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基于GIS数据库的用地现状调查与成果应用探索


2015-04-10  来源:GIS,数据库,用地现状,现状调查
 
 
基于GIS数据库的用地现状调查与成果应用探索
 
余  磊    陈  佳    方  可 
 
摘  要:GIS技术已逐步融入到规划行业,并渗透到城市规划的各个层面和各个研究课题,且发挥着举足轻重的作用。本文对GIS与数据库技术在城市用地现状调查以及成果应用方面进行了一定的探索, 将GIS、数据建库等数字技术,运用到用地现状调查、制图、质量检查、维护更新、成果应用等的全过程,解决了以CAD为传统技术手段开展用地现状调查工作中遇到的属性单一、统计、对比、空间分析等难题,大大缩短现状调查时间,一定程度上降低规划编制的时间成本,并提高了成果质量。
关键词:GIS,数据库,用地现状,现状调查

1前言

随着新型城镇化建设步伐的不断推进,全国各地城市发展势头迅猛,城市面貌日新月异。面对城市快速发展的新形势,对城市规划编制和管理提出了新要求,在时间与质量的双重挑战下,规划编制成果的现状调查部分往往会出现因为时间紧迫而出现调查不充分,结果存在偏颇的情况。如何利用信息化技术手段来辅助规划编制,解决规划编制过程中现状调查传统方法的图形表达单一、属性不完全、统计分析困难、用地变化监测困难等问题,快速准确的完成规划编制中的现状调查与分析工作,提高规划编制成果的效率与准确性是当前规划师们急需解决的问题。

2用地现状调查的情况概述

2.1传统的用地现状调查方法

用地现状调查是规划编制工作首要完成的内容之一,用地现状的准确性直接影响规划编制成果的质量。目前,传统的用地现状调查方法主要利用基础地理信息(如地形图、影像图等)作为工作底图,根据规划审批信息以及现状踏勘来确定规划范围内的现状用地情况,最后利用CAD辅助制图软件,将用地现状信息通过约定俗成的符号表达出来。
由于CAD辅助制图软件主要侧重于方案设计与制图表达,在数据要素的属性管理、统计分析、空间信息方面表现欠佳,因此以CAD辅助制图软件为制图工具得到的用地现状图,往往只能反映单一的直观信息,不能满足数据的统计、对比、空间分析等要求和数据资源的利用与共享,导致数据资源的利用率不高。
此外,由于规划编制过程中的现状调查范围往往只针对规划编制的范围,不同规划关注的内容各有不同,因此传统的用地现状调查方法存在着系统性较差、基础地理信息对照单一、区域参考数据时效不同步、各规划范围调查统计精度及口径不一致、难以形成对城市区域性土地利用现状的全面认识和整体把握、规划与实际情况的脱节或者背离;缺乏数据组织标准的成果无法得到维护更新,浪费了大量人力和物力。

2.2 GIS技术的发展

随着GIS(地理信息系统)技术的不断发展,以及其在属性管理、数据统计、空间分析、图形表达、信息处理与应用等方面的卓越表现,GIS技术已经逐渐被运用到环境、地质勘查、矿产资源管理、测绘、土地管理、公安、消防、电讯、国防、交通、教育等众多领域。在当前规划信息化快速发展的形势下,人们正在不断尝试和探索GIS技术在规划领域更广阔的应用方向。

2.3 GIS技术在规划中的应用

目前,GIS技术正逐步融入到规划行业,并渗透到城市规划的各个层面和各个研究课题,且发挥着举足轻重的作用。GIS技术在规划工作中主要应用于空间分析与规划决策、空间信息可视化、航摄及遥感影像服务、规划管理信息业务服务、定量分析研究、规划信息化、三维数字城市等方面。其中,GIS技术在空间分析与规划决策方面主要辅助完成适宜性分析评价、地形、地貌、坡度、坡向分析、用地开发强度分析、人口及用地规模预测、现状用地分析、用地构成及空间分布等多方面的工作。
以GIS技术与数据库相结合的形式逐年开展城市用地现状调查工作,在规划编制中尚未得到广泛的应用,本文从这一方面进行了探索,将GIS、数据建库等数字技术,运用到用地现状调查、制图、质量检查、维护更新、成果应用等的全过程,解决了以CAD为传统技术手段开展用地现状调查工作中遇到的属性单一、统计、对比、空间分析等难题,大大缩短现状调查时间,一定程度上降低规划编制的时间成本,并提高了成果质量。

3 现状空间数据库的建设

3.1 数据库的设计

用地现状数据库设计主要有两方面的目的,一是为现状调查工作提供丰富的信息资源,把分散的,不利于访问的信息转换成集中、统一、随时可用的信息,通过综合分析与调查后形成现状数据成果;二是为规划编制与管理人员提供准确的、时效的、内容丰富的现状数据资源,并为信息的处理、统计、分析提供方便。因此数据库设计时,我们将数据库分为资料库、工作底图库、现状成果库。其中,资料库主要存放利于开展现状调查工作的基础资料,如地形图、影像图、审批数据、地籍数据、人口数据以及其他各方面的基础资料;工作底图库主要是在各项基础资料基础上综合分析得来的城市若干区片的工作底图,为现状调查工作提供基础;现状成果库是将调查完成的各个区片的工作底图进行拼合的完整现状数据库,现状成果库内不仅包含当年的现状成果,还包含历年的现状成果。

3.1.1数据格式要求

城市规划中的空间数据资源需具备不仅能表达空间实体(真实实体或者虚拟实体)的位置和几何形状,同时也能记录空间实体对应的属性的能力,这就决定了数据源需包含图形数据(又称空间数据)和属性数据两部分,图形数据又可以分为栅格格式和矢量格式两类。因此,现状用地数据库的建立,即要是空间矢量数据,又要能容纳多内容的属性信息,所以数据格式选择使用ESRI Shap(*.SHP)数据格式和常用的JPG、TIF、ECW等常用的栅格格式。其中,ESRI Shap(*.SHP)数据格式的特点是便于编辑存储、多字段的属性信息的管理、空间统计分析,支撑多种信息系统的数据共享,方面重用数据格式间的想换转换(如ESRI Shap(*.SHP)数据格式能与CAD格式的互转)。

3.1.2平面坐标系和高程

城市用地现状GIS数据库应选择与规划编制成果相同的平面坐标系和高程,保持两者之间的一致性。城乡规划编制中常使用的坐标系为 “北京1954坐标系”,几何高程为 “1985国家高程基准”。

3.1.3属性内容要求

从规划编制角度出发,用地现状调查主要包含现势用地情况、地籍权属信息、规划审批信息等内容。因此,在现状数据库的设计中,用地现状的属性字段应包含以上三方面内容,具体如下:
现势用地情况:用地代码、用地性质、用地面积、调查时间、人口等;
地籍权属信息:土地用途、土地使用者、土地证号等;
规划审批信息:审批性质、项目名称、容积率、建筑量、绿化率、审批时间等。

3.2 调查方法

3.2.1 数据的准备

基础资料是开展用地现状调查的基本保障,在工作开展之前需收集基础地理资料、土地变更调查资料、近年来专项规划、规划审批资料、地籍权属资料、人口信息等多方面数据资源作为现状调查的工作基础。

3.2.2 用地现状调查

按照工作流程,用地现状调查工作大体上分为建立资料库、建立工作底图库、内业判读与外业调查,建立现状成果库四步(如图1所示)。
建立资料库。整理近年来编制的各项规划编制成果中的现状图、地形图、影像图、审批数据、地籍数据、人口数据以及其他各方面的基础资料,建立基础资料库,为后期的工作开展提供数据资源。
建立工作底图库。以GIS软件作为工作平台(如图2所示),提取资料库中的资源,按照行政区划或编制单元制作各个区片的现状调查工作底图。
内业判读与外业调查。以各区片工作底图为基础,通过影像图的对比、地形图的对照、审批数据、地籍信息的核对等内业判读方法,建立各个区片的用地现状图的初步成果,并记录无法判断相关信息的疑问地块。通过外业调查,完成对疑问地块的实地调查→测量→拍照→填写用地情况→形成外业调查图来补充相关信息,形成各区片的用地现状图的最终成果。
建立现状成果库。将各区片的用地现状图进行拼合、校对、审核验收后形成完整的现状成果库,完成现状调查工作。
图1 现状调查工作流程示意图
图2 现状调查工作平台示意

3.3 空间数据符号化表达

数据符号化是指根据地图数据的空间及属性特征、制图的目的和用途、制图的比例尺等各种因素,来确定地图要数的表示方法。常用的数据符号化方法有单一符号化(Single Symbol)、分类符号(Category Symbol)、定量符号(Quantity Symbol)、图表符号(Chart Symbol)和制图表达(Representation)五种来满足制图表达需求。通过GIS软件读取数据库内的用地现状图,利用GIS软件的制图表达功能,可绘制出丰富多彩的现状图形(如图3所示)。
图3武汉市2013年度都市发展区用地现状图

4 现状数据库的应用

基于GIS的空间数据库,能够将空间信息和人们关注的属性信息进行一一对应,使空间图形具备多维度的属性内容,可同时反映同一空间位置的多重信息。通过利用常用GIS软件的强大计算、统计、分析、图形表达等优势,读取、分析、处理这些数据库资源,能够为规划编制、规划管理、数据服务与共享等工作提供更多的方便。

4.1 辅助规划编制与管理

4.1.1现状数据库在规划编制中的应用

在日常的规划编制过程中,规划范围及周边的用地现状是开展各项工作的基础资料和工作底图,规划师们一般希望能够在较短时间内获取规划范围内的现状用地图、现状用地权属信息、用地现状建设情况、用地审批情况、用地现状开发强度信息、人口空间分布信息等各类现状资源。
在现状用地数据库建成以后,根据规划师们的需要,只用提供规划范围线,即可快速导出所需的用地现状图、现状用地平衡表(如图4所示),为规划编制工作节省大量的现状调查时间。同时,可通过对历年的用地现状数据库进行对比分析,轻松获取用地变化信息及用地流向情况,为规划方案设计提供数据支撑。
图4 快速生产现状图及平衡表示意图
此外,城市建成区对于城市建设、管理和研究具有重大的指导意义,它是判断城市发展规模和阶段的重要指标,是判断城市发展水平的重要依据。通过常用GIS软件调取数据库内的用地现状图,将连片的城市建设用地进行合并即可快速得出城市建成区初步范围,通过进一步界定即可得到建成区的最终范围(如图5所示)。
图5 建成区范围界定示意图

4.1.2 现状数据库在规划管理中的应用

规划信息“一张图”是近年来国内规划行业信息化建设的热点之一,通过对城乡规划相关专业数据的系统梳理,明确各类规划成果的作用,帮助规划工作者快速掌握所需要的专业信息,辅助规划编制与规划管理工作。在“一张图”的使用过程中,用地现状信息是不可或缺的重要数据内容之一,在规划编制和管理工作中,工作人员往往要了解项目的现状用地情况、用地开发情况、权属信息,而现状数据库作为“一张图”的现状库,可以为工作人员提供各方面的现状信息支撑。
用地现状数据库可作为城市用地规划方案实施情况的动态监测的重要依据。将年度城市用地现状与规划方案进行对比分析,可掌控用地规划方案在城市建设发展过程中是否起到指导作用,对城市建设影响有多少、各区域的影响情况如何等,作为城市用地规划方案实施情况地动态监测的重要依据(如图6所示)。
图6 2010、2011年现状与2020年总体规划用地比例分析图

4.2 数据服务

随着互联网络技术、WebGIS技术、数据网络传输技术等的快速发展,通过网络的方式获取、处理信息资源,已成为人们学习、工作中不可缺少的一部分,也是信息时代发展的必然方向。网络时代的空间数据传输,一般是把空间信息和数据资源制作成数据地图,并将其发布成数据地图服务,人们通过以互联网络为载体的Web平台来获取空间资源及其属性信息,谷歌地图、百度地图便是这种方式传输、使用空间数据资源的经典案例。受此启发,城乡规划领域的空间和属性数据资源也可通过同样的方式提供数据服务,为通过互联网络获取信息资源的信息平台提供数据服务资源。

4.2.1现状数据地图制作

1、数据处理
城乡规划领域数据服务一般采用ArcGISServer作为数据服务平台,因此在数据处理过程中,需遵守ArcGIS数据地图制作相关要求。本文所说的用地现状数据库在设计与建设过程中已经纳入了ArcGIS的相关数据处理要求和标准,因此在数据地图制作过程中不需要做其他标准化处理。
2、符号化
数据地图制作中应严格按照用地现状图所表达内容来配置地图要素的样式、色彩等地图符号,使制作的地图效果与规划行业习惯保持一致,以提高地图数据的可辨识性,方便规划编制与管理者使用。
3、地图效果
在全图(小比例尺)情况下,地图显示分辨率较低,往往出现标注混杂、颜色混乱等辨识度不高的情况。为解决此问题,在数据地图制作过程中通过不同比例显示不同数据、不同样式的方式控制图形显示,从而达到数据地图显示的理想效果。
4、地图制作
地图符号化及图面效果配置完成后,需保存MXD工程文件,其坐标参考可按照使用对象的习惯来选定。一般而言,城乡规划主要采用北京1954坐标系,因此本文中现状地图数据的坐标系仍选择北京1954坐标系,空间参考为2435( Beijing_1954_3_Degree_GK_CM_114E )。此外,MXD工程文件存储为相对路径,以便数据位置发生变化时地图数据的图层不丢失。

4.2.2服务的发布

用地现状地图数据制作完成后,以ArcgisServer作为数据服务器,将地图数据发布成数据服务,系统通过调用服务来读取数据资源。
为方便服务数据的使用,解决因网络带宽有限带来的大数据传输效率较低的问题,需对数据地图进行切片,生成分层级的瓦片数据,减轻数据在网络中传输的压力,提高数据调用速度和使用效率。

4.2.3服务的调用

通过Web信息平台调用所发布的数据服务,以网页为载体为用户提供数据服务,实现对地理空间数据的浏览、查询、统计、分析等操作,方便人们获取信息资源,是当前比较常用而且行之有效的途径。在城乡规划领域,为了方便规划设计人员对数据的使用,我们基于CAD平台做二次开发,在CAD平台中增加调用数据服务的功能,可轻松快速的调用GIS数据库资源也可调用各类空间数据服务资源,为规划编制设计提供了更加方便的数据获取途径。

5 结束语

本文结合城乡规划编制过程中的用地现状调查工作,利用GIS空间数据处理技术及思路,对建立用地现状数据库及其应用做了探索。通过逐年的积累,我们建立了连续多年的用地现状数据库,摸索出建立数据服务为Web应用、CAD调用提供高效快速的数据调用途径,为规划编制和管理提供了丰富的用地现状资源和多种应用方法,缩短了规划编制的时间,提高了工作效率。但是,随着各项技术的发展以及城市发展对规划编制的要求越来越高,我们仍需不断探索,深入挖掘数据资源,以提升数据资源利用效率,并建立良好的动态跟踪机制,掌握城市发展脉络,为规划编制和管理提供更好的数据和技术支撑。

参考文献
【1】宋艳华.RS和GIS在土地科学中的应用研究综述.资源与产业,2009,11(1):70-72.
【2】杨磊、张永福、王伯超.基于GIS技术的城乡土地利用规划支持系统.新疆农业科学,2008,45(2):264-269.
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【4】李冰、姚建卫、时荣. GIS技术在城市规划中的应用. 太原科技, 2009,(10):77-78.
【5】乔相飞,周宏伟,刘文新.城市规划中的GIS应用分析[J].测绘工程.2005(04)
 
 

作者简介
【1】余  磊,规划师,武汉市规划研究院数字规划研究中心。
【2】陈  佳,规划师,武汉市规划研究院数字规划研究中心。
【3】方  可,高级规划师 国家注册规划师,武汉市规划研究院数字规划研究中心,主任工程师。
 
稿件标题
基于GIS数据库的城市用地现状调查与成果应用探索
 
原创性声明
本人郑重声明:所呈交的论文,是本人独立进行研究工作所取得的成果,除文中已经注明参考引用的内容外,本论文不包含任何其它个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。
 
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