徐明霞

(陜西國防工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，陜西 西安 710300)

1 智慧城市土地利用規(guī)劃的邏輯思考

智慧城市的理解可從狹義與廣義兩個層面來展開[1-3]。在狹義層面，智慧城市指借助互聯(lián)網(wǎng)對城市管理的方方面面進行聯(lián)結(jié)與感知，建立起網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)與城市物理環(huán)境的相互聯(lián)系，感知城市物理環(huán)境的各種變化，實時跟蹤與更新城市數(shù)據(jù)，同時，以云計算等先進技術(shù)手段為支持，整理、分析并預(yù)測城市數(shù)據(jù)，對交通、醫(yī)療等民生領(lǐng)域以及政務(wù)辦理等公共領(lǐng)域均有所涉及，在此過程中實現(xiàn)城市生活的數(shù)字化、智能化以及城市資源的優(yōu)化配置，改善城市生活質(zhì)量，提高其可持續(xù)發(fā)展水平；在廣義層面，智慧城市體現(xiàn)的是一種智能化的城市問題解決思路與辦法，連接城市個體因素，進行有機系統(tǒng)的打造，通過互聯(lián)網(wǎng)、云計算等技術(shù)執(zhí)行對城市物理環(huán)境的精準感知與預(yù)測任務(wù)，達到科學(xué)決策的目的。

“城市建設(shè)，規(guī)劃先行”[4]，智慧城市規(guī)劃，尤其是土地利用規(guī)劃是推動智慧城市建設(shè)的重要基礎(chǔ)。在智慧城市建設(shè)背景下，土地利用規(guī)劃鼓勵系統(tǒng)、智慧、動態(tài)地思考與解決城市土地利用的各種問題，以系統(tǒng)化、結(jié)構(gòu)化、智能化的技術(shù)與工具為支持，科學(xué)分析城市土地大數(shù)據(jù)，審視城市土地資源條件、功能布局、支撐體系等內(nèi)容，制定科學(xué)與合理的智慧城市土地利用規(guī)劃方案。具體地，城市土地利用規(guī)劃應(yīng)是對傳統(tǒng)土地規(guī)劃理論的深化與拓展，應(yīng)從規(guī)劃初始階段嵌入“智慧”理念：①注重頂層設(shè)計，面向城市本身層次及土地利用需求，因地制宜，將城市特色體現(xiàn)出來；②提高對近期建設(shè)規(guī)劃的重視，將信息技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)作為重點，進行智慧城市土地利用“神經(jīng)”的搭建；③中期規(guī)劃逐步向智慧土地應(yīng)用的領(lǐng)域拓展，進一步結(jié)合土地的空間功能，提升品質(zhì)，增強土地利用的可持續(xù)發(fā)展能力。

2 土地利用規(guī)劃的GIS技術(shù)需求

2.1 土地利用規(guī)劃設(shè)計與GIS技術(shù)

土地利用規(guī)劃設(shè)計是一種由各級人民政府組織編制的長期性戰(zhàn)略規(guī)劃，指在一定的規(guī)劃區(qū)域內(nèi)，結(jié)合區(qū)域內(nèi)的自然與社會經(jīng)濟條件以及國民經(jīng)濟發(fā)展需求，在不同的部門之間進行土地資源的科學(xué)配置，統(tǒng)籌協(xié)調(diào)并合理安排土地開發(fā)、利用、整治與保護，以對土地利用結(jié)構(gòu)及布局的確定與調(diào)整為核心，目的在于實現(xiàn)宏觀調(diào)控及對各業(yè)用地的均衡。

GIS是對地理數(shù)據(jù)執(zhí)行輸入、存儲、查詢、分析與顯示等各項操作的計算機系統(tǒng)，包括計算機系統(tǒng)、地理數(shù)據(jù)與用戶，在集成、存儲、檢索、操作與分析地理數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，生成并輸出各類地理信息，為土地利用、資源管理、環(huán)境監(jiān)測、交通運輸、經(jīng)濟建設(shè)、城市規(guī)劃以及政府各部門行政管理等提供信息支撐，服務(wù)于工程設(shè)計與規(guī)劃、管理決策等各項工作。

現(xiàn)階段，GIS已進入用戶時代，普遍對面向?qū)ο蟮能浖夹g(shù)[5]予以采用，二次開發(fā)能力得到了可靠的保證，可實現(xiàn)空間數(shù)據(jù)與屬性數(shù)據(jù)的一體化存儲。

2.2 土地利用規(guī)劃設(shè)計對GIS技術(shù)的需求

我國經(jīng)濟的持續(xù)快速增長以及城市化進程的加快提升了影響土地利用規(guī)劃各項因素的多元化、動態(tài)化與復(fù)雜化程度，傳統(tǒng)土地利用規(guī)劃設(shè)計的方式方法及技術(shù)手段已難以對規(guī)劃影響因子的時空演變規(guī)律進行準確與實時的反映。土地利用規(guī)劃設(shè)計應(yīng)基于傳統(tǒng)方式方法及手段做出相應(yīng)的改進，以GIS、GPS等先進技術(shù)手段為支持，對規(guī)劃設(shè)計的科學(xué)性、動態(tài)性及彈性予以強化，能動地實現(xiàn)土地利用規(guī)劃設(shè)計的動態(tài)修正[6]。

1)土地利用規(guī)劃設(shè)計的科學(xué)性

土地利用規(guī)劃是統(tǒng)籌土地資源開發(fā)、利用、治理與保護的戰(zhàn)略性規(guī)劃，對很多因素均有涉及，需綜合考慮土地利用、土壤、水文、地質(zhì)、社會以及經(jīng)濟等諸多方面，對各部門的用地需求進行協(xié)調(diào)，科學(xué)調(diào)整土地利用結(jié)構(gòu)與布局。所以，規(guī)劃設(shè)計工作僅僅依靠人員的主觀判斷是難以確保其科學(xué)性的。GIS技術(shù)具有強大的空間分析功能，應(yīng)用于土地利用規(guī)劃設(shè)計中，可對種類繁多、數(shù)量龐大的空間與屬性數(shù)據(jù)進行鏈接與統(tǒng)一管理，在統(tǒng)計分析過程中為土地利用規(guī)劃設(shè)計發(fā)揮輔助作用，促進土地利用規(guī)劃設(shè)計向定性結(jié)合定量的方向發(fā)展，確保其科學(xué)性。

2)土地利用規(guī)劃設(shè)計動態(tài)性

土地利用系統(tǒng)有很多不確定的因素，在進行規(guī)劃設(shè)計之時，應(yīng)多次論證，不斷征求專家意見，經(jīng)領(lǐng)導(dǎo)小組審議得出規(guī)劃方案、技術(shù)報告等規(guī)劃成果。加之土地利用規(guī)劃或多或少地會存在對社會經(jīng)濟發(fā)展預(yù)測的偏差，在規(guī)劃設(shè)計過程中，應(yīng)經(jīng)常比較規(guī)劃狀態(tài)與實際情況，差距一旦拉大，需及時結(jié)合實際情況作出修改。GIS技術(shù)的引入既可動態(tài)監(jiān)測土地利用的變化，又能大幅度減少規(guī)劃反復(fù)調(diào)整的工作量，提高工作效率，為規(guī)劃人員更加科學(xué)地進行規(guī)劃設(shè)計提供幫助。

3)土地利用規(guī)劃手段現(xiàn)代化

計算機及其相關(guān)軟件有十分廣泛的應(yīng)用，可為土地利用規(guī)劃設(shè)計提供海量信息以及數(shù)據(jù)快速處理服務(wù)。GIS技術(shù)融合計算機圖形與數(shù)據(jù)庫，可很好地采集、存儲、更新、分析與輸出空間數(shù)據(jù)，將其應(yīng)用于土地利用規(guī)劃設(shè)計中是規(guī)劃手段現(xiàn)代化的體現(xiàn)，可以輔助規(guī)劃設(shè)計，為規(guī)劃的編制與修訂、實施與管理提供便利，符合土地利用規(guī)劃設(shè)計的內(nèi)在技術(shù)手段要求。

3 土地利用規(guī)劃設(shè)計具體應(yīng)用中的GIS技術(shù)

ArcGIS、MGE、MapInfo等是當(dāng)今社會應(yīng)用較多的GIS軟件，且以ArcGIS的市場占有率最高、應(yīng)用最廣泛、空間分析功能最全面[7]。根據(jù)土地利用總體規(guī)劃的實際工作經(jīng)驗，結(jié)合GIS理論及實踐，將ArcGis作為平臺，以數(shù)據(jù)庫建設(shè)為例，研究其在土地利用規(guī)劃設(shè)計實際應(yīng)用中的關(guān)鍵技術(shù)。

3.1 數(shù)據(jù)庫建設(shè)構(gòu)思

土地利用規(guī)劃數(shù)據(jù)庫以土地利用現(xiàn)狀數(shù)據(jù)庫為基礎(chǔ)，根據(jù)城市行政轄區(qū)對土地利用數(shù)據(jù)進行切割，執(zhí)行對數(shù)據(jù)格式與規(guī)劃基數(shù)的轉(zhuǎn)換任務(wù)，獲取土地利用現(xiàn)狀數(shù)據(jù)庫；之后，添加新增建設(shè)用地、重點建設(shè)項目以及土地整治等土地規(guī)劃要素，將現(xiàn)狀數(shù)據(jù)更新為規(guī)劃數(shù)據(jù)，基于總體規(guī)劃要素對專題要素進行提取，達到規(guī)劃數(shù)據(jù)同現(xiàn)狀數(shù)據(jù)的鏈接目的，以此實現(xiàn)一體化的規(guī)劃數(shù)據(jù)庫建設(shè)。圖1所示為土地利用規(guī)劃數(shù)據(jù)庫的建設(shè)流程。

圖1 數(shù)據(jù)庫建設(shè)技術(shù)路線

土地利用規(guī)劃數(shù)據(jù)庫建設(shè)目標[8]如下：①有統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫格式與標準，可存儲大量空間與屬性信息，確保城市土地利用數(shù)據(jù)的完整拼接，且對土地利用現(xiàn)狀數(shù)據(jù)及規(guī)劃成果進行完好保存，為準確而統(tǒng)一的管理查詢提供便利；②一體化現(xiàn)狀與規(guī)劃數(shù)據(jù)，按照所需屬性條件將數(shù)據(jù)可視化成圖，直觀表達同一區(qū)域基期年與目標年兩個時點的土地利用信息，對在本質(zhì)上具有密切聯(lián)系的圖形與屬性數(shù)據(jù)一體化成庫，為對比分析提供便利；③土地規(guī)劃實施資料要完整，數(shù)據(jù)庫提供強大的數(shù)據(jù)查詢、統(tǒng)計分析等功能，提高國土部門管理、審批、登記、發(fā)證等工作效率。

3.2 關(guān)鍵技術(shù)

1)現(xiàn)狀數(shù)據(jù)提取與入庫技術(shù)

在土地利用規(guī)程對數(shù)據(jù)庫成果所提的要求中，進行土地利用規(guī)劃數(shù)據(jù)庫建立之時，源數(shù)據(jù)應(yīng)由全國第二次土地調(diào)查的現(xiàn)狀數(shù)據(jù)構(gòu)成，大多以MapGIS平臺為基礎(chǔ)而形成。對于用ArcGIS工具建立土地利用規(guī)劃數(shù)據(jù)庫的人員而言，首要面臨的問題即將MapGIS格式文件轉(zhuǎn)換為ArcGIS通用格式。出于對轉(zhuǎn)換后數(shù)據(jù)存在拓撲錯誤與面積誤差等問題的考慮，為便于修改，運用ArcGIS提供的圖解建模工具Model Builder對輸入與輸出數(shù)據(jù)、空間處理工具及它們之間存在的連接關(guān)系進行有機組合，在模型中執(zhí)行對復(fù)雜數(shù)據(jù)處理過程的封裝與集成操作，達到簡化與高效化數(shù)據(jù)處理的目的。在建立模型的過程中，主要用Select Layer by Attribute從全區(qū)地類圖斑數(shù)據(jù)中將基期地類圖斑提取出來，之后借助Polygon to Line、Feature to Point、Feature to Polygon等工具重新成點成面，完成對基期地類圖斑拓撲錯誤的修改。通過在模塊中加入Python語言操作ArcObject組件對象編寫自定義的Copy Feature工具，可完成基期數(shù)據(jù)自動入庫。利用同樣的方法，可進行數(shù)據(jù)庫中各種點、線、面數(shù)據(jù)的全區(qū)提取與入庫處理。

2)規(guī)劃要素變更技術(shù)

在建設(shè)土地利用規(guī)劃數(shù)據(jù)庫的過程中，建庫者經(jīng)常會遇到規(guī)劃要素的變更問題，對圖斑的切割與合并以及相關(guān)土地利用面積的計算有所涉及。以往，建庫者采用的修改方面是重新對變更的規(guī)劃要素、前期的規(guī)劃要素以及基期地類圖斑進行疊加，執(zhí)行對指標的核對任務(wù)，該方法工作量大，耗費時間與人力多。利用ArcGIS的Model Builder生成Modify TDGHDL模型，可方便地完成疊加前期土地利用規(guī)劃地類圖斑與所需變更規(guī)劃要素的操作，同時，運用面積分攤法與空間位置關(guān)聯(lián)法對涉及到的切割、合并圖斑面積與規(guī)劃地類面積等相關(guān)面積進行計算，自動化規(guī)劃要素的變更。以下為具體的計算公式：

(1)

式(1)中，Panew為新圖斑面積，Paorg為原圖斑面積，Saorg為原形狀面積，Sanew為新形狀面積。

Csa=L×W×Dr

(2)

式(2)中，Csa為現(xiàn)狀地物面積，L、W、Dr分別為長、寬、扣除比例。

Fra=[Panew-Csa-Sa]×Tc

(3)

式(3)中，F(xiàn)ra為田坎面積，Tc為田坎系數(shù)，Panew為圖斑面積(新)，Csa為現(xiàn)狀地物面積，Sa為零星地物面積。

NPa=Panew-Fra-Csa-Sa

(4)

式(4)中，NPa為圖斑凈面積，Panew為圖斑面積(新)，F(xiàn)ra為田坎面積，Csa為現(xiàn)狀地物面積，Sa為零星地物面積。

該方法在計算土地相關(guān)面積之時有很高的準確率[9]。

3)數(shù)據(jù)拼接技術(shù)

考慮到數(shù)據(jù)的龐大性以及行政轄區(qū)的經(jīng)濟發(fā)展，很多建庫者在建立城市土地利用規(guī)劃數(shù)據(jù)庫之時多對分行政區(qū)的形式予以采用，但成果的上報要求進行城市匯總數(shù)據(jù)庫的提交，怎樣短時間內(nèi)達到高效拼接數(shù)據(jù)的目的十分關(guān)鍵。此處采用C#語言編譯程序，基于ArcEngine的Geoprocessor類，對ArcGIS的append工具條進行調(diào)用，循環(huán)各行政區(qū)的mdb數(shù)據(jù)庫，根據(jù)具體的類別將要素集中數(shù)據(jù)在目標數(shù)據(jù)層中拼接，以下為其簡略算法：

Geoprocessor geoprocessor = new Geoprocessor();//進行g(shù)eoprocessor類的新建

Append process = new Append();

Geoprocessor.OverwriteOutput = true;//進行文件可覆蓋的設(shè)置

for (int i = 0; i < this.chklstLyr.Items.Count;i++)//完成對數(shù)據(jù)的逐步拼接

{if (this.chklstLyr. GetItemChecked(i))//對數(shù)據(jù)的有效性進行檢查

{for (int j = 1; j < (this.IstFileNames.Count- 1);j++)

{object obj2 = process.inputs;

Process.inputs = string.Concat (new object[]

{obj2, this.IstFileNamers [j].FullName, @“

DataSet”,

Geoprocessor.Execute(process,null);

Process.inputs = “”;}}

4 結(jié) 語

針對當(dāng)前智慧城市建設(shè)過程中城市土地利用及其規(guī)劃規(guī)存在的模擴張過快、規(guī)劃功能重疊、效率低下、結(jié)構(gòu)與空間布局不合理以及信息管理不完善等問題，GIS作為集信息處理、空間分析以及科學(xué)管理等于一體的綜合系統(tǒng)，其發(fā)展趨勢同城市土地利用與規(guī)劃問題可相互補充與促進[9]。一方面，充分把握GIS技術(shù)的發(fā)展趨勢，對城市土地利用規(guī)劃提供技術(shù)支持；另一方面，以城市土地利用規(guī)劃問題的解決推動GIS技術(shù)的發(fā)展。