基于GIS的安徽省主體功能區動態監測與評價研究

摘 要：深化完善主體功能區建設既是為國家新時代發展目標助力的一項重要戰略任務，也是推動經濟持續協調發展，推進生態文明建設，實現空間治理現代化的必然要求。本文以安徽省為例，結合主體功能區的實時監測與動態評價需求，在對研究區矢量數據、影像數據和統計數據進行規范處理的基礎上，按照全面性、可操作性、可比性的原則選取并構建了主體功能區監測和評價指標體系，并基于GIS的相關理論和方法，設計并實現了主體功能區監測評價與預警系統，以期為國土空間的合理規劃和發展提供科學依據和決策支持。

關鍵詞：主體功能區；動態監測；指標體系；GIS；國土空間規劃

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

隨著我國經濟的飛速發展，各地區國土空間功能建設不平衡、不充分等問題日益突出。為實現我國國土資源合理開發利用，不斷提升國土空間治理的現代化水平，黨的二十大提出了深入實施主體功能區戰略[1]。主體功能區是國家國土空間規劃的重要內容[2-4]，關乎國家空間格局的發展、生態環境空間的規劃保護以及經濟體系的持續發展[5-7]。圍繞主體功能區建設規劃開展相關研究是促進區域經濟發展的必然選擇，是構建新發展格局的戰略基礎[8，9]，其核心思想是主體功能區的劃分以及監測評價指標體系的構建，并以此為依據，建立資源環境承載能力預警機制和制度。

20世紀50年代以來，國外發達國家在規劃國土空間實施建設方面制定了類似于主體功能區的空間規劃措施[10，11]。如美國以經濟區域為基礎，聚焦于區域基礎建設和巨型都市空間建設發展，在區域協調發展上取得了明顯成效[12]。而我國在針對國土空間規劃提出了主體功能區的概念后，許多研究者相繼開始了主體功能區系統建設的探索[13-15]。目前，國內對主體功能區建設的研究主要集中于監測與評價的理論和方法。李炬霖等基于“雙評價”的主體功能區調整優化思路，對陜西省地域功能適宜性進行評價分析，提高了主體功能區建設工作的延續性，但對監測指標的宏觀集成尚未展現[16，17]；郭宇等在綠色發展評價中將主體功能區理念融合進去，突破了傳統研究區邊界限制，綜合了區域整體的空間特征，實現了長江經濟帶綠色發展評價的多維化[18]。從主體功能區績效層面出發，李旭輝等基于經濟社會發展績效建立了重點開發主體功能區的評價體系，完成了對安徽省13個重點開發主體功能區的評價分析，但尚未構建其他類別主體功能區的評價指標體系[19]。周璞等針對功能區績效評價，引入了生態位理論及預測模型，構建了具有針對性的主體功能評價指標體系，優化了國土空間開發保護格局的對策[19，20]。在層次分析視角方面，李乃強等基于經濟質量效益、產業結構對主體功能區劃分進行了優化和補充，并利用層次分析法完成了2016—2017年所研究區域重點開發區的監測評價，該方法邏輯性強，對于主體功能區評價指標權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的研究人員從地理國情的視角出發，提出了主體功能區監測與評價方法[22，23]。劉和濤等使用因子分析方法構建了監測和評估指標體系，并運用地理國情普查數據對研究區域的主體功能區規劃實施后的效果進行了評估，但指標之間自相關性較高，無法反映主體功能區的規劃和建設思路[24]。

本文從地理信息視角出發，在總結現有研究成果的基礎上，通過構建合理的主體功能區監測與評價指標體系，并利用GIS的相關理論和方法，建立安徽省主體功能區監測評價系統，實現主體功能區各項監測指標的實時監測、預警與評價，以期為各主體功能區采取差異性政策導向，促進區域統籌與科學發展提供參考。

1 數據來源與處理

1.1 數據來源

安徽省地處長江下游，位于中國華東地區，長江三角洲腹地，地理位置東經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個設區市如圖1所示。工業體系完備，布局合理，對外開放程度較高。本文依據主體功能區監測與評價的需求，選取研究區矢量數據、影像數據和人口、經濟、產業等經濟社會統計數據。

（1）矢量數據。主要包括境界數據、土地利用數據、交通數據等基礎地理數據以及氣象數據、大氣環境數據、水環境數據、森林空間分布數據、禁止開發區境界數據等資源環境矢量數據。其數據來源主要以原有1：25萬基礎地理數據庫和1：10萬土地利用數據庫為參考。

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

（3）統計數據。主要包括人口、經濟、產業等經濟社會數據以及土地資源調查數據、基本農田數據、森林統計數據等資源環境統計數據。其中經濟社會數據來源為統計年鑒，其他數據主要來源為自然資源管理部門的年度統計數據。

1.2 數據處理

進行省級主體功能區評價時，除了直觀的監測結果數據，仍有部分監測數據需要經過一定的數據處理過程，這類數據主要包括土地利用、交通等基礎地理數據以及大氣環境、水環境、森林空間分布、土壤等資源環境矢量數據。對單個指標的計算主要經過數據處理和分析計算兩個過程。首先，對初始數據進行投影轉換、矢量轉柵格、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。主要數據處理流程如圖2所示。

2 技術流程與評價方法

2.1 總體技術路線

首先，構建基礎地理空間數據庫和自然資源、環保等專題數據庫；然后，設計以資源環境承載力、經濟和社會發展、政策制定和實施為基準的監測指標體系。在此基礎上，通過指標歸一化、指標權重確定、分層評價等方法構建主體功能區監測評價指標體系，實現對主體功能區的指標評價分析，總體技術路線如圖3所示。

2.2 指標體系

2.2.1 指標選取原則

由于安徽省各縣區的功能區類型不同，在進行監測評價時所涉及的經濟、社會、資源、環境、生態等各方面因素側重點也不同。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，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，并考慮指標數量的適中程度。

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

（4）動靜結合。主體功能區的監測評價是一個長期動態的過程，需根據地區的發展情況淘汰不適用的指標，并引入新的指標。

2.2.2 指標體系構建

本文中，根據主體功能區建設內容，從社會發展、資源承載力與配套政策制定和執行三個方面構建指標體系，并在經濟社會發展評價和資源承載力評價兩個方面分別設置基礎性評價指標和具有主體功能特色的專項評價指標。其中，基礎性評價是指采取一系列基礎監測指標對各縣級行政單元的生態環境基礎要素進行評價；專項評價是指分別對重點開發區、農產品主產區、生態功能區這三類功能區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主體功能區建設情況進行評價和分析，并在省、市、縣三個層面上進行區域性綜合評價，各層次指標內容如表1所示。

（1）監測指標體系。為對主體功能區建設關鍵因子進行實時的監測與監督，遵循全面性、可操作性、可比性與動靜結合的原則，以縣級為評價單元，對省市兩級逐級綜合匯總進行監測評價。監測指標是主體功能區監測評價和預警的基礎性指標和指標集合，分為資源指標組、生態環境指標組、經濟社會指標組、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、系統層、要素層和指標層四個層次，本文的目標層采用統一的指標對主體功能區進行綜合全覆蓋的評價。系統層通過經濟社會發展評價、資源承載力評價和配套政策制定與執行評價分別構建。要素層劃分為基礎性評價要素和專項評價要素。指標層基于監測指標集由具體評價指標構成，如圖4所示。

2.3 評價方法

2.3.1 指標計算

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

其中，將永久基本農田、采煤塌陷區、難以利用土地、生態保護紅線數據進行柵格化、重分類并賦值，最后利用柵格計算器將永久基本農田、塌陷區、難利用土地和生態紅線區的處理結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、一般農林地及生態因子、地形因子、地質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果加權相加，得到較強限制性因子數據集成。

將強限制因子與較強限制因子進行柵格相乘，得到土地建設開發適宜性指數，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、最適宜的評價結果，得到土地建設開發適宜性指標的評價結果。如圖5所示的滁州市瑯琊區土地建設開發適宜性評價結果和圖6所示的滁州市南譙區土地建設開發適宜性評價結果。

2.3.2 綜合評價

對各縣區進行綜合評價時，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重，再通過加權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表文獻確定，在沒有明確標準或文獻支持時，根據安徽省各縣指標數據分布情況，通過專家經驗確定。

（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。根據指標內涵不同，采用正向（MB）、反向（LB）兩類歸一化函數進行歸一化處理。

（3）指標權重。本文采用層次分析方法確定指標權重。根據比例尺度表，見表2，構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重。

3 系統設計與實現

3.1 系統設計

系統設計包括空間數據庫設計和監測評價系統開發兩部分。其中空間數據庫采用ArcGIS SDE空間數據引擎＋Oracle的方式構建。監測與評價系統采用Microsoft Visual Studio 2012 + ArcGIS Engine Develop Kit，以框架+插件的方式進行二次開發。監測評價與預警系統主要包括主體功能區指標監測、評價、預警等模塊，總體功能結構如圖7所示。

3.2 系統實現

3.2.1 監測模塊

監測模塊是主體功能區監測評價和預警的基礎性指標和指標全集，涵蓋主體功能區建設的各個方面。首先，對已經獲取的各種基礎性指標進行計算處理，包括經濟社會指標、資源指標等。最后，對指標值進行統計分析，包括中位數、平均值、標準差等統計量。

3.2.2 評價模塊

系統評價模塊以縣區為單元，開展主體功能區建設綜合評價。對已有獲取的各種指標進行評價，首先，對各種指標進行權重分配和閾值設定，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域資源損耗趨勢的指標進行統計，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，顯示不同區域狀態，以此進行管理。

4 結語

主體功能區是在我國快速工業化、城鎮化發展時期各種區域發展問題日益突出背景下提出的一種空間發展與管制理念。本文以安徽省為例，研究了以區縣為單元的主體功能區監測與評價指標體系構建及各指標的計算與處理方法，在此基礎上，構建了主體功能區監測評價與預警系統，實現了安徽省全省各主體功能區關鍵指標的動態監測與評價，包括以縣區為單元的主體功能規劃的貫徹執行情況；區域主體功能的實現程度；以現狀評價和趨勢分析為基礎的資源環境承載力預警。基于GIS的主體功能區動態監測與評價研究可為強化國土空間規劃和用途管控，形成各具特色、優勢互補的發展格局，促進區域和諧發展提供決策輔助和技術支撐。

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