基于GIS 技術的土地利用規劃設計探究

黃鵬

（武漢市政工程設計研究院有限責任公司，湖北 武漢 430000）

探究基于GIS 技術的土地利用規劃設計，需明確GIS 技術的基本定義，參考具體的實際案例來研究GIS技術的應用途徑，構建對應的應用系統，選擇適宜的管理平臺，以此來發揮出土地的最大利用效果。

1 GIS 技術概述

GIS，即Geographic Information Systems，意思為地理信息系統，指的是用于地理數據信息獲取、處理、綜合、分析、查詢、存儲、顯示等的計算機系統，該項地理系統的綜合利用需計算機技術、地理科學等加以支撐，通過計算機與各項信息化設備來對各個方面的地理空間數據信息加以組織→管理→統計→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：計算機、空間數據庫、地理信息系統軟件、圖形用戶界面、分析應用模型等，將其應用在土地利用規劃設計方面，可提升設計效率與效果，降低設計開支，保證土地的合理利用[1]。

2 GIS 技術在土地利用規劃設計中的應用

結合土地利用規劃設計流程，研究GIS 技術的具體應用方法，從以下數點加以分析：

2.1 地理信息系統設計

2.1.1 數據庫管理軟件。就當前階段的數據庫管理軟件來說，關系型數據庫逐漸占據主流，因本地理信息系統中會涉及到大量的數據信息，因此應保證數據庫本身的容量空間，可選擇Oracle、SQL Server 等性能優勢過關的大型數據庫，對比分析，Oracle 更具高效穩定性，且其空間數據管理模塊能夠管理GIS 中的各項空間數據；但從價格方面來講，SQL Server 更低，考慮到后續系統需推廣應用，且系統數據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，故而選擇的數據庫管理軟件為SQL Server2019。Oracle 整體表現形式如圖1所示。

圖1 Oracle 整體表現形式圖

2.1.2 GIS 平臺。市場上有著多種多樣的GIS 平臺，在進行GIS 平臺軟件選擇時，需綜合考慮以下各個方面需求：軟件數據整體兼容性，其中數據格式兼容、更新以及交換等問題一直是阻礙系統建設與應用的瓶頸問題；此外，需明確的是，只有選擇大型關系數據庫管理數據，才可開展后續高效的數據查詢、訪問、統計分析以及數據更新等，故而可選擇ArcGIS 數據管理平臺來實現對各項土地利用數據的管理[2]。

2.2 系統結構架構

系統架構如圖2 所示，選擇GeoDatabase 進行數據存儲，以Arcmap 數據引擎管理數據，以ArcGIS 開發包建設GIS。在系統架構與設計過程中需遵循以下原則：實用性、一致性、先進性、模塊化、安全性、兼容性、可擴充性原則。

圖2 系統架構圖

2.3 系統開發設計

2.3.1 選擇系統基礎平臺。在選擇系統基礎平臺時應考慮土地利用規劃設計各個階段的需求，并可適應未來階段的拓展應用，對比分析ArcGIS 平臺、MapInfo 平臺、MapGIS 平臺、SuperMap 平臺，發現ArcGIS 平臺在二次開發、支持多項數據格式上有著較大的優勢，故選擇其作為開發平臺[3]。

2.3.2 選擇開發語言、開發工具。分析Archaist 組件庫各項組件，可將其在邏輯層面劃分為三個部分，如下所示：其一，基本服務。主要組件為ArcObjects，其主要作用是協助協同來完成對其他組件的調用，以此來發揮出特定的功能作用；其二，數據存取。主要涉及到矢量數據、柵格數據等，以此為基礎構建對應的數據庫，達到功能標準要求；其三，地圖表達。以數據庫為基礎，在各個重要位置構建帶有標識的地圖功能管理體系；在選擇適宜的開發語言時，可利用C#，其語法簡單易操作，并與WEB 關聯緊密，能夠利用NET Framework 代碼庫中的各項功能[3]。Archaist 組件庫各項組件能夠滿足系統開發設計所需。

其中ArcObjects 表現形式如下所示：

Map Class

Properties Methods

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

MapUnits (6234233.32,5234234.56) ClearSelection

2.4 土地利用規劃系統功能結構

分析GIS 技術的靈活應用方式，并以此為基礎建立對應的規劃系統，其功能主要表現在以下數點：

2.4.1 基本功能。指的是利用系統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、面積計算等。

2.4.2 土地利用現狀分析。分析對象主要指的是：土地空間特征與利用結構、土地利用生態與動態變化、土地開發現狀等。

2.4.3 土地利用評價。針對的是土地利用效益評價、適宜性評價。

2.4.4 土地需求預測。主要針對的是城鎮用地預測、農用地預測、人口預測、水利實施預測等。

2.4.5 規劃指標與分解。包括指標維護、指標執行統計、年度指標管理等。

2.4.6 土地結構優化。主要涉及到土地利用方面的結構調整、分區布局等。

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 規劃成果管理。指的是圖件成果管理、文本成果管理。

2.5 數據庫構建

2.5.1 構建數據庫。在建設數據庫時，要求綜合分析土地當前階段的利用現狀，參考當地對土地利用各個階段數據信息的利用、整合情況，完成對土地規劃基數、數據格式的合理轉換，獲取完整的土地利用數據庫；同時，在土地利用數據庫中增添新建用地、土地整治等方面的數據信息，更新數據信息結構，提取其中的核心要素，實現對其的綜合化、一體化管理，以此來形成切實可用的規劃數據庫。土地利用規劃數據庫的整個建設流程如圖3 所示。

圖3 土地利用規劃數據庫建設流程圖

2.5.2 數據庫構建目標。其一，要求具備統一的數據庫標準與格式，可儲存各個方面的屬性與空間信息，保證各個階段土地利用數據信息準確性、完整性，分析當前土地利用數據信息，為后續的統一查詢、研究提供數據支撐；其二，規劃數據與一體化現狀，結合標準屬性條件完成數據可視化成圖，準確展示同一區域范圍內基期年、目標年的土地利用信息，實現對本質上存在緊密聯系的屬性與圖形數據一體化成庫，更易展開后續的對比分析；其三，要求土地規劃利用設計實施資料豐富完整，可通過數據庫來完成相應數據的實時查詢、分析等操作[5]。

2.5.3 關鍵技術解析。其一，提取各個階段的土地利用歷史數據，并與現階段的利用成果進行對比分析。可要求相關技術人員直接從從全國第二次土地調查的現狀數據庫中提取源數據，可選擇以MapGIS 平臺來完成；而部分管理人員在利用ArcGIS 工具在構建土地利用規劃數據庫時，其會面臨以下問題：如何通過適宜的方式來將MapGIS 格式文化直接轉換為普通形式的ArcGIS格式，但需注意，在進行格式轉化時會有一定機率出現面積誤差、拓撲錯誤等狀況，故而為保證順利轉換，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、數據與其現存的連接關系展開有機組合，通過模型來完成對各個方面復雜數據的針對性處理，提升處理效果。整個模型構建過程，是通過Select Layer by Attribute 系統來提取目標區域中的基期地類圖斑，分析圖斑具體形態，再借助Feature to Polygon、Feature to Point、Polygon to Line 等進行成點成面處理，確保在基期地類圖斑進行拓撲時不會出現明顯的誤差問題；其后選擇在對應的模塊中加入Python 語言程序，控制目標對象來完成相應程序的編制與入庫。此后再結合土地利用現狀，借助上述方式完成各個區域點、線、面數據的提取、入庫；其二，規劃要素變更技術。在建設數據庫的過程中，會因各個方面的影響而出現規劃要素變更，涉及到圖斑切割、合并與土地利用面積計算等，在以往的修改時是對基期地類圖斑、前期規劃要素、變更規劃要素疊加，并對各項指標加以核對，但是該種方式耗費的人力、時間多，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要素，并通過空間位置關聯法、面積分攤法對各種規劃地類面積、合并圖斑面積、切割面積加以計算，實現自動化規劃要素的統計與變更，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，具備一定的實時性。

Csa=Dr×W×L

其中Csa、Dr、W、L 分別指的是現狀地物面積、扣除比例、寬、長，需結合其實際值來進行計算。

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、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算土地規劃利用過程中的系列相關面積，以此來提升土地規劃利用效果。

2.5.4 數據檢查。在數據入庫前、出庫后都需安排檢查工作，糾正其中的錯誤，檢查內容包括：拓撲檢查、屬性檢查、圖形檢查，以確保各項地理空間數據的準確性與有效性[6]。

3 應用實例分析

3.1 案例簡述

以云南省昆明市呈貢縣為例，研究GIS 技術在土地利用規劃設計中的應用。呈貢區是昆明市政府駐地，轄區面積461 平方公里，包括七甸、洛羊、大漁、馬金鋪、烏龍等十個街道，研究GIS 的實際應用過程，可在對應的影像庫來收集該地區的影像資料，其后再借助對應的軟件來完成圖像提取、裁剪與修正、配準，并進行農業、水域、綠地等區域信息的直接提取。

3.2 具體應用過程

在提取信息后，對比分析呈貢縣1989 年、2002 年、2006 年、2016 年土地規劃利用情況，展示呈貢新區在建設過程中的土地利用規劃變化圖，制作呈貢新區數字化地圖，包括大學城、市政府等主要區域。具體應用步驟如下所示：其一，獲取目標圖像信息、邊界等；其二，完成圖像裁剪、修正與處理等，得到該區域的遙感圖數據信息；其三，分析各個區域的實際地形地貌特征，直接導出地圖格式，并與呈貢新區展開對比分析；其四，通過數字化地圖來展示呈貢新區的雨花片區、吳家營、大學城、市政府等區域；其五，繪制呈貢縣1989 年、2002 年、2006 年、2016 年農業區域、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 指的是農業區面積，4 指的是其他土地用地。

圖4 呈貢縣土地利用規劃比例直方圖

3.3 結果分析

觀察圖1 可知，自1989 年呈貢縣在農業區域、水域、綠地等方面的面積變化，在人口逐步增長的環境下，城市用地、農業用地面積不斷增加，水域面積則因地區天氣干燥等因素退縮，林地面積亦在減少。后續在呈貢新區成立，大學城、市政府搬遷后呈貢人口數量直線上升，綠化面積加大，各個方面的指標亦在緊隨時間推移而出現對應的變化。實現GIS 技術在土地規劃利用中的利用，可準確把握各項用地變化，這對地區農業、經濟等方面的額發展具備一定程度的指導意義[7]。

綜上，文章基于GIS 技術的土地利用規劃設計進行了論述與分析，研究了其重要性與必要性，建議給與其足夠的重視，分析GIS 技術在應用中的重點與要點，把握影響因素，以此來發揮出GIS 應有的價值與效果，優化整個土地利用規劃設計過程。