CN111639806B - 一种基于gis的国土空间规划优化方法及系统 - Google Patents

一种基于gis的国土空间规划优化方法及系统 Download PDF

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Abstract

本申请提供一种基于GIS的国土空间规划优化方法及系统，该方法包括：从GIS系统中选取待优化区域；获取待优化区域内的国土空间分布实景图，并根据国土空间分布实景图获取待优化区域内的基础数据；根据基础数据对待优化区域进行评价，得出评价结果；根据评价结果、基础数据和预设的优化指标对国土空间进行优化；获取优化后的国土空间规划一张图。本申请根据GIS中的实景图，依据不同的优化指标对现有的国土空间的规划情况进行优化，实现了自动化、高效率和高准确度的国土空间规划优化操作，节省了人力和成本。

Description

一种基于GIS的国土空间规划优化方法及系统
技术领域
本申请涉及图像处理技术领域，尤其涉及一种基于GIS的国土空间规划优化方法及系统。
背景技术
目前，国土空间资源在社会经济的发展中占有举足轻重的地位。随着我国城镇化、工业化以及农业现代化的发展,出现了环境恶化、资源短缺、空间开发无序、区域发展失衡等问题,且越来越严重。国土空间规划是在对国土空间现状,主要包括资源环境承载力、现有开发强度以及开发潜力等三个方面,进行深刻了解和认识的基础上,从开发、整治和保护的角度对国土空间未来一定时间的发展进行的科学、合理的规划,主要目的是实现国土空间区域的协调发展、产业的合理布局以及资源的优化配置,促进社会的可持续发展。GIS(地理信息系统)用于对地理分布数据进行采集、储存、管理、运算、分析或显示。
对国土空间进行规划的过程中，需要规划人员对资源环境承载能力进行评价和国土空间开发适宜性进行评价，资源环境承载能力和国土空间开发适宜性的评价过程繁琐，评价准确度低、人工评价效率较低，并且评价的结果难以定量化。
发明内容
本申请的目的在于提供一种基于GIS的国土空间规划优化方法及系统，根据GIS中的实景图，依据不同的优化指标对现有的国土空间的规划情况进行优化，实现了自动化、高效率和高准确度的国土空间规划优化操作，节省了人力和成本。
为达到上述目的，本申请提供一种基于GIS的国土空间规划优化方法，该方法包括：
从GIS系统中选取待优化区域；
获取待优化区域内的国土空间分布实景图，并根据国土空间分布实景图获取待优化区域内的基础数据；
根据基础数据对待优化区域进行评价，得出评价结果；
根据评价结果、基础数据和预设的优化指标对国土空间进行优化；
获取优化后的国土空间规划一张图。
如上的，其中，根据基础数据对待优化区域进行评价包括：对待优化区域的资源环境承载能力进行评价和对待优化区域的建设用地开发适宜性进行评价。
如上的，其中，对待优化区域的资源环境承载能力进行评价的方法包括：
根据基础数据获取待优化区域的资源环境要素数据；
将获取的资源环境要素数据输入到资源环境承载能力计算模型中，输出资源环境承载能力值；
将输出的资源环境承载能力值与预警值进行比较，若输出的资源环境承载能力值超过预警值，则发出预警提示，否则，无需预警。
如上的，其中，资源环境承载能力值的计算公式为：
Figure GDA0003681973610000031
其中，
Figure GDA0003681973610000032
其中，Dzi表示资源环境承载能力值；n表示资源环境要素的总数量；wi第i个资源环境要素的权重；Hi表示i个资源环境要素的承载能力值占总体资源环境承载能力值的比重；xi表示第i个资源环境要素的承载能力值。
如上的，其中，对待优化区域的建设用地开发适宜性进行评价的方法包括：
沿城市行政区的边界将建设用地划分为多个评价区域；
根据将单个评价区域的限制性影响因素数据和利于建设用地开发的影响因素数据计算单个评价区域的建设开发适宜性评分值。
如上的，其中，单个评价区域的建设开发适宜性评分值的计算公式为：
Figure GDA0003681973610000033
其中，Zshi表示单个评价区域的建设开发适宜性评分值；∏表示累乘运算；Fj表示第j个利于建设用地开发的影响因素的影响值；m表示利于建设用地开发的影响因素的总数；qk表示第k个限制性影响因素的权重，fk表示第k个限制性影响因素的单因素评分值；K表示限制性影响因素的总数量。
如上的，其中，根据适宜开发用地的建设开发适宜性评分值和现状建设用地面积数据计算建设用地开发程度；
建设用地开发程度的计算公式为：
Figure GDA0003681973610000041
其中，M表示建设用地开发程度；C表示现状建设用地的适宜性评分值；S表示现状建设用地面积；Zg表示第g个适宜开发用地的建设开发适宜性评分值；G表示适宜开发用地的总数。
如上的，其中，根据建设用地开发程度和规划的建设用地目标值进行比较，判断是否需要继续开发建设用地；若建设用地开发程度未达到建设用地目标值，则继续对该适宜开发的建设用地进行开发，否则，无需继续开发。
本申请还提供一种基于GIS的国土空间规划优化系统，该系统包括:
选取模块，用于从GIS系统中选取待优化区域；
第一获取模块，获取待优化区域内的国土空间分布实景图，并根据国土空间分布实景图获取待优化区域内的基础数据；
评价模块，用于根据基础数据对待优化区域进行评价，得出评价结果；
优化模块，用于根据评价结果、基础数据和预设的优化指标对国土空间进行优化；
第二获取模块，用于获取优化后的国土空间规划一张图。
如上的，其中，评价模块包括：
资源环境承载能力评价模块，用于对待优化区域的资源环境承载能力进行评价；
建设用地开发适宜性评价模块，用于对待优化区域的建设用地开发适宜性进行评价。
本申请实现的有益效果如下：
(1)本申请基于GIS系统选取待优化区域，并获取待优化区域的国土空间分布实景图以及待优化区域的基础数据，并根据基础数据对国土空间的资源环境承载能力和国土空间开发适宜性进行评价，依据现有的国土空间规划情况和预设的优化指标对国土空间进行重新规划，实现国土空间的自动化规划，且规划的准确性高，无需工作人员进行规划，节省了人力，提高了国土空间规划的效率和便捷性。
(2)本申请对国土空间规划的情况进行监测和预警，对生态保护区域、城乡建设区域、重大基础设施和开发利用行为进行长期的监测，将监测数据超过预警值的区域进行预警提示，对不正当开发利用行为进行及时预警。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请实施例的一种基于GIS的国土空间规划优化方法的流程图。
图2为本申请实施例的对待优化区域的资源环境承载能力进行评价的方法流程图。
图3为本申请实施例的对待优化区域的建设用地开发适宜性进行评价的方法流程图。
图4为本申请实施例的一种基于GIS的国土空间规划系统的结构示意图。
附图标记：10-选取模块；20-第一获取模块；30-评价模块；31-资源环境承载能力评价模块；32-建设用地开发适宜性评价模块；40-优化模块；50-第二获取模块；100-国土空间规划优化系统。
具体实施方式
下面结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
实施例一
如图1所示，本申请提供一种基于GIS的国土空间规划优化方法，该方法包括如下步骤：
步骤S1，从GIS系统中选取待优化区域。
步骤S2，获取待优化区域内的国土空间分布实景图，并根据国土空间分布实景图获取待优化区域内的基础数据。
具体的，从GIS系统中获取待优化区域内的国土空间分布实景图，国土空间分布实景图以三维立体图像形式显示在GIS系统的屏幕上，国土空间分布实景图中包括建筑物、道路、河流、农业区域和绿化带区域等区域。
其中，基础数据包括：农业地块、工业地块、城镇建设地块、水域、重要基础设施地块、生态植被地块和道路等面积大小和空间分布位置。
步骤S3，根据基础数据对待优化区域进行评价，得出评价结果。该评价结果用于对国土空间规划进行合理优化。
如图2所示，根据本发明的一个具体实施例，对待优化区域的资源环境承载能力进行评价的方法包括：
步骤S210,根据基础数据获取待优化区域的资源环境要素数据。
资源环境要素数据包括：土地资源数据、水资源数据、海洋资源数据、环境资源数据和生态资源数据、建设用地开发强度、人均耕地生产能力等。
步骤S220，将获取的资源环境要素数据输入到资源环境承载能力计算模型中，输出资源环境承载能力值。
具体的，资源环境承载能力值的计算公式为：
Figure GDA0003681973610000071
其中，
Figure GDA0003681973610000072
其中，Dzi表示资源环境承载能力值；n表示资源环境要素的总数量；wi第i个资源环境要素的权重；Hi表示i个资源环境要素的承载能力值占总体资源环境承载能力值的比重；xi表示第i个资源环境要素的承载能力值；ln(*)表示log以e为底的函数。
步骤S230，将输出的资源环境承载能力值与预警值进行比较，若输出的资源环境承载能力值超过预警值，则发出预警提示，并对建设用地空间进行优化，加强对自然资源的保护，保证自然社会经济环境的协调有序发展，否则，无需预警。
如图3所示，根据本发明的另一个具体实施例，对待优化区域的建设用地开发适宜性进行评价的方法包括：
步骤S310，将建设用地划分为多个评价区域。
具体的，沿城市行政区的边界将建设用地划分为多个评价区域。
步骤S320，根据将单个评价区域的限制性影响因素数据和利于建设用地开发的影响因素数据计算单个评价区域的建设开发适宜性评分值。
其中，限制性影响因素包括：永久基本农田、塌陷区、生态红线、城市行政区边界、水域、坡度(工业用地最大坡度10％，居民用地最大坡度25％)、重要基础设施、重要交通道路、泄洪通道、难以利用的土地、地震活跃区和一般农用地。利于建设用地开发的影响因素包括:空闲土地的连片面积、环境状态和经济发展状态等。空闲土地的连片面积越大、环境状态越好以及经济发展状态越好均有利于建设用地的开发。
单个评价区域的建设开发适宜性评分值的计算公式为：
Figure GDA0003681973610000081
其中，Zshi表示单个评价区域的建设开发适宜性评分值；∏表示累乘运算；Fj表示第j个利于建设用地开发的影响因素的影响值；m表示利于建设用地开发的影响因素的总数；qk表示第k个限制性影响因素的权重，fk表示第k个限制性影响因素的单因素评分值；K表示限制性影响因素的总数量。
根据获得的单个评价区域的建设开发适宜性分值的大小判断建设用地开发的适宜性程度。
其中，建设用地开发的适宜性程度包括：最适宜，基本适宜，不适宜和特别不适宜。建设用地开发的适宜性程度根据该区域的地形地貌、生态和重大基础设施等决定的，对建设用地开发的适宜性程度进行评价，有利于对该区域空间进行合理的规划，提高城市发展水平。
步骤S330，根据适宜开发用地的建设开发适宜性评分值和现状建设用地面积数据计算建设用地开发程度。
具体的，建设用地开发程度的计算公式为：
Figure GDA0003681973610000091
其中，M表示建设用地开发程度；C表示现状建设用地的适宜性评分值；S表示现状建设用地面积；Zg表示第g个适宜开发用地的建设开发适宜性评分值；G表示适宜开发用地的总数。
步骤S340，根据建设用地开发程度和规划的建设用地目标值进行比较，判断是否需要继续开发建设用地；若建设用地开发程度未达到建设用地目标值，则对该适宜开发的建设用地进行开发，否则，无需继续开发。
根据本发明的一个具体实施例，评价结果以评价报告、评价数据表、评价平面表达图或评价矢量图表示。
步骤S4，根据评价结果、基础数据和预设的优化指标对国土空间进行优化。实现了国土空间的自动优化，节省了人力和成本，提高了国土空间规划的效率和便捷性。
具体的，通过国土空间优化模型自动对国土空间进行优化，国土空间优化模型为：
Figure GDA0003681973610000101
其中，国土空间优化模型具备以下约束条件：
Figure GDA0003681973610000102
其中，Fall表示目标函数；L表示基础数据的类别总数；α表示第α个基础数据；dα表示单个基础数据对应的优化力度；dα为根据预设的优化指标计算的；
Figure GDA0003681973610000103
Dyu表示与基础数据对应的预设的优化指标；Dji表示基础数据，Fαβ表示第α个基础数据对应的第β个子目标的评分值；J表示单个基础数据对应子目标的总数；Dzi表示资源环境承载能力值；Dsheding表示预先设定的资源环境承载能力极限值；Zshi表示用地的建设开发适宜性评分值；Zsheding表示预先设定的建设开发适宜性极限值。
步骤S5，获取优化后的国土空间规划一张图。
具体的，国土空间布局模式包括：生态保护区域、农业生产区域或休闲区域、城镇建设区域、工业区域等以不同比重的结合布局模式。
根据本发明的一个具体实施例，判断待优化区域内计算的资源环境承载能力值和建设开发适宜性评分值是否符合可优化的阈值范围，若是，则对国土空间区域进行优化，对生态保护区域、农业生产区域或休闲区域、城镇建设区域、工业区域进行调整优化，否则，无需优化。
根据本发明的具体实施例，基于GIS(地理信息系统)对生态保护区域、城乡建设区域、重大基础设施和开发利用行为进行长期的监测，将监测数据超过预警值的区域进行预警提示，对不正当开发利用行为进行及时预警。
根据本发明的具体实施例，本发明基于GIS(地理信息系统)对国土空间进行规划，并为国土空间规划优化后的结果建立数据库和一张图。进而为后期对国土空间规划情况的浏览、共享、编制、审批、管制、监测评估等提供技术支持。
在GIS的数据库中建立资源环境承载能力评价图表、国土空间开发适宜性图表、三区(城镇空间、生态空间、农业空间)三线(生态保护红线、永久基本农田红线、城镇开发边界)、主体功能区域规划图表、土地利用规划图表、交通设施规划、公共服务设施规划、灾害防护区规划、产业发展布局图表等。
实施例二
如图4所示，本申请提供一种基于GIS的国土空间规划优化系统100，该系统包括:
选取模块10，用于从GIS系统中选取待优化区域。
第一获取模块20，用于获取待优化区域内的国土空间分布实景图，并根据国土空间分布实景图获取待优化区域内的基础数据；
评价模块30，用于根据基础数据对待优化区域进行评价，得出评价结果；
优化模块40，用于根据评价结果、基础数据和预设的优化指标对国土空间进行优化；
第二获取模块50，用于获取优化后的国土空间规划一张图。
根据本发明的具体实施例，评价模块30包括：
资源环境承载能力评价模块31，用于对待优化区域的资源环境承载能力进行评价；
建设用地开发适宜性评价模块32，用于对待优化区域的建设用地开发适宜性进行评价
本申请实现的有益效果如下：
(1)本申请基于GIS系统选取待优化区域，并获取待优化区域的国土空间分布实景图以及待优化区域的基础数据，并根据基础数据对国土空间的资源环境承载能力和国土空间开发适宜性进行评价，依据现有的国土空间规划情况和预设的优化指标对国土空间进行重新规划，实现国土空间的自动化规划，且规划的准确性高，无需工作人员进行规划，节省了人力，提高了国土空间规划的效率和便捷性。
(2)本申请对国土空间规划的情况进行监测和预警，对生态保护区域、城乡建设区域、重大基础设施和开发利用行为进行长期的监测，将监测数据超过预警值的区域进行预警提示，对不正当开发利用行为进行及时预警。

Claims (8)

1.一种基于GIS的国土空间规划优化方法，其特征在于，该方法包括：
从GIS系统中选取待优化区域；
获取待优化区域内的国土空间分布实景图，并根据国土空间分布实景图获取待优化区域内的基础数据；
根据基础数据对待优化区域进行评价，得出评价结果；
根据评价结果、基础数据和预设的优化指标对国土空间进行优化；
获取优化后的国土空间规划一张图；
其中，根据基础数据对待优化区域进行评价包括：对待优化区域的资源环境承载能力进行评价和对待优化区域的建设用地开发适宜性进行评价；
其中，通过国土空间优化模型自动对国土空间进行优化，国土空间优化模型为：
Figure FDA0003681973600000011
其中，国土空间优化模型具备以下约束条件：
Figure FDA0003681973600000012
其中，Fall表示目标函数；L表示基础数据的类别总数；α表示第α个基础数据；dα表示单个基础数据对应的优化力度；dα为根据预设的优化指标计算的；
Figure FDA0003681973600000013
Dyu表示与基础数据对应的预设的优化指标；Dji表示基础数据，Fαβ表示第α个基础数据对应的第β个子目标的评分值；J表示单个基础数据对应子目标的总数；Dzi表示资源环境承载能力值；Dsheding表示预先设定的资源环境承载能力极限值；Zshi表示用地的建设开发适宜性评分值；Zsheding表示预先设定的建设开发适宜性极限值。
2.根据权利要求1所述的基于GIS的国土空间规划优化方法，其特征在于，对待优化区域的资源环境承载能力进行评价的方法包括：
根据基础数据获取待优化区域的资源环境要素数据；
将获取的资源环境要素数据输入到资源环境承载能力计算模型中，输出资源环境承载能力值；
将输出的资源环境承载能力值与预警值进行比较，若输出的资源环境承载能力值超过预警值，则发出预警提示，否则，无需预警。
3.根据权利要求2所述的基于GIS的国土空间规划优化方法，其特征在于，资源环境承载能力值的计算公式为：
Figure FDA0003681973600000021
其中，
Figure FDA0003681973600000022
其中，Dzi表示资源环境承载能力值；n表示资源环境要素的总数量；wi第i个资源环境要素的权重；Hi表示i个资源环境要素的承载能力值占总体资源环境承载能力值的比重；xi表示第i个资源环境要素的承载能力值。
4.根据权利要求1所述的基于GIS的国土空间规划优化方法，其特征在于，对待优化区域的建设用地开发适宜性进行评价的方法包括：
沿城市行政区的边界将建设用地划分为多个评价区域；
根据将单个评价区域的限制性影响因素数据和利于建设用地开发的影响因素数据计算单个评价区域的建设开发适宜性评分值。
5.根据权利要求4所述的基于GIS的国土空间规划优化方法，其特征在于，单个评价区域的建设开发适宜性评分值的计算公式为：
Figure FDA0003681973600000031
其中，Zshi表示单个评价区域的建设开发适宜性评分值；∏表示累乘运算；Fj表示第j个利于建设用地开发的影响因素的影响值；m表示利于建设用地开发的影响因素的总数；qk表示第k个限制性影响因素的权重，fk表示第k个限制性影响因素的单因素评分值；K表示限制性影响因素的总数量。
6.根据权利要求4或5所述的基于GIS的国土空间规划优化方法，其特征在于，根据适宜开发用地的建设开发适宜性评分值和现状建设用地面积数据计算建设用地开发程度；
建设用地开发程度的计算公式为：
Figure FDA0003681973600000032
其中，M表示建设用地开发程度；C表示现状建设用地的适宜性评分值；S表示现状建设用地面积；Zg表示第g个适宜开发用地的建设开发适宜性评分值；G表示适宜开发用地的总数。
7.根据权利要求6所述的基于GIS的国土空间规划优化方法，其特征在于，根据建设用地开发程度和规划的建设用地目标值进行比较，判断是否需要继续开发建设用地；若建设用地开发程度未达到建设用地目标值，则继续对该适宜开发的建设用地进行开发，否则，无需继续开发。
8.一种基于GIS的国土空间规划优化系统，其特征在于，该系统包括:
选取模块，用于从GIS系统中选取待优化区域；
第一获取模块，获取待优化区域内的国土空间分布实景图，并根据国土空间分布实景图获取待优化区域内的基础数据；
评价模块，用于根据基础数据对待优化区域进行评价，得出评价结果；
优化模块，用于根据评价结果、基础数据和预设的优化指标对国土空间进行优化；
第二获取模块，用于获取优化后的国土空间规划一张图；
其中，根据基础数据对待优化区域进行评价包括：对待优化区域的资源环境承载能力进行评价和对待优化区域的建设用地开发适宜性进行评价；
其中，通过国土空间优化模型自动对国土空间进行优化，国土空间优化模型为：
Figure FDA0003681973600000041
其中，国土空间优化模型具备以下约束条件：
Figure FDA0003681973600000042
其中，Fall表示目标函数；L表示基础数据的类别总数；α表示第α个基础数据；dα表示单个基础数据对应的优化力度；dα为根据预设的优化指标计算的；
Figure FDA0003681973600000043
Dyu表示与基础数据对应的预设的优化指标；Dji表示基础数据，Fαβ表示第α个基础数据对应的第β个子目标的评分值；J表示单个基础数据对应子目标的总数；Dzi表示资源环境承载能力值；Dsheding表示预先设定的资源环境承载能力极限值；Zshi表示用地的建设开发适宜性评分值；Zsheding表示预先设定的建设开发适宜性极限值。
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