地理大數(shù)據(jù)與GIS平臺(tái)在國(guó)土空間規(guī)劃中的應(yīng)用

饒 霞

（四川省地質(zhì)工程勘察院集團(tuán)有限公司，四川 成都 610000）

0 引言

截至目前我國(guó)市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)在逐步發(fā)展中已經(jīng)走向了高速前進(jìn)道路，在該時(shí)代背景下，相關(guān)國(guó)土空間規(guī)劃的研究成了有關(guān)國(guó)家資源保護(hù)局的重點(diǎn)關(guān)注[1]。為了更加合理地利用國(guó)土空間資源，需要從戰(zhàn)略性角度對(duì)其空間進(jìn)行規(guī)劃。而在此過程中，我國(guó)早期出臺(tái)的國(guó)土空間規(guī)劃模式中，部分內(nèi)容已無法滿足城鄉(xiāng)發(fā)展需求。為了滿足在新時(shí)期社會(huì)背景下，國(guó)土空間的可持續(xù)建設(shè)與主體功能完善化建設(shè)發(fā)展需求，應(yīng)充分利用現(xiàn)有資源，并在該基礎(chǔ)上，不斷擴(kuò)充實(shí)地調(diào)查資源，基于生態(tài)環(huán)境可持續(xù)發(fā)展層面對(duì)土地資源進(jìn)行整合利用[2]。同時(shí)，也應(yīng)當(dāng)注意對(duì)多源數(shù)據(jù)的集成，通過對(duì)數(shù)據(jù)信息的有效使用，才能確保國(guó)土資源的可持續(xù)建設(shè)。對(duì)此，在該文的研究中，引進(jìn)地理大數(shù)據(jù)技術(shù)，用該方式提高空間數(shù)據(jù)的集成性，并在GIS 平臺(tái)的支撐下，實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)信息與地質(zhì)資源的“多規(guī)合一”。盡管與該方面相關(guān)的早期研究單位已開始執(zhí)行，但由于早期技術(shù)較為落后，導(dǎo)致針對(duì)不同地區(qū)所采用的數(shù)據(jù)采集方式不同，而通過該方式獲取的國(guó)土空間數(shù)據(jù)也具有一定的異構(gòu)特點(diǎn)，這也導(dǎo)致了國(guó)土空間規(guī)劃一直存在問題[3]。該文將在相關(guān)研究的基礎(chǔ)上，對(duì)此方面工作的實(shí)施進(jìn)行深度設(shè)計(jì)，致力于解決國(guó)土空間在規(guī)劃過程中存在的多種問題。

1 基于地理大數(shù)據(jù)與GIS 平臺(tái)的國(guó)土空間規(guī)劃方法

1.1 基于地理大數(shù)據(jù)獲取國(guó)土空間多源數(shù)據(jù)

為了確保國(guó)土空間規(guī)劃方法設(shè)計(jì)的有效性，需要在前期工作中，對(duì)國(guó)土空間規(guī)劃產(chǎn)生的多源數(shù)據(jù)進(jìn)行針對(duì)性獲取[4]。為此，引進(jìn)地理大數(shù)據(jù)技術(shù)，利用該技術(shù)，實(shí)時(shí)獲取數(shù)據(jù)并掌握與國(guó)土地理空間相關(guān)的地質(zhì)資料?；A(chǔ)地理數(shù)據(jù)如表1 所示。

表1 基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)

利用大數(shù)據(jù)地理信息具有迭代更新的特點(diǎn)，對(duì)多源數(shù)據(jù)類型進(jìn)行整理[5]。例如在獲取多源數(shù)據(jù)過程中，可參照區(qū)域地質(zhì)圖示，定位區(qū)域內(nèi)空間規(guī)劃密集點(diǎn)或空間規(guī)劃稀疏點(diǎn)，并使用云計(jì)算技術(shù)，對(duì)信息數(shù)據(jù)的交叉密度進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算過程中，對(duì)多源數(shù)據(jù)進(jìn)行共享處理，并按照文件的分布式存儲(chǔ)方式，進(jìn)行MPP 處理。

提出的處理步驟中包括測(cè)繪地理空間信息、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)共享與數(shù)據(jù)生產(chǎn)。在測(cè)繪空間信息時(shí)，應(yīng)使用遙感技術(shù)與衛(wèi)星定位技術(shù)，對(duì)獲取的空間影像數(shù)據(jù)、基礎(chǔ)地質(zhì)數(shù)據(jù)、地理環(huán)境數(shù)據(jù)與其他信息進(jìn)行針對(duì)性獲取[6]。在完成數(shù)據(jù)的獲取后，按照獲取數(shù)據(jù)的順序與空間時(shí)序，將其導(dǎo)入ArcGIS平臺(tái)內(nèi)，與此同時(shí)，建立空間數(shù)據(jù)表，在數(shù)據(jù)庫表格中創(chuàng)建索引引擎，將多源數(shù)據(jù)導(dǎo)入地理空間數(shù)據(jù)中心內(nèi)，數(shù)據(jù)中心應(yīng)當(dāng)涵蓋基礎(chǔ)數(shù)據(jù)信息庫、地理專業(yè)信息庫、管理類信息庫與其他數(shù)據(jù)庫。

在上述提出內(nèi)容的基礎(chǔ)上，使用“3S 技術(shù)”與物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)，構(gòu)建地理空間幾何的精準(zhǔn)模型[7]。由于在此過程中，使用地理大數(shù)據(jù)處理數(shù)據(jù)的自由度更高，且采集的數(shù)據(jù)信息中不乏大量的空間碎片數(shù)據(jù)。因此，需要在獲取數(shù)據(jù)與導(dǎo)入數(shù)據(jù)過程中，對(duì)半結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)進(jìn)行格式轉(zhuǎn)換，并提取其中的價(jià)值信息進(jìn)行指定庫構(gòu)建，以此種方式完成對(duì)國(guó)土空間多源數(shù)據(jù)的高效率獲取。

1.2 基于GIS 平臺(tái)轉(zhuǎn)換國(guó)土空間多源數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

在完成對(duì)國(guó)土空間多源數(shù)據(jù)的有效獲取后，對(duì)獲取的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化?？紤]到上文提出的數(shù)據(jù)庫中信息主要為多源非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)在國(guó)土空間規(guī)劃中的利用率相對(duì)較低，因此需要結(jié)合GIS 平臺(tái)的使用，掌握不同數(shù)據(jù)集合中空間數(shù)據(jù)的關(guān)系，并使用空間坐標(biāo)距離、空間物體角度、高度與地理位置等信息，對(duì)其進(jìn)行國(guó)土空間內(nèi)部實(shí)體關(guān)系的描述[8]。GIS 平臺(tái)下國(guó)土空間規(guī)劃系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1 所示。

圖1 GIS 平臺(tái)下國(guó)土空間規(guī)劃系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

而要執(zhí)行上述行為，其前提條件為清洗地理信息數(shù)據(jù)，根據(jù)GIS 平臺(tái)的常規(guī)化運(yùn)營(yíng)方式，對(duì)國(guó)土空間多源數(shù)據(jù)進(jìn)行清洗的基礎(chǔ)性流程為數(shù)據(jù)格式預(yù)處理（統(tǒng)一化處理）—確定數(shù)據(jù)清洗使用的算法—基于GIS 的數(shù)據(jù)挖掘—數(shù)據(jù)后期核查—數(shù)據(jù)輸出[9]。細(xì)化數(shù)據(jù)清洗的步驟，如圖2 所示。

圖2 國(guó)土空間多源數(shù)據(jù)清洗流程

在上述圖1 所示的流程中，數(shù)據(jù)清洗算法可用如下計(jì)算公式表示。

式中：ω為數(shù)據(jù)清洗算法；e為算法識(shí)別參數(shù)；τ為空間數(shù)據(jù)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換過程；n為國(guó)土空間多源數(shù)據(jù)；p為多源數(shù)據(jù)所屬類型；v為數(shù)據(jù)量或數(shù)據(jù)規(guī)模。根據(jù)上述計(jì)算公式，對(duì)國(guó)土空間多源數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，在完成該步驟工作后，為了避免處理的數(shù)據(jù)中出現(xiàn)信息沖突或信息交叉問題，需要借助統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)與通信協(xié)議，將完成處理的數(shù)據(jù)導(dǎo)入GIS 平臺(tái)中。尤其針對(duì)一些獲取渠道較為復(fù)雜的數(shù)據(jù)，更是需要進(jìn)行顯示數(shù)據(jù)的異構(gòu)性處理。只有確保國(guó)土空間多源數(shù)據(jù)在保持統(tǒng)一結(jié)構(gòu)與標(biāo)準(zhǔn)格式的前提下，才能將數(shù)據(jù)按照指定流程存入終端信息庫。

1.3 融合數(shù)據(jù)規(guī)劃國(guó)土空間位置關(guān)系

在完成上述相關(guān)研究后，使用全站儀與激光測(cè)繪掃描方法，對(duì)國(guó)土空間數(shù)據(jù)與規(guī)劃空間數(shù)據(jù)進(jìn)行融合，并在多源平臺(tái)內(nèi)傳輸數(shù)據(jù)，按照“數(shù)據(jù)建?！獢?shù)據(jù)存儲(chǔ)—數(shù)據(jù)集成—數(shù)據(jù)分析—算法計(jì)算”的流程，輸出國(guó)土空間區(qū)域內(nèi)存在的價(jià)值數(shù)據(jù)與待規(guī)劃空間。同時(shí)，根據(jù)國(guó)土空間地理信息、區(qū)域人口與區(qū)域戶籍普查信息、集體經(jīng)濟(jì)調(diào)查信息、歷史文物調(diào)查信息等成果信息，在計(jì)算機(jī)終端提交數(shù)據(jù)。

在該基礎(chǔ)上，對(duì)國(guó)土空間位置進(jìn)行分區(qū)處理，分區(qū)過程中需要融合現(xiàn)有的信息進(jìn)行高程坐標(biāo)處理。采用PMLSM 數(shù)學(xué)模型，對(duì)坐標(biāo)變換原理進(jìn)行分析，在旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下，可認(rèn)為國(guó)土空間位置關(guān)系與獲取的多源數(shù)據(jù)存在某種等效關(guān)系，因此對(duì)其關(guān)系進(jìn)行調(diào)度處理的方式為對(duì)稱與垂直相位規(guī)劃2種方式。

總之，在對(duì)國(guó)土空間進(jìn)行規(guī)劃的過程中，需要從三維角度與立體化角度對(duì)該方面工作的實(shí)施進(jìn)行詮釋，并在該過程中，融合區(qū)域供給側(cè)改革政策執(zhí)行工作，用該方式確保終端提出的國(guó)土空間規(guī)劃方案在投入市場(chǎng)使用中是具有實(shí)用性的。

1.4 某省地理大數(shù)據(jù)與GIS 平臺(tái)應(yīng)用實(shí)例

近年來，在國(guó)土空間測(cè)繪工作過程中，某省通過利用大數(shù)據(jù)技術(shù)和GIS 平臺(tái)獲取豐富的數(shù)據(jù)信息資源，如各種地形圖，其中 1 ∶ 1000 地形圖主要覆蓋了地級(jí)市主城區(qū)；地理影像數(shù)據(jù)采集主要包括2005 年至2019 年的多層次、多時(shí)段衛(wèi)星監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，在城市和農(nóng)村地區(qū)，通過對(duì)目錄的調(diào)查，確定每個(gè)中心地區(qū)目錄采集的準(zhǔn)確數(shù)據(jù)，對(duì)國(guó)土資源管理中的“收集、補(bǔ)充、登記、檢查”等各類授權(quán)信息實(shí)行統(tǒng)一管理。特別是根據(jù)第二次國(guó)土調(diào)查的結(jié)果。實(shí)施土地空間信息有效編制，統(tǒng)一編制轄區(qū)各級(jí)城市土地利用規(guī)劃信息，設(shè)計(jì)形成統(tǒng)一的規(guī)劃管理圖、土地利用規(guī)劃圖和“一書三證”規(guī)劃管理信息等。此外，某省建立三維城市模型、礦產(chǎn)資源與執(zhí)法模型、電子政務(wù)模型和專題數(shù)據(jù)模型，其中包括海量自然資源數(shù)據(jù)，測(cè)繪地理信息的人文資源和經(jīng)濟(jì)資源，建立某省地理信息系統(tǒng)大數(shù)據(jù)分析體系，如圖3 所示。

圖3 某省地理信息系統(tǒng)大數(shù)據(jù)分析體系

2 對(duì)比實(shí)驗(yàn)

2.1 實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備

該文通過引入地理大數(shù)據(jù)技術(shù)和GIS 平臺(tái)技術(shù)提出了一種針對(duì)國(guó)土空間規(guī)劃的新方法，為了保證該方法能夠在國(guó)土空間測(cè)繪中得到應(yīng)用，該文選擇以某國(guó)土空間測(cè)繪部門的整個(gè)工作過程作為實(shí)驗(yàn)背景，在其中分別引入該文規(guī)劃方法和傳統(tǒng)規(guī)劃方法對(duì)特定區(qū)域范圍內(nèi)的國(guó)土空間進(jìn)行規(guī)劃。將該國(guó)土空間測(cè)繪部門勘測(cè)到的全部信息資料進(jìn)行提取，為2種規(guī)劃方法提供條件，包括各種比例尺地形圖、地理信息影像數(shù)據(jù)、地質(zhì)災(zāi)害數(shù)據(jù)、儲(chǔ)量地理數(shù)據(jù)等。將需要進(jìn)行測(cè)繪的區(qū)域平均劃分，并對(duì)其分別標(biāo)號(hào)為A、B、C、D、E，綜合運(yùn)用該文上述規(guī)劃設(shè)計(jì)語言和傳統(tǒng)規(guī)劃方法中相關(guān)規(guī)劃設(shè)計(jì)方法，根據(jù)需要進(jìn)行測(cè)繪的5 個(gè)區(qū)域部分的勘測(cè)數(shù)據(jù)，分別制作5 幅國(guó)土空間規(guī)劃地圖，分別對(duì)10 幅圖進(jìn)行比較。將該文規(guī)劃方法制作的地圖標(biāo)號(hào)為A1、B1、C1、D1 和E1；將傳統(tǒng)規(guī)劃方法制作的地圖標(biāo)號(hào)為A2、B2、C2、D2 和E2，對(duì)2 種規(guī)劃方法下得出的地圖質(zhì)量進(jìn)行評(píng)價(jià)，以此驗(yàn)證2 種國(guó)土空間規(guī)劃方法的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。

2.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與結(jié)論

對(duì)地圖質(zhì)量評(píng)價(jià)的方式較多，結(jié)合該文實(shí)驗(yàn)背景，選擇將地圖承載力評(píng)價(jià)作為該文實(shí)驗(yàn)的地圖質(zhì)量評(píng)價(jià)方法。在該方法中評(píng)價(jià)指標(biāo)包括土地空間規(guī)劃地圖符號(hào)、注記和色彩，根據(jù)土地空間規(guī)劃地圖承載力得出如下土地空間規(guī)劃地圖質(zhì)量定量計(jì)算公式：

式中：P為地圖質(zhì)量定量結(jié)果；Wi為某一影響因子i的評(píng)價(jià)權(quán)值；Vi為某一影響因子i的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)值；N為所有影響規(guī)劃地圖質(zhì)量的影響因子個(gè)數(shù)。根據(jù)上述公式，對(duì)上述實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備中的10 幅國(guó)土空間規(guī)劃地圖的質(zhì)量進(jìn)行評(píng)分，并將結(jié)果記錄如表2 所示。

表2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)比表（總分：5.0 分）

從表1 兩種不同國(guó)土空間規(guī)劃方法下的地圖綜合質(zhì)量評(píng)價(jià)結(jié)果可以看出，該文規(guī)劃方法地圖質(zhì)量更高，均達(dá)到4.00分以上，而傳統(tǒng)規(guī)劃方法地圖質(zhì)量均在1.00～3.50分范圍以內(nèi)，對(duì)于國(guó)家空間測(cè)繪部門提出的規(guī)劃質(zhì)量要求而言，傳統(tǒng)規(guī)劃方法嚴(yán)重不符。因此，通過對(duì)比實(shí)驗(yàn)證明，該文提出的規(guī)劃方法在實(shí)際應(yīng)用中能夠結(jié)合所規(guī)劃區(qū)域的實(shí)際情況，提出更加合理的規(guī)劃方法，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)國(guó)土空間資源的合理利用。

3 結(jié)語

該文提出一種基于地理大數(shù)據(jù)與GIS 平臺(tái)的國(guó)土空間規(guī)劃方法，分別從獲取國(guó)土空間多源數(shù)據(jù)、轉(zhuǎn)換國(guó)土空間多源數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、規(guī)劃國(guó)土空間位置關(guān)系3 個(gè)方面，對(duì)其進(jìn)行了深入的分析，并在完成該方法的設(shè)計(jì)后，將該方法與傳統(tǒng)方法規(guī)劃后的成果進(jìn)行對(duì)比，根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，該文提出的規(guī)劃方法在實(shí)際應(yīng)用中能夠結(jié)合所規(guī)劃區(qū)域的實(shí)際情況，提出更加合理的規(guī)劃方法，從而合理利用國(guó)土空間資源。對(duì)于國(guó)土資源的可持續(xù)發(fā)展而言，該文設(shè)計(jì)的方法所存在的價(jià)值是相對(duì)較高的，因此，可在后期的相關(guān)研究中，持續(xù)對(duì)該文設(shè)計(jì)方法進(jìn)行深化，用該方式解決傳統(tǒng)方法存在的不足，落實(shí)對(duì)國(guó)土空間資源的高效率利用。