基于GIS 技术的土地利用规划设计探究

黄鹏

（武汉市政工程设计研究院有限责任公司，湖北 武汉 430000）

探究基于GIS 技术的土地利用规划设计，需明确GIS 技术的基本定义，参考具体的实际案例来研究GIS技术的应用途径，构建对应的应用系统，选择适宜的管理平台，以此来发挥出土地的最大利用效果。

1 GIS 技术概述

GIS，即Geographic Information Systems，意思为地理信息系统，指的是用于地理数据信息获取、处理、综合、分析、查询、存储、显示等的计算机系统，该项地理系统的综合利用需计算机技术、地理科学等加以支撑，通过计算机与各项信息化设备来对各个方面的地理空间数据信息加以组织→管理→统计→分析→显示，以此来直接生成用户所需的地理信息，其基本组成单位包括：计算机、空间数据库、地理信息系统软件、图形用户界面、分析应用模型等，将其应用在土地利用规划设计方面，可提升设计效率与效果，降低设计开支，保证土地的合理利用[1]。

2 GIS 技术在土地利用规划设计中的应用

结合土地利用规划设计流程，研究GIS 技术的具体应用方法，从以下数点加以分析：

2.1 地理信息系统设计

2.1.1 数据库管理软件。就当前阶段的数据库管理软件来说，关系型数据库逐渐占据主流，因本地理信息系统中会涉及到大量的数据信息，因此应保证数据库本身的容量空间，可选择Oracle、SQL Server 等性能优势过关的大型数据库，对比分析，Oracle 更具高效稳定性，且其空间数据管理模块能够管理GIS 中的各项空间数据；但从价格方面来讲，SQL Server 更低，考虑到后续系统需推广应用，且系统数据库本身并非太过庞大，且SQL Server安全性、访问速度亦能满足使用，故而选择的数据库管理软件为SQL Server2019。Oracle 整体表现形式如图1所示。

图1 Oracle 整体表现形式图

2.1.2 GIS 平台。市场上有着多种多样的GIS 平台，在进行GIS 平台软件选择时，需综合考虑以下各个方面需求：软件数据整体兼容性，其中数据格式兼容、更新以及交换等问题一直是阻碍系统建设与应用的瓶颈问题；此外，需明确的是，只有选择大型关系数据库管理数据，才可开展后续高效的数据查询、访问、统计分析以及数据更新等，故而可选择ArcGIS 数据管理平台来实现对各项土地利用数据的管理[2]。

2.2 系统结构架构

系统架构如图2 所示，选择GeoDatabase 进行数据存储，以Arcmap 数据引擎管理数据，以ArcGIS 开发包建设GIS。在系统架构与设计过程中需遵循以下原则：实用性、一致性、先进性、模块化、安全性、兼容性、可扩充性原则。

图2 系统架构图

2.3 系统开发设计

2.3.1 选择系统基础平台。在选择系统基础平台时应考虑土地利用规划设计各个阶段的需求，并可适应未来阶段的拓展应用，对比分析ArcGIS 平台、MapInfo 平台、MapGIS 平台、SuperMap 平台，发现ArcGIS 平台在二次开发、支持多项数据格式上有着较大的优势，故选择其作为开发平台[3]。

2.3.2 选择开发语言、开发工具。分析Archaist 组件库各项组件，可将其在逻辑层面划分为三个部分，如下所示：其一，基本服务。主要组件为ArcObjects，其主要作用是协助协同来完成对其他组件的调用，以此来发挥出特定的功能作用；其二，数据存取。主要涉及到矢量数据、栅格数据等，以此为基础构建对应的数据库，达到功能标准要求；其三，地图表达。以数据库为基础，在各个重要位置构建带有标识的地图功能管理体系；在选择适宜的开发语言时，可利用C#，其语法简单易操作，并与WEB 关联紧密，能够利用NET Framework 代码库中的各项功能[3]。Archaist 组件库各项组件能够满足系统开发设计所需。

其中ArcObjects 表现形式如下所示：

Map Class

Properties Methods

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

MapUnits (6234233.32,5234234.56) ClearSelection

2.4 土地利用规划系统功能结构

分析GIS 技术的灵活应用方式，并以此为基础建立对应的规划系统，其功能主要表现在以下数点：

2.4.1 基本功能。指的是利用系统来完成对图形文件的综合利用，例如文件新建、加载、保存，地图浏览（缩小、放大），图形编辑（删除、添加等），还包括属性查询、面积计算等。

2.4.2 土地利用现状分析。分析对象主要指的是：土地空间特征与利用结构、土地利用生态与动态变化、土地开发现状等。

2.4.3 土地利用评价。针对的是土地利用效益评价、适宜性评价。

2.4.4 土地需求预测。主要针对的是城镇用地预测、农用地预测、人口预测、水利实施预测等。

2.4.5 规划指标与分解。包括指标维护、指标执行统计、年度指标管理等。

2.4.6 土地结构优化。主要涉及到土地利用方面的结构调整、分区布局等。

2.4.7 土地变更管理。涉及到图斑变更、线状地物变更、零星地类变更等[4]。

2.4.8 规划成果管理。指的是图件成果管理、文本成果管理。

2.5 数据库构建

2.5.1 构建数据库。在建设数据库时，要求综合分析土地当前阶段的利用现状，参考当地对土地利用各个阶段数据信息的利用、整合情况，完成对土地规划基数、数据格式的合理转换，获取完整的土地利用数据库；同时，在土地利用数据库中增添新建用地、土地整治等方面的数据信息，更新数据信息结构，提取其中的核心要素，实现对其的综合化、一体化管理，以此来形成切实可用的规划数据库。土地利用规划数据库的整个建设流程如图3 所示。

图3 土地利用规划数据库建设流程图

2.5.2 数据库构建目标。其一，要求具备统一的数据库标准与格式，可储存各个方面的属性与空间信息，保证各个阶段土地利用数据信息准确性、完整性，分析当前土地利用数据信息，为后续的统一查询、研究提供数据支撑；其二，规划数据与一体化现状，结合标准属性条件完成数据可视化成图，准确展示同一区域范围内基期年、目标年的土地利用信息，实现对本质上存在紧密联系的属性与图形数据一体化成库，更易展开后续的对比分析；其三，要求土地规划利用设计实施资料丰富完整，可通过数据库来完成相应数据的实时查询、分析等操作[5]。

2.5.3 关键技术解析。其一，提取各个阶段的土地利用历史数据，并与现阶段的利用成果进行对比分析。可要求相关技术人员直接从从全国第二次土地调查的现状数据库中提取源数据，可选择以MapGIS 平台来完成；而部分管理人员在利用ArcGIS 工具在构建土地利用规划数据库时，其会面临以下问题：如何通过适宜的方式来将MapGIS 格式文化直接转换为普通形式的ArcGIS格式，但需注意，在进行格式转化时会有一定机率出现面积误差、拓扑错误等状况，故而为保证顺利转换，需借助各种辅助工具来完成对各种不良状况的检测与处理，完成对空间处理工具、数据与其现存的连接关系展开有机组合，通过模型来完成对各个方面复杂数据的针对性处理，提升处理效果。整个模型构建过程，是通过Select Layer by Attribute 系统来提取目标区域中的基期地类图斑，分析图斑具体形态，再借助Feature to Polygon、Feature to Point、Polygon to Line 等进行成点成面处理，确保在基期地类图斑进行拓扑时不会出现明显的误差问题；其后选择在对应的模块中加入Python 语言程序，控制目标对象来完成相应程序的编制与入库。此后再结合土地利用现状，借助上述方式完成各个区域点、线、面数据的提取、入库；其二，规划要素变更技术。在建设数据库的过程中，会因各个方面的影响而出现规划要素变更，涉及到图斑切割、合并与土地利用面积计算等，在以往的修改时是对基期地类图斑、前期规划要素、变更规划要素叠加，并对各项指标加以核对，但是该种方式耗费的人力、时间多，工作量大，而通过ArcGIS 的Model Builder 功能直接生成Modify TDGHDL 模型，即可方便快捷地叠加各项要素，并通过空间位置关联法、面积分摊法对各种规划地类面积、合并图斑面积、切割面积加以计算，实现自动化规划要素的统计与变更，具体公式如下：

Panew=Paorg/Saorg×Sanew

其中Panew、Paorg、Saorg、Sanew分别指的是新图斑、原图斑、原形状、新形状面积大小，具备一定的实时性。

Csa=Dr×W×L

其中Csa、Dr、W、L 分别指的是现状地物面积、扣除比例、宽、长，需结合其实际值来进行计算。

Fra=[Panew-Sa-Csa]×Tc

其中Fra、Tc、Sa 分别指的是零星地物面积分别指的是田坎面积、田坎系数、零星地物面积。

NPa=Panew-Csa-Sa-Fra

其中NPa 指的是图斑净面积。通过以上系列公式可计算土地规划利用过程中的系列相关面积，以此来提升土地规划利用效果。

2.5.4 数据检查。在数据入库前、出库后都需安排检查工作，纠正其中的错误，检查内容包括：拓扑检查、属性检查、图形检查，以确保各项地理空间数据的准确性与有效性[6]。

3 应用实例分析

3.1 案例简述

以云南省昆明市呈贡县为例，研究GIS 技术在土地利用规划设计中的应用。呈贡区是昆明市政府驻地，辖区面积461 平方公里，包括七甸、洛羊、大渔、马金铺、乌龙等十个街道，研究GIS 的实际应用过程，可在对应的影像库来收集该地区的影像资料，其后再借助对应的软件来完成图像提取、裁剪与修正、配准，并进行农业、水域、绿地等区域信息的直接提取。

3.2 具体应用过程

在提取信息后，对比分析呈贡县1989 年、2002 年、2006 年、2016 年土地规划利用情况，展示呈贡新区在建设过程中的土地利用规划变化图，制作呈贡新区数字化地图，包括大学城、市政府等主要区域。具体应用步骤如下所示：其一，获取目标图像信息、边界等；其二，完成图像裁剪、修正与处理等，得到该区域的遥感图数据信息；其三，分析各个区域的实际地形地貌特征，直接导出地图格式，并与呈贡新区展开对比分析；其四，通过数字化地图来展示呈贡新区的雨花片区、吴家营、大学城、市政府等区域；其五，绘制呈贡县1989 年、2002 年、2006 年、2016 年农业区域、水域、绿域等的比例直方图，如图4 所示，其中2 指的是水域面积，2 指的是森林面积，3 指的是农业区面积，4 指的是其他土地用地。

图4 呈贡县土地利用规划比例直方图

3.3 结果分析

观察图1 可知，自1989 年呈贡县在农业区域、水域、绿地等方面的面积变化，在人口逐步增长的环境下，城市用地、农业用地面积不断增加，水域面积则因地区天气干燥等因素退缩，林地面积亦在减少。后续在呈贡新区成立，大学城、市政府搬迁后呈贡人口数量直线上升，绿化面积加大，各个方面的指标亦在紧随时间推移而出现对应的变化。实现GIS 技术在土地规划利用中的利用，可准确把握各项用地变化，这对地区农业、经济等方面的额发展具备一定程度的指导意义[7]。

综上，文章基于GIS 技术的土地利用规划设计进行了论述与分析，研究了其重要性与必要性，建议给与其足够的重视，分析GIS 技术在应用中的重点与要点，把握影响因素，以此来发挥出GIS 应有的价值与效果，优化整个土地利用规划设计过程。