地理大数据与GIS平台在国土空间规划中的应用

饶 霞

（四川省地质工程勘察院集团有限公司，四川 成都 610000）

0 引言

截至目前我国市场经济在逐步发展中已经走向了高速前进道路，在该时代背景下，相关国土空间规划的研究成了有关国家资源保护局的重点关注[1]。为了更加合理地利用国土空间资源，需要从战略性角度对其空间进行规划。而在此过程中，我国早期出台的国土空间规划模式中，部分内容已无法满足城乡发展需求。为了满足在新时期社会背景下，国土空间的可持续建设与主体功能完善化建设发展需求，应充分利用现有资源，并在该基础上，不断扩充实地调查资源，基于生态环境可持续发展层面对土地资源进行整合利用[2]。同时，也应当注意对多源数据的集成，通过对数据信息的有效使用，才能确保国土资源的可持续建设。对此，在该文的研究中，引进地理大数据技术，用该方式提高空间数据的集成性，并在GIS 平台的支撑下，实现对数据信息与地质资源的“多规合一”。尽管与该方面相关的早期研究单位已开始执行，但由于早期技术较为落后，导致针对不同地区所采用的数据采集方式不同，而通过该方式获取的国土空间数据也具有一定的异构特点，这也导致了国土空间规划一直存在问题[3]。该文将在相关研究的基础上，对此方面工作的实施进行深度设计，致力于解决国土空间在规划过程中存在的多种问题。

1 基于地理大数据与GIS 平台的国土空间规划方法

1.1 基于地理大数据获取国土空间多源数据

为了确保国土空间规划方法设计的有效性，需要在前期工作中，对国土空间规划产生的多源数据进行针对性获取[4]。为此，引进地理大数据技术，利用该技术，实时获取数据并掌握与国土地理空间相关的地质资料。基础地理数据如表1 所示。

表1 基础地理数据

利用大数据地理信息具有迭代更新的特点，对多源数据类型进行整理[5]。例如在获取多源数据过程中，可参照区域地质图示，定位区域内空间规划密集点或空间规划稀疏点，并使用云计算技术，对信息数据的交叉密度进行计算，计算过程中，对多源数据进行共享处理，并按照文件的分布式存储方式，进行MPP 处理。

提出的处理步骤中包括测绘地理空间信息、数据采集、数据共享与数据生产。在测绘空间信息时，应使用遥感技术与卫星定位技术，对获取的空间影像数据、基础地质数据、地理环境数据与其他信息进行针对性获取[6]。在完成数据的获取后，按照获取数据的顺序与空间时序，将其导入ArcGIS平台内，与此同时，建立空间数据表，在数据库表格中创建索引引擎，将多源数据导入地理空间数据中心内，数据中心应当涵盖基础数据信息库、地理专业信息库、管理类信息库与其他数据库。

在上述提出内容的基础上，使用“3S 技术”与物联网通信技术，构建地理空间几何的精准模型[7]。由于在此过程中，使用地理大数据处理数据的自由度更高，且采集的数据信息中不乏大量的空间碎片数据。因此，需要在获取数据与导入数据过程中，对半结构化数据进行格式转换，并提取其中的价值信息进行指定库构建，以此种方式完成对国土空间多源数据的高效率获取。

1.2 基于GIS 平台转换国土空间多源数据结构

在完成对国土空间多源数据的有效获取后，对获取的数据信息进行结构转化。考虑到上文提出的数据库中信息主要为多源非结构化数据，该数据在国土空间规划中的利用率相对较低，因此需要结合GIS 平台的使用，掌握不同数据集合中空间数据的关系，并使用空间坐标距离、空间物体角度、高度与地理位置等信息，对其进行国土空间内部实体关系的描述[8]。GIS 平台下国土空间规划系统结构如图1 所示。

图1 GIS 平台下国土空间规划系统结构

而要执行上述行为，其前提条件为清洗地理信息数据，根据GIS 平台的常规化运营方式，对国土空间多源数据进行清洗的基础性流程为数据格式预处理（统一化处理）—确定数据清洗使用的算法—基于GIS 的数据挖掘—数据后期核查—数据输出[9]。细化数据清洗的步骤，如图2 所示。

图2 国土空间多源数据清洗流程

在上述图1 所示的流程中，数据清洗算法可用如下计算公式表示。

式中：ω为数据清洗算法；e为算法识别参数；τ为空间数据坐标转换过程；n为国土空间多源数据；p为多源数据所属类型；v为数据量或数据规模。根据上述计算公式，对国土空间多源数据进行处理，在完成该步骤工作后，为了避免处理的数据中出现信息冲突或信息交叉问题，需要借助统一标准与通信协议，将完成处理的数据导入GIS 平台中。尤其针对一些获取渠道较为复杂的数据，更是需要进行显示数据的异构性处理。只有确保国土空间多源数据在保持统一结构与标准格式的前提下，才能将数据按照指定流程存入终端信息库。

1.3 融合数据规划国土空间位置关系

在完成上述相关研究后，使用全站仪与激光测绘扫描方法，对国土空间数据与规划空间数据进行融合，并在多源平台内传输数据，按照“数据建模—数据存储—数据集成—数据分析—算法计算”的流程，输出国土空间区域内存在的价值数据与待规划空间。同时，根据国土空间地理信息、区域人口与区域户籍普查信息、集体经济调查信息、历史文物调查信息等成果信息，在计算机终端提交数据。

在该基础上，对国土空间位置进行分区处理，分区过程中需要融合现有的信息进行高程坐标处理。采用PMLSM 数学模型，对坐标变换原理进行分析，在旋转坐标系下，可认为国土空间位置关系与获取的多源数据存在某种等效关系，因此对其关系进行调度处理的方式为对称与垂直相位规划2种方式。

总之，在对国土空间进行规划的过程中，需要从三维角度与立体化角度对该方面工作的实施进行诠释，并在该过程中，融合区域供给侧改革政策执行工作，用该方式确保终端提出的国土空间规划方案在投入市场使用中是具有实用性的。

1.4 某省地理大数据与GIS 平台应用实例

近年来，在国土空间测绘工作过程中，某省通过利用大数据技术和GIS 平台获取丰富的数据信息资源，如各种地形图，其中 1 ∶ 1000 地形图主要覆盖了地级市主城区；地理影像数据采集主要包括2005 年至2019 年的多层次、多时段卫星监测数据，在城市和农村地区，通过对目录的调查，确定每个中心地区目录采集的准确数据，对国土资源管理中的“收集、补充、登记、检查”等各类授权信息实行统一管理。特别是根据第二次国土调查的结果。实施土地空间信息有效编制，统一编制辖区各级城市土地利用规划信息，设计形成统一的规划管理图、土地利用规划图和“一书三证”规划管理信息等。此外，某省建立三维城市模型、矿产资源与执法模型、电子政务模型和专题数据模型，其中包括海量自然资源数据，测绘地理信息的人文资源和经济资源，建立某省地理信息系统大数据分析体系，如图3 所示。

图3 某省地理信息系统大数据分析体系

2 对比实验

2.1 实验准备

该文通过引入地理大数据技术和GIS 平台技术提出了一种针对国土空间规划的新方法，为了保证该方法能够在国土空间测绘中得到应用，该文选择以某国土空间测绘部门的整个工作过程作为实验背景，在其中分别引入该文规划方法和传统规划方法对特定区域范围内的国土空间进行规划。将该国土空间测绘部门勘测到的全部信息资料进行提取，为2种规划方法提供条件，包括各种比例尺地形图、地理信息影像数据、地质灾害数据、储量地理数据等。将需要进行测绘的区域平均划分，并对其分别标号为A、B、C、D、E，综合运用该文上述规划设计语言和传统规划方法中相关规划设计方法，根据需要进行测绘的5 个区域部分的勘测数据，分别制作5 幅国土空间规划地图，分别对10 幅图进行比较。将该文规划方法制作的地图标号为A1、B1、C1、D1 和E1；将传统规划方法制作的地图标号为A2、B2、C2、D2 和E2，对2 种规划方法下得出的地图质量进行评价，以此验证2 种国土空间规划方法的应用优势。

2.2 实验结果与结论

对地图质量评价的方式较多，结合该文实验背景，选择将地图承载力评价作为该文实验的地图质量评价方法。在该方法中评价指标包括土地空间规划地图符号、注记和色彩，根据土地空间规划地图承载力得出如下土地空间规划地图质量定量计算公式：

式中：P为地图质量定量结果；Wi为某一影响因子i的评价权值；Vi为某一影响因子i的评价标准值；N为所有影响规划地图质量的影响因子个数。根据上述公式，对上述实验准备中的10 幅国土空间规划地图的质量进行评分，并将结果记录如表2 所示。

表2 实验结果对比表（总分：5.0 分）

从表1 两种不同国土空间规划方法下的地图综合质量评价结果可以看出，该文规划方法地图质量更高，均达到4.00分以上，而传统规划方法地图质量均在1.00～3.50分范围以内，对于国家空间测绘部门提出的规划质量要求而言，传统规划方法严重不符。因此，通过对比实验证明，该文提出的规划方法在实际应用中能够结合所规划区域的实际情况，提出更加合理的规划方法，从而实现对国土空间资源的合理利用。

3 结语

该文提出一种基于地理大数据与GIS 平台的国土空间规划方法，分别从获取国土空间多源数据、转换国土空间多源数据结构、规划国土空间位置关系3 个方面，对其进行了深入的分析，并在完成该方法的设计后，将该方法与传统方法规划后的成果进行对比，根据实验结果可知，该文提出的规划方法在实际应用中能够结合所规划区域的实际情况，提出更加合理的规划方法，从而合理利用国土空间资源。对于国土资源的可持续发展而言，该文设计的方法所存在的价值是相对较高的，因此，可在后期的相关研究中，持续对该文设计方法进行深化，用该方式解决传统方法存在的不足，落实对国土空间资源的高效率利用。