村鎮建設用地再開發數字化監管與空間決策支持系統研究

2016-01-26 01:23:09吳小芳于紅波胡月明蕭嘉明郭玉彬

測繪通報 2015年12期

吳小芳，于紅波，胡月明，蕭嘉明，郭玉彬，

(1. 華南農業大學資源環境學院，廣東廣州 510642； 2. 國土資源部建設用地再開發重點實驗室，廣東廣州

510642； 3. 廣東省土地利用與整治重點實驗室，廣東廣州 510642； 4. 廣東省土地信息工程技術研究中心，

廣東廣州 510642； 5. 廣州市測繪地理信息行業工程中心，廣東廣州 510642)

Research on Digital Supervision and Spatial Decision Support System for

Redevelopment of Rural Construction Land

WU Xiaofang，YU Hongbo，HU Yueming，XIAO Jiaming，GUO Yubin

村鎮建設用地再開發數字化監管與空間決策支持系統研究

吳小芳1,2,3，4，于紅波1，2,3,4,，胡月明1,2，3,4,5，蕭嘉明1，2,3,4，郭玉彬1，2,3,4，

(1. 華南農業大學資源環境學院，廣東廣州 510642； 2. 國土資源部建設用地再開發重點實驗室，廣東廣州

510642； 3. 廣東省土地利用與整治重點實驗室，廣東廣州 510642； 4. 廣東省土地信息工程技術研究中心，

廣東廣州 510642； 5. 廣州市測繪地理信息行業工程中心，廣東廣州 510642)

Research on Digital Supervision and Spatial Decision Support System for

Redevelopment of Rural Construction Land

WU Xiaofang，YU Hongbo，HU Yueming，XIAO Jiaming，GUO Yubin

摘要：針對村鎮建設用地再開發業務流程復雜、過程跟蹤困難、監管技術薄弱、輔助決策欠缺等問題，本文采用3S技術、數據倉庫技術、智能視頻監控技術、多媒體視頻無線網關技術、工作流定制技術，重點突破了多方位于一體的實時監控、多源異構數據融合、數據動態更新機制，以及村鎮建設用地再開發空間決策與輔助支持模型及技術難題，建立了基于3S的村鎮建設用地再開發數字化監管與空間決策支持系統；實現了對村鎮建設用地項目建前、建中、建后進行全過程監管，并針對再開發業務中的規劃與現狀對比、宗地占用及基準地價分析、潛力評價等需求，提供了空間決策及輔助支持，以實現村鎮建設用地再開發全過程、全業務類型的數字化管理及空間決策支持，促進村鎮建設用地再開發的健康、規范、有序、穩步發展。

關鍵詞：建設用地再開發；空間決策；潛力評價

一、引言

建設用地再開發主要是根據區域發展規劃、土地利用規劃和村鎮發展規劃，對村鎮建設用地的規模、布局、結構和強度進行調整，對建設用地進行綜合整治。目前，我國建設用地再開發的主要類型是“舊城鎮、舊廠區、舊村莊改造”“城鎮改造”“城中村改造”“城市更新”等。村鎮建設用地再開發主要是提升村鎮土地利用效益，促進村鎮經濟增長方式轉變，推動產業升級與結構調整，統籌城鄉發展[1]。目前，村鎮建設用地再開發工作存在項目類型多內容雜、規模參差不齊、業務環節復雜，涉及部門眾多、業務協同困難，利益關系復雜、規劃方案落實難、工程進度質量難以控制等許多問題，嚴重阻礙了村鎮建設用地再開發工作健康、規范、有序、穩步開展，迫切需要現代化的監測監管手段及空間決策支持來提升管理水平。

針對土地監測、管理與空間決策，許多專家學者進行了相關研究。李國明等對TGIS模型、數據庫建設等關鍵技術進行了分析，結合ArcGIS Engine 及SQL Server，基于.NET 平臺構建了西藏土地利用與動態監測系統，實現了土地數據的圖文一體化管理及動態監測分析[2]。夏敏應用GIS空間分析方法對土地適應性評價進行了研究及決策分析[3]。劉小軍等運用系統學方法和數學建模技術，構建了區域農業空間信息管理及輔助決策系統，實現了區域農業的網絡化、數字化、智能化管理[4-5]。張小斌等通過對數據的網絡收集與統一管理，構建了農業資源動態監測網絡化數據平臺，初步實現了動態監測網點數據管理的標準化，并提出了加強模型統計與3S 技術應用的思路[5]。閻曉軍等采用農業業務流、時空分析、中間件等技術方法，構建了基于GIS的首都農業決策支持系統，實現了農業數據采集、處理、傳輸、存儲、分析等的一體化管理，可輔助設施農業建設規劃和結構調整[6]。

從以上的分析得知，GIS、RS、GPS、數據庫技術、數據挖掘、數學建模方法已逐步融入到土地的信息化管理與決策中[7-12]，但針對村鎮建設用地再開發管理與決策，其過程監測、監管技術、空間決策研究還停留在分散、單一、初級階段，對于區域性的建設用地全程監測監管及空間決策的研究亟待加強。

因此，本文采用3S技術、數據倉庫技術、智能視頻監控技術、多媒體視頻無線網關技術、工作流定制技術，重點突破多方位于一體的實時監控、多源異構數據融合、數據動態更新機制，以及村鎮建設用地再開發空間決策與輔助支持模型及技術難題，建立基于3S的村鎮建設用地再開發數字化監管與空間決策支持系統；實現對村鎮建設用地項目建前、建中、建后進行全過程監管，并針對再開發業務中的規劃與現狀對比、宗地占用及基準地價分析、潛力評價等需求，提供空間決策及輔助支持，以實現村鎮建設用地再開發全過程、全業務類型的數字化管理及空間決策支持，促進村鎮建設用地再開發的健康、規范、有序、穩步發展。

二、系統總體設計

1. 系統總體框架

村鎮建設用地再開發數據化監管與空間決策支持系統采用“研究籌備—技術攻關—系統研發—示范應用—反饋完善”的主線進行開展。系統整體框架是采用面向服務架構構建的5個邏輯層，分別為基礎設施層、資源層、支撐層、應用層和接入層，如圖1 所示。

圖1　系統總體結構

基礎設施層主要包括系統所需要的軟硬件基礎設備；資源層包括基礎地理數據、遙感影像、標圖建庫數據、三舊改造專項數據、監測數據庫、知識庫、模型庫等各類數據資源；支撐層主要是指支持應用層的各類模型、方法、工作流引擎及服務；應用層是指在分析村鎮建設用地再開發業務流程的基礎上，而建立的5個業務子系統，它對管理決策過程與空間信息服務集成，形成核心子系統，為村鎮建設用地再開發提供輔助管理及空間決策；接入層是對應用層中各子系統在不同客戶終端的展現及應用。

2. 系統開發平臺

系統采用B/S架構，Oracle 10g數據庫平臺、ArcSDE 10.0空間數據庫引擎、ArcGIS Server 10.0 空間應用服務器、Windows 2003 Server 服務器、Microsoft Visual Studio 2010開發平臺、C#開發語言，以及第三方工作流引擎、定制平臺、FineUI和EasyUI框架等構建系統開發環境。

3. 系統數據庫設計

系統數據由元數據庫、基礎庫、專題庫3大數據庫組成。元數據庫主要對數據庫中各字段信息進行描述說明；基礎庫主要包括基礎地理信息數據、地籍宗地數據、土地利用現狀數據、土地利用規劃數據、城市規劃數據、遙感數據等；專題庫主要包括標圖建庫數據、三舊改造專項規劃數據、項目立項審批信息，項目監管信息等。詳細內容如圖2所示。

圖2　數據庫結構

三、系統關鍵技術及實現

1. 多方位于一體的實時監控集成模式

本文在村鎮建設用地動態監測中，運用人工巡查、智能視頻監控、無人機巡查等多方位于一體的技術集成模式，實現“天上看、地上查、網上管”的技術要求，對村鎮建設用地再開發項目進行實時監管，其中著重研究了基于多模式及多路無線捆綁安全數據接入視頻網關的數據采集處理和智能違規發現技術。

利用計算機視覺的方法，結合應用了圖像識別和人工智能技術，在無須人為干預的情況下，通過對視頻中的圖像序列進行自動分析，實現改造實施過程中重要時段的自動檢測及自動全程視頻錄制[13-17]，以及三舊改造中違規擴建、違規拆建、違規開挖與打樁的自動識別，從而做到既能完成日常管理又能在異常情況發生的時候及時作出反應[18]，實現計算機快速自動的村鎮建設用地再開發過程變化檢測與智能化違規預警。

如圖3所示,通過在視頻區域中設定入侵規則，根據運動目標的大小、運動速度及運動規律，準確檢測出人或其他對象的入侵，發出預警信息，實現視頻分析結果的輸出和顯示。當目標進入方框時或跨過所畫的線時，即可判定目標位出現違規的操作，并發出預警聲音進行提示。

圖3　區域預警示意圖

2. 數據動態增量更新

依據要求，村鎮建設用地再開發的地塊數據需按照實事求是、定期調整、可增可減、動態監管的原則，定期將本轄區范圍內符合三舊改造要求但未標圖建庫的地塊增補入庫；對已入庫但存在四至范圍不準確或相關屬性內容填寫錯誤的地塊進行修正；對已入庫但由于各種原因已明確無法實施改造的地塊進行刪減[12]。

在實際操作過程中，需要每半年對數據進行增加、修改及刪除等動態調整工作。本系統中采用反向增量存儲技術，只保存最新版本的三舊改造數據標圖建庫數據及最初版本的數據。當數據更新時，首先對三舊改造中新增地塊、修改地塊、刪除地塊的等待更新的數據進行屬性檢測、文件檢測及拓撲檢查；若檢查通過，符合更新條件，則與前一個版本的數據進行融合，產生最新版的數據，同時將前一個版本刪除，新版本三舊改造數據及差異數據被存儲，減少了數據冗余。歷史數據查詢時，可通過當前最新數據與差異數據進行反推，實現三舊改造數據的時空變化可追溯[19-20]。

3. 數字化監管

主要對村鎮建設用地再開發的項目進行全程監管，包括范圍監管、流程監管、時限監管、進度監管、項目成果評價5個方面。其中，范圍監管是利用空間疊加，監控已批用地與三舊改造標圖建庫范圍是否一致，并進行自動預警；流程監管是通過預設規則，監控批后規范用地流程和行為是否符合要求，并進行自動預警；時限監管是通過預設時限要求，監控批后供地、用地、改造時限；進度監管是通過最新遙感數據，監測已批用地是否在實施改造；項目成果評價主要是項目完工驗收后，在一定時期內對項目的開發成果進行再評價及驗證。

4. 空間決策與輔助支持

主要針對再開發的業務需求，對規劃與現狀對比、宗地占用及基準地價分析、潛力評價等進行研究，提供空間輔助決策支持。

1) 規劃與現狀對比分析：利用GIS疊置分析，分別將土地利用現狀圖、土地利用規劃圖、三舊改造規劃圖層、改造前影像圖、改造項目的地塊數據進行疊置對比，分析三舊改造地塊是否符合現狀、是否滿足規劃要求。

2) 宗地占用及基準地價分析：分析三舊改造項目的地塊范圍內涉及多少房地產權屬及其基準地價情況，并采用相應的模型方法進行價格評估，為三舊改造項目范圍認定的預估算提供決策依據。

3) 村鎮建設用地再開發潛力評價：從土地利用現狀、經濟、社會、生態、政策5個主要因素進行抽取，采用準則層、次準則層和評價指標層3層架構方式，構建潛力評價指標體系；采用特爾菲法及層次分析法確定評價指標權重，其中評價指標權重主要由評價的準則層、次準則層和評價指標層中對改造項目的影響程度確定。準則層、次準則層和評價指標層的權重值在0～1之間。在數據調查、評價指標體系構建和權重確定的基礎上，采用多因素綜合評定法構建評價模型，對三舊改造用地潛力進行測算。通過潛力測算，可進一步明確三舊改造項目的改造潛力，判斷項目改造的可行性。

四、應用與示范

依據上述關鍵技術，構建村鎮建設用地再開發數據化監管與空間決策支持系統，應用于三舊改造項目監管與空間決策。圖4是三舊改造項目的批后監管系統，主要是對項目的審批流程及批后的建設過程進行監管。

圖4　批后監管系統界面

圖5是設置權重因子構建潛力評價模型，在此基礎上，以順德區為例，進行三舊改造的潛力評價。如圖6所示，將潛力評價結果分為3級：高潛力區、中潛力區、低潛力區，并用分級設色的方式直觀展現，從圖上可清晰反映三舊改造項目的改造潛力。

五、結束語

本文針對村鎮建設用地再開發工作存在的各類問題，利用3S技術、數據倉庫技術、智能視頻監控技術等，構建了數字化監管與空間決策支持系統，實現了多源數據的高效融合集成、空間數據在線增量更新、多方位于一體的實時監控集成、全程數字化監管及空間輔助決策功能，將再開發現場監測、全程監管、空間決策與業務系統一體化整合，并將其應用于廣東省、廣州市、從化市、順德區等國土部門，覆蓋了省級、市級、縣級3種村鎮建設用地再開發類型，促進了村鎮建設用地的再開發業務由傳統型、粗放型、經驗型向精細化、協同化、科學化的綜合管理決策模式轉變，為國土管理部門科學決策提供了輔助支持。

圖5　潛力評價模型界面

圖6　潛力定級分布

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通信作者：胡月明。E-mail:ymhu@scau.edu.cn

作者簡介：吳小芳(1979—)，女，博士，副教授，現從事地圖制圖學、地理信息系統理論與方法，以及GIS在土地、林業、城市管理中的研究。E-mail: somewxf@163.com

基金項目：國家科技支撐計劃(2013BAJ13B005)