CN115062682A - 目标功能区标识方法、装置、存储介质及设备 - Google Patents

目标功能区标识方法、装置、存储介质及设备 Download PDF

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CN115062682A CN202210445665.8A CN202210445665A CN115062682A CN 115062682 A CN115062682 A CN 115062682A CN 202210445665 A CN202210445665 A CN 202210445665A CN 115062682 A CN115062682 A CN 115062682A
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黄越
叶玉瑶
龚蔚霞
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Abstract

本发明涉及一种目标功能区标识方法、装置、存储介质及设备，基于预设的分类体系获取与目标功能类型对应的各单元网格的遥感数据，根据遥感数据来获取各单元网格的目标功能区识别结果，通过选取与目标功能区识别结果对应数量的聚类中心，对目标区域内的各个分散网格的目标功能区识别结果进行聚类，自动对目标区域内的目标功能区进行划分，通过在GIS系统上显示聚类后的目标功能区识别结果，生成该目标区域的目标功能区可视化地图，提高GIS系统的目标功能区的标识效率。

Description

目标功能区标识方法、装置、存储介质及设备
技术领域
本发明涉及可视化领域，尤其是涉及一种目标功能区标识方法、装置、存储介质及设备。
背景技术
功能区是指某个区域具有某种主导功能，例如，现有技术中根据某个区域的主导功能为生态功能、生活功能或生产功能，将该区域确定为生态功能区、生活功能区或生产功能区，功能区的有效识别可以为城市的经济发展、生活需要和生态保护提供科学理论基础，为优化国土空间开发利用和保护修复提供重要的借鉴意义和参考价值。
现有的技术通常直接根据各行政区域的土地利用类型来确定该区域的功能类型并划分功能区，但是，上述分类方式的准确性较低，而若将各行政区域划分为多个网格并针对各个网格进行功能区识别，识别耗时长且识别出的各个功能区在行政区域的分布较为分散，在GIS系统进行标识较为不便。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种目标功能区标识方法、装置、存储介质及设备，可以快速标识目标区域的目标功能区。
本申请的第一方面，提供了一种目标功能区标识方法，包括以下步骤：
基于预设的功能分类体系，获取目标区域内各单元网格的遥感数据；其中，所述预设的功能分类体系包括至少一个目标功能类型，每一个目标功能区具有对应的目标功能类型，所述遥感数据与所述目标功能类型对应；
根据所述各单元网格的遥感数据，获取各单元网格的目标功能区识别结果；
随机选取目标区域内的k个单元网格，将所述k个单元网格作为聚类中心，将所述目标区域内的其他单元网格划分至与该单元网格距离最近的聚类中心对应的目标功能区中，并重新获取每个目标功能区的聚类中心，直至每个聚类中心与该聚类中心内的单元网格的平方误差准则收敛；其中，k表示聚类中心的数量，每一个所述聚类中心对应一个目标功能类型；
根据目标区域内的各单元网格的聚类结果，在GIS系统上显示所述目标区域的目标功能区识别结果。
本申请的第二方面，提供了一种目标功能区标识装置，包括：
遥感数据获取模块，用于基于预设的功能分类体系，获取目标区域内各单元网格的遥感数据；其中，所述预设的功能分类体系包括至少一个目标功能类型，每一个目标功能区具有对应的目标功能类型，所述遥感数据与所述目标功能类型对应；
识别结果获取模块，用于根据所述各单元网格的遥感数据，获取各单元网格的目标功能区识别结果；
聚类模块，用于随机选取目标区域内的k个单元网格，将所述k个单元网格作为聚类中心，将所述目标区域内的其他单元网格划分至与该单元网格距离最近的聚类中心对应的目标功能区中，并重新获取每个目标功能区的聚类中心，直至每个聚类中心与该聚类中心内的单元网格的平方误差准则收敛；其中，k表示聚类中心的数量，每一个所述聚类中心对应一个目标功能类型；
标识模块，用于根据目标区域内的各单元网格的聚类结果，在GIS系统上显示所述目标区域的目标功能区识别结果。
本申请的第三方面，提供了一种计算机可读存储介质，其上储存有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现如上述任意一项所述的目标功能区标识方法的步骤。
本申请的第四方面，提供了一种计算机设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可被所述处理器执行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如上述任意一项所述的目标功能区标识方法的步骤。
在本申请实施例中，基于预设的分类体系获取与目标功能类型对应的各单元网格的遥感数据，根据遥感数据来获取各单元网格的目标功能区识别结果，通过选取与目标功能区识别结果对应数量的聚类中心，对目标区域内的各个分散网格的目标功能区识别结果进行聚类，自动对目标区域内的目标功能区进行划分，通过在GIS系统上显示聚类后的目标功能区识别结果，生成该目标区域的目标功能区可视化地图，提高GIS系统的目标功能区的标识效率。
为了更好地理解和实施，下面结合附图详细说明本发明。
附图说明
图1为本发明一个实施例中一种目标功能区标识方法的流程图；
图2为本发明一个实施例中一种目标功能区标识装置的结构示意图；
图3为现有的三生功能区标识示意图；
图4为利用本申请所述方法进行三生功能区标识的示意图。
具体实施方式
为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本申请实施例方式作进一步地详细描述。
应当明确，所描述的实施例仅仅是本申请实施例一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请实施例中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本申请实施例保护的范围。
在本申请实施例使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本申请实施例。在本申请实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。
下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本申请相一致的所有实施方式。相反，它们仅是如所附权利要求书中所详述的、本申请的一些方面相一致的装置和方法的例子。在本申请的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序，也不能理解为指示或暗示相对重要性。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
此外，在本申请的描述中，除非另有说明，“若干个”是指两个或两个以上。“和/或”，描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
本发明提供了一种目标功能区标识方法，如图1所示，所述目标功能区标识方法包括以下步骤：
步骤S1:基于预设的功能分类体系，获取目标区域内各单元网格的遥感数据；其中，所述预设的功能分类体系包括至少一个目标功能类型，每一个目标功能区具有对应的目标功能类型，所述遥感数据与所述目标功能类型对应；
功能分类体系可以根据用户实际需求进行设置，例如，在一个实施例中，功能分类体系可以采用现有的三生功能分类体系，三生功能分类体系根据各单元网格的土地利用类型数据以土地利用二级分类的主导功能将其划分为生态功能区、生活功能区或生产功能区，获取的遥感数据可以为与用于划分生态功能区、生活功能区或生产功能区的土地利用类型数据。
单元网格可以为用户预先设置的某个固定的尺度的网格，各单元网格的遥感数据时可以通过对获取的遥感数据进行降尺度或升尺度得到。
在另一个实施例中，单元网格可以为用户通过分析不同尺度空间单元与目标功能区识别结果之间的关联关系，通过分析生态指数、生活指数、生产指数和目标功能区识别结果与尺度之间的大小变化关系，确定分类精度最高的单元网格的尺度，具体地，在获取目标区域内各单元网格的遥感数据的步骤之前，还包括：
获取同一区域的多种不同尺度的空间单元的目标功能区识别结果预测值，获取目标功能区识别结果预测值与尺度之间关联关系，根据所述关联关系获取预测效果最优的尺度信息；
基于所述尺度信息确定单元网格的尺度。
需要说明的是，多种不同尺度的空间单元的目标功能区识别结果预测值至少包括两个尺度的空间单元的目标功能区识别结果预测值。
具体地，上述空间单元的多种尺度中包含的最小尺度可以根据上述目标功能区识别过程所涉及的遥感数据可达到的最小尺度进行确定，例如，当目标功能区包括生态功能区、生活功能区和生产功能区时，空间单元的包含的最小尺度可以是上述生态功能区、生活功能区和生产功能区识别过程所涉及的遥感数据可达到的最小尺度的最大值。
在一个实施例中，学习样本包括10m×10m、30m×30m、100m×100m、250m×250m、500m×500m、1000m×1000m、2000m×2000m等多个不同尺度的空间单元的目标功能区识别结果预测值，通过分析目标功能区识别结果预测值与空间单元的尺度的映射关系，获取获取精度最高的目标功能区识别结果预测值对应的尺度信息，根据该尺度信息确定单元网格的尺度，提高遥感数据处理效率和准确性。
步骤S2:根据所述各单元网格的遥感数据，获取各单元网格的目标功能区识别结果；
在一个实施例中，当功能分类体系为用于确定该区域为生态功能区、生活功能区或生产功能区的三生功能分类体系时，三生功能区的有效识别可以为城市的经济发展、生活需要和生态保护提供科学理论基础，为优化国土空间开发利用和保护修复提供重要的借鉴意义和参考价值。
具体地，可以获取各单元网格的土地利用类型数据，基于三生功能分类体系，根据各单元网格的土地利用类型数据以土地利用二级分类的主导功能将其划分为生态功能区、生活功能区或生产功能区，得到各单元网格的目标功能区识别结果。
步骤S3:随机选取目标区域内的k个单元网格，将所述k个单元网格作为聚类中心，将所述目标区域内的其他单元网格划分至与该单元网格距离最近的聚类中心对应的目标功能区中，并重新获取每个目标功能区的聚类中心，直至每个聚类中心与该聚类中心内的单元网格的平方误差准则收敛；其中，k表示聚类中心的数量，每一个所述聚类中心对应一个目标功能类型；
本申请实施例中，一个聚类中心分别对应一个目标功能区识别结果，通过在目标区域内随机选取k个单元网格创建初始聚类中心，通过计算每个单元网格与聚类中心之间的距离，将每个单元网格分配给距离它最近的聚类中心，重复上述过程直至平方误差准则收敛，实现目标区域内的各单元网格的聚类划分。
在一个实施例中，当本申请需要识别的目标功能区包括生态功能区、生活功能区和生产功能区，k可以设置为3。
具体地，每个聚类中心与该聚类中心内的单元网格的平方误差准则按照以下方式计算，
Figure BDA0003616723270000051
其中，E表示平方误差准则，p表示单元网格，mi表示第i个聚类中心Ci的质心，k表示聚类中心的数量，平方误差准则收敛可以是指得到平方误差准则最小。
步骤S4:根据目标区域内的各单元网格的聚类结果，在GIS系统上显示所述目标区域的目标功能区识别结果。
GIS系统(Geographic Information System或Geo－Information system，地理信息系统)是一种空间信息系统，GIS系统在计算机硬、软件系统支持下，可以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。在本申请实施例中，通过在GIS系统中标识目标区域的目标功能区，生成该目标区域的目标功能区可视化地图，便于政府部门制定对应的国土空间开发利用和保护修复策略。
在本申请实施例中，基于预设的分类体系获取与目标功能类型对应的各单元网格的遥感数据，根据遥感数据来获取各单元网格的目标功能区识别结果，通过选取与目标功能区识别结果对应数量的聚类中心，对目标区域内的各个分散网格的目标功能区识别结果进行聚类，自动对目标区域内的目标功能区进行划分，通过在GIS系统上显示聚类后的目标功能区识别结果，生成该目标区域的目标功能区可视化地图，提高GIS系统的目标功能区的标识效率。
在一个实施例中，目标功能类型包括生活功能、生产功能和生态功能，目标功能区包括生活功能区、生产功能区和生态功能区；
由于同一区域内可能同时存在生态功能区、生活功能区和生产功能区，因此在确定该区域的主导功能区时，可以通过选取反映区域的生态、生产与生活水平的特征数据，计算对应的生态指数、生活指数和生产指数，根据生态指数、生活指数和生产指数的大小关系来确定该区域的主导功能，得到该区域的目标功能区识别结果。
在本申请实施例中，根据单元网格的生态指数、生活指数和生产指数的最大值来确定单元网格所属的主导功能区，例如，若单元网格的生态指数最大时，确定该单元网格为生态功能区；若单元网格的生活指数最大时，确定该单元网格为生活功能区；若单元网格的生产指数最大时，确定该单元网格为生产功能区。
需要说明的是，当单元网格的生态指数、生活指数和生产指数中的最大值有两个或以上时，可以结合该单元网格的所属区域的主体功能分类以及经济发展战略确定该单元网格的所属的主导功能区，例如，当该单元网格的主体功能定位为重点生态功能区，则优先将该单元网格分为生态功能区。
或者，在另一个实施例中，当无法确定单元网格的生态指数、生活指数和生产指数中的最大值时，可以将该单元网格分为综合区。
现有技术的三生功能分类体系通常是直接按照生态、生活、生产功能定义对不同土地利用类型进行归并，例如林地、湿地等归并为生态空间，耕地、园地、养殖水面、工业用地等归并为生产空间，分类精度较低，无法体现土地利用的多功能性，划分的三生功能区的不够准确，无法发挥对国土空间布局规划和城市主导功能区规划的指导作用。
因此，针对上述问题，本申请提出了一种目标功能区标识方法，可以结合生态功能、生活功能、生产功能的空间特征和属性特征综合并表征到空间网格单元上，更精准地对市域空间的“三生功能”进行识别和分类，提高规划工作的科学性和可行性。
如下表1所示，其为一个实施例中的功能分类体系。如下表1所述，根据目标网格的生态适宜性、生活宜居度和生产适应性等功能类型来划分三生功能区，其中，生态适宜性可以包括生态保护重要性和生态敏感性等评价参数，生活宜居度可以包括地形适宜性、环境舒适度、交通便利度、公共设施便利度和邻避设施便利度等评价参数，生产适应性可以包括地形适宜性、交通可达性、基础设施便利度、环保约束程度、耕地质量等级和地块连片度等评价参数。
其中，每一个评价参数可以设置有一个或多个具体的评价指标，例如，生态保护重要性可以包括生物多样性维护功能重要性、水土保持功能重要性、水源涵养功能重要性等评价指标，生态敏感性可以包括水土流失敏感性等评价指标，地形适宜性可以根据单元网格的地形坡度以及地形起伏度等评价指标确定，环境舒适度可以根据目标网格一定邻域范围绿色开敞空间占比、到主要河流、海洋距离等评价指标，交通便利度可以包括到轨道交通站点距离、到高速公路出入口距离、到主要交通干线距离和到公交站场距离等评价指标确定，公共设施便利度可以包括到各级公共服务中心距离，邻避设施影响可以包括到垃圾场、变电站、殡仪馆、机场、高速公路等厌恶型设施距离等评价指标确定，交通可达性可以包括到机场、港口、轨道交通站点距离等评价指标确定，基础设施便利度可以包括到输变电站场、取水点距离等评价指标确定，环保约束程度可以根据单元网格是否属于人口密集区、自然保护区、水源保护区、环境空气质量一类功能区、上风向、上游等环保控制区确定，耕地质量等级可以根据耕地质量等级数据确定，地块连片度可以根据单元网格的耕地地块的面积确定。
表1三生功能分类体系
Figure BDA0003616723270000061
Figure BDA0003616723270000071
具体地，可以利用生态指数、生活指数和生产指数来确定目标区域内各单元网格的生态水平、生产水平和生活水平，从而将单元网格划分为生态功能区、生活功能区和生产功能区。
在一个实施例中，所述遥感数据包括生态系统分布信息、物种分布信息、水土保持量、水源涵养量、防风固沙量、水土流失敏感性指数、石漠化敏感性指数、沙漠化敏感性指数；
获取目标区域内各单元网格的生态指数的步骤具体包括：
根据单元网格的生态系统分布信息和物种分布信息，基于预设的生态系统分布信息、物种分布信息与生物多样性维护功能等级的对应关系，确定单元网格的生物多样性维护功能等级信息；
根据单元网格的水土保持量，基于预设的水土保持量与水土保持功能等级的对应关系，确定单元网格的水土保持功能等级信息；
根据单元网格的水源涵养量，基于预设的水源涵养量与水源涵养功能等级的对应关系，确定单元网格的水源涵养功能等级信息；
根据单元网格的防风固沙量，基于预设的防风固沙量与防风固沙功能等级的对应关系，确定单元网格的防风固沙功能等级信息；
基于生物多样性维护功能等级信息、水土保持功能等级信息、水源涵养功能等级信息和防风固沙功能等级信息中的最大值，获取单元网格的生态保护重要性评价参数；
根据水土流失敏感性指数，基于预设的水土流失敏感性指数与水土流失敏感性等级的对应关系，确定单元网格的水土流失敏感性等级信息；
根据石漠化敏感性指数，基于预设的石漠化敏感性指数与石漠化敏感性等级的对应关系，确定单元网格的石漠化敏感性等级信息；
根据沙漠化敏感性指数，基于预设的沙漠化敏感性指数与沙漠化敏感性等级的对应关系，确定单元网格的沙漠化敏感性等级信息；
基于水土流失敏感性等级信息、石漠化敏感性等级信息和沙漠化敏感性等级信息中的最大值，获取单元网格的生态敏感性评价参数；
基于所述单元网格的生态保护重要性评价参数和所述单元网格的生态敏感性评价参数，获取单元网格的生态指数。
生态系统分布信息用于确定单位网格内是否存在森林、灌丛、草地、湿地、荒漠、内陆湿地等生态系统。
物种分布信息用于确定单位网格内是否存在重要的野生农作物、水产、畜牧等重要种质资源，重要种质资源的具体种类和内容可以参照国家重点保护野生动植物名录以及世界自然保护联盟濒危物种确定。
当单位网格内存在森林、灌丛、草地、湿地、荒漠、内陆湿地等生态系统，或者，当单位网格内存在上述重要种质资源，确定单位网格为生物多样性维护功能突出的区域，基于预设的生态系统分布信息、物种分布信息与生物多样性维护功能等级的对应关系，获取生物多样性维护功能等级。
水土保持量可以根据修正的水土流失方程(RUSLE)模型计算得到，水土流失方程(RUSLE)模型用于拟合出土壤侵蚀量与侵蚀因子之间的定量关系，用于计算在一定耕作方式和经营管理制度下，因面蚀产生的年平均土壤流失量。其中，侵蚀因子可以包括植被覆盖因子、坡度、坡长、降水量等与土壤流失量相关的参数。
水源涵养量可以根据单位网格的水源涵养量表征，可以通过获取单位网格的土地利用类型、气象数据、土壤数据结合水量平衡方程计算得到。
防风固沙量是指潜在风蚀量与实际风蚀量的差值，可以通过获取单位网格的地块长度、风沙转运量、固沙量、气象因子、土壤结皮因子、地表糙度因子、植被覆盖因子结合修正的风蚀方程计算得到。
生态系统分布信息、物种分布信息与生物多样性维护功能等级的对应关系、水土保持量与水土保持功能等级的对应关系、水源涵养量与水源涵养功能等级的对应关系和防风固沙量与防风固沙功能等级的对应关系可以根据用户的实际需求进行设置。
在本申请实施例中，根据生物多样性维护功能等级信息、水土保持功能等级信息、水源涵养功能等级信息和防风固沙功能等级信息中的最大等级来确定生态保护重要性评价参数，具体地，生态保护重要性评价参数可以为生物多样性维护功能等级信息、水土保持功能等级信息、水源涵养功能等级信息和防风固沙功能等级信息中的最大等级。
本申请从水土流失敏感性、石漠化敏感性和沙漠化敏感性对生态敏感性进行评价，其中，水土流失敏感性等级根据水土流失敏感性指数确定，石漠化敏感性等级根据石漠化敏感性指数确定，沙漠化敏感性等级根据沙漠化敏感性指数。
具体地，按照以下方式，获取水土流失敏感性指数：
Figure BDA0003616723270000091
其中，i为单元网格，SSi为单元网格的水土流失敏感性指数，Ri为单元网格的降雨侵蚀力因子，Ki为单元网格的土壤可蚀性因子，LSi为单元网格的坡长坡度，Ci为单元网格的植被覆盖因子；
按照以下方式，获取石漠化敏感性指数：
Figure BDA0003616723270000092
其中，Si为单元网格的石漠化敏感性指数，Di为单元网格的碳酸盐出露面积比例，Pi为单元网格的地形坡度；
按照以下方式，获取沙漠化敏感性指数：
Figure BDA0003616723270000093
其中，DDi为单元网格的沙漠化敏感性指数，I为单元网格的干燥度指数，W为冬春季节大于6m/s的起风沙天数，K为单元网格的土壤质地。
基于水土流失敏感性等级信息、石漠化敏感性等级信息和沙漠化敏感性等级信息中的最大值确定单元网格的生态敏感性评价参数，其中，生态敏感性评价参数可以为水土流失敏感性等级信息、石漠化敏感性等级信息和沙漠化敏感性等级信息中的最大等级。
单元网格的生态指数可以根据生态保护重要性评价参数和生态敏感性评价参数中的平均值或最大值来确定，在本申请实施例中，单元网格的生态指数为生态保护重要性评价参数和生态敏感性评价参数中的最大值。
在一个实施例中，所述遥感数据包括预设邻域范围的绿色开敞空间占比数据、道路交通数据、与河流或海洋之间的距离数据和公共设施位置数据；
所述获取各单元网格的目标功能区识别结果的步骤具体包括：
根据单元网格的坡度数据，基于预设的坡度信息与地形适宜性等级的对应关系，确定单元网格的地形适宜性等级信息；
根据单元网格预设邻域范围的绿色开敞空间占比数据和与河流或海洋之间的距离数据，基于预设的绿色开敞空间占比数据、与河流或海洋之间的距离数据与环境舒适度等级的对应关系，确定单元网格的环境舒适度等级信息；
根据单元网格的道路交通数据，获取单元网格与目标交通点之间的距离数据；其中，所述目标交通点包括轨道交通站点、高速公路出入口、主要交通干线和公交站点；
根据所述单元网格与目标交通点之间的距离数据，基于单元网格与目标交通点之间的距离数据与交通便利度等级的对应关系，确定单元网格的交通便利度等级信息；
根据单元网格的道路交通数据与公共设施位置数据，获取单元网格与公共设施之间的距离数据，基于单元网格与公共设施之间的距离数据与公共设施便利度等级的对应关系，确定单元网格的公共设施便利度等级信息；其中，公共设施包括公共服务中心、垃圾场、变电站、殡仪馆、机场和高速公路；
基于所述单元网格的地形适宜性等级信息、环境舒适度等级信息、交通便利度等级信息、公共设施便利度等级信息的平均值，获取单元网格的生活指数；
根据所述单元网格的生态指数，确定所述单元网格是否为生活功能区。
坡度信息与地形适宜性等级的对应关系可以根据用户的实际需求进行设置，例如可以根据≤3°、3～8°、8～15°、15～25°、>25°划分为5(高)、4(较高)、3(中等)、2(较低)、1(低)五个等级。
优选地，还可以进一步结合单位网格的地形起伏度来确定地形适宜性等级，以提高地形适宜性等级评估的准确性。
具体地，对地形起伏度在第一区间的单位网格，降低预设第一等级阈值的地形适宜性等级，对地形起伏度在第二区间的单位网格，降低预设第二等级阈值的地形适宜性等级；其中，第一区间、第二区间、第一等级阈值和第二等级阈值可以根据用户实际需求设置。例如，可以设置为对于地形起伏度>200m的区域，将地形适宜性等级降2级，地形起伏度在100～200m之间的，将地形适宜性等级降1级。
在我国，城市绿色开敞空间指城市地域范围内，以绿化为主体的开敞性空间，绿色开敞空间由城市绿地、专用绿地、生态绿地组成。城市绿地是指公共绿地(城市公园、滨河绿地、林荫道、街头绿地等)和生产防护绿地(苗圃、花圃、防护林带等)。专用绿地是指绿地率高，建筑密度低活的单位(机关大院、大专院校、体育场、居住密小区绿地、医院、中小学、幼托、文物古迹、高级别墅区等)。生态绿地是指城郊的农业生产用地(包括近郊风景游览区)和自然景致(农田、林地、园地、蔬菜基地、水面、山体植被等)。三种绿地相互融合，相辅相成构成城市完整的多用途的绿色开敞空间，它们既有各自的使用功能，又共同对城市的生态环境起积极作用。
绿色开敞空间占比用于确定绿色开敞空间在单元网格的邻域范围的面积占比，单元网格的邻域范围可以根据用户需求进行设置，单元网格预设邻域范围的绿色开敞空间占比数据可以对单元网格的绿地数据和道路数据，基于移动窗口算法计算得到。
与河流或海洋之间的距离可以是指单位网格与主要河流或海洋之间的欧式距离。
绿色开敞空间占比数据、与河流或海洋之间的距离数据与环境舒适度等级的对应关系可以根据用户的实际需求进行设置，例如可以将绿色开敞空间占比按5％、10％、20％、30％依次划分为5个等级，绿色开敞空间占比越高，其对应环境舒适度等级的得分越高，到河流或海洋的按照9km、7km、5km、3km、1km划分为5个等级，距离越近，对应环境舒适度等级的得分越高。
单元网格与目标交通点之间的距离可以是指单元网格到轨道交通站点、高速公路出入口、主要交通干线和公交站点的欧式距离。
具体地，可以按照下表2的交通便利度等级划分表，获取下表中4中不同类型的交通设施对应的最高交通便利度等级作为单元网格的交通便利度等级。
表2交通便利度等级划分表
Figure BDA0003616723270000111
单元网格与公共设施之间的距离可以是指单元网格与公共服务中心之间的距离，单元网格与公共设施之间的距离数据与公共设施便利度等级的对应关系可以根据用户的实际需求进行设置，例如，可以按照9km、7km、5km、3km、1km划分为5个等级，距离越近，交通便利度等级得分越高。
在一个实施例中，还可以结合单元网格与垃圾场、变电站、机场、高速公路等厌恶型设施的距离来确定单元网格的生活水平。
具体地，获取单元网格与邻避设施之间的距离数据，其中，所述邻避设施包括垃圾场、变电站、机场和高速公路；
基于所述单元网格与邻避设施之间的距离数据，基于单元网格与邻避设施之间的距离数据与邻避设施便利度等级的对应关系，获取单元网格的邻避设施便利度等级信息；
基于所述单元网格的地形适宜性等级信息、环境舒适度等级信息、交通便利度等级信息、公共设施便利度等级信息的平均值与所述邻避设施便利度等级信息的最小值，获取单元网格的生活指数。
其中，单元网格与邻避设施之间的距离数据与邻避设施便利度等级的对应关系可以根据用户需求进行设置，例如，单元网格与邻避设施之间的距离数据与邻避设施便利度等级的对应关系可以设置为如下表3所示：
表3邻避设施便利度等级划分表
等级 5 4 3 2 1
到垃圾场距离/km ＞0.8 - ≤0.8 - -
到变电站距离/km ＞2 - ≤2 - -
到机场距离/km ＞2 - ≤2 - -
到高速公路距离/km ＞0.2 - ≤0.2 - -
单元网格的生活指数可以基于单元网格的地形适宜性等级信息、环境舒适度等级信息、交通便利度等级信息、公共设施便利度等级信息、邻避设施便利度等级信息的平均值确定，或者，单元网格的生活指数可以基于基于所述单元网格的地形适宜性等级信息、环境舒适度等级信息、交通便利度等级信息、公共设施便利度等级信息的平均值与所述邻避设施便利度等级信息的最小值确定。
在一个实施例中，所述目标功能类型包括生产功能，所述目标功能区包括生产功能区，生产功能区可以根据单元网格的生产指数确定，其中，生产指数根据单元网格的地形适宜性、交通可达性、基础设施便利度、环保约束程度、耕地质量等别、地块连片度得到。
具体地，所述遥感数据包括坡度数据、道路交通数据、基础设施位置数据、耕地质量等级数据和地块面积数据；
获取各单元网格的目标功能区识别结果的步骤具体包括：
根据单元网格的坡度数据，基于预设的坡度信息与地形适宜性等级的对应关系，确定单元网格的地形适宜性等级信息；
根据单元网格的道路交通数据，获取单元网格与目标运输点之间的距离数据和单元网格与基础设施的距离数据；其中，所述目标运输点包括机场、港口、轨道交通站点和公路货运站点；所述基础设施包括输变电站和取水点；
根据所述单元网格与目标运输点之间的距离数据，基于单元网格与目标运输点之间的距离数据与交通可达性等级的对应关系，确定单元网格的交通可达性等级信息；
根据所述单元网格与基础设施之间的距离数据，基于单元网格与基础设施之间的距离数据与基础设施便利度等级的对应关系，确定单元网格的基础设施便利度等级信息；
获取所述地形适宜性等级信息、交通可达性等级信息和基础设施便利度等级信息的平均值，根据所述单元网格是否属于一类环境空气质量功能区，确定所述单元网格的赋值参数，基于所述平均值与所述赋值参数之和，获取单元网格的产业发展适宜性评价参数；
根据所述单元网格的耕地质量等级数据，基于单元网格的耕地质量等级数据与耕地质量等级的对应关系，确定单元网格的耕地质量等级信息；
根据所述单元网格的地块面积数据，基于单元网格的地块面积数据与地块连片度等级的对应关系，确定单元网格的地块连片度等级信息；
基于所述耕地质量等级信息和地块连片度等级信息中的最小值，确定单元网格的农业生产适宜性评价参数；
基于所述单元网格的产业发展适宜性评价参数和所述单元网格的农业生产适宜性评价参数，获取单元网格的生产指数；
根据所述单元网格的生产指数，确定所述单元网格是否为生产功能区。
本实施例的地形适宜性等级的获取方式可以与上述实施例相同，也可以不同，具体地，坡度信息与地形适宜性等级的对应关系可以为按坡度≤2°、2～6°、6～15°、15～25°、>25°依次划分5(高)、4(较高)、3(中等)、2(较低)、1(低)五个等级，其中，地形适宜性等级越高，对应得分越高。
单元网格与目标运输点之间的距离可以是指单元网格与目标运输点之间的欧式距离，单元网格与目标运输点之间的距离数据与交通可达性等级的对应关系可以根据用户的实际需求设置，在一个实施例中，单元网格与目标运输点之间的距离数据与交通可达性等级的对应关系如下表4所示：
表4交通可达性等级划分表
Figure BDA0003616723270000131
在获取单元网格的交通可达性等级信息时，可以根据上述4种不同类型交通设施的最高级确定交通可达性等级信息。
基础设施便利度可以根据单元网格与变电站和取水点的距离确定。
其中，单元网格与基础设施之间的距离数据与基础设施便利度等级的对应关系可以根据用户的实际需求设置，在一个实施例中，单元网格与基础设施之间的距离数据与基础设施便利度等级的对应关系如下表5所示：
表5基础设施便利度等级划分表
等级 5 4 3 2 1
到变电站距离/km ≤5 ＞5&≤10 ＞10&≤20 - ＞20
到取水点距离/km ≤5 ＞5&≤10 ＞10&≤20 - ＞20
基础设施便利度等级可以为上述两种基础设施对应的基础设施便利度等级的均值，或者，也可以对上述两种基础设施对应的基础设施便利度等级之和采取等间隔分类的方式获取对应的基础设施便利度等级，其中，基础设施便利度等级越高，其对应的得分越高。
一类环境空气质量功能区可以包括人口密集区、自然保护区、水源保护区、环境空气质量一类功能区、上风向、上游等环保控制区。
具体地，在本申请实施例中，当单元网格属于一类环境空气质量功能区，单元网格的赋值参数可以设置为1，当单元网格不属于一类环境空气质量功能区，单元网格的赋值参数可以设置为0，通过将赋值参数与地形适宜性等级信息、交通可达性等级信息和基础设施便利度等级信息的平均值相加，得到单元网格的产业发展适宜性评价参数。
优选地，为便于计算，在获取地形适宜性等级信息、交通可达性等级信息和基础设施便利度等级信息的平均值之后，可以基于自然断点法地形适宜性等级信息、交通可达性等级信息和基础设施便利度等级信息的平均值进一步划分为5个等级，再根据划分的等级以及赋值参数确定单元网格的产业发展适宜性评价参数。
单元网格的耕地质量等级数据与耕地质量等级的对应关系可以根据用户需求进行设置，在本申请实施例中，按1～3等、4～6等、7～9等、10～12等、13～15等分为5、4、3、2、1等级，其中，耕地质量等级越高，其对应的得分越高。
单元网格的地块面积数据可以通过对单元网格的耕地地块进行融合，统计地块面积得到，单元网格的地块面积数据与地块连片度等级的对应关系可以根据用户需求进行设置，在本申请实施例中，按照地块面积从大到小按自然断点法划分为5、4、3、2、1等级。
单元网格的农业生产适宜性评价参数可以根据耕地质量等级信息和地块连片度等级信息中的最小值确定。
单元网格的生产指数可以为产业发展适宜性评价参数和农业生产适宜性评价参数的平均值或者最大值。
确定单元网格为生态功能区、生活功能区或生产功能区可以根据单元网格的生态指数、生活指数和生产指数中的最大值来确定。
优选地，在确定单元网格为生产功能区后，还可以进一步根据该单元网格的产业发展适宜性评价参数和农业生产适宜性评价参数的大小来确定该单元网格为生产(农业)主导型或生产(产业)主导型，具体地，若该单元网格的产业发展适宜性评价参数大于农业生产适宜性评价参数，确定该单元网格为生产(产业)主导型，若该单元网格的产业发展适宜性评价参数小于农业生产适宜性评价参数，确定该单元网格为生产(农业)主导型。
本申请实施例可以实现生态功能区、生活功能区或生产功能区的准确识别，用户可以根据划分的生态功能区、生活功能区或生产功能区实现目标区域不同功能区之间的资源调度及分配，为社会资源的合理分配及社会经济发展提供科学指导。
如图2所示，本申请实施例还提供了一种目标功能区标识方法装置，包括：
遥感数据获取模块101，用于基于预设的功能分类体系，获取目标区域内各单元网格的遥感数据；其中，所述预设的功能分类体系包括至少一个目标功能类型，每一个目标功能区具有对应的目标功能类型，所述遥感数据与所述目标功能类型对应；
识别结果获取模块102，用于根据所述各单元网格的遥感数据，获取各单元网格的目标功能区识别结果；
聚类模块103，用于随机选取目标区域内的k个单元网格，将所述k个单元网格作为聚类中心，将所述目标区域内的其他单元网格划分至与该单元网格距离最近的聚类中心对应的目标功能区中，并重新获取每个目标功能区的聚类中心，直至每个聚类中心与该聚类中心内的单元网格的平方误差准则收敛；其中，k表示聚类中心的数量，每一个所述聚类中心对应一个目标功能类型；
标识模块104，用于根据目标区域内的各单元网格的聚类结果，在GIS系统上显示所述目标区域的目标功能区识别结果。
需要说明的是，上述实施例提供的目标功能区标识方法装置在执行目标功能区标识方法时，仅以上述各功能模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能模块完成，即将设备的内部结构划分为不同的功能模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。另外，上述实施例提供的目标功能区标识装置与目标功能区标识方法属于同一构思，其体现实现过程详见方法实施例，这里不再赘述。
本申请实施例还提供了一种计算机可读存储介质，其上储存有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现如上述任意一项所述目标功能区标识方法的步骤。
本申请实施例可采用在一个或多个其中包含有程序代码的存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。计算机可读储存介质包括永久性和非永久性、可移动和非可移动媒体，可以由任何方法或技术来实现信息存储。信息可以是计算机可读指令、数据结构、程序的模块或其他数据。计算机的存储介质的例子包括但不限于：相变内存(PRAM)、静态随机存取存储器(SRAM)、动态随机存取存储器(DRAM)、其他类型的随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、快闪记忆体或其他内存技术、只读光盘只读存储器(CD-ROM)、数字多功能光盘(DVD)或其他光学存储、磁盒式磁带，磁带磁盘存储或其他磁性存储设备或任何其他非传输介质，可用于存储可以被计算设备访问的信息。
如图3所示，其为利用现有技术对某一地区的三生功能区进行标识的示意图，由图3可以看出，生态主导型功能区、生活主导型功能区、生产(农业)主导型功能区、生产(产业)主导型功能区和综合型功能区较为分散，用户难以了解该地区的功能区的具体分布情况。
图4为一个实施例中利用本申请的目标功能区标识方法对同一地区的三生功能区标识图，由图4可以看出，本申请可以的生态主导型功能区、生活主导型功能区、生产(农业)主导型功能区、生产(产业)主导型功能区和综合型功能区分布更加集中，用户可以快速了解该地区的三生功能区分布情况，便于对地区进行资源调度和国土空间规划。
本发明并不局限于上述实施方式，如果对本发明的各种改动或变形不脱离本发明的精神和范围，倘若这些改动和变形属于本发明的权利要求和等同技术范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变形。

Claims (10)

1.一种目标功能区标识方法，其特征在于，包括以下步骤
基于预设的功能分类体系，获取目标区域内各单元网格的遥感数据；其中，所述预设的功能分类体系包括至少一个目标功能类型，每一个目标功能区具有对应的目标功能类型，所述遥感数据与所述目标功能类型对应；
根据所述各单元网格的遥感数据，获取各单元网格的目标功能区识别结果；
随机选取目标区域内的k个单元网格，将所述k个单元网格作为聚类中心，将所述目标区域内的其他单元网格划分至与该单元网格距离最近的聚类中心对应的目标功能区中，并重新获取每个目标功能区的聚类中心，直至每个聚类中心与该聚类中心内的单元网格的平方误差准则收敛；其中，k表示聚类中心的数量，每一个所述聚类中心对应一个目标功能类型；
根据目标区域内的各单元网格的聚类结果，在GIS系统上显示所述目标区域的目标功能区识别结果。
2.根据权利要求1所述的目标功能区标识方法，其特征在于，所述目标功能类型包括生态功能，所述目标功能区包括生态功能区；
所述遥感数据包括生态系统分布信息、物种分布信息、水土保持量、水源涵养量、防风固沙量、水土流失敏感性指数、石漠化敏感性指数、沙漠化敏感性指数；
获取各单元网格的目标功能区识别结果的步骤具体包括：
根据单元网格的生态系统分布信息和物种分布信息，基于预设的生态系统分布信息、物种分布信息与生物多样性维护功能等级的对应关系，确定单元网格的生物多样性维护功能等级信息；
根据单元网格的水土保持量，基于预设的水土保持量与水土保持功能等级的对应关系，确定单元网格的水土保持功能等级信息；
根据单元网格的水源涵养量，基于预设的水源涵养量与水源涵养功能等级的对应关系，确定单元网格的水源涵养功能等级信息；
根据单元网格的防风固沙量，基于预设的防风固沙量与防风固沙功能等级的对应关系，确定单元网格的防风固沙功能等级信息；
基于生物多样性维护功能等级信息、水土保持功能等级信息、水源涵养功能等级信息和防风固沙功能等级信息中的最大值，获取单元网格的生态保护重要性评价参数；
根据水土流失敏感性指数，基于预设的水土流失敏感性指数与水土流失敏感性等级的对应关系，确定单元网格的水土流失敏感性等级信息；
根据石漠化敏感性指数，基于预设的石漠化敏感性指数与石漠化敏感性等级的对应关系，确定单元网格的石漠化敏感性等级信息；
根据沙漠化敏感性指数，基于预设的沙漠化敏感性指数与沙漠化敏感性等级的对应关系，确定单元网格的沙漠化敏感性等级信息；
基于水土流失敏感性等级信息、石漠化敏感性等级信息和沙漠化敏感性等级信息中的最大值，获取单元网格的生态敏感性评价参数；
基于所述单元网格的生态保护重要性评价参数和所述单元网格的生态敏感性评价参数，获取单元网格的生态指数；
根据所述单元网格的生态指数，确定所述单元网格是否为生态功能区。
3.根据权利要求2所述的目标功能区标识方法，其特征在于，所述获取水土流失敏感性指数、石漠化敏感性指数、沙漠化敏感性指数的步骤具体包括：
按照以下方式，获取水土流失敏感性指数：
Figure FDA0003616723260000021
其中，i为单元网格，SSi为单元网格的水土流失敏感性指数，Ri为单元网格的降雨侵蚀力因子，Ki为单元网格的土壤可蚀性因子，LSi为单元网格的坡长坡度，Ci为单元网格的植被覆盖因子；
按照以下方式，获取石漠化敏感性指数：
Figure FDA0003616723260000022
其中，Si为单元网格的石漠化敏感性指数，Di为单元网格的碳酸盐出露面积比例，Pi为单元网格的地形坡度；
按照以下方式，获取沙漠化敏感性指数：
Figure FDA0003616723260000023
其中，DDi为单元网格的沙漠化敏感性指数，I为单元网格的干燥度指数，W为冬春季节大于6m/s的起风沙天数，K为单元网格的土壤质地。
4.根据权利要求1所述的目标功能区标识方法，其特征在于，所述目标功能类型包括生活功能，所述目标功能区包括生活功能区；
所述遥感数据包括预设邻域范围的绿色开敞空间占比数据、道路交通数据、与河流或海洋之间的距离数据和公共设施位置数据；
所述获取各单元网格的目标功能区识别结果的步骤具体包括：
根据单元网格的坡度数据，基于预设的坡度信息与地形适宜性等级的对应关系，确定单元网格的地形适宜性等级信息；
根据单元网格预设邻域范围的绿色开敞空间占比数据和与河流或海洋之间的距离数据，基于预设的绿色开敞空间占比数据、与河流或海洋之间的距离数据与环境舒适度等级的对应关系，确定单元网格的环境舒适度等级信息；
根据单元网格的道路交通数据，获取单元网格与目标交通点之间的距离数据；其中，所述目标交通点包括轨道交通站点、高速公路出入口、主要交通干线和公交站点；
根据所述单元网格与目标交通点之间的距离数据，基于单元网格与目标交通点之间的距离数据与交通便利度等级的对应关系，确定单元网格的交通便利度等级信息；
根据单元网格的道路交通数据与公共设施位置数据，获取单元网格与公共设施之间的距离数据，基于单元网格与公共设施之间的距离数据与公共设施便利度等级的对应关系，确定单元网格的公共设施便利度等级信息；其中，公共设施包括公共服务中心；
基于所述单元网格的地形适宜性等级信息、环境舒适度等级信息、交通便利度等级信息、公共设施便利度等级信息的平均值，获取单元网格的生活指数；
根据所述单元网格的生态指数，确定所述单元网格是否为生活功能区。
5.根据权利要求4所述的目标功能区标识方法，其特征在于，在获取单元网格的生活指数之前，还包括以下步骤：
获取单元网格与邻避设施之间的距离数据，其中，所述邻避设施包括垃圾场、变电站、机场和高速公路；
基于所述单元网格与邻避设施之间的距离数据，基于单元网格与邻避设施之间的距离数据与邻避设施便利度等级的对应关系，获取单元网格的邻避设施便利度等级信息；
基于所述单元网格的地形适宜性等级信息、环境舒适度等级信息、交通便利度等级信息、公共设施便利度等级信息的平均值与所述邻避设施便利度等级信息的最小值，获取单元网格的生活指数。
6.根据权利要求1所述的目标功能区标识方法，其特征在于，所述目标功能类型包括生产功能，所述目标功能区包括生产功能区；
所述遥感数据包括坡度数据、道路交通数据、基础设施位置数据、耕地质量等级数据和地块面积数据；
获取各单元网格的目标功能区识别结果的步骤具体包括：
根据单元网格的坡度数据，基于预设的坡度信息与地形适宜性等级的对应关系，确定单元网格的地形适宜性等级信息；
根据单元网格的道路交通数据，获取单元网格与目标运输点之间的距离数据和单元网格与基础设施的距离数据；其中，所述目标运输点包括机场、港口、轨道交通站点和公路货运站点；所述基础设施包括输变电站和取水点；
根据所述单元网格与目标运输点之间的距离数据，基于单元网格与目标运输点之间的距离数据与交通可达性等级的对应关系，确定单元网格的交通可达性等级信息；
根据所述单元网格与基础设施之间的距离数据，基于单元网格与基础设施之间的距离数据与基础设施便利度等级的对应关系，确定单元网格的基础设施便利度等级信息；
获取所述地形适宜性等级信息、交通可达性等级信息和基础设施便利度等级信息的平均值，根据所述单元网格是否属于一类环境空气质量功能区，确定所述单元网格的赋值参数，基于所述平均值与所述赋值参数之和，获取单元网格的产业发展适宜性评价参数；
根据所述单元网格的耕地质量等级数据，基于单元网格的耕地质量等级数据与耕地质量等级的对应关系，确定单元网格的耕地质量等级信息；
根据所述单元网格的地块面积数据，基于单元网格的地块面积数据与地块连片度等级的对应关系，确定单元网格的地块连片度等级信息；
基于所述耕地质量等级信息和地块连片度等级信息中的最小值，确定单元网格的农业生产适宜性评价参数；
基于所述单元网格的产业发展适宜性评价参数和所述单元网格的农业生产适宜性评价参数，获取单元网格的生产指数；
根据所述单元网格的生产指数，确定所述单元网格是否为生产功能区。
7.根据权利要求1所述的目标功能区标识方法，其特征在于，在获取目标区域内各单元网格的遥感数据的步骤之前，还包括：
获取同一区域的多种不同尺度的空间单元的目标功能区识别结果预测值，获取目标功能区识别结果预测值与尺度之间关联关系，根据所述关联关系获取预测效果最优的尺度信息；
基于所述尺度信息确定单元网格的尺度。
8.一种目标功能区标识装置，其特征在于，包括：
遥感数据获取模块，用于基于预设的功能分类体系，获取目标区域内各单元网格的遥感数据；其中，所述预设的功能分类体系包括至少一个目标功能类型，每一个目标功能区具有对应的目标功能类型，所述遥感数据与所述目标功能类型对应；
识别结果获取模块，用于根据所述各单元网格的遥感数据，获取各单元网格的目标功能区识别结果；
聚类模块，用于随机选取目标区域内的k个单元网格，将所述k个单元网格作为聚类中心，将所述目标区域内的其他单元网格划分至与该单元网格距离最近的聚类中心对应的目标功能区中，并重新获取每个目标功能区的聚类中心，直至每个聚类中心与该聚类中心内的单元网格的平方误差准则收敛；其中，k表示聚类中心的数量，每一个所述聚类中心对应一个目标功能类型；
标识模块，用于根据目标区域内的各单元网格的聚类结果，在GIS系统上显示所述目标区域的目标功能区标识结果。
9.一种计算机可读存储介质，其上储存有计算机程序，其特征在于：该计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1-7任意一项所述的目标功能区标识方法的步骤。
10.一种计算机设备，其特征在于：包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可被所述处理器执行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1-7中任意一项所述的目标功能区标识方法的步骤。
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CN116611700A (zh) * 2023-04-08 2023-08-18 湖南省水利水电勘测设计规划研究总院有限公司 基于知识图谱的区域水土流失动态监测方法及装置

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