基于GIS 技術(shù)的土地利用規(guī)劃設(shè)計(jì)探究

黃鵬

（武漢市政工程設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司，湖北 武漢 430000）

探究基于GIS 技術(shù)的土地利用規(guī)劃設(shè)計(jì)，需明確GIS 技術(shù)的基本定義，參考具體的實(shí)際案例來研究GIS技術(shù)的應(yīng)用途徑，構(gòu)建對應(yīng)的應(yīng)用系統(tǒng)，選擇適宜的管理平臺，以此來發(fā)揮出土地的最大利用效果。

1 GIS 技術(shù)概述

GIS，即Geographic Information Systems，意思為地理信息系統(tǒng)，指的是用于地理數(shù)據(jù)信息獲取、處理、綜合、分析、查詢、存儲、顯示等的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，該項(xiàng)地理系統(tǒng)的綜合利用需計(jì)算機(jī)技術(shù)、地理科學(xué)等加以支撐，通過計(jì)算機(jī)與各項(xiàng)信息化設(shè)備來對各個(gè)方面的地理空間數(shù)據(jù)信息加以組織→管理→統(tǒng)計(jì)→分析→顯示，以此來直接生成用戶所需的地理信息，其基本組成單位包括：計(jì)算機(jī)、空間數(shù)據(jù)庫、地理信息系統(tǒng)軟件、圖形用戶界面、分析應(yīng)用模型等，將其應(yīng)用在土地利用規(guī)劃設(shè)計(jì)方面，可提升設(shè)計(jì)效率與效果，降低設(shè)計(jì)開支，保證土地的合理利用[1]。

2 GIS 技術(shù)在土地利用規(guī)劃設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

結(jié)合土地利用規(guī)劃設(shè)計(jì)流程，研究GIS 技術(shù)的具體應(yīng)用方法，從以下數(shù)點(diǎn)加以分析：

2.1 地理信息系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1.1 數(shù)據(jù)庫管理軟件。就當(dāng)前階段的數(shù)據(jù)庫管理軟件來說，關(guān)系型數(shù)據(jù)庫逐漸占據(jù)主流，因本地理信息系統(tǒng)中會涉及到大量的數(shù)據(jù)信息，因此應(yīng)保證數(shù)據(jù)庫本身的容量空間，可選擇Oracle、SQL Server 等性能優(yōu)勢過關(guān)的大型數(shù)據(jù)庫，對比分析，Oracle 更具高效穩(wěn)定性，且其空間數(shù)據(jù)管理模塊能夠管理GIS 中的各項(xiàng)空間數(shù)據(jù)；但從價(jià)格方面來講，SQL Server 更低，考慮到后續(xù)系統(tǒng)需推廣應(yīng)用，且系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫本身并非太過龐大，且SQL Server安全性、訪問速度亦能滿足使用，故而選擇的數(shù)據(jù)庫管理軟件為SQL Server2019。Oracle 整體表現(xiàn)形式如圖1所示。

圖1 Oracle 整體表現(xiàn)形式圖

2.1.2 GIS 平臺。市場上有著多種多樣的GIS 平臺，在進(jìn)行GIS 平臺軟件選擇時(shí)，需綜合考慮以下各個(gè)方面需求：軟件數(shù)據(jù)整體兼容性，其中數(shù)據(jù)格式兼容、更新以及交換等問題一直是阻礙系統(tǒng)建設(shè)與應(yīng)用的瓶頸問題；此外，需明確的是，只有選擇大型關(guān)系數(shù)據(jù)庫管理數(shù)據(jù)，才可開展后續(xù)高效的數(shù)據(jù)查詢、訪問、統(tǒng)計(jì)分析以及數(shù)據(jù)更新等，故而可選擇ArcGIS 數(shù)據(jù)管理平臺來實(shí)現(xiàn)對各項(xiàng)土地利用數(shù)據(jù)的管理[2]。

2.2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)架構(gòu)

系統(tǒng)架構(gòu)如圖2 所示，選擇GeoDatabase 進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲，以Arcmap 數(shù)據(jù)引擎管理數(shù)據(jù)，以ArcGIS 開發(fā)包建設(shè)GIS。在系統(tǒng)架構(gòu)與設(shè)計(jì)過程中需遵循以下原則：實(shí)用性、一致性、先進(jìn)性、模塊化、安全性、兼容性、可擴(kuò)充性原則。

圖2 系統(tǒng)架構(gòu)圖

2.3 系統(tǒng)開發(fā)設(shè)計(jì)

2.3.1 選擇系統(tǒng)基礎(chǔ)平臺。在選擇系統(tǒng)基礎(chǔ)平臺時(shí)應(yīng)考慮土地利用規(guī)劃設(shè)計(jì)各個(gè)階段的需求，并可適應(yīng)未來階段的拓展應(yīng)用，對比分析ArcGIS 平臺、MapInfo 平臺、MapGIS 平臺、SuperMap 平臺，發(fā)現(xiàn)ArcGIS 平臺在二次開發(fā)、支持多項(xiàng)數(shù)據(jù)格式上有著較大的優(yōu)勢，故選擇其作為開發(fā)平臺[3]。

2.3.2 選擇開發(fā)語言、開發(fā)工具。分析Archaist 組件庫各項(xiàng)組件，可將其在邏輯層面劃分為三個(gè)部分，如下所示：其一，基本服務(wù)。主要組件為ArcObjects，其主要作用是協(xié)助協(xié)同來完成對其他組件的調(diào)用，以此來發(fā)揮出特定的功能作用；其二，數(shù)據(jù)存取。主要涉及到矢量數(shù)據(jù)、柵格數(shù)據(jù)等，以此為基礎(chǔ)構(gòu)建對應(yīng)的數(shù)據(jù)庫，達(dá)到功能標(biāo)準(zhǔn)要求；其三，地圖表達(dá)。以數(shù)據(jù)庫為基礎(chǔ)，在各個(gè)重要位置構(gòu)建帶有標(biāo)識的地圖功能管理體系；在選擇適宜的開發(fā)語言時(shí)，可利用C#，其語法簡單易操作，并與WEB 關(guān)聯(lián)緊密，能夠利用NET Framework 代碼庫中的各項(xiàng)功能[3]。Archaist 組件庫各項(xiàng)組件能夠滿足系統(tǒng)開發(fā)設(shè)計(jì)所需。

其中ArcObjects 表現(xiàn)形式如下所示：

Map Class

Properties Methods

MapScale (1:3,800,000) AddLayer (+)

MapUnits (6234233.32,5234234.56) ClearSelection

2.4 土地利用規(guī)劃系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)

分析GIS 技術(shù)的靈活應(yīng)用方式，并以此為基礎(chǔ)建立對應(yīng)的規(guī)劃系統(tǒng)，其功能主要表現(xiàn)在以下數(shù)點(diǎn)：

2.4.1 基本功能。指的是利用系統(tǒng)來完成對圖形文件的綜合利用，例如文件新建、加載、保存，地圖瀏覽（縮小、放大），圖形編輯（刪除、添加等），還包括屬性查詢、面積計(jì)算等。

2.4.2 土地利用現(xiàn)狀分析。分析對象主要指的是：土地空間特征與利用結(jié)構(gòu)、土地利用生態(tài)與動態(tài)變化、土地開發(fā)現(xiàn)狀等。

2.4.3 土地利用評價(jià)。針對的是土地利用效益評價(jià)、適宜性評價(jià)。

2.4.4 土地需求預(yù)測。主要針對的是城鎮(zhèn)用地預(yù)測、農(nóng)用地預(yù)測、人口預(yù)測、水利實(shí)施預(yù)測等。

2.4.5 規(guī)劃指標(biāo)與分解。包括指標(biāo)維護(hù)、指標(biāo)執(zhí)行統(tǒng)計(jì)、年度指標(biāo)管理等。

2.4.6 土地結(jié)構(gòu)優(yōu)化。主要涉及到土地利用方面的結(jié)構(gòu)調(diào)整、分區(qū)布局等。

2.4.7 土地變更管理。涉及到圖斑變更、線狀地物變更、零星地類變更等[4]。

2.4.8 規(guī)劃成果管理。指的是圖件成果管理、文本成果管理。

2.5 數(shù)據(jù)庫構(gòu)建

2.5.1 構(gòu)建數(shù)據(jù)庫。在建設(shè)數(shù)據(jù)庫時(shí)，要求綜合分析土地當(dāng)前階段的利用現(xiàn)狀，參考當(dāng)?shù)貙ν恋乩酶鱾€(gè)階段數(shù)據(jù)信息的利用、整合情況，完成對土地規(guī)劃基數(shù)、數(shù)據(jù)格式的合理轉(zhuǎn)換，獲取完整的土地利用數(shù)據(jù)庫；同時(shí)，在土地利用數(shù)據(jù)庫中增添新建用地、土地整治等方面的數(shù)據(jù)信息，更新數(shù)據(jù)信息結(jié)構(gòu)，提取其中的核心要素，實(shí)現(xiàn)對其的綜合化、一體化管理，以此來形成切實(shí)可用的規(guī)劃數(shù)據(jù)庫。土地利用規(guī)劃數(shù)據(jù)庫的整個(gè)建設(shè)流程如圖3 所示。

圖3 土地利用規(guī)劃數(shù)據(jù)庫建設(shè)流程圖

2.5.2 數(shù)據(jù)庫構(gòu)建目標(biāo)。其一，要求具備統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫標(biāo)準(zhǔn)與格式，可儲存各個(gè)方面的屬性與空間信息，保證各個(gè)階段土地利用數(shù)據(jù)信息準(zhǔn)確性、完整性，分析當(dāng)前土地利用數(shù)據(jù)信息，為后續(xù)的統(tǒng)一查詢、研究提供數(shù)據(jù)支撐；其二，規(guī)劃數(shù)據(jù)與一體化現(xiàn)狀，結(jié)合標(biāo)準(zhǔn)屬性條件完成數(shù)據(jù)可視化成圖，準(zhǔn)確展示同一區(qū)域范圍內(nèi)基期年、目標(biāo)年的土地利用信息，實(shí)現(xiàn)對本質(zhì)上存在緊密聯(lián)系的屬性與圖形數(shù)據(jù)一體化成庫，更易展開后續(xù)的對比分析；其三，要求土地規(guī)劃利用設(shè)計(jì)實(shí)施資料豐富完整，可通過數(shù)據(jù)庫來完成相應(yīng)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)查詢、分析等操作[5]。

2.5.3 關(guān)鍵技術(shù)解析。其一，提取各個(gè)階段的土地利用歷史數(shù)據(jù)，并與現(xiàn)階段的利用成果進(jìn)行對比分析?？梢笙嚓P(guān)技術(shù)人員直接從從全國第二次土地調(diào)查的現(xiàn)狀數(shù)據(jù)庫中提取源數(shù)據(jù)，可選擇以MapGIS 平臺來完成；而部分管理人員在利用ArcGIS 工具在構(gòu)建土地利用規(guī)劃數(shù)據(jù)庫時(shí)，其會面臨以下問題：如何通過適宜的方式來將MapGIS 格式文化直接轉(zhuǎn)換為普通形式的ArcGIS格式，但需注意，在進(jìn)行格式轉(zhuǎn)化時(shí)會有一定機(jī)率出現(xiàn)面積誤差、拓?fù)溴e(cuò)誤等狀況，故而為保證順利轉(zhuǎn)換，需借助各種輔助工具來完成對各種不良狀況的檢測與處理，完成對空間處理工具、數(shù)據(jù)與其現(xiàn)存的連接關(guān)系展開有機(jī)組合，通過模型來完成對各個(gè)方面復(fù)雜數(shù)據(jù)的針對性處理，提升處理效果。整個(gè)模型構(gòu)建過程，是通過Select Layer by Attribute 系統(tǒng)來提取目標(biāo)區(qū)域中的基期地類圖斑，分析圖斑具體形態(tài)，再借助Feature to Polygon、Feature to Point、Polygon to Line 等進(jìn)行成點(diǎn)成面處理，確保在基期地類圖斑進(jìn)行拓?fù)鋾r(shí)不會出現(xiàn)明顯的誤差問題；其后選擇在對應(yīng)的模塊中加入Python 語言程序，控制目標(biāo)對象來完成相應(yīng)程序的編制與入庫。此后再結(jié)合土地利用現(xiàn)狀，借助上述方式完成各個(gè)區(qū)域點(diǎn)、線、面數(shù)據(jù)的提取、入庫；其二，規(guī)劃要素變更技術(shù)。在建設(shè)數(shù)據(jù)庫的過程中，會因各個(gè)方面的影響而出現(xiàn)規(guī)劃要素變更，涉及到圖斑切割、合并與土地利用面積計(jì)算等，在以往的修改時(shí)是對基期地類圖斑、前期規(guī)劃要素、變更規(guī)劃要素疊加，并對各項(xiàng)指標(biāo)加以核對，但是該種方式耗費(fèi)的人力、時(shí)間多，工作量大，而通過ArcGIS 的Model Builder 功能直接生成Modify TDGHDL 模型，即可方便快捷地疊加各項(xiàng)要素，并通過空間位置關(guān)聯(lián)法、面積分?jǐn)偡▽Ω鞣N規(guī)劃地類面積、合并圖斑面積、切割面積加以計(jì)算，實(shí)現(xiàn)自動化規(guī)劃要素的統(tǒng)計(jì)與變更，具體公式如下：

Panew=Paorg/Saorg×Sanew

其中Panew、Paorg、Saorg、Sanew分別指的是新圖斑、原圖斑、原形狀、新形狀面積大小，具備一定的實(shí)時(shí)性。

Csa=Dr×W×L

其中Csa、Dr、W、L 分別指的是現(xiàn)狀地物面積、扣除比例、寬、長，需結(jié)合其實(shí)際值來進(jìn)行計(jì)算。

Fra=[Panew-Sa-Csa]×Tc

其中Fra、Tc、Sa 分別指的是零星地物面積分別指的是田坎面積、田坎系數(shù)、零星地物面積。

NPa=Panew-Csa-Sa-Fra

其中NPa 指的是圖斑凈面積。通過以上系列公式可計(jì)算土地規(guī)劃利用過程中的系列相關(guān)面積，以此來提升土地規(guī)劃利用效果。

2.5.4 數(shù)據(jù)檢查。在數(shù)據(jù)入庫前、出庫后都需安排檢查工作，糾正其中的錯(cuò)誤，檢查內(nèi)容包括：拓?fù)錂z查、屬性檢查、圖形檢查，以確保各項(xiàng)地理空間數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性與有效性[6]。

3 應(yīng)用實(shí)例分析

3.1 案例簡述

以云南省昆明市呈貢縣為例，研究GIS 技術(shù)在土地利用規(guī)劃設(shè)計(jì)中的應(yīng)用。呈貢區(qū)是昆明市政府駐地，轄區(qū)面積461 平方公里，包括七甸、洛羊、大漁、馬金鋪、烏龍等十個(gè)街道，研究GIS 的實(shí)際應(yīng)用過程，可在對應(yīng)的影像庫來收集該地區(qū)的影像資料，其后再借助對應(yīng)的軟件來完成圖像提取、裁剪與修正、配準(zhǔn)，并進(jìn)行農(nóng)業(yè)、水域、綠地等區(qū)域信息的直接提取。

3.2 具體應(yīng)用過程

在提取信息后，對比分析呈貢縣1989 年、2002 年、2006 年、2016 年土地規(guī)劃利用情況，展示呈貢新區(qū)在建設(shè)過程中的土地利用規(guī)劃變化圖，制作呈貢新區(qū)數(shù)字化地圖，包括大學(xué)城、市政府等主要區(qū)域。具體應(yīng)用步驟如下所示：其一，獲取目標(biāo)圖像信息、邊界等；其二，完成圖像裁剪、修正與處理等，得到該區(qū)域的遙感圖數(shù)據(jù)信息；其三，分析各個(gè)區(qū)域的實(shí)際地形地貌特征，直接導(dǎo)出地圖格式，并與呈貢新區(qū)展開對比分析；其四，通過數(shù)字化地圖來展示呈貢新區(qū)的雨花片區(qū)、吳家營、大學(xué)城、市政府等區(qū)域；其五，繪制呈貢縣1989 年、2002 年、2006 年、2016 年農(nóng)業(yè)區(qū)域、水域、綠域等的比例直方圖，如圖4 所示，其中2 指的是水域面積，2 指的是森林面積，3 指的是農(nóng)業(yè)區(qū)面積，4 指的是其他土地用地。

圖4 呈貢縣土地利用規(guī)劃比例直方圖

3.3 結(jié)果分析

觀察圖1 可知，自1989 年呈貢縣在農(nóng)業(yè)區(qū)域、水域、綠地等方面的面積變化，在人口逐步增長的環(huán)境下，城市用地、農(nóng)業(yè)用地面積不斷增加，水域面積則因地區(qū)天氣干燥等因素退縮，林地面積亦在減少。后續(xù)在呈貢新區(qū)成立，大學(xué)城、市政府搬遷后呈貢人口數(shù)量直線上升，綠化面積加大，各個(gè)方面的指標(biāo)亦在緊隨時(shí)間推移而出現(xiàn)對應(yīng)的變化。實(shí)現(xiàn)GIS 技術(shù)在土地規(guī)劃利用中的利用，可準(zhǔn)確把握各項(xiàng)用地變化，這對地區(qū)農(nóng)業(yè)、經(jīng)濟(jì)等方面的額發(fā)展具備一定程度的指導(dǎo)意義[7]。

綜上，文章基于GIS 技術(shù)的土地利用規(guī)劃設(shè)計(jì)進(jìn)行了論述與分析，研究了其重要性與必要性，建議給與其足夠的重視，分析GIS 技術(shù)在應(yīng)用中的重點(diǎn)與要點(diǎn)，把握影響因素，以此來發(fā)揮出GIS 應(yīng)有的價(jià)值與效果，優(yōu)化整個(gè)土地利用規(guī)劃設(shè)計(jì)過程。