基于3S技術“多規(guī)合一”方法與應用實例

祁向前 王宏杰 高瑩瑩

摘要 [目的]通過研發(fā)“多規(guī)合一”底圖數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，改變各種規(guī)劃底圖凌亂的狀況，以使數(shù)據(jù)處理內(nèi)容的高度集成，提高自動化程度，使得空間規(guī)劃底圖的數(shù)據(jù)處理過程規(guī)范、簡單且高效。[方法]組件式地理信息系統(tǒng)開發(fā)，模糊綜合評價算法及統(tǒng)計分析算法。[結果]研發(fā)了基于3S技術的“多規(guī)合一”底圖數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要分為可視化和數(shù)據(jù)處理兩大部分，其中數(shù)據(jù)處理包含了6大內(nèi)容，提高了系統(tǒng)使用的通用性。[結論]該系統(tǒng)應用于黑龍江某縣實例驗證，為該縣的多種規(guī)劃提供基礎地理數(shù)據(jù)，符合預期效果。

關鍵詞 全局規(guī)劃；多規(guī)合一；空間規(guī)劃底圖編制；三類空間；應用實例

中圖分類號 TU984 文獻標識碼 A 文章編號 0517-6611（2018）17-0009-05

Abstract [Objective]The research aimed to make the content of data processing highly integrated，improve the degree of automation and make the data processing of spatial planning base map more simple and efficient by developing multiplanning integration data processing system and change the chaotic situation of planning map.[Method]The methods were component geographic information system development， fuzzy comprehensive evaluation algorithm and statistical analysis algorithm.[Result]The multiplanning integration data processing system based on 3S technology was developed. The system was divided into two parts： visualization part and data processing part.The data processing included six major contents， which improved the versatility of the system.[Conclusion]The data processing system was applied to the validation of a county in Heilongjiang Province， which provided basic geographic data for the various plans of the county and achieved the desirable results.

Key words Overall planning；Multiplanning integration；Establishment of space planning base map；Three types of space；Application examples

近期，國家發(fā)改委下發(fā)《關于“十三五”市縣經(jīng)濟社會發(fā)展規(guī)劃改革創(chuàng)新的指導意見》（下稱《指導意見》），提出“十三五”市縣規(guī)劃改革創(chuàng)新的主要任務： 一是要創(chuàng)新市縣經(jīng)濟社會發(fā)展規(guī)劃，強化空間布局，優(yōu)化空間結構，編制出統(tǒng)領市縣發(fā)展全局的總體規(guī)劃；二是要健全規(guī)劃銜接協(xié)調機制，為貫徹落實市縣經(jīng)濟社會發(fā)展總體規(guī)劃提供支撐?！吨笇б庖姟返哪繕耸峭苿訃窠?jīng)濟和社會發(fā)展規(guī)劃、城鄉(xiāng)規(guī)劃、土地利用規(guī)劃、生態(tài)環(huán)境保護規(guī)劃“多規(guī)融合”和“多規(guī)合一”，為形成一個市縣一本規(guī)劃、一張藍圖奠定基礎。在國土空間分析評價基礎上，以行政邊界和自然邊界相結合，將市縣全域劃分為城鎮(zhèn)、農(nóng)業(yè)、生態(tài)三類空間，通過三類空間的合理布局，形成統(tǒng)領市縣發(fā)展全局的規(guī)劃藍圖、布局總圖[1]。

推進“多規(guī)合一”的主要難點是各部門之間相互協(xié)作、體制機制的約束和空間規(guī)劃底圖的制作。為此發(fā)改、土地、農(nóng)業(yè)、林業(yè)、住建、環(huán)保等部門分別開展“多規(guī)合一”試點工作，在經(jīng)濟發(fā)展、城鄉(xiāng)規(guī)劃、土地利用、環(huán)境保護等方面探索可復制、可推廣的可持續(xù)模式。通過在黑龍江、海南等地“多規(guī)合一”的試點表明，基于地理國情普查成果數(shù)據(jù)和基礎測繪數(shù)據(jù)的空間規(guī)劃底圖編制是“多規(guī)合一”的關鍵環(huán)節(jié)[2-3]。筆者在多規(guī)環(huán)境下及一張圖理念下，利用模糊綜合評價方法實現(xiàn)三區(qū)三線的劃分，為解決城鎮(zhèn)、農(nóng)業(yè)和生態(tài)三區(qū)劃分提供科學依據(jù)。

1 空間規(guī)劃底圖編制內(nèi)容與技術路線

該《指導意見》所示，要求積極推進市縣經(jīng)濟社會發(fā)展總體規(guī)劃的可持續(xù)性和戰(zhàn)略前瞻性，要本著改革創(chuàng)新發(fā)展的理念，把握總體定位的前提下，合理調整規(guī)劃目標和期限，以“十三五”時期的規(guī)劃為主，到2020年實現(xiàn)全面建成小康社會的前提下，高瞻遠矚與時俱進，依附前沿更要突破前沿，做到遠近結合?？臻g規(guī)劃底圖是支撐一切規(guī)劃的數(shù)據(jù)基礎，是支撐市縣經(jīng)濟社會發(fā)展總體規(guī)劃的空間地理信息數(shù)據(jù)庫，是城鎮(zhèn)、農(nóng)業(yè)和生態(tài)相互協(xié)調和劃分的基礎底圖，也是未來編制空間規(guī)劃的基礎底圖。該底圖基于地理國情普查成果和基礎測繪成果，綜合林業(yè)、交通、水利、人口、經(jīng)濟、農(nóng)業(yè)及規(guī)劃開發(fā)負面清單等相關文件資料和數(shù)據(jù)集成[4]，合理確定三類空間比例關系。這就涉及到許多部門，不管什么部門牽頭，都要提供一個“多規(guī)合一”的銜接平臺，因此空間規(guī)劃地圖編制內(nèi)容就很重要（圖1）。

根據(jù)《指導意見》，融合地理基礎數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)口徑的統(tǒng)一，在“多規(guī)合一”的理論和3S技術的支持下，采用地理國情普查成果和監(jiān)測手段，國標為指導結合地方地理特征和發(fā)展要求，對城鎮(zhèn)、農(nóng)業(yè)和生態(tài)空間進行劃定。按照區(qū)域資源紅箭承載力和發(fā)展指導要求，根據(jù)各主體屬性和功能定位要求，科學確定各類空間的規(guī)模和比例。根據(jù)空間規(guī)劃地圖的編制內(nèi)容，制訂了規(guī)劃底圖的技術線路，為了更好地利用地理國情普查成果，特制訂了技術路線（圖2）。

2 系統(tǒng)核心理論體系

2.1 底圖數(shù)據(jù)測繪基準

底圖數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的坐標基準是確定城鎮(zhèn)、農(nóng)業(yè)、生態(tài)三類空間的基礎底圖幾何形態(tài)和時空分布的基礎，為負面清單的提取、地表覆蓋的分類、現(xiàn)狀建成區(qū)的提取、過渡區(qū)數(shù)據(jù)的提取、空間開發(fā)數(shù)據(jù)的生產(chǎn)提供了時空基準。研究底圖數(shù)據(jù)坐標基準的基準點設置、觀測及數(shù)據(jù)處理的理論和方法。由于歷史沿革和管理需要，主體功能區(qū)、土地利用、城鄉(xiāng)建設、生態(tài)環(huán)境等空間性規(guī)劃使用的地理信息數(shù)據(jù)采用的空間基準不一致（包括平面坐標系統(tǒng)和高程基準），使得不同類型、不同尺度的規(guī)劃難以疊起來、套起來，導致規(guī)劃難以對比分析。要實現(xiàn)底圖數(shù)據(jù)的統(tǒng)一管理，實現(xiàn)底圖數(shù)據(jù)的地理位置和關系的正確顯示，就必須采用統(tǒng)一的坐標基準。投影方式采用“高斯-克呂格投影”，坐標系統(tǒng)采用CGCS 2000坐標系，高程基準采用“1985國家高程基準”，核心數(shù)據(jù)庫主比例尺采用1∶10 000比例尺。

2.2 底圖數(shù)據(jù)模式及規(guī)格

底圖數(shù)據(jù)包括地表覆蓋分類數(shù)據(jù)、地理國情要素數(shù)據(jù)、元數(shù)據(jù)及遙感解譯樣本數(shù)據(jù)，作為內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)的編輯、整理和成果拓展與應用的基礎數(shù)據(jù)，由使用單位提供地表覆蓋分類數(shù)據(jù)，在整個編輯整理測區(qū)涵蓋。按省級地理國情普查任務區(qū)域，地表覆蓋分類和地理國情要素數(shù)據(jù)集成為一個整體，統(tǒng)一存儲于相應的數(shù)據(jù)集中，在任務區(qū)范圍內(nèi)的所有數(shù)據(jù)必須完成拼接處理和無拓撲錯誤，各項指標符合質量要求。

2.3 底圖數(shù)據(jù)的內(nèi)容與結構

數(shù)據(jù)是數(shù)據(jù)庫的基礎，數(shù)據(jù)庫是系統(tǒng)的核心，數(shù)據(jù)庫建設方案的選擇需要根據(jù)數(shù)據(jù)的具體情況而定。底圖數(shù)據(jù)庫具體包括基礎數(shù)據(jù)、專題數(shù)據(jù)和管理數(shù)據(jù)。

2.4 底圖數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)“多規(guī)合一”理論

當前，我國空間規(guī)劃體系沒有一個統(tǒng)一的協(xié)調機制，可使各規(guī)劃間形成有效的銜接。不同的部門對同一城市空間有不同的規(guī)劃引導和控制要求，且缺乏溝通協(xié)調的平臺，導致空間規(guī)劃沖突矛盾頻繁。因此，急切需要一個平臺，實現(xiàn)坐標系、土地分類標準、數(shù)據(jù)統(tǒng)計口徑的統(tǒng)一，通過“一張藍圖”，解決主要矛盾，建立形成一個信息平臺、一個協(xié)調機制、一個審批流程、一個監(jiān)督體制的“五個一體系”平臺。實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的有效管理，可進行負面清單、地表覆蓋數(shù)據(jù)、現(xiàn)狀建成區(qū)數(shù)據(jù)、過渡區(qū)數(shù)據(jù)、空間開發(fā)數(shù)據(jù)流程化處理[5-6] 。

2.5 底圖數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的布局與建設

空間規(guī)劃底圖數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)是在全自主的地理信息處理平臺上，依托于ESRI公司的Arc Engine嵌入式組件式開發(fā)，運用C#語言，借助于Microsoft Visual Studio 平臺，采用流程化思路進行功能設計，開發(fā)了基于C/S模式的“多規(guī)合一”底圖數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。底圖數(shù)據(jù)主要存儲于Global Data Base和Microsoft Data Base數(shù)據(jù)庫中，少部分數(shù)據(jù)根據(jù)自身的特色相應存儲。通過對數(shù)據(jù)處理內(nèi)容的高度集成，提高自動化程度，使得空間規(guī)劃底圖的數(shù)據(jù)處理過程規(guī)范。系統(tǒng)主要分為可視化部分和數(shù)據(jù)處理部分。主要功能模塊如圖3所示。

3 關鍵技術

3.1 底圖空間數(shù)據(jù)庫管理技術

底圖空間數(shù)據(jù)庫是“多規(guī)合一”建設中最重要和最基本的一部分，是整個一張圖規(guī)劃以及各項規(guī)劃業(yè)務應用的基礎。建立一個規(guī)劃信息管理協(xié)同、信息共享冗余度低、可重復利用、檢索速度快、存儲排列有序、綠色高效的底圖數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)庫，以便能夠滿足現(xiàn)實規(guī)劃需求和信息聯(lián)系的同時，滿足用戶的各種應用需求，最終實現(xiàn)規(guī)劃目標和數(shù)據(jù)的高效存儲和管理。

3.2 底圖數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析系統(tǒng)開發(fā) 基于地理國情普查數(shù)據(jù)管理與應用，依托于“多規(guī)合一”理論基礎，為了全面、系統(tǒng)、快速有效地對地理國情進行統(tǒng)計分析，通過ArcGIS Engine + Microsoft Visual Studio平臺，在Geodatabase數(shù)據(jù)庫的支持下，運用C#語言進行二次開發(fā)統(tǒng)計分析系統(tǒng)。利用統(tǒng)計數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)挖掘（圖4～5），對于制定實施研究區(qū)的發(fā)展戰(zhàn)略與規(guī)劃、合理調配資源配置、優(yōu)化空間開發(fā)格局、開展農(nóng)業(yè)林業(yè)生態(tài)環(huán)境的保護，在保證經(jīng)濟增長的前提下，建立資源節(jié)約型和環(huán)境友好型社會具有輔助決策支持意義。

3.3 評價系統(tǒng)模型算法

模糊綜合評價是借助模糊數(shù)學的一些概念，對實際的綜合評價問題提供一些評價的方法。該模型采用適宜性評價和約束性評價對影響地圖數(shù)據(jù)質量的指標進行確定即確定指標集（圖6），結合模糊綜合評價，根據(jù)對底圖要素的影響程度確定空間規(guī)劃底圖指標權重及隸屬度向量，并獲得各指標模糊評判矩陣，進而與因素的權向量進行模糊運算，利用加權平均法最后歸一化處理得出模糊綜合評價結果，進而反映生成的空間規(guī)劃底圖的質量。評價系統(tǒng)模型算法的具體步聚如下。

4 系統(tǒng)應用分析

該系統(tǒng)已在黑龍江某縣規(guī)劃部門試用，底圖采用地理國情普查數(shù)據(jù)基礎上，加入高分辨率衛(wèi)星影像以及無人機航片，根據(jù)“多規(guī)合一”應用需求，銜接一張圖規(guī)劃，建立空間規(guī)劃底圖數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，并集經(jīng)濟社會發(fā)展規(guī)劃、城鄉(xiāng)規(guī)劃、土地利用規(guī)劃、生態(tài)環(huán)境保護規(guī)劃進行分析，形成一個平臺系統(tǒng)[7-8]。系統(tǒng)界面如圖9。

4.1 空間開發(fā)的負面清單提取

空間開發(fā)負面清單是指在“多規(guī)合一”規(guī)劃中“紅線”標注的區(qū)域，由于其獨特的空間地理位置、特殊的屬性和用途不適宜開發(fā)，或者國家相關法律條文和地方用地法規(guī)明確規(guī)定禁止開發(fā)利用的地理單元集合?；诳臻g規(guī)劃地圖數(shù)據(jù)，主要包括城鎮(zhèn)、農(nóng)業(yè)和生態(tài)三類區(qū)域。其中農(nóng)業(yè)主要包括基本農(nóng)田保護區(qū)；城鎮(zhèn)主要包括地形地貌險惡，影響工業(yè)、企事業(yè)單位長遠綠色發(fā)展的空間地理單元；生態(tài)主要包括國家自然保護區(qū)、世界文化自然遺產(chǎn)、濕地和水源等空間地理單元。該模塊是基于地理國情普查要素數(shù)據(jù)，從數(shù)據(jù)庫中程序化分類提取出來相關要素，完成批量程序化處理。程序空間開發(fā)負面清單數(shù)據(jù)提取模塊界面如圖10 所示。

4.2 三類空間數(shù)據(jù)劃分

基于地理國情要素數(shù)據(jù)、基礎測繪數(shù)據(jù)和相關測繪、規(guī)劃數(shù)據(jù)的收集和處理，結合提取出的空間開發(fā)負面清單，生成初劃城鎮(zhèn)、農(nóng)業(yè)和生態(tài)三類空間。在遙感影像解譯和外業(yè)核查的基礎上，結合地方實際情況，與相鄰市縣空間協(xié)調確認3類空間劃分。該模塊基于負面清單，完成批量程序化數(shù)據(jù)歸類（圖11）。

5 結論

在分析“十三五”市縣經(jīng)濟社會發(fā)展規(guī)劃改革創(chuàng)新的指導意見后，結合各規(guī)劃部門的指導思想下，依托于“多規(guī)合一”理論，以國情普查成果數(shù)據(jù)和基礎測繪數(shù)據(jù)及相關部門相關數(shù)據(jù)作為數(shù)據(jù)基礎，研究底圖數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)結構和應用需求，以ArcGIS Engine + Microsoft Visual Studio作為開發(fā)平臺，研究了一套為空間規(guī)劃服務的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，構建了“多規(guī)合一”的底圖數(shù)據(jù)，為制定發(fā)展戰(zhàn)略與規(guī)劃、合理調配資源、優(yōu)化空間開發(fā)格局等提供了一定的理論支持，也為規(guī)劃管理者提供了數(shù)據(jù)參考。

參考文獻

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