CN107977757A - 一种土地利用方案优化系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种土地利用方案优化系统，包括目标数据采集模块、数据预处理模块、关联关系建立模块、物理模型构建模块、虚拟作动器、虚拟参数模块、仿真分析模块、土地利用方案评估子模块、方案优化决策模块、土地利用方案信息管理系统和中央处理器。本发明通过虚拟作动器、虚拟参数模块以及仿真分析模块的自定义，实现了规划方案数据的自动化分析获取，且能有效提高土地利用空间配置合理性。
Description
技术领域
本发明土地规划领域，特别是指一种土地利用方案优化系统。
背景技术
土地利用空间配置是促进土地资源的集约和节约利用，实现土地利用可持续发展的重要手段，也是土地利用规划的核心问题。它需要根据土地的自然属性及区域社会经济状况，来综合确定土地利用数量结构，并对各类用地进行空间布局，从而为未来土地利用提供合理决策支持。土地利用系统具有动态特性，现状土地利用空间与土地利用变化过程具备密切的因果关系。准确地探索土地利用系统的时空动态特性是开展土地利用空间配置的基本前提。
土地利用空间配置问题涉及经济发展、环境保护、社会公平和有效土地利用等多个目标及约束条件，属于复杂的组合优化问题。目前，已有大量优化方法与技术应用于土地利用空间配置问题求解，例如层次分析法、线性规划、区间规划、模糊规划、智能优化算法以及上述方法的混合模型等。早期研究主要集中于采用线性规划、区间规划等数学规划模型进行土地利用优化配置。该类模型能够优化土地利用数量结构并结合多准则决策分析技术进行空间配置，但其面临的一个主要问题是模型受数据量限制，所处理问题规模有限且耗费计算时间巨大。
发明内容
针对上述技术问题，本发明提供了一种土地利用方案优化系统，通过虚拟作动器、虚拟参数模块以及仿真分析模块的自定义，实现了规划方案数据的自动化分析获取，且能有效提高土地利用空间配置合理性。
本发明具体通过以下技术方案实现：
一种土地利用方案优化系统，包括
目标数据采集模块，通过多端口进行土地利用空间配置的基础数据以及相关影响数据的采集，并将采集到的数据发送到数据预处理模块进行储存；
数据预处理模块，用于数据的接收、存储和标准化处理；
关联关系建立模块，用于进行所采集到的空间配置的基础数据与相关影响数据之间的关联关系的建立；
物理模型构建模块，用于通过Flac3D根据接收到的数据预处理模块发送的数据以及关联关系建立模块所建立的关联关系进行土地利用方案模型的建立；
虚拟作动器，用于与物理模型构建模块中的各元素建立关系后，在指定的范围内对参数进行变动，从而驱动各种仿真分析方法针对不同的参数进行计算求解；
虚拟参数模块，为在所建立的物理模型中插入能达到直接获取相应的结果或信息目标的逻辑单元；
仿真分析模块，用于输入可以分解为设计变量、设计目标和设计约束的参数、算法，并将输入参数、算法划分为单元、特性和载荷，分别作用到指定的模块上；
所述虚拟参数作动模块通过循环执行仿真分析模块，将结果反馈给仿真分析模块，仿真分析模块提取结果，并将结果发送到所述虚拟参数模块，所述虚拟参数模块接收结果并自动显示结果数据；
土地利用方案评估子模块，采用统计回归和数据驱动方法建立短期预测单元，利用采集到的数据生成短期土地利用方案情况预报信息，供方案优化决策模块使用；
方案优化决策模块，用于针对接收到的土地利用方案评估子模块的评估结果，采用多分组差分进化算法优化计算得到有利于改善多参数情况的土地利用联合调度方案；并对不同土地利用方案所引发的多参数变化趋势进行比较，提出最终的决策方案；
土地利用方案信息管理系统，由数据库管理子系统和应用支撑平台子系统组成，用于辅以形成土地利用情况预警管理、土地利用调度管理、土地利用情况监控管理和综合信息服务；所述数据库管理子系统，用以通过各区域土地利用情况数据中心的数据存储和管理平台，形成工程基础数据库、遥感影像数据库、基础地理数据库、社会经济数据库这些公共基础数据库，同时形成服务于各业务应用的适合全流域实际情况的调度管理数据库、运行工况数据库、实时监测数据库、土地利用情况数据库、视频监控数据库、气象数据库这些专业数据库；所述应用支撑平台子系统，用于平台硬件系统的部署，应用服务中间件、应用系统整合及数据交换组件及GIS 服务构件的部署配置，通用服务的部署，专用服务的部署，覆盖数据采集、传输、处理、存储、应用、决策辅助和发布各个环节；
中央处理器，用于协调上述模块工作，还用于用户的注册、密码的修改以及权限的管理。
优选地，所述目标数据采集模块包括
多端口接口模块，用于与可采集资源的各硬件采集设备相连；
手机接口模块，用于对手机采集的资源以数字文件的形式上载；
多格式转换模块，用于对采集到的资源按标准格式进行数字化格式转换。
优选地，所述数据的标准化处理用于将不同格式的数据进行统一规范化处理，包括空间数据配准和将矢量数据转成精度相同的栅格数据。
优选地，所述相关影响数据至少包括土地利用变化对水文要素的影响、土地利用变化对经济要素的影响、土地利用变化对人文要素的影响。
优选地，还包括
市民移动终端，用于通过APP的下载，完成用户的注册、数据的查看以及意见的提交，并将提交的意见发送到专家审核模块；
专家审核模块，用于根据预设的算法进行意见的审核，将符合条件的意见发送到显示屏进行显示，并删除不符合条件的意见数据；同时用于根据所接收到的意见评分进行某一个规划方案的满意度评估，并将评估结果发送到显示屏进行显示。
优选地，还包括一人机交互模块，用于输入待规划利用土地的相关参数数据、各种控制命令和数据调用命令，并将输入的数据发送到中央处理器；还用于进行数据及数据处理中间过程的显示。
优选地，所述人机人机交互模块内还设有
图形绘制模块，用于根据某一个规划方案绘制各种曲线图；
回归计算模块，用于通过不同函数对实测数据曲线进行回归计算；
方案可行性分析模块，用于通过预设的算法进行方案可行性结果的输出。
优选地，还包括一数据排版模块，用于根据预设的算法以及市民移动终端输入的数据调用请求对对应的数据完成排版后通过二维码输出模块转换成二维码的形式发送到对应的市民移动终端进行展示；市民移动终端可通过扫描识别该二维码完成所需数据的查看。
优选地，所述虚拟作动器所有输入的设计变量、设计目标以及设计约束均与仿真分析模块中相关元素有着直接或间接的对应关系。
本发明具有以下有益效果：
大大的提升了土地利用方案分析与优化的整体效率：通过定义土地利用方案相关的虚拟作动器和虚拟参数模块后，可以直接驱动CAE 分析、提取结果，数据的传递在系统内部，从而提高的效率；通过物理模型的构建，实现了仿真分析数据和优化设计数据的无缝连接和传递，数据在系统内部作为一个整体体系存在，减少了导入/ 导出可能引入的出错机率，使用本技术方案构建的系统具有更高的一致性和整体性；通过土地利用变化对水文要素的影响、土地利用变化对经济要素的影响、土地利用变化对人文要素的影响等相关数据的引入，以及这些数据与土地利用方案之间关联关系的建立，能有效提高土地利用空间配置合理性。
附图说明
图1为本发明的一种土地利用方案优化系统的原理框图。
具体实施方式
为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。
如图1所示，本发明实施例提供了一种土地利用方案优化系统，包括
目标数据采集模块，通过多端口进行土地利用空间配置的基础数据以及相关影响数据的采集，并将采集到的数据发送到数据预处理模块进行储存；所述相关影响数据至少包括土地利用变化对水文要素的影响、土地利用变化对经济要素的影响、土地利用变化对人文要素的影响。
数据预处理模块，用于数据的接收、存储和标准化处理；所述数据的标准化处理用于将不同格式的数据进行统一规范化处理，包括空间数据配准和将矢量数据转成精度相同的栅格数据。
关联关系建立模块，用于进行所采集到的空间配置的基础数据与相关影响数据之间的关联关系的建立；物理模型构建模块，用于通过Flac3D根据接收到的数据预处理模块发送的数据以及关联关系建立模块所建立的关联关系进行土地利用方案模型的建立；
虚拟作动器，用于与物理模型构建模块中的各元素建立关系后，在指定的范围内对参数进行变动，从而驱动各种仿真分析方法针对不同的参数进行计算求解；
虚拟参数模块，为在所建立的物理模型中插入能达到直接获取相应的结果或信息目标的逻辑单元；
仿真分析模块，用于输入可以分解为设计变量、设计目标和设计约束的参数、算法，并将输入参数、算法划分为单元、特性和载荷，分别作用到指定的模块上；
所述虚拟参数作动模块通过循环执行仿真分析模块，将结果反馈给仿真分析模块，仿真分析模块提取结果，并将结果发送到所述虚拟参数模块，所述虚拟参数模块接收结果并自动显示结果数据；所述虚拟作动器所有输入的设计变量、设计目标以及设计约束均与仿真分析模块中相关元素有着直接或间接的对应关系。
土地利用方案评估子模块，采用统计回归和数据驱动方法建立短期预测单元，利用采集到的数据生成短期土地利用方案情况预报信息，供方案优化决策模块使用；
方案优化决策模块，用于针对接收到的土地利用方案评估子模块的评估结果，采用多分组差分进化算法优化计算得到有利于改善多参数情况的土地利用联合调度方案；并对不同土地利用方案所引发的多参数变化趋势进行比较，提出最终的决策方案；
土地利用方案信息管理系统，由数据库管理子系统和应用支撑平台子系统组成，用于辅以形成土地利用情况预警管理、土地利用调度管理、土地利用情况监控管理和综合信息服务；所述数据库管理子系统，用以通过各区域土地利用情况数据中心的数据存储和管理平台，形成工程基础数据库、遥感影像数据库、基础地理数据库、社会经济数据库这些公共基础数据库，同时形成服务于各业务应用的适合全流域实际情况的调度管理数据库、运行工况数据库、实时监测数据库、土地利用情况数据库、视频监控数据库、气象数据库这些专业数据库；所述应用支撑平台子系统，用于平台硬件系统的部署，应用服务中间件、应用系统整合及数据交换组件及GIS 服务构件的部署配置，通用服务的部署，专用服务的部署，覆盖数据采集、传输、处理、存储、应用、决策辅助和发布各个环节；
市民移动终端，用于通过APP的下载，完成用户的注册、数据的查看以及意见的提交，并将提交的意见发送到专家审核模块；
专家审核模块，用于根据预设的算法进行意见的审核，将符合条件的意见发送到显示屏进行显示，并删除不符合条件的意见数据；同时用于根据所接收到的意见评分进行某一个规划方案的满意度评估，并将评估结果发送到显示屏进行显示；
人机交互模块，用于输入待规划利用土地的相关参数数据、各种控制命令和数据调用命令，并将输入的数据发送到中央处理器；还用于进行数据及数据处理中间过程的显示；
数据排版模块，用于根据预设的算法以及市民移动终端输入的数据调用请求对对应的数据完成排版后通过二维码输出模块转换成二维码的形式发送到对应的市民移动终端进行展示；市民移动终端可通过扫描识别该二维码完成所需数据的查看；
中央处理器，用于协调上述模块工作，还用于用户的注册、密码的修改以及权限的管理。
所述目标数据采集模块包括
多端口接口模块，用于与可采集资源的各硬件采集设备相连；
手机接口模块，用于对手机采集的资源以数字文件的形式上载；
多格式转换模块，用于对采集到的资源按标准格式进行数字化格式转换。
所述人机人机交互模块内还设有
图形绘制模块，用于根据某一个规划方案绘制各种曲线图；
回归计算模块，用于通过不同函数对实测数据曲线进行回归计算；
方案可行性分析模块，用于通过预设的算法进行方案可行性结果的输出。
所述仿真分析模块内包括：Element ：广义单元为仿真分析的真实对象（即分析的载体），这种载体主要是物理存在的实际结构或部件；Property ：特性为一些分析对象上静态的共用属性信息；Load ：载荷为加载在这些分析载荷上外部影响因素或条件；Analysis：分析为各类具体的仿真分析方法和评估方法；Result ：计算得到的数据以及基于数据处理的表格、云图、报告；Variable ：设计变量是模型中可变量的标识，包括结构参数、特性参数以及载荷参数等；Target ：设计目标是最终用于衡量模型的好坏或合理性的指标或指标的处理结果；Constraint ：设计约束是系统在考虑优化时需要遵守的规则；OptAlgorithm：优化设计方法是各类进行优化设计的具体算法；OptResult ：优化结果通过优化计算得到的设计变量的最优取值。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种土地利用方案优化系统，其特征在于，包括
目标数据采集模块，通过多端口进行土地利用空间配置的基础数据以及相关影响数据的采集，并将采集到的数据发送到数据预处理模块进行储存；
数据预处理模块，用于数据的接收、存储和标准化处理；
关联关系建立模块，用于进行所采集到的空间配置的基础数据与相关影响数据之间的关联关系的建立；
物理模型构建模块，用于通过Flac3D根据接收到的数据预处理模块发送的数据以及关联关系建立模块所建立的关联关系进行土地利用方案模型的建立；
虚拟作动器，用于与物理模型构建模块中的各元素建立关系后，在指定的范围内对参数进行变动，从而驱动各种仿真分析方法针对不同的参数进行计算求解；
虚拟参数模块，为在所建立的物理模型中插入能达到直接获取相应的结果或信息目标的逻辑单元；
仿真分析模块，用于输入可以分解为设计变量、设计目标和设计约束的参数、算法，并将输入参数、算法划分为单元、特性和载荷，分别作用到指定的模块上；
所述虚拟参数作动模块通过循环执行仿真分析模块，将结果反馈给仿真分析模块，仿真分析模块提取结果，并将结果发送到所述虚拟参数模块，所述虚拟参数模块接收结果并自动显示结果数据；
土地利用方案评估子模块，采用统计回归和数据驱动方法建立短期预测单元，利用采集到的数据生成短期土地利用方案情况预报信息，供方案优化决策模块使用；
方案优化决策模块，用于针对接收到的土地利用方案评估子模块的评估结果，采用多分组差分进化算法优化计算得到有利于改善多参数情况的土地利用联合调度方案；并对不同土地利用方案所引发的多参数变化趋势进行比较，提出最终的决策方案；
土地利用方案信息管理系统，由数据库管理子系统和应用支撑平台子系统组成，用于辅以形成土地利用情况预警管理、土地利用调度管理、土地利用情况监控管理和综合信息服务；所述数据库管理子系统，用以通过各区域土地利用情况数据中心的数据存储和管理平台，形成工程基础数据库、遥感影像数据库、基础地理数据库、社会经济数据库这些公共基础数据库，同时形成服务于各业务应用的适合全流域实际情况的调度管理数据库、运行工况数据库、实时监测数据库、土地利用情况数据库、视频监控数据库、气象数据库这些专业数据库；所述应用支撑平台子系统，用于平台硬件系统的部署，应用服务中间件、应用系统整合及数据交换组件及GIS 服务构件的部署配置，通用服务的部署，专用服务的部署，覆盖数据采集、传输、处理、存储、应用、决策辅助和发布各个环节；
中央处理器，用于协调上述模块工作，还用于用户的注册、密码的修改以及权限的管理。
2.根据权利要求1所述的一种土地利用方案优化系统，其特征在于，所述目标数据采集模块包括
多端口接口模块，用于与可采集资源的各硬件采集设备相连；
手机接口模块，用于对手机采集的资源以数字文件的形式上载；
多格式转换模块，用于对采集到的资源按标准格式进行数字化格式转换。
3.根据权利要求1所述的一种土地利用方案优化系统，其特征在于，所述数据的标准化处理用于将不同格式的数据进行统一规范化处理，包括空间数据配准和将矢量数据转成精度相同的栅格数据。
4. 根据权利要求1所述的一种土地利用方案优化系统，其特征在于，所述相关影响数据至少包括土地利用变化对水文要素的影响、土地利用变化对经济要素的影响、土地利用变化对人文要素的影响。
5.根据权利要求1所述的一种土地利用方案优化系统，其特征在于，还包括
市民移动终端，用于通过APP的下载，完成用户的注册、数据的查看以及意见的提交，并将提交的意见发送到专家审核模块；
专家审核模块，用于根据预设的算法进行意见的审核，将符合条件的意见发送到显示屏进行显示，并删除不符合条件的意见数据；同时用于根据所接收到的意见评分进行某一个规划方案的满意度评估，并将评估结果发送到显示屏进行显示。
6. 根据权利要求1所述的一种土地利用方案优化系统，其特征在于，还包括一人机交互模块，用于输入待规划利用土地的相关参数数据、各种控制命令和数据调用命令，并将输入的数据发送到中央处理器；还用于进行数据及数据处理中间过程的显示。
7.根据权利要求6所述的一种土地利用方案优化系统，其特征在于，所述人机人机交互模块内还设有
图形绘制模块，用于根据某一个规划方案绘制各种曲线图；
回归计算模块，用于通过不同函数对实测数据曲线进行回归计算；
方案可行性分析模块，用于通过预设的算法进行方案可行性结果的输出。
8.根据权利要求1所述的一种土地利用方案优化系统，其特征在于，还包括一数据排版模块，用于根据预设的算法以及市民移动终端输入的数据调用请求对对应的数据完成排版后通过二维码输出模块转换成二维码的形式发送到对应的市民移动终端进行展示；市民移动终端可通过扫描识别该二维码完成所需数据的查看。
9.根据权利要求1所述的一种土地利用方案优化系统，其特征在于，所述虚拟作动器所有输入的设计变量、设计目标以及设计约束均与仿真分析模块中相关元素有着直接或间接的对应关系。
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