狀生物防火林帶邏輯關系規(guī)則表

表4 規(guī)劃防火林帶邏輯關系規(guī)則表

1.1.2 數(shù)學基礎要求 為了與各地資源數(shù)據(jù)保持一致，平面坐標、投影方式符合統(tǒng)一要求，數(shù)據(jù)使用高斯克呂格3°帶投影，北京54坐標系。

1.1.3 最小圖面區(qū)劃范圍 根據(jù)矢量化數(shù)據(jù)采用的地形圖比例尺，以及生物防火林帶現(xiàn)狀，確定最小圖面區(qū)劃林帶長度?，F(xiàn)有林帶符合寬度在7 m以上，且長度100 m以上條件；規(guī)劃設計生物防火林帶寬度15 m以上，連續(xù)長度1 km以上可以上圖入庫。

圖1 幾種拓撲錯誤樣例

圖2 數(shù)據(jù)結構檢查流程圖

1.1.4 精度要求 在地形圖上繪制生物防火林帶時，要求林帶位置與實際地理位置的偏差控制在10 m范圍以內。

1.2 質量要求

1.2.1 數(shù)學基礎符合規(guī)范 由于使用高斯克呂格3°分帶投影，而福建省跨越117°帶與120°帶2個帶系。所以不同縣市區(qū)、設區(qū)市根據(jù)實際地理位置，確定正確的中央經度，選擇合適的坐標投影帶。以118.5°經線為界，118.5°以西的縣中央經度為117°，以東的縣中央經度為120°，跨越118.5°經線則選擇靠地理幾何中心的一側，比如，浦城縣坐標系選擇中央經度為117°，永泰縣坐標系選擇中央經度為120°。省級數(shù)據(jù)中央經度為117°，數(shù)據(jù)按39°分帶進行匯總。

1.2.2 屬性數(shù)據(jù)關聯(lián)合理 由于福建省各縣市數(shù)據(jù)生產方式不同，使用軟件不同，在統(tǒng)一數(shù)據(jù)格式基礎上，需要對空間數(shù)據(jù)與屬性數(shù)據(jù)相關關系進行控制，以確?？臻g數(shù)據(jù)與屬性數(shù)據(jù)一一對應，提交的矢量圖層，圖形、圖斑數(shù)據(jù)必須與屬性數(shù)據(jù)完全關聯(lián)。

1.2.3 圖層的綜合性要求，接邊檢查與屬性值正確性檢查 圖層的綜合性要求是對圖面與外業(yè)調查結果、實地情況的核查；接邊檢查即相鄰縣市間接邊吻合度，接邊誤差是否滿足要求；屬性值正確性檢查：圖斑屬性與外業(yè)調查底圖和調查表內容是否保持一致。

1.2.4 數(shù)據(jù)結構符合統(tǒng)一規(guī)范，邏輯關系準確 數(shù)據(jù)結構錯誤，福建省各縣市數(shù)據(jù)庫混亂，不統(tǒng)一，會導致全省數(shù)據(jù)無法拼接；邏輯檢查是數(shù)據(jù)表格內容的檢查，檢查其中不符合林業(yè)標準、不符合填表要求與不符合常理的因子。

1.2.5 圖面清晰，拓撲關系準確 拓撲檢查是對圖面質量的控制，主要是生物防火林帶重復繪制、林帶閉合、林帶交叉、超線等問題。如果沒有修正拓撲錯誤，可能存在林帶沒有閉合、林帶重復繪制、林帶交叉、超線部分面積未扣等情況，導致林帶面積少算、重復計算、超量計算等問題。幾種拓撲錯誤樣例見圖1。由于是線狀數(shù)據(jù)，本研究提出以下拓撲要求：①不同要素間不能有線重合(圖1a)；②不同要素間不能有線交叉(圖1b)；③不能有懸掛節(jié)點(圖1c、圖1d)；④一個線要素只能由單一部分組成(對應同一個屬性的要求，在圖面上表現(xiàn)為不連續(xù)的線條)。

***縣規(guī)劃防火林帶矢量圖層_39.dbfID 8字段長度錯誤,應為 6找不到字段名:設區(qū)市縣名稱 8字段長度錯誤,應為 20找不到字段名:鄉(xiāng)鎮(zhèn)名SJLBDBXB 90字段長度錯誤,應為 100長度 8字段長度錯誤,應為 9長度 0小數(shù)位錯誤,應為 2…… …… ……數(shù)據(jù)庫字段個數(shù)應該有22個;實際字段個數(shù)為18個;對應字段個數(shù)為:15個;對應不上標準字段個數(shù)為:7個;缺乏字段個數(shù)為7個;多余字段個數(shù)為3個;

圖3 數(shù)據(jù)庫結構錯誤列表樣例

圖4 邏輯關系檢查流程圖

1.2.6 數(shù)據(jù)提交格式 數(shù)據(jù)統(tǒng)一按照ESRI公司提出的shp數(shù)據(jù)格式提交。

2 數(shù)據(jù)整合方式

生物防火林帶空間數(shù)據(jù)要與實地一致、與外業(yè)調查內容統(tǒng)一，圖層應嚴格按照外業(yè)調查結果進行轉繪與錄入。空間數(shù)據(jù)要求與現(xiàn)有交通資源數(shù)據(jù)、森林資源數(shù)據(jù)、地形圖空間信息等基礎數(shù)據(jù)保持一致，因此需要在整合多種基礎數(shù)據(jù)的基礎上進行繪制，將生物防火林帶落實到圖面上。具體方法和分工依不同行政級別分為3種：①縣級。各個縣市區(qū)依據(jù)最新森林資源成果，結合森林經營活動檔案等資料，在現(xiàn)有生物防火林帶綜合底圖上，根據(jù)技術規(guī)范及數(shù)據(jù)質量標準要求，在外業(yè)調查的基礎上進行圖面區(qū)劃，并錄入外業(yè)調查表格信息；轉繪圖面信息到標準數(shù)據(jù)結構的矢量圖層上，錄入相關屬性。數(shù)據(jù)成果按照技術規(guī)范，通過質量檢查程序進行自檢，并對檢查結果信息進行修改。②地市級。負責縣級數(shù)據(jù)質量把關，質量合格的數(shù)據(jù)拼接形成市級的空間矢量數(shù)據(jù)。③省級。對全省數(shù)據(jù)檢查驗收，數(shù)據(jù)匯總合并，形成統(tǒng)一的省級生物防火林帶空間數(shù)據(jù)，建立為各種應用提供支持的數(shù)據(jù)庫。

3 數(shù)據(jù)質量檢查的關鍵技術

3.1 質量檢查內容

質量檢查內容包括圖層的綜合性檢查、數(shù)學基礎檢查、屬性數(shù)據(jù)關聯(lián)合理性檢查、數(shù)據(jù)結構檢查、邏輯關系檢查、拓撲關系檢查等。其中圖層的綜合性、數(shù)學基礎、屬性數(shù)據(jù)關聯(lián)合理性檢查需要人工核對和判斷，而數(shù)據(jù)結構、邏輯關系、拓撲關系檢查由于數(shù)據(jù)量極大，對應的規(guī)則多而復雜，極容易誤查漏查，檢查不到位，因此采用編制相應計算機程序的方法進行批量檢查。

拓撲關系檢查，通過計算機程序，調用ArcGIS軟件的AO控件，構建空間庫，建立拓撲規(guī)則后自動進行拓撲檢查。拓撲關系檢查結果的拓撲修改則需人工處理。

數(shù)據(jù)結構檢查，各縣市數(shù)據(jù)生產方式不同，提交的數(shù)據(jù)結構不統(tǒng)一，提交的每個數(shù)據(jù)都需要對數(shù)據(jù)結構進行控制，采用編寫計算機程序對各數(shù)據(jù)的所有字段分別檢查核對。邏輯關系檢查，生物防火林帶每條記錄的每個屬性值都必須符合邏輯標準，需要與標準邏輯關系進行逐條核對，工作量大，人工檢查精度不高，用計算機程序自動處理，批量檢查效率高，精確合理。對檢查結果的異常數(shù)據(jù)再進行人工校對修改。Visual FoxPro(VF)對設備條件要求不高，數(shù)據(jù)處理能力強，對shp格式的數(shù)據(jù)庫在不改變其原有內容的基礎上可以直接檢查數(shù)據(jù)內容，且編譯結果脫離系統(tǒng)可以直接運行，操作起來簡單又方便，適于下發(fā)到各個地方檢查，因此選擇VF編程對數(shù)據(jù)結構、邏輯關系進行檢查。

目前空間數(shù)據(jù)的質量標準與控制方法已經很成熟[5-10]，但是通過計算機程序進行自動檢查的方法研究卻比較少。計算機編程自動檢查是本次質量檢查的關鍵點，這里主要介紹數(shù)據(jù)結構檢查、屬性邏輯檢查等批量檢查方法。

3.2 質量檢查關鍵技術

3.2.1 數(shù)據(jù)結構檢查 數(shù)據(jù)結構檢查包括數(shù)據(jù)庫字段名稱、字段類型、字段長度、小數(shù)位等檢查，通過編制計算機程序，首先讀取標準數(shù)據(jù)庫字段結構表，將生物防火林帶空間數(shù)據(jù)庫與標準數(shù)據(jù)結構表比對，直接記錄數(shù)據(jù)結構不合格的錯誤類型，以便反饋修改，詳細流程見圖2。

3.2.2 數(shù)據(jù)結構檢查樣例 使用計算機程序進行數(shù)據(jù)質量自動檢查，質量控制要點不缺不漏，檢查完整到位，且速度快。以某縣為例，22個標準字段，數(shù)據(jù)結構檢查結果列表以毫級速度便可獲取，數(shù)據(jù)結構錯誤依次列出(圖3)；修改待查數(shù)據(jù)庫與標準數(shù)據(jù)庫保持一致，一共修改26項，所需時間約3 s。

3.2.3 邏輯關系檢查 邏輯關系檢查是對防火林帶矢量數(shù)據(jù)的屬性信息依次逐條檢查，此過程需要嵌套2次循環(huán)。即將每一條林帶的屬性與邏輯規(guī)則表的每個表達式逐個核對，提取邏輯錯誤的記錄，寫入數(shù)據(jù)庫表，該流程需要對空間數(shù)據(jù)庫的每一條林帶遍歷1次，詳細流程見圖4。

表5 邏輯關系檢查結果部分列表

3.2.4 邏輯關系檢查實例 以某縣為例，865條記錄，檢查結果列表以毫級速度便可獲取(表5)。邏輯錯誤列表依數(shù)據(jù)庫記錄逐條列出，對數(shù)據(jù)結果核查與數(shù)據(jù)修改都很方便。全省初查數(shù)據(jù)3萬多條數(shù)據(jù)記錄，檢查獲得約1萬條錯誤結果，所用時間約10 s。

4 小結

通過分析福建省現(xiàn)有生物防火林帶空間數(shù)據(jù)的詳細狀況，提出了技術規(guī)范與質量要求，通過使用ArcObject與Visual FoxPro語言編程技術，開發(fā)數(shù)據(jù)批量檢查程序，進行拓撲檢查、數(shù)據(jù)結構檢查、邏輯關系檢查，建立數(shù)據(jù)質量檢查的核心方法，并應用于福建省生物防火林帶的現(xiàn)狀與規(guī)劃數(shù)據(jù)整合入庫與數(shù)據(jù)質量控制，為生物防火林帶的空間矢量數(shù)據(jù)的整合與入庫建立了模板，可應用于類似的海量空間數(shù)據(jù)生產與質量管理。

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Vector Data Integration and Data Quality Management of Biological Fire-prevention Belt in Fujian Province

XU Xue-ling

(FujianForestInventoryandPlanningInstitute，F(xiàn)uzhou350003，F(xiàn)ujian，China)

Based on the analysis of the status of basic data of biological fire-prevention belt in Fujian province，it puts forward a unified technical scheme，set the data quality standard table，established content of soil quality check and quality inspection method of human-computer cooperation.Then programming with ArcObject and Visual FoxPro to batch check data quality，to improve the efficiency of quality check，and apply to integrate vector data of biological fire prevention belt in Fujian province.

biological fire-prevention belt；vector data；data quality；computer；Fujian

10.13428/j.cnki.fjlk.2014.03.034

2013-09-03；

2013-12-19

福建省科技廳社會發(fā)展科技重點項目(2012Y0022)

許雪玲(1983—)，女，福建漳浦人，福建省林業(yè)調查規(guī)劃院工程師，從事森林資源管理、林業(yè)信息化和3S技術在林業(yè)中的應用等研究。E-mail：lign_000@126.com。

S762.3+3；P208

A

1002-7351(2014)03-0151-05