基于arcpy的土地规划分类统计脚本工具设计

王露 卢骏

摘 要：【目的】梳理现有土地利用现状及规划分类统计相关研究成果，从而优化和完美传统人工分类方式。【方法】结合土地利用现状及规划分类要求，以python通用编程语言为基础，基于arcpy站点包及openpyxl模块设计一套脚本工具，引入“四舍六入五看齐、奇进偶不进”的进位规则，确保成果精度。【结果】解决excel数据统计结果不准确问题，实现建设项目土地利用现状及规划分类自动统计，通过试验对比验证工具的可靠性和稳定性。【结论】提高用地预审与规划选址、土地利用规划修改、用地报批等的工作效率。

关键词：土地利用；
脚本工具；
奇进偶舍；
用地预审

中图分类号：P963     文献标志码：A      文章编号：1003-5168（2023）09-0023-04

Abstract：[Purposes] To sort out the existing problems in the statistical research on land use status and planning classification， and improve the cumbersome and error-prone status of traditional manual classification methods. [Methods] Based on the current situation of land use and the requirements of planning and classification， a set of scripting tools was designed based on the Python general programming language， the Arcpy site package， and the openpyxl module. The rounding rule of "round to six， keep to five， and odd to even" was introduced to ensure the accuracy of the results. [Findings] The problem of unbalanced statistical results from Excel data was solved， and automatic statistics of land use status and planning classification for construction projects were realized. The reliability and stability of the tool were verified through experimental comparison. [Conclusions] The tool effectively promote the efficiency of land use preliminary review and planning site selection， land use planning modification， and land use approval.

Keywords：
land use; script tools; banker"s rounding; preliminary review of land use

0 引言

用地預审与规划选址、土地利用规划修改、用地报批等前期工作是国土空间用途管制十分重要的环节，是落实国土空间规划的主要调控措施，也是建设项目立项阶段的重要工作之一［1］。土地规划是国土资源管理的重要依据，对发挥国土宏观调控作用和国土资源合理利用等具有重要意义，而土地利用现状和规划分类统计数据又是国土资源管理的基础资料。

目前，对土地利用现状及规划分类自动化统计的研究相对较少。传统的人工统计法是先在ArcGIS中对数据进行处理，再将处理结果图层导入到excel［2］或ACCESS表格［3］中，利用excel公式或SQL函数完成相关统计工作。数据量较小时，该方法具有一定优势，但随着项目地块面积的增加，地类数据量和复杂度增加，该方法会出现效率低、易出错等弊端。此外，excel统计存在一定的局限性，容易出现分项之和不等于总数的数据不准确问题［4］。有学者利用信息化技术来实现土地分类的自动统计，但主要面向勘测定界阶段，如郑浩［5］、高玉荣等［6］、于国强［7］等通过信息化技术，实现对勘测定界阶段土地现状分类的快速统计。郑浩［5］、高玉荣等［6］基于ArcGIS Engine进行系统开发，于国强［7］则基于AutoCAD平台和VBA语言对系统进行开发，分别从手工统计对比和实际应用层来验证系统的高效性、正确性。以上研究均未考虑预审、规划选址、土地利用规划修改阶段的土地分类统计要求，无法实现对土地规划分类的自动统计。其中，郑浩［5］设计的系统还存在软件环境要求高、可移植性差等问题。需要着重从用地预审与规划选址、土地利用规划修改等环节的土地地类统计需求出发，开发一套ArcGIS通用脚本工具，同步实现土地利用现状及规划分类统计结果的自动生成。该工具可移植性强、操作简便，生成的成果精度较高，可大大提高生产工作效率。

1 自动化分类统计工具实现

1.1 研究方法和技术路线

ArcGIS软件提供一系列地理空间数据自动化处理方法，包括简单批处理工具、模型构建器、arcpy脚本语言［8］。研究选用arcpy脚本语言来构建具备可视化对话框的定制脚本工具，对土地利用现状和规划分类统计过程实现自动化出表。

分类统计工具的实现步骤如下。①按照当前国土资源管理工作中土地利用现状及规划地类统计要求，建立现状地类与统计地类、规划地类与统计地类对应关系，完成地类转换；
②将项目范围线与行政区、现状地类、规划地类、永久基本农田等数据进行相交分析，得到项目涉及到行政区、现状地类、规划地类、永久基本农田等信息；
③对上一步骤获得的相交成果数据，利用cursor游标函数分行政区、分地类读取字段面积，将结果存储到嵌套字典变量中；
④利用openpyxl模块来完成统计表格的读写与保存；
⑤利用arcpy.GetParameterAsText（）函数构建输入参数，完成脚本工具的创建。

1.2 土地利用现状与规划分类体系

年度土地利用变更调查是基于土地利用现状的调查，为保持变更调查成果的现势性和准确性而每年进行的成果更新过程［9］，也是反映当前土地利用现状的主要基础数据。

土地利用现状按《土地利用现状分类》（GB/T 21010—2017）进行分类。土地利用总体规划是各级行政区对土地资源进行统筹布局和规划安排而形成的基础数据，其分类体系是根据规划管理需要，在土地利用现状分类的基础上进行归并或细分转换形成的。统计分类是在此基础上进一步归并形成的。因此，在进行其他操作前，要将土地利用现状地类和规划地类按要求转换为统计地类。本研究将地类转换对应关系存储于外置excel表格中，在使用工具时，通过openpyxl模块调用excel表格，以字典变量形式存储地类转换关系。该方式可有效增加工具的灵活性，降低后续工具与“三调”现状及国土空间规划分类统计的衔接难度。

1.3 地类面积统计与存储

本研究需要解决的核心问题是各地类面积的统计与存储。主要统计以下三类面积数据：现状地类面积、规划地类面积、永久基本农田面积等。其中，现状地类和规划地类要分行政区、分地类进行面积统计，永久基本农田面积要分行政区进行面积统计。因此，统计面积时会用到行政区信息、现状地类信息、规划地类信息、永久基本农田信息等。为获取所需的数据信息，首先，将建设项目范围线与行政区数据、土地利用现状数据、土地利用总体规划数据、永久基本农田保护图斑数据进行叠加分析，按照要求存放分析成果，方便后续调用。其次，分别创建现状、规划、永久基本农田三个字典变量，利用cursor游标函数与循环语句遍历相应图层数据对象，提取面积字段值。再次，按行政区、地类、面积的对应关系分别存储到所创建的字典变量中。其中，规划和现状直接读取数据图层自带的“shape area”面积字段，即统计地类的毛面积。永久基本农田是利用自然资源部下发的净面积计算方法，得到永久基本农田的净面积，对净面积进行判断，仅在净面积大于1时进行累加，分行政区统计面积之和。最后，该过程可返回{行政区：{地类：面积}的嵌套字典。

此外，在使用excel进行数据统计时，往往会出现分项之和不等于总数的情况，这是因为合计数是分项实际数据相加得到的，不是减少位数后的分项数相加所得，导致分项数与合计数之间并无直接的数据关系［4］。因此，在进行数据计算前，最好对数据成果保留精度位数。“四舍五入”是一种常用的精确度计数保留法，但因其规则存在“舍的少、进的多”，因而结果往往偏大。为了能更好地满足地类面积统计高精度的要求，引入测量中“四舍六入五看齐、奇进偶不进”的进位规则，即当小数点后第五位为1到4的数字时不进位，为6到9的数字时进位，为5时要看小数点后第四位，如果是奇数，则进位，否则不进位。从统计学角度来看，该方法可避免出现“四舍五入”进位制结果偏大的现象，将结果受到舍入误差的影响降到最低，提高统计结果精度。

1.4 統计表格自动化输出

本研究设计的工具最终要实现对土地利用现状及规划地类统计结果表的自动生成。openpyxl模块可通过“工作簿workbook-工作表sheet-单元格cell”的模式对.xlsx文件进行表格的创建、读取、写入与修改，能同步调整表格样式。首先，要通过openpyxl模块的create_sheet（）方法创建一张现状及规划表；
其次，通过merge_cells（）、Font（）等方法完成对单元格的合并、表头制作、样式设计等；
再次，分行政区和地类读取嵌套字典中的面积数据，填写到对应的单元格中；
最后，通过save（）方法来完成对表格的保存。

由于不同项目涉及的行政区数量有所不同，导致统计结果表中的列数也不相同，固定列数的表格无法满足统计需求，因此对不同行政区数量要灵活设计统计表。经初步分析，每增加一个行政区，就要增加一列数据，套用行政区数量和列数之间的关系，可采用循环方式，以行政区数量为循环次数，按行政区逐项读取相关地类面积，填写到对应单元格中。

1.5 定制脚本工具

ArcGIS为用户提供一套可用于空间地理数据处理分析的工具集［10］，可满足绝大部分空间数据的处理需求。当现有工具集无法满足需求时，可定制工具，以工具箱可交互界面的形式来满足用户个性化需求。本研究使用ArcGIS脚本制作工具来完成代码包装，在工具箱目录中新建工具箱，并新建脚本工具，将python代码文件导入脚本工具中，设置好参数。工具界面的参数通过arcpy.GetParameterAsText（）函数设置的参数与代码一一对应起来［11］，完成脚本工具的包装。

2 应用实践

所需的基础数据包括实践区域内2018年土地利用现状、土地利用总体规划、永久基本农田、行政区、建设项目用地范围线。其中，建设项目用地范围线为试验区域内自行创建的模拟用地范围［5］，用地红线总面积为3 322.360 4 hm2。建设项目模拟用地范围如图1所示。

工具运算时间一般在30 s内，分析出的结果未见总数与分项数不等的问题。同时，采用传统的人工统计方式进行验算，验算用时为40～60 min，得到的数据基本一致，工具统计结果未见数据不平衡问题。人工统计结果不可避免地存在总数与分项数不等的数据不平衡问题，如行政区1中耕地、园地、林地、草地、其他农用地之和与总数会存在0.000 1的差别，要额外进行数据平衡处理。由此证明工具统计效率较高，且统计结果稳定性和可靠性更强。

3 结论

本研究通过arcpy站点包设计出一套土地利用现状及规划分类统计的脚本工具，该脚本工具可完成土地利用现状及规划分类统计表的自动生成，提高工作效率。将分类表对应存储在外置excel表格中，可按需对分类表进行修改，满足后续“三调”及国土空间规划分类统计需求。此外，在面积统计时考虑到“四舍五入”精度保留法存在的缺陷及excel表格统计结果存在数据不准确的问题，融入“奇进偶不进”的“四舍六入”精度保留规则，能有效提高成果精度，解决excel数据统计结果不平衡的问题。通过试验对比，验证工具的可靠性和稳定性，为提升用地预审与规划选址、土地利用规划修改、用地报批等工作的效率提供技术支撑。

该工具仅统计永久基本农田的净面积，其他地类只统计毛面积。在实际工作中，如用地预审与规划选址、用地报批阶段，对地类的净面积也有统计要求。因此，要进一步纳入地类净面积计算模型，以实现成果的精确统计。

参考文献：

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［5］郑浩.基于ArcGIS Engine的土地利用现状分类统计系统的研究与实现［C］//中国测绘学会科技信息网分会，全国测绘科技信息网中南分网第三十次学术信息交流会论文集.南宁：广西人民出版社，2016：207-214.

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