城市規(guī)劃數(shù)字化中的土地評價地理信息系統(tǒng)關鍵技術分析

牛曼

（昌黎縣自然資源和規(guī)劃局，河北 秦皇島 066600）

地理信息系統(tǒng)（GIS）技術被廣泛應用在資源管理、城市規(guī)劃、環(huán)境保護等領域，它能夠?qū)Λ@取的海量空間數(shù)據(jù)進行分類、處理、分析，從而提高數(shù)據(jù)資源的利用價值。將GIS 技術應用到土地評價中，構建土地評價地理信息系統(tǒng)，對土地的可用性、適宜性等展開綜合分析，進而為城市規(guī)劃決策提供必要的參考。在快速城鎮(zhèn)化背景下，城市規(guī)劃數(shù)字化彰顯出強大的應用優(yōu)勢，探究土地評價地理信息系統(tǒng)關鍵技術的實際應用成為當前的熱門課題。

1 土地評價地理信息系統(tǒng)的結(jié)構組成

1.1 系統(tǒng)的基本結(jié)構

本系統(tǒng)以SuperMap 組件式GIS 軟件系統(tǒng)作為平臺，運用VC++作為開發(fā)工具，通過整合GIS 組件實現(xiàn)系統(tǒng)功能。在組件式GIS 軟件的庫中，存儲了若干功能豐富的GIS 組件，除了支持常規(guī)的空間數(shù)據(jù)管理、分析等功能外，開發(fā)者還可以利用通用開發(fā)工具（如VC、C++等），將GIS 組件進行二次開發(fā)或重新整合，從而實現(xiàn)既有功能的疊加或新功能的開發(fā)。本系統(tǒng)的數(shù)據(jù)引擎由兩部分組成，GIS 數(shù)據(jù)引擎主要用于管理空間數(shù)據(jù)，其實現(xiàn)方式是通過C++語言指令調(diào)用SuperMap 組件對象，進而將控制指令轉(zhuǎn)化為執(zhí)行動作；ADO 數(shù)據(jù)引擎主要用于管理非空間數(shù)據(jù)，其實現(xiàn)方式是通過C++語言指令調(diào)用ADO 組件，進而完成讀寫數(shù)據(jù)庫內(nèi)數(shù)據(jù)的操作。本系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫選用SQL Server2000，根據(jù)存儲數(shù)據(jù)類型的不同進行分區(qū)，分別為基礎數(shù)據(jù)庫和GIS 空間數(shù)據(jù)庫。整個系統(tǒng)的結(jié)構組成如圖1 所示。

圖1 土地評價地理信息系統(tǒng)的結(jié)構組成

1.2 數(shù)據(jù)組織管理模塊

該模塊的主要功能是組織、管理整個系統(tǒng)中的空間數(shù)據(jù)，為下一步的數(shù)據(jù)疊加分析以及經(jīng)濟或環(huán)境效益評價提供數(shù)據(jù)支持。根據(jù)數(shù)據(jù)來源途徑的不同，可以將空間數(shù)據(jù)分為兩種，即來源于文件的數(shù)據(jù)源和來源于數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)源。土地地理信息系統(tǒng)在實際應用中，由于研究區(qū)域的面積較大，為減輕數(shù)據(jù)組織、管理的工作量，同時也是為了提高數(shù)據(jù)分析結(jié)果的可信度，需要將整個區(qū)域做網(wǎng)格劃分，使其變成若干子區(qū)域；然后按照同樣的方法再將子區(qū)域分成若干柵格區(qū)域。這樣每個柵格區(qū)域就包含一個原始柵格圖層。該區(qū)域內(nèi)所有柵格圖層的集合，即為一個數(shù)據(jù)集團。數(shù)據(jù)集團與自由圖層、矢量圖層共同組成了數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)源。數(shù)據(jù)組織管理模塊的結(jié)構組成如圖2 所示。

圖2 數(shù)據(jù)組織結(jié)構示意圖

1.3 疊加分析模塊

該模塊的功能是按照特定的分級標準、分級量化方法，把原始柵格圖層轉(zhuǎn)化為量化柵格圖層，進而通過設定權重的方式進行疊加分析，得到綜合評價圖層。疊加分析的基本流程如下：將多邊形實體抽象化成數(shù)據(jù)集團中的子區(qū)域，然后對每個子區(qū)域進行編碼，并將該區(qū)域內(nèi)所有子區(qū)域的編碼信息保存到layerinfo 表中，后期可以通過查詢該表信息得到區(qū)域內(nèi)所有的原始柵格圖層。然后將圖層進行分類，類型名稱保存在chunkinfo 表中。最后，土地評價地理信息系統(tǒng)可自動讀取原始柵格圖層，并將其轉(zhuǎn)化成量化柵格圖層，再通過設定權重的方式開展帶權疊加分析，即可得到具有實際參考價值的分析結(jié)果。

2 土地評價地理信息系統(tǒng)的應用

2.1 評價因子及其原始柵格土層

為驗證土地評價地理信息系統(tǒng)的應用效果，本文以某工業(yè)廠房搬遷為例，簡述該系統(tǒng)的應用流程與應用效果。在廠房搬遷選址中需要對土地自然適宜性展開評價。為簡化研究，這里只考慮高程和坡度兩個關鍵因子?？紤]到這兩個因子都屬于量化指標，因此要基于所得數(shù)據(jù)構建原始柵格土層。其中，高程從相關部門獲得，直接生成數(shù)字高程圖（DEM）。而數(shù)字坡度圖則是基于數(shù)字高程圖分析而來。

2.2 獲取因子量化柵格土層

將統(tǒng)計區(qū)間的間隔設定為100m，收集數(shù)字高程統(tǒng)計信息，匯總?cè)绫? 所示。

結(jié)合表1 數(shù)據(jù)可知，該圖層區(qū)域內(nèi)最小高層為651.24m，最大高程為1401.39m。其中，高程≤851.24m 的柵格占比達到了59.374%。結(jié)合實地勘察資料，這些地區(qū)以河湖等水域為主，屬于不可用區(qū)域；851.24m～951.24m之間，柵格占比為12.239%，在整個陸域面積中（40.626%）中屬于較大部分。但是從實際出發(fā)，該區(qū)域?qū)儆谒懡唤绲貛?，如灘涂、濕地等，也不符合工程建設需要，同樣視作不可用區(qū)域。排除上述兩種情況后，對其他區(qū)間按照高程適宜性由高到低的順序進行量化分級。同時，按照“高程小、適宜性高”的標準進行賦值。將951.24m～1401.38m 區(qū)間分為4 部分，各部分的劃分標準及幅值如下：

表1 數(shù)字高程圖統(tǒng)計信息

區(qū)間1:950m～1000m，賦值為5；

區(qū)間2:1001m～1050m，賦值為4；

區(qū)間3:1051m～1100m，賦值為3；

區(qū)間4:1101m～1500m，賦值為1。

在坡度劃分方面，按照“坡度小、適宜性高”的標準進行賦值，其分級標準與區(qū)間賦值情況如下：

區(qū)間1：角度值＜3°，柵格值＜5.241，賦值為5；

區(qū)間2：角度值3°～10°，柵格值5.241～17.633，賦值為4；

區(qū)間3：角度值10°～20°，柵格值17.633～36.397，賦值為3；

區(qū)間4：角度值20°～45°，柵格值39.397～100.000，賦值為2；

區(qū)間5：角度值＞45°，柵格值＞1000.000，賦值為1。

2.3 帶權疊加分析

考慮到坡度和高程兩個因子對土地自然適宜性的影響程度不一致，因此在兩個因素疊加分析前還應科學確定兩者的權重。本文基于AHP（層次分析法）進行確權。將高程因子權重設定為0.1，坡度因子的權重設定為0.9，然后對量化柵格圖層做疊加分析，結(jié)果如表2 所示。

表2 疊加分析結(jié)果圖層及統(tǒng)計信息

由表2 數(shù)據(jù)可知，值范圍在0 以下（即適宜性評價為“低”）的柵格，占到了總柵格數(shù)的71.17%，該比例與上文中高程量化柵格圖層中“不可用區(qū)域（71.643%）”所占比例大體一致，說明在低高程區(qū)域內(nèi)，高程對土地自然適宜性評價結(jié)果有主導地位，與區(qū)域的實際情況相符。對于值范圍在[0.90，4.50]的其他區(qū)域，則同時受到高程與坡度兩個因子的綜合作用，這種情況下可以通過疊加分析結(jié)果圖層的方式開展進一步的分析。

假設坡度量化圖層中某柵格值為x，坡度權重為0.9，則對應柵格的值貢獻為0.9x。將結(jié)果圖層劃分為6 個區(qū)間，各個區(qū)間對應的權重和比例為：

區(qū)間1：＜0.9，權重為0，比例為714.70‰；

區(qū)間2：0.9～1.8，權重為1，比例為13.65‰；

區(qū)間3：1.8～2.7，權重為2，比例為54.24‰；

區(qū)間4：2.7～3.6，權重為3，比例為142.98‰；

區(qū)間5：3.6～4.5，權重為4，比例為71.35‰；

區(qū)間6：＞4.5，權重為5，比例為3.08‰。

2.4 綜合評價

在帶權疊加分析中，結(jié)合柵格區(qū)域土地適宜性的評價值可以發(fā)現(xiàn)，由于該區(qū)域內(nèi)河湖、灘涂所占面積較大，用地適宜性較高的區(qū)域相對較少。在實際的土地開發(fā)中，要想滿足該廠房搬遷重建的用地要求，需要降低用地適宜性要求。綜合來看，基于帶權疊加分析的土地評價地理信息系統(tǒng)能夠為城市規(guī)劃數(shù)字化提供必要支持，滿足實際應用要求。

結(jié)束語

現(xiàn)代城市規(guī)劃正在向數(shù)字化、智能化的方向發(fā)展，新技術的應用能夠有效克服傳統(tǒng)規(guī)劃中存在的盲目開發(fā)、資源浪費等問題，對提高土地利用價值和促進城市可持續(xù)發(fā)展有積極幫助。融合了GIS 技術、計算機技術、大數(shù)據(jù)技術的土地評價地理信息系統(tǒng)，可以通過構建GIS 模型、獲取并分析數(shù)據(jù)，以及開展帶權疊加分析等方式，對土地的經(jīng)濟效益、環(huán)境效益等展開綜合分析，進而評價土地的適宜性、可用性，為城市規(guī)劃、工程建設提供了必要的參考。下一步，要緊跟前沿技術發(fā)展趨勢，繼續(xù)將土地評價地理信息系統(tǒng)與人工智能技術、因子量化方法等相結(jié)合，從而推動城市規(guī)劃數(shù)字化水平的進一步提升。