基于GIS的主体功能区评价指标计算方法研究

刘梦牵 曾微波 张贝尔 孙京禄

摘 要：自主体功能区战略实施以来，指标计算体系总是显得过于庞大。为了更准确、合理、快速的对主体功能区评价指标进行分析计算，本文针对功能区评价指标体系的特点，提出將所有指标分类后从数据源获取、配置计算方法、计算过程流程化等方面进行规范化计算的方法。该方法在运算思维的条理性、计算的简便性、后期修改的灵活性方面有大幅提升。这种基于GIS的主体功能区评价指标计算方法可以极大的简化系统程序，同时对于加强程序的独立性以及计算功能的简便灵活方面具有较强的意义和较高的应用价值。

关键词：GIS；主体功能区；指标计算

中图分类号：TU982 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2018）22-0036-02

1 数据来源与处理

1.1 数据内容

要实现主体功能区域从划分、规划到监测、调控的实施，需要相对完备的、连续的、精度相对较高的数据系统支撑。其中，数据类型包含多种，如：矢量数据、影像数据、统计数据、文本数据与成果数据。

（1）矢量数据：主要为境界数据、土地利用数据、交通数据等基础地理数据、气象数据、大气与水环境数据以及森林空间分布数据等资源环境矢量数据。气象数据选取的是安徽省各气象站点数据，包括日数据、月平均和年平均数据，数据逐月更新，通过空间插值方法可获取到用于土壤侵蚀、水资源量等指标计算的数据。土壤图为基础底图，数据来源自安徽省农委的土壤二次普查数据，或分县土种志，需要人工数字化。森林数据包括森林统计和森林分布，其中森林统计数据包括分县的面积、覆盖率、蓄积量等，以上数据均来源自安徽省森林普查。

（2）影像数据：包括低分、中分、高分三种，用于土地利用、自然地理等数据的修正与更新、灾害与突发情况应急监测与监督、高分辨率制图等。

（3）统计数据：主要包括人口、经济、产业等经济社会数据以及土地资源调查数据、基本农田数据、森林统计数据等资源环境统计数据。基于精度要求，统计数据要落实到县域行政单元。故数据为分县数据，年度更新。其中经济社会数据来源为统计年鉴。土地资源调查数据、基本农田数据为统计数据，统计每年分县各类土地利用面积和基本农田面积，数据来源为国土局年度统计数据（现有合肥市部分数据），未来考虑补充永久基本农田分布图，作为基本农田红线用于决策支持。

（4）文本数据：主要包括规划文本、专题研究报告、主体功能区政策文本等。

（5）成果数据：主要包括分县监测数据、分县单项评价数据、分县综合评价数据、预警结果数据以及自定义的其他成果数据。

1.2 数据处理

对于统计数据的处理，仅需按照数据种类设计出数据表的不同结构，基本结构包括年份，行政区代码，行政区名称以及对应指标的数据，再将统计数据录入对应数据库，以实现提取数据时可以准确定位到每张表每个行政区的每一年。

对于矢量和影像数据的处理，利用GIS软件中的配准工具，对行政区划、地形地貌、土地利用等空间地图数据进行有效配准，根据统一的空间参考、投影方式和椭球体整合数据，按照数据的层次存入FileGeodatabase。空间数据中的栅格数据根据后续的评价方法要求，使用栅格化、重采样、重分类、领域分析等工具，将不同的栅格数据进行转换、分类、统计处理。

最后将该地理数据库和统计数据的数据库进行关联形成整个系统的最终数据库。

2 指标计算

通过将计算方法与指标相分离，从而加强系统的灵活性。届时需要综合考虑不同指标计算涉及的数据源、计算公式及指标之间的相互依赖关系，因此，通过配置文件进行指标计算数据源和计算公式的灵活配置，再利用C#的动态编译技术，创建配置文件，在该文件里配置指标计算所需相关内容，如该指标的名称、数值单位、计算公式等。

2.1 数据源配置与直接获取数据

针对只需提取结果数据的简单指标，若该项数据已录入Access数据库，只要在配置文件里配置好取出数据的SQL索引语句，运行代码即可自行提取数据并将结果输出显示在系统内。

因此类简单指标用SQL语句将数值提取出来即可，无需计算，且提取数据的SQL语句框架大致相同，所以在配置文件里，就可以在这些指标后配置相同框架的SQL语句如："SELECT {0} FROM {1} WHERE NF='{2}' AND XZQDM='{3}'"，只要在该指标下同时配置出数据所存在的表名、字段名，就可从表里选取某年某个行政区该指标的值。此类指标的配置情况如下：

其中aliasname是指标的中文名，formula为计算公式，因该指标是直接提取所以没有计算公式，function即为SQL语句，item name为存有此值的数据表的表名，field name为数据表里该指标的字段名。而在代码里对应的逻辑过程就是：读取配置文件，遍历寻找到指定指标的节点，到function节点时，如果function里包含“SELECT”，必含有SQL语句，就可继续向下读取子节点里的数值。

根据表名，继续获取字段名，然后根据SQL语句将获取的字段名，表名，年份，行政区代码对应放进框架的{0}、{1}、{2}、{3}中，一条完整的SQL语句编写完成，而此时，结果值就可从数据库里取出并利用系统的输出功能得以显示。

2.2 利用公式的计算方法配置

（1）公式动态编译。大多指标计算后得出的值可以作为最终结果直接存入结果数据库的数据表，而有些指標计算后只是得出数值并不能作为最终结果，需要根据文件中描述的规则分出值域得出最终结果，例如水源涵养功能指数的要求是将值分为小于1，大于1小于12.5，大于12.5的三个值域，分别对应水源涵养功能指数高、中、低三个层级，针对不同指标的计算公式不同，得出结果的要求也不尽相同，此时为了避免将混乱的公式计算过程放入系统主代码影响逻辑，就可以利用C#动态编译的方法，创建一个只用于存放计算公式函数的对象，将每一个指标的相关计算函数写入，赋上不同的函数名以便调用。在系统运行时，选中不同的指标，就可以调用不同的函数，代入参数运行公式计算。

（2）配置方法。对于需要配置计算公式的指标，分两种情况：一种是从某个数据表中获取计算所需各项参数然后代入公式计算，另外一种是某个指标的计算依赖于另外一个指标的计算结果，即获取另一个指标的计算结果作为此指标计算公式中的参数。

此类指标的计算都有固定的计算公式，因此编写该类指标的配置文件时，就需要配置出公式，同时不再需要SQL语句，而是通过不同的函数名找到对应的函数执行公式进行计算。

以指标“土地资源利用效率”为例，Le代表该指标，GDP和L为计算所需参数，而function后的GetEfficiency就是执行计算公式时的函数名，在系统里通过这个函数名可以查找到函数的具体内容。

基于以上配置方法，若所有参数都是数据库直接获取的，就可在编历配置文件时获取存有参数的数据表名和参数的字段名，放入框架SQL语句，拼好的SQL语句可直接提取出参数值放入内部存储空间，即可根据函数名找到对应函数传入参数进行计算。若计算参数是依赖于另一个指标的计算结果，那么在配置文件里并无差异，但因所有计算结果的值都统一存入结果数据库的表里，所以存有该类参数的表，表名一致。在代码里仅需判断遍历到的表名是否为此表名：如果是，就说明计算参数为某个指标的结果值。此时的SQL语句框架即为"SELECT JSJG FROM B_SJ_ZBJSJG WHERE ZBMC='{0}' AND NF='{1}' AND XZQDM='{2}'"，将参数名，年份，行政区代码对应放入即可获取该类指标的参数。

2.3 基于ArcGISModelbuilder的流程化计算

随着GIS技术的改进， 空间分析由原来的图形与属性分离逐步转变为空间数据与属性数据的一体化。而在评价指标中，有一类指标的计算过程非常复杂，只靠查找统计年鉴等相关资料无法获取，它的计算正是需要通过对矢量和影像数据的属性及图形进行空间操作，才能得出较为准确的指标值。例如土地资源压力指数、土地建设开发适宜性等指标，就需要先将多种矢量数据栅格化重分类之后再通过栅格计算器将这些数据集成得到强限制因子和较强限制因子。将两个因子相乘得到土地开发适宜性评价。

如下为利用ArcGIS modelbuilder工具对强限制因子进行建模的过程：

通过对基本农田、湿地、生态保护红线和水工建筑的矢量数据进行栅格化处理，将得到的栅格数据进行重分类。其中，湿地_重分类与生态保护红线_重分类结果带入栅格计算器后筛选出生态保护红线_栅格计算结果；最终将基本农田_重分类数据与湿地_重分类数据与生态保护红线_栅格计算结果带入栅格计算器后得出强限制因子。

将以上建模过程运行得出处理结果并检查无误后，即可按此模型过程在代码中调用GP工具编写程序，点击每一步的功能按钮即可将复杂的操作在后台执行完成，最后顺利得出指标值。

3 结语

本文以主体功能区评价指标计算方法为主题进行研究，提出将庞大指标体系中的所有指标进行分类从而简化计算过程和计算难度。将所有需要统计数据的指标均配置在一个配置文件中，利用C#动态编译法将相关函数存入新建对象，从而可以在需要修改时进行具有针对性的细微调整。对于复杂的流程化操作指标，也可利用辅助工具进行建模，最后与代码关联一次性完成操作和计算，大大加快了计算速度的同时也使逻辑更加清晰。

因目前利用统计数据简单计算的指标较多，而流程化计算的指标极少，所以在对矢量数据进行操作时步骤会比较复杂，且会出现前一步操作失误导致后续结果不准确的情况，因各地矢量数据不完整，没能进行多次实验来加强操作准确性，日后将深入探讨搜寻数据以完善程序的完整性。

参考文献

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