智慧城市建設(shè)背景下土地利用規(guī)劃GIS技術(shù)應(yīng)用策略

俞謙德 閆浩 郭正凱 趙志鵬

（山西農(nóng)業(yè)大學(xué) 山西晉中 030600）

1 智慧城市建設(shè)

智慧城市的建設(shè)需要從兩方面做起：一方面，需要從互聯(lián)網(wǎng)展開(kāi)對(duì)城市的全面管理，并通過(guò)有效的網(wǎng)絡(luò)信息感知，使城市的各個(gè)設(shè)施、各個(gè)功能能夠有效地聯(lián)系，并形成智能化的處理方式；另一方面，需要從城市的實(shí)際功能性入手，對(duì)城市的數(shù)據(jù)進(jìn)行有效的預(yù)測(cè)，并在交通、醫(yī)療、居住等各個(gè)城市功能的區(qū)域劃分中進(jìn)行有效的智能規(guī)劃，使其能夠達(dá)到物理層面的資源優(yōu)化配置。從技術(shù)的角度上來(lái)講，智慧城市的建設(shè)意味著城市信息、智能技術(shù)的應(yīng)用深度，需要從技術(shù)的角度上對(duì)運(yùn)行過(guò)程中產(chǎn)生的各種數(shù)據(jù)進(jìn)行有效的追蹤，并根據(jù)城市物理環(huán)境的各種變化，通過(guò)智能系統(tǒng)，進(jìn)行有效的更新與管理［1］。在使用數(shù)字、智能技術(shù)對(duì)城市的運(yùn)行效率進(jìn)行改善的同時(shí)，可以進(jìn)一步有效分配城市的各種資源，從而達(dá)到對(duì)城市的精準(zhǔn)管理。

城市的智能規(guī)劃需要從土地資源的合理分配中進(jìn)行展開(kāi)。一方面，城市的土地資源較為有限，同時(shí)，各種生活建筑與功能性建筑混用的現(xiàn)象十分明顯，在鼓勵(lì)城市生態(tài)圈形成的同時(shí)，還需要有效解決城市土地資源有限的問(wèn)題；另一方面，在對(duì)城市進(jìn)行規(guī)劃的過(guò)程中，可以根據(jù)區(qū)域的功能、支撐功能運(yùn)行的設(shè)施體系，進(jìn)行科學(xué)的土地利用規(guī)劃，可以進(jìn)一步提升土地資源的利用效率。在此過(guò)程中，需要基于傳統(tǒng)的土地規(guī)劃利用理論，針對(duì)現(xiàn)代技術(shù)對(duì)城市建設(shè)所帶來(lái)的影響，體現(xiàn)城市發(fā)展特色的同時(shí)，還需要通過(guò)信息、智能、數(shù)據(jù)技術(shù)的充分利用，構(gòu)建智慧城市的“神經(jīng)元”，并通過(guò)有效的支持體系，形成屬于城市的智能“神經(jīng)系統(tǒng)”，進(jìn)一步增強(qiáng)城市土地的可持續(xù)發(fā)展能力［2］。

2 智慧城市規(guī)劃建設(shè)中對(duì)GIS的技術(shù)需求

2.1 GIS技術(shù)與土地規(guī)劃設(shè)計(jì)的緊密聯(lián)系

從GIS技術(shù)的功能上來(lái)講，該技術(shù)需要將地理數(shù)據(jù)進(jìn)行信息化處理，與地理數(shù)據(jù)相關(guān)的工作可以使用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)對(duì)其進(jìn)行可視化的處理。同時(shí)，現(xiàn)階段GIS技術(shù)的發(fā)展可以在導(dǎo)入地理數(shù)據(jù)的過(guò)程中形成該地區(qū)的三維模型，進(jìn)一步幫助相關(guān)工作人員直觀地觀看并操作，從而提升數(shù)據(jù)處理的精準(zhǔn)性和有效性，因此，該技術(shù)也在土地規(guī)劃設(shè)計(jì)的過(guò)程中應(yīng)用得較為廣泛。在使用GIS技術(shù)的過(guò)程中，可以利用該技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，合理安排、規(guī)劃區(qū)域的土地開(kāi)發(fā)、利用、環(huán)境整治及保護(hù)等工作，對(duì)于實(shí)現(xiàn)區(qū)域土地資源的宏觀調(diào)控及對(duì)城市功能性用地與生活、商業(yè)用地進(jìn)行合理的調(diào)整，達(dá)到良好均衡度的同時(shí)，確保城市的功能得到有效的發(fā)展。從GIS技術(shù)發(fā)展的角度上來(lái)講，現(xiàn)階段GIS技術(shù)的先進(jìn)性可以實(shí)現(xiàn)有效的二次開(kāi)發(fā)，上文所講的區(qū)域三維模型可以根據(jù)實(shí)際的使用和規(guī)劃需求，來(lái)增加未來(lái)的建筑、設(shè)施、空間模型，從而幫助土地規(guī)劃設(shè)計(jì)人員動(dòng)態(tài)了解城市未來(lái)可能發(fā)展的趨勢(shì)，并讓土地利用規(guī)劃可以面向未來(lái)有效展開(kāi)。

2.2 GIS技術(shù)在土地利用規(guī)劃中的技術(shù)優(yōu)勢(shì)

城市的土地資源較為有限，而土地利用規(guī)劃需要利用有限的土地資源，確保該資源得到合理的分配。因此，需要充分考慮土地的綜合利用率，不僅涉及土地的使用功能，還需要從人文、經(jīng)濟(jì)、社會(huì)等多個(gè)角度上對(duì)其進(jìn)行有效的協(xié)調(diào)，從而形成科學(xué)的城市布局，以幫助城市取得良好的發(fā)展前景?？傮w上來(lái)說(shuō)，GIS技術(shù)在應(yīng)用的過(guò)程中具有以下3個(gè)較大的優(yōu)勢(shì)。

（1）基于信息、計(jì)算機(jī)技術(shù)的GIS技術(shù)可以有效提升土地利用規(guī)劃設(shè)計(jì)的科學(xué)性，確保城市在功能性上獲得有效的區(qū)域協(xié)調(diào)。同時(shí)，GIS技術(shù)最大的優(yōu)勢(shì)在于其優(yōu)秀的空間分析和判斷能力，對(duì)于城市開(kāi)發(fā)過(guò)程中所產(chǎn)生的規(guī)模龐大的空間、設(shè)施數(shù)據(jù)可以進(jìn)行統(tǒng)一的處理和分析，使土地利用規(guī)劃的過(guò)程中可以結(jié)合多樣性的發(fā)展策略來(lái)進(jìn)行合理的判斷，以確保規(guī)劃方案的科學(xué)性和可發(fā)展性［3］。

（2）城市建設(shè)發(fā)展是一個(gè)動(dòng)態(tài)的過(guò)程，存在各種不確定的因素。為了避免不確定因素對(duì)土地利用規(guī)劃帶來(lái)的不良影響，一方面，需要對(duì)其進(jìn)行多次論證，探討方案的合理性和可行性，并將規(guī)劃方案對(duì)城市發(fā)展所帶來(lái)的影響進(jìn)行有效的預(yù)測(cè)；另一方面，需要對(duì)城市的土地利用規(guī)劃進(jìn)行動(dòng)態(tài)的管理，這種方式可以有效減少土地利用規(guī)劃與城市發(fā)展過(guò)程中存在的時(shí)間差，利用龐大的數(shù)據(jù)處理對(duì)規(guī)劃方案的可行性進(jìn)行有效的探討，在動(dòng)態(tài)調(diào)整的過(guò)程中保證合理利用?？傮w上來(lái)說(shuō)，GIS技術(shù)在土地利用規(guī)劃的過(guò)程中可以進(jìn)行動(dòng)態(tài)化的調(diào)整，從而減少相關(guān)數(shù)據(jù)的處理量，提升規(guī)劃效率，為城市土地利用規(guī)劃人員提供便利的技術(shù)服務(wù)。

（3）從技術(shù)先進(jìn)性的角度上來(lái)講，GIS技術(shù)融合了計(jì)算機(jī)、信息和數(shù)據(jù)技術(shù)，其技術(shù)的優(yōu)勢(shì)使其在土地利用規(guī)劃的過(guò)程中得到有效的利用。一方面，可以在規(guī)劃設(shè)計(jì)方案的角度上直觀地使用模型空間數(shù)據(jù)進(jìn)行展示，從而了解規(guī)劃的實(shí)際情況，針對(duì)其中的問(wèn)題，進(jìn)行有效的修訂；另一方面，從城市發(fā)展的角度上來(lái)講，GIS技術(shù)的預(yù)測(cè)功能遠(yuǎn)比傳統(tǒng)的預(yù)測(cè)方式強(qiáng)大，各種數(shù)據(jù)的可視化可以讓規(guī)劃設(shè)計(jì)人員對(duì)方案的發(fā)展情況了如指掌，并對(duì)未來(lái)城市發(fā)展過(guò)程中產(chǎn)生的變化有深入的了解，從而達(dá)到良好的技術(shù)應(yīng)用效果。

3 智慧城市建設(shè)背景下土地利用規(guī)劃GIS技術(shù)的具體應(yīng)用

3.1 城市地理、空間數(shù)據(jù)庫(kù)的構(gòu)建

從土地利用規(guī)劃模式的角度上來(lái)講，需要對(duì)該區(qū)域某一時(shí)間段的土地利用情況進(jìn)行有效的管理。結(jié)合該地區(qū)的設(shè)施、功能、經(jīng)濟(jì)等綜合條件，對(duì)土地的利用進(jìn)行有效的規(guī)劃，使其能夠發(fā)揮實(shí)用價(jià)值，因此，需要城市地理、空間數(shù)據(jù)庫(kù)提供可靠的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。GIS技術(shù)的應(yīng)用首先需要建立城市的地理、空間數(shù)據(jù)庫(kù)，針對(duì)該區(qū)域的地理、空間數(shù)據(jù)，進(jìn)行有效的信息收集，并結(jié)合實(shí)際的空間和地理信息，建立對(duì)應(yīng)區(qū)域的地理和空間數(shù)據(jù)庫(kù)，使其為未來(lái)的工作展開(kāi)提供可靠的數(shù)據(jù)服務(wù)［4］。在使用GIS技術(shù)的過(guò)程中，可以針對(duì)該區(qū)域的使用情況和未來(lái)的規(guī)劃用途來(lái)建立對(duì)應(yīng)的土地資源信息庫(kù)，使未來(lái)的城市規(guī)劃建設(shè)可以根據(jù)土地資源的情況來(lái)進(jìn)行有效的管理和規(guī)劃。但需要注意的是，該數(shù)據(jù)庫(kù)的可靠程度對(duì)于最終的規(guī)劃利用成果具有較高的影響，因此，務(wù)必采集現(xiàn)階段真實(shí)的城市地理空間、數(shù)據(jù)，從而確保其服務(wù)功能得到有效發(fā)揮。

3.2 數(shù)字化的數(shù)據(jù)編輯和圖形顯示

現(xiàn)代技術(shù)的發(fā)展使GIS技術(shù)可以將空間地理信息通過(guò)三維模型進(jìn)行圖形化的展示，通過(guò)可靠的人際交互方式來(lái)展示和改變空間、地理數(shù)據(jù)。在實(shí)際利用的過(guò)程中，可以借助計(jì)算機(jī)進(jìn)行有效的編輯，并通過(guò)在線調(diào)整的方式，確?？傮w規(guī)劃工作的統(tǒng)一性，使相關(guān)人員可以針對(duì)不同的規(guī)劃方案展開(kāi)圖形化的處理，進(jìn)一步提升規(guī)劃的工作效率。同時(shí)，該技術(shù)的有效應(yīng)用可以有效改變傳統(tǒng)規(guī)劃過(guò)程中在野外收集大量信息的工作方式。土地利用規(guī)劃工作具有較高的復(fù)雜性，數(shù)字化的數(shù)據(jù)編輯和圖形顯示可以有效提升測(cè)量工作的精度，并使規(guī)劃數(shù)據(jù)變得更加精準(zhǔn)，使其能夠提供可靠的數(shù)據(jù)服務(wù)。在此之上，數(shù)字成圖技術(shù)在現(xiàn)代發(fā)展的過(guò)程中也可以使用移動(dòng)設(shè)備進(jìn)行訪問(wèn)，通過(guò)遠(yuǎn)程一體化的圖形顯示模式，精準(zhǔn)、簡(jiǎn)便地提供地理、空間數(shù)據(jù)信息，從而使土地利用規(guī)劃過(guò)程中的測(cè)繪效率得到有效提升。

3.3 空間分析

針對(duì)空間的分析，可以有效提升土地利用規(guī)劃的可行性。雖然傳統(tǒng)的規(guī)劃過(guò)程中也會(huì)借助計(jì)算機(jī)來(lái)進(jìn)行空間分析，但分析過(guò)程主要還是以人工為基礎(chǔ)，導(dǎo)致工作效率和工作精度無(wú)法得到保障。現(xiàn)代GIS技術(shù)具有獨(dú)立的空間分析能力，在使用的過(guò)程中，可以根據(jù)土地利用規(guī)劃系統(tǒng)將相似的模型進(jìn)行有效的結(jié)合，并對(duì)比分析地理空間中的差異情況，從而綜合得出當(dāng)前的土地利用和規(guī)劃情況，對(duì)于土地利用規(guī)劃整治工作的有效展開(kāi)可以提供良好的技術(shù)支持。

3.4 土地利用數(shù)據(jù)的拼接

在智慧城市的建設(shè)過(guò)程中，會(huì)根據(jù)區(qū)域的功能和使用方向來(lái)進(jìn)行行政轄區(qū)的劃分，以確保該區(qū)域的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)得到有效發(fā)展。在建立數(shù)據(jù)庫(kù)的過(guò)程中，也會(huì)根據(jù)行政區(qū)展開(kāi)數(shù)據(jù)的分類(lèi)。但在實(shí)際的規(guī)劃過(guò)程中，需要進(jìn)行數(shù)據(jù)匯總，在此過(guò)程中，需要進(jìn)行有效的數(shù)據(jù)拼接，需要根據(jù)不同區(qū)域的土地利用信息進(jìn)行相似度的數(shù)據(jù)拼接，并將相同的要素在目標(biāo)層中進(jìn)行有效的計(jì)算，從而達(dá)到不同區(qū)域土地利用數(shù)據(jù)的拼接效果。在此基礎(chǔ)上，還可以將歷史數(shù)據(jù)和當(dāng)前數(shù)據(jù)進(jìn)行有效的對(duì)比、拼接，從而掌握城市土地開(kāi)發(fā)利用實(shí)際情況，使工作人員可以充分參考?xì)v史的成功經(jīng)驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)規(guī)劃設(shè)計(jì)方案的進(jìn)一步優(yōu)化。

3.5 土地利用規(guī)劃

在基于GIS技術(shù)建立土地利用規(guī)劃系統(tǒng)的過(guò)程中，可以通過(guò)對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)庫(kù)來(lái)準(zhǔn)確得出需要利用土地的相關(guān)信息。而其具備的空間分析能力可以對(duì)利用規(guī)劃過(guò)程中的各種方案進(jìn)行對(duì)比，并指出各方案中的不同，從而方便規(guī)劃設(shè)計(jì)人員選擇最優(yōu)的規(guī)劃方案［5］。另外，在土地利用規(guī)劃的過(guò)程中，會(huì)根據(jù)不同的規(guī)劃方案及歷史發(fā)展數(shù)據(jù)來(lái)建立不同的模型，但在分析處理模型的過(guò)程中，花費(fèi)的時(shí)間和人力成本較大，同時(shí)周期也會(huì)較長(zhǎng)，而人為導(dǎo)致的誤差勢(shì)必會(huì)影響最終的規(guī)劃成果。因此，也需要在土地利用規(guī)劃的過(guò)程中充分利用GIS技術(shù)，并使用其模擬和空間分析的優(yōu)勢(shì)，對(duì)不同設(shè)計(jì)方案不同模型中存在的問(wèn)題及未來(lái)的發(fā)展情況進(jìn)行有效的模擬，從而有效節(jié)省規(guī)劃設(shè)計(jì)人員的時(shí)間和人力成本，并通過(guò)該技術(shù)提供的地理、空間數(shù)據(jù)庫(kù)，以確保規(guī)劃方案的合理性與可行性。

3.6 土地利用規(guī)劃編制

在土地利用規(guī)劃編制的過(guò)程中，需要對(duì)土地使用面積、權(quán)屬、分類(lèi)等信息進(jìn)行細(xì)致的劃分，以確保土地利用的可靠性，使規(guī)劃用地得以合理、有效的使用。在使用GIS技術(shù)的過(guò)程中，一方面，可以通過(guò)土地規(guī)劃的精準(zhǔn)定位和數(shù)據(jù)導(dǎo)入，使土地的使用信息、利用信息能夠顯示在三維模型中；另一方面，GIS數(shù)據(jù)庫(kù)會(huì)直接記錄和導(dǎo)入相關(guān)的規(guī)劃信息，工作人員只需要查詢對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)庫(kù)，便可以了解到土地的具體使用情況、權(quán)屬和分類(lèi)。此外，基于該技術(shù)建立的GIS平臺(tái)，可以根據(jù)不同階段的土地利用規(guī)劃來(lái)進(jìn)行有效的編制和修改，并在借助計(jì)算機(jī)和智能技術(shù)的前提下進(jìn)行動(dòng)態(tài)化的管理。同時(shí)，在未來(lái)的開(kāi)發(fā)與利用過(guò)程中，GIS技術(shù)提供的數(shù)據(jù)庫(kù)和分析能力可以進(jìn)一步為土地利用的總體規(guī)劃提供可靠、詳盡的信息數(shù)據(jù)。

4 智慧城市建設(shè)背景下土地利用規(guī)劃GIS技術(shù)的應(yīng)用策略

4.1 集成化的發(fā)展方向

首先，集成化的發(fā)展方向可以保證GIS技術(shù)在應(yīng)用的過(guò)程中與其他的部門(mén)展開(kāi)有效的數(shù)據(jù)和信息交流。例如，現(xiàn)階段，CAD、3Dmax、Matlab 等圖形工具軟件建立GIS技術(shù)的連接接口，雖然各種工具軟件的應(yīng)用方向不同，但都可以幫助GPRS 技術(shù)的工作效率得到有效的提升。其次，集成化的發(fā)展方向可以有效提升GIS技術(shù)的可靠性。例如，Google Sketch Up 與Arc GIS 的集成可以將谷歌搜集到的城市3D 模型導(dǎo)入到GIS系統(tǒng)中，在進(jìn)一步擴(kuò)展城市地理、空間信息測(cè)繪方式的同時(shí)，還可以發(fā)揮3D 圖形軟件的優(yōu)勢(shì)，建立更加精準(zhǔn)有效的GIS 模型。此外，還有CAD 與ARC GIS 的集成，利用CAD 的工程技術(shù)精準(zhǔn)性，將土地利用開(kāi)發(fā)的計(jì)劃導(dǎo)入到GIS 系統(tǒng)中，從而對(duì)土地利用規(guī)劃進(jìn)行動(dòng)態(tài)化的管理和控制。

4.2 時(shí)空、多維的動(dòng)態(tài)拓展

城市的發(fā)展與建設(shè)是動(dòng)態(tài)化的過(guò)程，產(chǎn)生的結(jié)果及數(shù)據(jù)的變化會(huì)導(dǎo)致土地利用規(guī)劃方案的有效性、合理性受到影響。為了適應(yīng)城市的發(fā)展趨勢(shì)，并在變化的過(guò)程中進(jìn)行合理的調(diào)整，需要從時(shí)空、多維的角度上展開(kāi)GIS技術(shù)的動(dòng)態(tài)拓展。一方面，在合理利用現(xiàn)有GIS技術(shù)功能的基礎(chǔ)上，掌握當(dāng)前或者過(guò)去的城市空間、地理信息；另一方面，還需要將GIS技術(shù)的應(yīng)用放到未來(lái)的動(dòng)態(tài)發(fā)展過(guò)程中，從而使城市的土地利用規(guī)劃策略與城市的發(fā)展方向和發(fā)展需求進(jìn)行合理匹配，從而提升規(guī)劃設(shè)計(jì)方案的合理性與有效性。例如，在地下管線信息的規(guī)劃和應(yīng)用過(guò)程中，通過(guò)三維GIS技術(shù)的使用，來(lái)精確了解當(dāng)前及未來(lái)的地下管線信息發(fā)展趨勢(shì)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)城市地下管線的動(dòng)態(tài)和智能規(guī)劃，有效保證GIS技術(shù)的時(shí)空多維拓展［6］。

4.3 智能技術(shù)的有效融合

大量的地理、空間數(shù)據(jù)是城市土地利用規(guī)劃過(guò)程中的處理難題，同時(shí)還需要配合城市的發(fā)展和規(guī)劃來(lái)進(jìn)行數(shù)據(jù)的分析和預(yù)測(cè)。雖然現(xiàn)階段GIS技術(shù)已經(jīng)得到一定程度的有效利用，但主要用于對(duì)空間地理信息的采集、存儲(chǔ)和加工，對(duì)信息的處理、整合多是由人工來(lái)進(jìn)行處理，也就是說(shuō)，在預(yù)測(cè)和決策方面，該技術(shù)的應(yīng)用不夠智能化。因此，在未來(lái)智慧城市的建設(shè)過(guò)程中，也需要結(jié)合智能技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，使GIS技術(shù)能夠根據(jù)導(dǎo)入的相關(guān)信息來(lái)做出準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)和決策，進(jìn)一步提升土地利用規(guī)劃工作的效率，并進(jìn)一步發(fā)揮GIS技術(shù)的技術(shù)優(yōu)勢(shì)和價(jià)值。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，城市土地利用規(guī)劃過(guò)程中需要處理的地理、空間數(shù)據(jù)十分龐大，GIS技術(shù)的優(yōu)勢(shì)已經(jīng)在過(guò)去的工作中得到證明，但在智慧城市的發(fā)展過(guò)程中，需要進(jìn)一步對(duì)該技術(shù)的有效利用進(jìn)行研究。一方面需要加強(qiáng)傳統(tǒng)的功能應(yīng)用；另一方面還需要加強(qiáng)該技術(shù)的集成化、智能化應(yīng)用，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)城市發(fā)展的動(dòng)態(tài)管理與規(guī)劃。