基于GIS的安徽省主體功能區(qū)動態(tài)監(jiān)測與評價研究

摘 要：深化完善主體功能區(qū)建設(shè)既是為國家新時代發(fā)展目標助力的一項重要戰(zhàn)略任務，也是推動經(jīng)濟持續(xù)協(xié)調(diào)發(fā)展，推進生態(tài)文明建設(shè)，實現(xiàn)空間治理現(xiàn)代化的必然要求。本文以安徽省為例，結(jié)合主體功能區(qū)的實時監(jiān)測與動態(tài)評價需求，在對研究區(qū)矢量數(shù)據(jù)、影像數(shù)據(jù)和統(tǒng)計數(shù)據(jù)進行規(guī)范處理的基礎(chǔ)上，按照全面性、可操作性、可比性的原則選取并構(gòu)建了主體功能區(qū)監(jiān)測和評價指標體系，并基于GIS的相關(guān)理論和方法，設(shè)計并實現(xiàn)了主體功能區(qū)監(jiān)測評價與預警系統(tǒng)，以期為國土空間的合理規(guī)劃和發(fā)展提供科學依據(jù)和決策支持。

關(guān)鍵詞：主體功能區(qū)；動態(tài)監(jiān)測；指標體系；GIS；國土空間規(guī)劃

中圖分類號：TU982" 文獻標識碼：A" 文章編號：1673-260X（2024）08-0007-06

隨著我國經(jīng)濟的飛速發(fā)展，各地區(qū)國土空間功能建設(shè)不平衡、不充分等問題日益突出。為實現(xiàn)我國國土資源合理開發(fā)利用，不斷提升國土空間治理的現(xiàn)代化水平，黨的二十大提出了深入實施主體功能區(qū)戰(zhàn)略[1]。主體功能區(qū)是國家國土空間規(guī)劃的重要內(nèi)容[2-4]，關(guān)乎國家空間格局的發(fā)展、生態(tài)環(huán)境空間的規(guī)劃保護以及經(jīng)濟體系的持續(xù)發(fā)展[5-7]。圍繞主體功能區(qū)建設(shè)規(guī)劃開展相關(guān)研究是促進區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展的必然選擇，是構(gòu)建新發(fā)展格局的戰(zhàn)略基礎(chǔ)[8，9]，其核心思想是主體功能區(qū)的劃分以及監(jiān)測評價指標體系的構(gòu)建，并以此為依據(jù)，建立資源環(huán)境承載能力預警機制和制度。

20世紀50年代以來，國外發(fā)達國家在規(guī)劃國土空間實施建設(shè)方面制定了類似于主體功能區(qū)的空間規(guī)劃措施[10，11]。如美國以經(jīng)濟區(qū)域為基礎(chǔ)，聚焦于區(qū)域基礎(chǔ)建設(shè)和巨型都市空間建設(shè)發(fā)展，在區(qū)域協(xié)調(diào)發(fā)展上取得了明顯成效[12]。而我國在針對國土空間規(guī)劃提出了主體功能區(qū)的概念后，許多研究者相繼開始了主體功能區(qū)系統(tǒng)建設(shè)的探索[13-15]。目前，國內(nèi)對主體功能區(qū)建設(shè)的研究主要集中于監(jiān)測與評價的理論和方法。李炬霖等基于“雙評價”的主體功能區(qū)調(diào)整優(yōu)化思路，對陜西省地域功能適宜性進行評價分析，提高了主體功能區(qū)建設(shè)工作的延續(xù)性，但對監(jiān)測指標的宏觀集成尚未展現(xiàn)[16，17]；郭宇等在綠色發(fā)展評價中將主體功能區(qū)理念融合進去，突破了傳統(tǒng)研究區(qū)邊界限制，綜合了區(qū)域整體的空間特征，實現(xiàn)了長江經(jīng)濟帶綠色發(fā)展評價的多維化[18]。從主體功能區(qū)績效層面出發(fā)，李旭輝等基于經(jīng)濟社會發(fā)展績效建立了重點開發(fā)主體功能區(qū)的評價體系，完成了對安徽省13個重點開發(fā)主體功能區(qū)的評價分析，但尚未構(gòu)建其他類別主體功能區(qū)的評價指標體系[19]。周璞等針對功能區(qū)績效評價，引入了生態(tài)位理論及預測模型，構(gòu)建了具有針對性的主體功能評價指標體系，優(yōu)化了國土空間開發(fā)保護格局的對策[19，20]。在層次分析視角方面，李乃強等基于經(jīng)濟質(zhì)量效益、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)對主體功能區(qū)劃分進行了優(yōu)化和補充，并利用層次分析法完成了2016—2017年所研究區(qū)域重點開發(fā)區(qū)的監(jiān)測評價，該方法邏輯性強，對于主體功能區(qū)評價指標權(quán)重確定有一定的參考意義[21]。近年來，我國測繪部門開展了地理國情普查工作，部分研究者特別是測繪系統(tǒng)的研究人員從地理國情的視角出發(fā)，提出了主體功能區(qū)監(jiān)測與評價方法[22，23]。劉和濤等使用因子分析方法構(gòu)建了監(jiān)測和評估指標體系，并運用地理國情普查數(shù)據(jù)對研究區(qū)域的主體功能區(qū)規(guī)劃實施后的效果進行了評估，但指標之間自相關(guān)性較高，無法反映主體功能區(qū)的規(guī)劃和建設(shè)思路[24]。

本文從地理信息視角出發(fā)，在總結(jié)現(xiàn)有研究成果的基礎(chǔ)上，通過構(gòu)建合理的主體功能區(qū)監(jiān)測與評價指標體系，并利用GIS的相關(guān)理論和方法，建立安徽省主體功能區(qū)監(jiān)測評價系統(tǒng)，實現(xiàn)主體功能區(qū)各項監(jiān)測指標的實時監(jiān)測、預警與評價，以期為各主體功能區(qū)采取差異性政策導向，促進區(qū)域統(tǒng)籌與科學發(fā)展提供參考。

1 數(shù)據(jù)來源與處理

1.1 數(shù)據(jù)來源

安徽省地處長江下游，位于中國華東地區(qū)，長江三角洲腹地，地理位置東經(jīng)114°54′—119°37′，北緯29°41′—34°38′，亞熱帶與暖溫帶過渡氣候帶，土地面積14.01萬平方公里，全省轄16個設(shè)區(qū)市如圖1所示。工業(yè)體系完備，布局合理，對外開放程度較高。本文依據(jù)主體功能區(qū)監(jiān)測與評價的需求，選取研究區(qū)矢量數(shù)據(jù)、影像數(shù)據(jù)和人口、經(jīng)濟、產(chǎn)業(yè)等經(jīng)濟社會統(tǒng)計數(shù)據(jù)。

（1）矢量數(shù)據(jù)。主要包括境界數(shù)據(jù)、土地利用數(shù)據(jù)、交通數(shù)據(jù)等基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)以及氣象數(shù)據(jù)、大氣環(huán)境數(shù)據(jù)、水環(huán)境數(shù)據(jù)、森林空間分布數(shù)據(jù)、禁止開發(fā)區(qū)境界數(shù)據(jù)等資源環(huán)境矢量數(shù)據(jù)。其數(shù)據(jù)來源主要以原有1：25萬基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)庫和1：10萬土地利用數(shù)據(jù)庫為參考。

（2）影像數(shù)據(jù)。主要包括低分、中分、高分三種類型影像數(shù)據(jù)。低分數(shù)據(jù)采用SPOT-VGT數(shù)據(jù)；中分數(shù)據(jù)采用TM、高分一號等數(shù)據(jù)；高分數(shù)據(jù)采用高分二號、DG系列和無人機等數(shù)據(jù)。

（3）統(tǒng)計數(shù)據(jù)。主要包括人口、經(jīng)濟、產(chǎn)業(yè)等經(jīng)濟社會數(shù)據(jù)以及土地資源調(diào)查數(shù)據(jù)、基本農(nóng)田數(shù)據(jù)、森林統(tǒng)計數(shù)據(jù)等資源環(huán)境統(tǒng)計數(shù)據(jù)。其中經(jīng)濟社會數(shù)據(jù)來源為統(tǒng)計年鑒，其他數(shù)據(jù)主要來源為自然資源管理部門的年度統(tǒng)計數(shù)據(jù)。

1.2 數(shù)據(jù)處理

進行省級主體功能區(qū)評價時，除了直觀的監(jiān)測結(jié)果數(shù)據(jù)，仍有部分監(jiān)測數(shù)據(jù)需要經(jīng)過一定的數(shù)據(jù)處理過程，這類數(shù)據(jù)主要包括土地利用、交通等基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)以及大氣環(huán)境、水環(huán)境、森林空間分布、土壤等資源環(huán)境矢量數(shù)據(jù)。對單個指標的計算主要經(jīng)過數(shù)據(jù)處理和分析計算兩個過程。首先，對初始數(shù)據(jù)進行投影轉(zhuǎn)換、矢量轉(zhuǎn)柵格、鑲嵌、重采樣等預處理；然后，再使用按掩膜提取、重分類、柵格計算等方法進行分析計算。主要數(shù)據(jù)處理流程如圖2所示。

2 技術(shù)流程與評價方法

2.1 總體技術(shù)路線

首先，構(gòu)建基礎(chǔ)地理空間數(shù)據(jù)庫和自然資源、環(huán)保等專題數(shù)據(jù)庫；然后，設(shè)計以資源環(huán)境承載力、經(jīng)濟和社會發(fā)展、政策制定和實施為基準的監(jiān)測指標體系。在此基礎(chǔ)上，通過指標歸一化、指標權(quán)重確定、分層評價等方法構(gòu)建主體功能區(qū)監(jiān)測評價指標體系，實現(xiàn)對主體功能區(qū)的指標評價分析，總體技術(shù)路線如圖3所示。

2.2 指標體系

2.2.1 指標選取原則

由于安徽省各縣區(qū)的功能區(qū)類型不同，在進行監(jiān)測評價時所涉及的經(jīng)濟、社會、資源、環(huán)境、生態(tài)等各方面因素側(cè)重點也不同。因此，在進行指標選擇時需遵循以下原則。

（1）全面性。應遵循全方面、綜合性的原則，要通過不同的綜合角度出發(fā)，全面反映評價對象。

（2）可操作性。應選取資料易得、便于計算、方法直觀的指標進行計算，并考慮指標數(shù)量的適中程度。

（3）可比性。各地區(qū)因為所屬功能區(qū)類型不同，選取的指標需在不同空間上具有可比性。

（4）動靜結(jié)合。主體功能區(qū)的監(jiān)測評價是一個長期動態(tài)的過程，需根據(jù)地區(qū)的發(fā)展情況淘汰不適用的指標，并引入新的指標。

2.2.2 指標體系構(gòu)建

本文中，根據(jù)主體功能區(qū)建設(shè)內(nèi)容，從社會發(fā)展、資源承載力與配套政策制定和執(zhí)行三個方面構(gòu)建指標體系，并在經(jīng)濟社會發(fā)展評價和資源承載力評價兩個方面分別設(shè)置基礎(chǔ)性評價指標和具有主體功能特色的專項評價指標。其中，基礎(chǔ)性評價是指采取一系列基礎(chǔ)監(jiān)測指標對各縣級行政單元的生態(tài)環(huán)境基礎(chǔ)要素進行評價；專項評價是指分別對重點開發(fā)區(qū)、農(nóng)產(chǎn)品主產(chǎn)區(qū)、生態(tài)功能區(qū)這三類功能區(qū)進行具有針對性的要素指標評價。最后通過層次分析法對各縣區(qū)主體功能區(qū)建設(shè)情況進行評價和分析，并在省、市、縣三個層面上進行區(qū)域性綜合評價，各層次指標內(nèi)容如表1所示。

（1）監(jiān)測指標體系。為對主體功能區(qū)建設(shè)關(guān)鍵因子進行實時的監(jiān)測與監(jiān)督，遵循全面性、可操作性、可比性與動靜結(jié)合的原則，以縣級為評價單元，對省市兩級逐級綜合匯總進行監(jiān)測評價。監(jiān)測指標是主體功能區(qū)監(jiān)測評價和預警的基礎(chǔ)性指標和指標集合，分為資源指標組、生態(tài)環(huán)境指標組、經(jīng)濟社會指標組、配套政策指標組四個分組。

（2）評價指標體系。評價指標體系共分為目標層、系統(tǒng)層、要素層和指標層四個層次，本文的目標層采用統(tǒng)一的指標對主體功能區(qū)進行綜合全覆蓋的評價。系統(tǒng)層通過經(jīng)濟社會發(fā)展評價、資源承載力評價和配套政策制定與執(zhí)行評價分別構(gòu)建。要素層劃分為基礎(chǔ)性評價要素和專項評價要素。指標層基于監(jiān)測指標集由具體評價指標構(gòu)成，如圖4所示。

2.3 評價方法

2.3.1 指標計算

按照上述監(jiān)測評價指標體系進行省級主體功能區(qū)評價時，首先需要完成單個指標的測算，再根據(jù)單個指標的計算結(jié)果進行綜合評價。下面以土地建設(shè)開發(fā)適宜性指標為例進行說明，介紹單個指標的計算。

其中，將永久基本農(nóng)田、采煤塌陷區(qū)、難以利用土地、生態(tài)保護紅線數(shù)據(jù)進行柵格化、重分類并賦值，最后利用柵格計算器將永久基本農(nóng)田、塌陷區(qū)、難利用土地和生態(tài)紅線區(qū)的處理結(jié)果相乘得到強限制因子集成；對于較強限制因子，將地震動峰值加速度、一般農(nóng)林地及生態(tài)因子、地形因子、地質(zhì)災害因子分別進行適宜的柵格化、重分類、賦值等操作，完成后利用柵格計算器將其處理結(jié)果加權(quán)相加，得到較強限制性因子數(shù)據(jù)集成。

將強限制因子與較強限制因子進行柵格相乘，得到土地建設(shè)開發(fā)適宜性指數(shù)，并通過重分類方法按照適宜性評價得分（index）index=0，0lt;index≤60，60lt;index≤80，indexgt;80的標準進行適宜性評價，得分標準分別對應特別不適宜、不適宜、基本適宜、最適宜的評價結(jié)果，得到土地建設(shè)開發(fā)適宜性指標的評價結(jié)果。如圖5所示的滁州市瑯琊區(qū)土地建設(shè)開發(fā)適宜性評價結(jié)果和圖6所示的滁州市南譙區(qū)土地建設(shè)開發(fā)適宜性評價結(jié)果。

2.3.2 綜合評價

對各縣區(qū)進行綜合評價時，采用線性拉伸方法進行指標歸一化處理，并利用層次分析法確定各層指標權(quán)重，再通過加權(quán)平均法計算各層次指標評價分值。

（1）指標閾值。閾值原則上按照標準或公開發(fā)表文獻確定，在沒有明確標準或文獻支持時，根據(jù)安徽省各縣指標數(shù)據(jù)分布情況，通過專家經(jīng)驗確定。

（2）指標歸一化。采用線性歸一化方法，將各指標線性拉伸至0.1—1之間。根據(jù)指標內(nèi)涵不同，采用正向（MB）、反向（LB）兩類歸一化函數(shù)進行歸一化處理。

（3）指標權(quán)重。本文采用層次分析方法確定指標權(quán)重。根據(jù)比例尺度表，見表2，構(gòu)造各影響因子判斷矩陣。首先，確定各層次指標對上一層指標的重要程度；然后，將同層次指標的重要程度相互比較，通過計算獲得各指標的權(quán)重。

3 系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)

3.1 系統(tǒng)設(shè)計

系統(tǒng)設(shè)計包括空間數(shù)據(jù)庫設(shè)計和監(jiān)測評價系統(tǒng)開發(fā)兩部分。其中空間數(shù)據(jù)庫采用ArcGIS SDE空間數(shù)據(jù)引擎＋Oracle的方式構(gòu)建。監(jiān)測與評價系統(tǒng)采用Microsoft Visual Studio 2012 + ArcGIS Engine Develop Kit，以框架+插件的方式進行二次開發(fā)。監(jiān)測評價與預警系統(tǒng)主要包括主體功能區(qū)指標監(jiān)測、評價、預警等模塊，總體功能結(jié)構(gòu)如圖7所示。

3.2 系統(tǒng)實現(xiàn)

3.2.1 監(jiān)測模塊

監(jiān)測模塊是主體功能區(qū)監(jiān)測評價和預警的基礎(chǔ)性指標和指標全集，涵蓋主體功能區(qū)建設(shè)的各個方面。首先，對已經(jīng)獲取的各種基礎(chǔ)性指標進行計算處理，包括經(jīng)濟社會指標、資源指標等。最后，對指標值進行統(tǒng)計分析，包括中位數(shù)、平均值、標準差等統(tǒng)計量。

3.2.2 評價模塊

系統(tǒng)評價模塊以縣區(qū)為單元，開展主體功能區(qū)建設(shè)綜合評價。對已有獲取的各種指標進行評價，首先，對各種指標進行權(quán)重分配和閾值設(shè)定，確保評價的準確性和客觀性。然后，對指標進行歸一化處理，消除量綱和量級的影響，使不同指標之間具有可比性。最后，對比和分析省、市指標值等得出評價指標綜合對比。

3.2.3 預警模塊

預警模塊對已獲取的各種指標值和預警值進行對比、分析和處理，包括超載分析、預警分析等。超載分析是指對近十年不同區(qū)域資源損耗趨勢的指標進行統(tǒng)計，然后與全省平均值進行對比分析，判斷資源損耗情況。預警分析是指將檢測指標值與預警值進行對比，通過分級渲染，顯示不同區(qū)域狀態(tài)，以此進行管理。

4 結(jié)語

主體功能區(qū)是在我國快速工業(yè)化、城鎮(zhèn)化發(fā)展時期各種區(qū)域發(fā)展問題日益突出背景下提出的一種空間發(fā)展與管制理念。本文以安徽省為例，研究了以區(qū)縣為單元的主體功能區(qū)監(jiān)測與評價指標體系構(gòu)建及各指標的計算與處理方法，在此基礎(chǔ)上，構(gòu)建了主體功能區(qū)監(jiān)測評價與預警系統(tǒng)，實現(xiàn)了安徽省全省各主體功能區(qū)關(guān)鍵指標的動態(tài)監(jiān)測與評價，包括以縣區(qū)為單元的主體功能規(guī)劃的貫徹執(zhí)行情況；區(qū)域主體功能的實現(xiàn)程度；以現(xiàn)狀評價和趨勢分析為基礎(chǔ)的資源環(huán)境承載力預警。基于GIS的主體功能區(qū)動態(tài)監(jiān)測與評價研究可為強化國土空間規(guī)劃和用途管控，形成各具特色、優(yōu)勢互補的發(fā)展格局，促進區(qū)域和諧發(fā)展提供決策輔助和技術(shù)支撐。

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