CN114238534A - 一种基于gis的国土空间规划系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了一种基于GIS的国土空间规划系统，GIS信息存储模块构建模块，用于定期构建GIS数据，并将构建的GIS数据存入所述历史信息存储模块；国土覆盖预估模块，用于接收并计算历史信息存储模块存储的大数据，对预估时间段内的国土变化后的地图图像信息进行预估，并将预估结果发送给所述结果信息存储模块进行存储；规划显示模块，提取所述国土覆盖预估模块的预估结果并以预先设定的规则进行单元格划分，并展示变化后的地图图像，并在每个单元格内标注变化后的覆盖属性和轨迹移动情况。
Description
技术领域
本发明涉及国土空间规划技术领域，尤其涉及一种基于GIS的国土空间规划系统。
背景技术
国土空间规划是指在国土空间规划确定空间用途及开发利用限制条件的基础上，在国土空间开发利用许可、用途变更审批和开发利用监管等环节对耕地、林地、草原、河流、湖泊、湿地、海域、无居民海岛等所有国土空间用途或功能进行监管，其根本目的是为了守住资源底线、提高资源配置效率，并实现可持续利用。伴随山水林田湖草统一纳入自然资源管理，急需加强国土空间规划技术的研究与应用，全面为自然资源资产开发利用提供数据支撑和技术支撑。现有技术中的土空间规划系统，技术人员需要多方收集多源异构的数据，难以建立统一的规划编制底图和底数数据库；国土空间规划还存在实效性差、数据共享困难等问题，导致国土空间规划效果远远没有达到预期。
地理信息系统(Geographic Information System或Geo-Information system，GIS)有时又称为“地学信息系统”，它是一种特定的十分重要的空间信息系统。它是在计算机硬、软件系统支持下，对整个或部分地球表层(包括大气层)空间中的有关地理分布数据进行采集、储存、管理、运算、分析、显示和描述的技术系统。开发人员必须定义GIS中被执行的各种任务，开发处理程序。精确的可用的数据可以影响到查询和分析的结果。硬件的性能影响到软件对数据的处理速度，使用是否方便及可能的输出方式。地理信息系统(GIS)技术能够应用于科学调查、资源管理、财产管理、发展规划、绘图和路线规划。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提出了一种基于GIS的国土空间规划系统，包括：GIS信息存储模块构建模块、历史信息存储模块、国土覆盖预估模块、结果信息存储模块和规划显示模块；
所述GIS信息存储模块构建模块，用于定期构建GIS数据，并将构建的GIS数据存入所述历史信息存储模块；
所述国土覆盖预估模块，用于接收并计算历史信息存储模块存储的大数据，对预估时间段内的国土变化后的地图图像信息进行预估，并将预估结果发送给所述结果信息存储模块进行存储；
所述规划显示模块，提取所述国土覆盖预估模块的预估结果并以预先设定的规则进行单元格划分，并展示变化后的地图图像，并在每个单元格内标注变化后的覆盖属性和轨迹移动情况。
进一步地，所述GIS数据构建模块包括：
地图图像存储单元，用于获取并存储地图图像；
小波合成器单元，用于转换始地图图像，根据创建小波数据流的各种分辨率将图像分成层；
压缩单元，通过使用长度编码和霍夫曼编码对小波数据流进行数据压缩，获得最小的字节数，并通过网络向所述国土覆盖预估模块传递数据。
进一步地，所述国土覆盖预估模块包括：
解压缩单元，用于对数据进行解压缩，并转换回小波数据流；
小波分解器单元将小波数据流重新组合成地图的原始图像；
分布函数计算单元，其被配置为接收并计算历史信息存储模块存储的大数据；
国土变化预估单元，根据所述分布函数计算单元计算的覆盖属性变化率函数和中心轨迹变化函数，在小波分解单元输出的变化后的最新得到的地图图像信息的基础上，对预估时间段内的国土变化后的地图图像信息进行预估。
进一步地，所述分布函数计算单元对历史信息存储模块存储的大数据进行计算的方法包括：
步骤S1、覆盖属性变化率函数计算，基于历史信息存储模块存储的大数据计算针对每种土地覆盖属性变化率函数TC：
式中:Ui为土地覆盖属性变化前第i类土地覆盖属性面积，Uj为土地覆盖属性变化前第j类土地覆盖属性面积；|Ui-Uj|为规定时间跨度内从第i类土地覆盖属性向第j类土地覆盖属性变化的面积差值的绝对值；T为时间跨度；
步骤S2、中心轨迹变化函数计算，根据历史数据中各土地覆盖属性的中心，计算土地覆盖属性变化前后，中心轨迹的变化，
式中:xi,yi分别表示第i类属性土地的中心的经度和纬度坐标，Ui为土地覆盖属性变化前第i类土地覆盖属性面积；Xi,Yi表示土地整体的经度和纬度坐标。
进一步地，所述规划显示模块采用如下方法进行生成变化后的地图图像、单元格划分以及标注：
S11、数据转换；根据国土变化预估单元对预估时间段内的国土变化后的地图图像信息进行的预估结果，将数据格式转换为图片格式；
S12、单元格划分即信息标注；以土地覆盖属性为最小划分单位，进行单元格划分；
S13、矢量化；通过将单元格内的数据结构转换为矢量数据结构，为单元格结构中存在数据的点输入坐标值；
S14、图面整合；将相邻的具有相同的边界的单元格进行合并，通过边缘匹配对齐单元格边界的边缘后，将单元格的图像和信息合并为一个完整的土地规划图；
S15、图像校正；采用地面参考点校正方法，对所有图像数据的位置进行综合校正。
进一步地，当地面参考点坐标为(x,y)，图像坐标为(u,v)时，通过下式进行坐标变换，从而进行校正：
x＝au+by+c,y＝du+ev+f。
进一步地，步骤S12中，用不同颜色来表示不同单元格的土地覆盖属性，对每个单元格赋予标识符，标识符的格式为：{属性变化率和中心移动距离}。
进一步地，所述以预先设定的规则进行单元格划分包括：按照覆盖属性进行单元格划分或者按照预定的大小进行单元格划分。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例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发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的基于GIS的国土空间规划系统示意图；
图2为本发明的GIS数据构建模块、历史信息存储模块和国土覆盖预估模块的结构示意图；
图3是本发明的规划显示模块所展示的单元格及标注情况示意图。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将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，本领域普通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。
在本发明的具体实施例附图中，为了更好、更清楚的描述基于GIS的国土空间规划系统中的各元件的工作原理，表现所述装置中各部分的连接关系，只是明显区分了各元件之间的相对位置关系，并不能构成对元件或结构内的信号传输方向、连接顺序及各部分结构大小、尺寸、形状的限定。
如图1所示，为本发明的基于GIS的国土空间规划系统示意图。国土空间规划系统包括：GIS数据构建模块10、历史信息存储模块20、国土覆盖预估模块30、结果信息存储模块40和规划显示模块50。
GIS数据构建模块10，用于定期构建GIS数据，例如每年构建一次，并将历史构建的GIS数据存入历史信息存储模块20。
如图2所示，为本发明的GIS数据构建模块10、历史信息存储模块20和国土覆盖预估模块30的结构示意图。GIS数据构建模块10包括：
地图图像存储单元11，用于获取并存储地图图像。获取地图图像的方法包括各种地理信息数据的采集手段，例如通过小型机或测绘专用无人机获取地理图片或者利用GPS定位装置在获取实景图像的同时记录拍摄装置各移动点的地理位置信息等。
小波合成器单元12，用于转换地图图像存储单元11获取的始地图图像，根据创建小波数据流的各种分辨率将图像分成层。在优选实施例中，可以选择一系列分辨率来减少通过网络传输的数据量。小波算法优选地使用插值方法。
压缩单元13，通过使用长度编码和霍夫曼编码对小波数据流进行数据压缩，以获得最小的字节数，然后再通过网络传递数据。
相应的，为了接收数据，国土覆盖预估模块30包括：
解压缩单元34，当通过网络接收压缩数据流时，解压缩单元34对数据进行解压缩，将其转换回小波数据流。
小波分解器单元35，用于将小波数据流重新组合成原始的地图图像。
国土覆盖预估模块30利用历史数据的国土演变的空间因果关系。国土的利用在空间上的布局可以解释为一系列空间因素共同作用的结果，因此满足因果关系分析逻辑。通过挖掘这种潜在的空间关系，进而规律顺推便可实现国土覆盖预估以及规划布局。因此，国土覆盖预估模块30还包括：分布函数计算单元36和国土变化预估单元37。
分布函数计算单元36，其被配置为接收并计算历史信息存储模块存储的大数据。
分布函数计算单元计算历史信息存储模块存储的大数据的方法包括：
步骤S1、覆盖属性变化率函数计算，基于历史信息存储模块存储的大数据，计算针对每种土地覆盖属性的变化率情况；
覆盖属性变化率函数是根据问题来研究土地覆盖属性的动态度，研究单元格土地利用年变化率一般用来分析该单元格的综合土地利用动态度，覆盖属性变化率函数的数学表达式用TC来表示:
式中:Ui为土地覆盖属性变化前第i类土地覆盖属性面积，Uj为土地覆盖属性变化前第j类土地覆盖属性面积；|Ui-Uj|为规定时间跨度内从第i类土地覆盖属性向第j类土地覆盖属性变化的面积差值的绝对值；T为时间跨度。
步骤S2、中心轨迹变化函数计算，
根据历史数据中各土地覆盖属性的中心，计算土地覆盖属性变化前后，中心轨迹的变化，
式中:xi,yi分别表示第i类属性土地的中心的经度和纬度坐标，Ui为土地覆盖属性变化前第i类土地覆盖属性面积；Xi,Yi表示土地整体的经度和纬度坐标。
国土变化预估单元37根据分布函数计算单元36计算的覆盖属性变化率函数和中心轨迹变化函数，在小波分解单元输出的变化后的最新得到的地图图像信息的基础上，对预估时间段内的国土覆盖属性变化后的地图图像信息进行预估，并将预估结果发送给结果信息存储模块40进行存储。国土覆盖预估模块的分析简单易行，需要的数据比较少，可有利于实际应用。
规划显示模块，提取国土覆盖预估模块的预估结果并以预先设定的规则进行单元格划分，例如按照覆盖属性进行单元格划分或者按照预定的大小进行单元格划分，并展示变化后的单元格形式的地图图像，并在每个单元格内标注变化后的覆盖属性和轨迹移动情况，如图3所示。
具体地，规划显示模块采用如下方法进行生成变化后的地图图像、单元格划分以及标注。
S11、数据转换。根据国土变化预估单元37对预估时间段内的国土变化后的地图图像信息进行的预估结果，将数据格式转换为图片格式，以便在GIS地图中使用。
S12、单元格划分即信息标注。以土地覆盖属性为最小划分单位，进行单元格划分，用不同颜色来表示不同单元格的土地覆盖属性，为了区分各个单元格的属性以及中心变化情况，对每个单元格赋予标识符。如图3所示，通过从左上到右下，为每个一个单元格标注标识符，标识符的格式为{属性变化率和中心移动距离}，例如{25％,5m}，表示属性变化率为25％和中心移动距离为5m。
S13、矢量化。它通过使用CADCore等程序将单元格的数据结构转换为矢量数据结构，即矢量化，为单元格结构中存在数据的点输入坐标值。
S14、图面整合。将相邻的具有相同的边界的单元格进行合并，在边界处会存在整合错误，因此必须对其进行更正以提供完美的覆盖范围。用ARCEDIT边缘匹配对齐单元格边界的边缘后，即可将单元格的图像和信息合并为一个完整的土地规划图。
S15、图像校正。国土覆盖预估模块的分析不具有过程机制，预估模块自身无法对一些土地利用变化过程进行图像校正，因此在优选的实施例中，通过后期在规划显示模块采用地面参考点校正方法，用于对所有图像数据的位置进行综合校正。该方法在获取图像时只分析失真程度，而不考虑图像中包含的失真原因，获取图像中某点与地面参考点的变换公式，以校正图像失真。
具体地，当地面参考点坐标为(x,y)，图像坐标为(u,v)时，目标是通过连接两个坐标来获得它们之间的关系，坐标之间的变换公式为：
x＝au+by+c,y＝du+ev+f；
在这种情况下，为了确定上述变换公式，必须获得所有六个未知系数(a,b,c,d,e,f)，因此必须至少选择三个正确的地面参考点坐标。在选择地面参考点时，最重要的一点是该点是否具有作为基准点的资格。地面参考点是在图像坐标与地图坐标之间的转换中成为基准的点，因此其位置应始终不随时间变化。例如使用道路的交叉点、堤坝的末端、人工结构物、大型建筑物等。在确立了六个未知系统之后，即可确定变换公式，根据变化公式的对应关系，对图像坐标进行校正。
如果所选择的地面基准点是准确的，则尽可能多地确定地面基准点可以最小化在图像校正期间发生的误差，并且即使相同数量的地面基准点也可以均匀地分布在更宽的部分上，从而实现准确的转换。
本发明的国土空间规划系统利用GIS系统和信息存储模块中存储的空间信息和属性资料，实现地图的放大及缩小功能、能够移动地图的平移功能、整体视图、输出功能、属性视图的映射功能、叠加多个主题地图而能够详细了解关于地形的信息的叠加功能以及基于用户查询条件的搜索功能等。同时，使用本发明的基于GIS的国土空间规划系统能够快速预测和展示国土覆盖空间数据,并建立相应的单元格模型,同时结合单元格上的标识符，对空间规划进行综合考量。基于GIS的国土空间规划系统可以通过数据的集中管理,空间分析,数据可视化,图形编辑等操作,通过显示设备展现和预测国土覆盖变化信息,能够解决定位和空间校正的互换,提供一套完整的系统建设和维修的技术。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。
Claims (8)
1.一种基于GIS的国土空间规划系统，其特征在于，包括：GIS信息存储模块构建模块、历史信息存储模块、国土覆盖预估模块、结果信息存储模块和规划显示模块；
所述GIS信息存储模块构建模块，用于定期构建GIS数据，并将历史构建的GIS数据存入所述历史信息存储模块；
所述国土覆盖预估模块，用于接收并计算历史信息存储模块存储的大数据，对预估时间段内的国土变化后的地图图像信息进行预估，并将预估结果发送给所述结果信息存储模块进行存储；
所述规划显示模块，提取所述国土覆盖预估模块的预估结果并以预先设定的规则进行单元格划分，并展示变化后的地图图像，并在每个单元格内标注变化后的覆盖属性和轨迹移动情况。
2.根据权利要求1所述的国土空间规划系统，其特征在于，所述GIS数据构建模块包括：
地图图像存储单元，用于获取并存储地图图像；
小波合成器单元，用于转换始所述地图图像，根据创建小波数据流的各种分辨率将图像分成层；
压缩单元，通过使用长度编码和霍夫曼编码对小波数据流进行数据压缩，获得最小的字节数，并通过网络向所述国土覆盖预估模块传递数据。
3.根据权利要求2所述的国土空间规划系统，其特征在于，所述国土覆盖预估模块包括：
解压缩单元，用于对数据进行解压缩，并转换回小波数据流；
小波分解器单元将小波数据流重新组合成地图的原始图像；
分布函数计算单元，其被配置为接收并计算历史信息存储模块存储的大数据；
国土变化预估单元，根据所述分布函数计算单元计算的覆盖属性变化率函数和中心轨迹变化函数，在小波分解单元输出的变化后的最新得到的地图图像信息的基础上，对预估时间段内的国土变化后的地图图像信息进行预估。
4.根据权利要求3所述的国土空间规划系统，其特征在于，所述分布函数计算单元对历史信息存储模块存储的大数据进行计算的方法包括：
步骤S1、覆盖属性变化率函数计算，基于历史信息存储模块存储的大数据计算针对每种土地覆盖属性变化率函数TC：
式中:Ui为土地覆盖属性变化前第i类土地覆盖属性面积，Uj为土地覆盖属性变化前第j类土地覆盖属性面积；|Ui-Uj|为规定时间跨度内从第i类土地覆盖属性向第j类土地覆盖属性变化的面积差值的绝对值；T为时间跨度；
步骤S2、中心轨迹变化函数计算，根据历史数据中各土地覆盖属性的中心，计算土地覆盖属性变化前后，中心轨迹的变化，
式中:xi,yi分别表示第i类属性土地的中心的经度和纬度坐标，Ui为土地覆盖属性变化前第i类土地覆盖属性面积；Xi,Yi表示土地整体的经度和纬度坐标。
5.根据权利要求1所述的国土空间规划系统，其特征在于，所述规划显示模块采用如下方法进行生成变化后的地图图像、单元格划分以及标注：
S11、数据转换；根据国土变化预估单元对预估时间段内的国土变化后的地图图像信息进行的预估结果，将数据格式转换为图片格式；
S12、单元格划分即信息标注；以土地覆盖属性为最小划分单位，进行单元格划分；
S13、矢量化；通过将单元格内的数据结构转换为矢量数据结构，为单元格结构中存在数据的点输入坐标值；
S14、图面整合；将相邻的具有相同的边界的单元格进行合并，通过边缘匹配对齐单元格边界的边缘后，将单元格的图像和信息合并为一个完整的土地规划图；
S15、图像校正；采用地面参考点校正方法，对图面整合后的土地规划图中的图像数据的位置进行综合校正。
6.根据权利要求5所述的国土空间规划系统，其特征在于，当地面参考点坐标为(x,y)，图像坐标为(u,v)时，通过下式进行坐标变换，从而进行校正：
x＝au+by+c,y＝du+ev+f。
7.根据权利要求5所述的国土空间规划系统，其特征在于，步骤S12中，用不同颜色来表示不同单元格的土地覆盖属性，对每个单元格赋予标识符，标识符的格式为：{属性变化率和中心移动距离}。
8.根据权利要求1所述的国土空间规划系统，其特征在于，所述以预先设定的规则进行单元格划分包括：按照覆盖属性进行单元格划分或者按照预定的大小进行单元格划分。
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| PB01 | Publication | ||
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