地理大數據與GIS平臺在國土空間規劃中的應用

饒 霞

（四川省地質工程勘察院集團有限公司，四川 成都 610000）

0 引言

截至目前我國市場經濟在逐步發展中已經走向了高速前進道路，在該時代背景下，相關國土空間規劃的研究成了有關國家資源保護局的重點關注[1]。為了更加合理地利用國土空間資源，需要從戰略性角度對其空間進行規劃。而在此過程中，我國早期出臺的國土空間規劃模式中，部分內容已無法滿足城鄉發展需求。為了滿足在新時期社會背景下，國土空間的可持續建設與主體功能完善化建設發展需求，應充分利用現有資源，并在該基礎上，不斷擴充實地調查資源，基于生態環境可持續發展層面對土地資源進行整合利用[2]。同時，也應當注意對多源數據的集成，通過對數據信息的有效使用，才能確保國土資源的可持續建設。對此，在該文的研究中，引進地理大數據技術，用該方式提高空間數據的集成性，并在GIS 平臺的支撐下，實現對數據信息與地質資源的“多規合一”。盡管與該方面相關的早期研究單位已開始執行，但由于早期技術較為落后，導致針對不同地區所采用的數據采集方式不同，而通過該方式獲取的國土空間數據也具有一定的異構特點，這也導致了國土空間規劃一直存在問題[3]。該文將在相關研究的基礎上，對此方面工作的實施進行深度設計，致力于解決國土空間在規劃過程中存在的多種問題。

1 基于地理大數據與GIS 平臺的國土空間規劃方法

1.1 基于地理大數據獲取國土空間多源數據

為了確保國土空間規劃方法設計的有效性，需要在前期工作中，對國土空間規劃產生的多源數據進行針對性獲取[4]。為此，引進地理大數據技術，利用該技術，實時獲取數據并掌握與國土地理空間相關的地質資料。基礎地理數據如表1 所示。

表1 基礎地理數據

利用大數據地理信息具有迭代更新的特點，對多源數據類型進行整理[5]。例如在獲取多源數據過程中，可參照區域地質圖示，定位區域內空間規劃密集點或空間規劃稀疏點，并使用云計算技術，對信息數據的交叉密度進行計算，計算過程中，對多源數據進行共享處理，并按照文件的分布式存儲方式，進行MPP 處理。

提出的處理步驟中包括測繪地理空間信息、數據采集、數據共享與數據生產。在測繪空間信息時，應使用遙感技術與衛星定位技術，對獲取的空間影像數據、基礎地質數據、地理環境數據與其他信息進行針對性獲取[6]。在完成數據的獲取后，按照獲取數據的順序與空間時序，將其導入ArcGIS平臺內，與此同時，建立空間數據表，在數據庫表格中創建索引引擎，將多源數據導入地理空間數據中心內，數據中心應當涵蓋基礎數據信息庫、地理專業信息庫、管理類信息庫與其他數據庫。

在上述提出內容的基礎上，使用“3S 技術”與物聯網通信技術，構建地理空間幾何的精準模型[7]。由于在此過程中，使用地理大數據處理數據的自由度更高，且采集的數據信息中不乏大量的空間碎片數據。因此，需要在獲取數據與導入數據過程中，對半結構化數據進行格式轉換，并提取其中的價值信息進行指定庫構建，以此種方式完成對國土空間多源數據的高效率獲取。

1.2 基于GIS 平臺轉換國土空間多源數據結構

在完成對國土空間多源數據的有效獲取后，對獲取的數據信息進行結構轉化。考慮到上文提出的數據庫中信息主要為多源非結構化數據，該數據在國土空間規劃中的利用率相對較低，因此需要結合GIS 平臺的使用，掌握不同數據集合中空間數據的關系，并使用空間坐標距離、空間物體角度、高度與地理位置等信息，對其進行國土空間內部實體關系的描述[8]。GIS 平臺下國土空間規劃系統結構如圖1 所示。

圖1 GIS 平臺下國土空間規劃系統結構

而要執行上述行為，其前提條件為清洗地理信息數據，根據GIS 平臺的常規化運營方式，對國土空間多源數據進行清洗的基礎性流程為數據格式預處理（統一化處理）—確定數據清洗使用的算法—基于GIS 的數據挖掘—數據后期核查—數據輸出[9]。細化數據清洗的步驟，如圖2 所示。

圖2 國土空間多源數據清洗流程

在上述圖1 所示的流程中，數據清洗算法可用如下計算公式表示。

式中：ω為數據清洗算法；e為算法識別參數；τ為空間數據坐標轉換過程；n為國土空間多源數據；p為多源數據所屬類型；v為數據量或數據規模。根據上述計算公式，對國土空間多源數據進行處理，在完成該步驟工作后，為了避免處理的數據中出現信息沖突或信息交叉問題，需要借助統一標準與通信協議，將完成處理的數據導入GIS 平臺中。尤其針對一些獲取渠道較為復雜的數據，更是需要進行顯示數據的異構性處理。只有確保國土空間多源數據在保持統一結構與標準格式的前提下，才能將數據按照指定流程存入終端信息庫。

1.3 融合數據規劃國土空間位置關系

在完成上述相關研究后，使用全站儀與激光測繪掃描方法，對國土空間數據與規劃空間數據進行融合，并在多源平臺內傳輸數據，按照“數據建模—數據存儲—數據集成—數據分析—算法計算”的流程，輸出國土空間區域內存在的價值數據與待規劃空間。同時，根據國土空間地理信息、區域人口與區域戶籍普查信息、集體經濟調查信息、歷史文物調查信息等成果信息，在計算機終端提交數據。

在該基礎上，對國土空間位置進行分區處理，分區過程中需要融合現有的信息進行高程坐標處理。采用PMLSM 數學模型，對坐標變換原理進行分析，在旋轉坐標系下，可認為國土空間位置關系與獲取的多源數據存在某種等效關系，因此對其關系進行調度處理的方式為對稱與垂直相位規劃2種方式。

總之，在對國土空間進行規劃的過程中，需要從三維角度與立體化角度對該方面工作的實施進行詮釋，并在該過程中，融合區域供給側改革政策執行工作，用該方式確保終端提出的國土空間規劃方案在投入市場使用中是具有實用性的。

1.4 某省地理大數據與GIS 平臺應用實例

近年來，在國土空間測繪工作過程中，某省通過利用大數據技術和GIS 平臺獲取豐富的數據信息資源，如各種地形圖，其中 1 ∶ 1000 地形圖主要覆蓋了地級市主城區；地理影像數據采集主要包括2005 年至2019 年的多層次、多時段衛星監測數據，在城市和農村地區，通過對目錄的調查，確定每個中心地區目錄采集的準確數據，對國土資源管理中的“收集、補充、登記、檢查”等各類授權信息實行統一管理。特別是根據第二次國土調查的結果。實施土地空間信息有效編制，統一編制轄區各級城市土地利用規劃信息，設計形成統一的規劃管理圖、土地利用規劃圖和“一書三證”規劃管理信息等。此外，某省建立三維城市模型、礦產資源與執法模型、電子政務模型和專題數據模型，其中包括海量自然資源數據，測繪地理信息的人文資源和經濟資源，建立某省地理信息系統大數據分析體系，如圖3 所示。

圖3 某省地理信息系統大數據分析體系

2 對比實驗

2.1 實驗準備

該文通過引入地理大數據技術和GIS 平臺技術提出了一種針對國土空間規劃的新方法，為了保證該方法能夠在國土空間測繪中得到應用，該文選擇以某國土空間測繪部門的整個工作過程作為實驗背景，在其中分別引入該文規劃方法和傳統規劃方法對特定區域范圍內的國土空間進行規劃。將該國土空間測繪部門勘測到的全部信息資料進行提取，為2種規劃方法提供條件，包括各種比例尺地形圖、地理信息影像數據、地質災害數據、儲量地理數據等。將需要進行測繪的區域平均劃分，并對其分別標號為A、B、C、D、E，綜合運用該文上述規劃設計語言和傳統規劃方法中相關規劃設計方法，根據需要進行測繪的5 個區域部分的勘測數據，分別制作5 幅國土空間規劃地圖，分別對10 幅圖進行比較。將該文規劃方法制作的地圖標號為A1、B1、C1、D1 和E1；將傳統規劃方法制作的地圖標號為A2、B2、C2、D2 和E2，對2 種規劃方法下得出的地圖質量進行評價，以此驗證2 種國土空間規劃方法的應用優勢。

2.2 實驗結果與結論

對地圖質量評價的方式較多，結合該文實驗背景，選擇將地圖承載力評價作為該文實驗的地圖質量評價方法。在該方法中評價指標包括土地空間規劃地圖符號、注記和色彩，根據土地空間規劃地圖承載力得出如下土地空間規劃地圖質量定量計算公式：

式中：P為地圖質量定量結果；Wi為某一影響因子i的評價權值；Vi為某一影響因子i的評價標準值；N為所有影響規劃地圖質量的影響因子個數。根據上述公式，對上述實驗準備中的10 幅國土空間規劃地圖的質量進行評分，并將結果記錄如表2 所示。

表2 實驗結果對比表（總分：5.0 分）

從表1 兩種不同國土空間規劃方法下的地圖綜合質量評價結果可以看出，該文規劃方法地圖質量更高，均達到4.00分以上，而傳統規劃方法地圖質量均在1.00～3.50分范圍以內，對于國家空間測繪部門提出的規劃質量要求而言，傳統規劃方法嚴重不符。因此，通過對比實驗證明，該文提出的規劃方法在實際應用中能夠結合所規劃區域的實際情況，提出更加合理的規劃方法，從而實現對國土空間資源的合理利用。

3 結語

該文提出一種基于地理大數據與GIS 平臺的國土空間規劃方法，分別從獲取國土空間多源數據、轉換國土空間多源數據結構、規劃國土空間位置關系3 個方面，對其進行了深入的分析，并在完成該方法的設計后，將該方法與傳統方法規劃后的成果進行對比，根據實驗結果可知，該文提出的規劃方法在實際應用中能夠結合所規劃區域的實際情況，提出更加合理的規劃方法，從而合理利用國土空間資源。對于國土資源的可持續發展而言，該文設計的方法所存在的價值是相對較高的，因此，可在后期的相關研究中，持續對該文設計方法進行深化，用該方式解決傳統方法存在的不足，落實對國土空間資源的高效率利用。