基于GIS的“三舊”改造用地潛力評價系統

王 剛

（1.廣東省國土資源測繪院，廣東 廣州 510500）

基于GIS的“三舊”改造用地潛力評價系統

王 剛1

（1.廣東省國土資源測繪院，廣東 廣州 510500）

使用組件式地理信息系統開發技術，實現一個集多源異構數據管理、潛力評價、結果圖形可視化于一體的 “三舊”改造用地潛力評價信息系統，并通過應用案例證明該系統的精度和高效率性，提高了潛力評價的科學性和客觀性，為決策者提供輔助決策。

組件式地理信息系統；三舊改造；潛力評價；評價模型

我國人均土地少，土地資源供應緊張，特別是經濟發展速度比較快的地區人地矛盾更加劇烈，因此提高用地的有效利用率顯得特別必要[1]。其中“三舊”改造就是改善土地利用供需緊張問題的方法之一。“三舊”改造分別對舊城鎮、舊村莊、舊廠房進行改造，節約用地、提高土地有效利用率、緩解土地利用供需緊張。“三舊”改造用地潛力評價，即評價改造地塊是否適應改造、改造潛力有多大，是“三舊”改造工作落實的前提，影響著國土資源部門的工作人員的決策、管理和后續工作。目前對于“三舊”改造的研究主要集中在改造政策與原則[2,3]、改造模式[4]、效益評價等方面[5,6]，對“三舊”改造潛力評價相對較少，對集多源異構數據管理、潛力評價、結果圖形可視化于一體的潛力評價信息系統更加少。本文根據“三舊”改造用地潛力評價業務需求，以“三舊”改造用地潛力評價模型為支撐，結合GIS技術，構建了一個松散耦合、實用性強的“三舊”改造用地潛力評價系統[7-13]。

1 系統設計

1.1 系統業務流程分析

通過對國土資源管理部門“三舊”改造用地潛力評價業務流程的實地調研和專家確定，潛力評價信息系統的評價流程如圖1所示。其中主要步驟有：

1）根據潛力評價業務需求進行調研，調查采取資料收集、實地調查、訪談問卷、專家鑒定相結合的方式，調查的主要內容包括“三舊”改造用地基本信息調查、土地利用狀況調查、經濟狀況調查、社會環境調查、生態環境調查、政策調查以及根據實際需要開展其他相關調查。在科學性原則指導下，構建“三舊”改造用地潛力評價體系，如圖2所示。

圖1 潛力評價業務流程圖

圖2 評價指標體系圖

2）在實地調研獲取的標圖建庫數據、土地利用規劃圖、遙感影像圖、統計年鑒等數據基礎上，應用GIS的數據處理和空間分析功能，量化各評價指標，構建評價指標庫。

3）基于前人的研究，總結潛力評價方法模型，集成指標標準化模型、權重計算模型和綜合評價模型，構建評價模型動態鏈接庫。

4）根據研究區的不同實際情況，選擇較適合的評價模型對研究區進行“三舊”改造用地潛力評價。

5） 借助GIS可視化技術，對評價結果進行統計分析、可視化與輸出。

6）通過已改造用地單元的改造現狀，比較各評價模型擬合度，選擇較適合評價模型，預測待開發地塊單元的改造情況。

1.2 系統邏輯結構設計

根據組件式GIS的結構思想，考慮到系統的穩定性、兼容性、安全性和可擴展移植性，系統的邏輯結構采用三層架構：數據訪問層、業務邏輯層、表現層，如圖3所示。數據訪問層采用關系型數據庫Microsoft SQL Server2008作為屬性數據和空間數據的存儲平臺，通過ADO.NT和ArcSDE10.0（空間數據庫引擎）分別訪問和操作非空間數據與空間數據。業務邏輯層應用組件式GIS開發+專業評價模型集成開發模式，利用ArcGIS Engine 10.0組件庫定制數據處理、空間查詢、屬性查詢、空間分析、成果可視化等基本GIS功能，通過Microsoft .NET Framework4.0開發框架把指標標準化模型、權重計算模型、綜合評價模型封裝為動態鏈接庫DLL，實現潛力評價專業應用功能。表現層利用 Developer Express11.2和DotNetBar11.4控件優化界面設計，提供美觀簡潔、交互友好的系統界面。

圖3 系統邏輯結構圖

1.3 系統功能設計

根據“三舊改造”用地潛力評價系統的需求分析和評價流程，系統既包含常規的GIS功能模塊，也具備專業模型分析功能。系統功能如圖4所示，對系統核心功能作如下介紹。

圖4 系統功能模塊圖

1）指標標準化模塊設計。地塊指標數據的數據源以基礎地理信息數據、調查統計數據、評價專題數據等多源異構數據作為原始數據。由于不同種類的指標評價目的不同，各項指標的取值范圍和單位也不盡相同，直接對原始指標作評價分析會比較困難而且精確度也不高，為此必須對各類型評價指標作無量綱處理和標準化，使所有的指標取值分布在同一個區間內，以便分析比較，生成潛力評價的標準數據。基于數據源的特征，對應的標準化算法有3種：極差正規化法、極大化法（極小化法）、比重化法。對正向指標采用極差正規化法、極大化法或者比重化法進行指標標準化處理，對逆向指標采用極差正規化法或者極小化法進行指標標準化處理。

2）權重計算模塊設計。指標權重的選擇會影響評價結果值與現實值之間的誤差，要吻合實際指標權重體系，提高評價精度，必須結合評價區域具體情況選擇適當的權重計算方法。確定權重的方法分為主觀賦權法、客觀賦權法以及組合賦權法3大類。主觀賦權法是根據經驗確定各評價指標的權重，體現對不同評價指標的主觀重視程度，系統采用了層次分析法、專家打分法（特爾菲法）、功效系數法來計算指標權重。客觀賦權法，通過一定的數學模型來計算各項指標的權重，有較強的客觀數學理論依據，系統采用了變異系數法、熵值法。

3）綜合評價模塊設計。綜合評價模塊主要根據標準化后的指標值及各指標的權重計算“三舊改造”用地潛力評價值。系統集成了7種常用的評價模型，包括模糊綜合評價、物元可拓模型、TOPSIS法、加權求和法、加權平均法、連乘法、乘方法。綜合評價模塊得出的評價結果可通過表格的形式生成報表、報告，同時通過GIS圖形功能可視化，生成多種專題圖。

4）組件式GIS與專業評價模型集成設計。在一般開發平臺設計的專業評價模塊無法實現直接對空間數據的獲取、操作與分析，無法對各評價單元的評價結果值進行圖形可視化。組件式GIS具有強大的空間數據處理和圖形可視化功能，但是缺乏復雜的專業評價模塊。系統在.net開發平臺中嵌入ArcEngine10.0組件，無縫集成專業評價模塊，實現了復雜的空間數據管理與獲取、專業潛力評價、數據統計分析、圖形可視化與輔助決策等潛力評價必備的功能需求。同時，為了專業評價功能模塊的設計與界面設計、GIS功能設計分離，提高系統的可移值性、擴展性，縮短系統開發周期，將專業評價模塊封裝為動態鏈接庫DLL，實現了專業評價功能模塊的集成。由此得出組件式GIS與專業評價模型集成的技術路線，如圖5所示。首先通過空間數據引擎（ARC SDE）獲取SQL Server中的多源異構空間數據，調用GIS數據處理和疊加分析、緩沖分析、網絡分析、拓撲分析等空間分析，然后經過無量綱化、標準化得出潛力評價所需的指標數據；再引用動態鏈接庫中專業評價模型函數，結合ADO.NET方式獲取的非空間數據進行潛力評價計算；接著采用GIS的JION原理，將計算得到的各評價地塊單元的最終評價結果同空間評價單元鏈接，即給研究區每一地塊單元賦予一個評價結果的屬性字段；最后，采用GIS的可視化功能對評價結果進行統計分析、圖形可視化處理。

圖5 系統集成設計技術路線圖

1.4 系統數據庫設計

“三舊”改造用地潛力評價系統通過與國土資源部門標圖建庫數據庫進行對接、現場調研、資料收集、問卷調查等多種途徑獲取空間數據與非空間數據，保證數據的完整性和現勢性。

空間數據采用對象關系型數據庫SQL Server 2008+ArcSDE10.0管理，主要包括研究區域各級行政區劃圖、“三舊”改造地塊圖、研究區域城市總體規劃圖、土地利用總體規劃圖、1∶2 000衛星遙感影像圖、標圖建庫數據庫矢量柵格圖等。

屬性數據管理的核心是對離散的數據進行統一組織和存儲，本系統通過SQL Server 2008+ADO.NET管理基礎地理信息數據、調查統計數據、評價專題數據、評價指標數據、評價模型數據等多源異構屬性數據。屬性數據主要分為土地利用狀況數據、社會經濟數據、生態環境數據、政策文件數據，包括研究區域政府工作報告、統計年鑒、城市總體規劃圖件、最新基本公共服務實施方案、“三舊”改造專項規劃修編圖件、“三舊”改造標圖建庫數據、土地利用總體規劃成果（含文本、說明、附圖及數據庫）、交通發展十二五規劃圖件、生態環境保護規劃文本和圖件、歷年環境污染監測成果（水質監測統計表及檢測斷面位置示意圖、區域環境噪聲布點網格圖等）、環境質量報告書、環境統計公報及環境監測年鑒、人口普查數據、研究區域網格點基準地價更新成果匯編數據等。

在對象關系數據庫中，屬性數據庫中的任何一個實體都有外鍵與空間圖形數據庫中的主鍵對應，以便互相查找。

2 系統實現

由于數據量大、用戶穩定，因此系統采用C/S模式開發。采用組件式GIS開發技術和工具，以.NET Framework4.0為軟件開發框架，組件式ArcEngine10.0為GIS開發核心平臺，ArcSDE10.0作為對象關系型數據庫SQL Server2008的空間數據訪問引擎，DevExpress11.2控件和DotNetBar11.4控件提供美觀的界面設計，集成“三舊改造”用地潛力評價的3個指標標準化模型、5個權重計算模型和7個綜合評價模型，按照系統的設計思路，實現了“三舊改造”用地潛力評價系統，下面就系統核心功能的實現作詳細分析。

各潛力評價的設計思路大致相同，設計流程如下：①在ADO.NET技術的支持下，將多源異構評價指標數據讀入Dataset中。②同樣，將已計算出的指標權重重讀入Dataset中。③在綜合評價模型的支持下，計算出各評價單元的“三舊改造”潛力評價值，根據分級計算模型給研究區每個評價單元定級，并將計算結果與分級結果以不同的格式輸出。

2.1 專業評價模塊

在.net平臺開發專業評價模塊，包括3種指標標準化模型、5個權重計算模型和7個綜合評價模型，為了實現模型可移植與可拓展、模塊設計與界面設計分離，系統將所有專業應用模型集成編譯為一個評價模型動態鏈接庫PotentialEvaluate.dll。在這個評價模型動態鏈接庫里面，每個模型均以函數形式表示，每個專業評價模塊的實現并不涉及到任何GIS組件接口。系統需要的所有基礎數據存儲在數據庫SQL Server2008中。

1）進行指標標準化時，先通過ArcSDE連接方式對空間數據指標進行GIS分析，接著無量綱化得出空間數據指標屬性值，以數據表作為返回結果存儲到數據庫中；再通過ADO.NET連接方式獲取非空間數據指標與空間數據指標，選擇對應的指標標準化模型對指標數據進行標準化；最后，把標準化結果以數據表的形式存儲在數據庫中。

2）進行指標權重計算時，使用主觀賦權法直接把指標權重結果以表的形式存儲在數據庫中；使用客觀賦權法時，先通過ADO.NET連接方式獲取標準指標表，選擇權重計算模型，得出各評價指標權重，最后把指標權重結果以表的形式存儲在數據庫中。

3）進行綜合評價時，先選擇綜合評價模型，采用ADO.NET連接方式獲取標準化指標數據和評價指標權重數據，并以DataSet對象作為dll中綜合評價模型對應的函數的引用型參數，評價得出的結果以Datatable對象作為返回值返回給系統內存。通過DataAdapter對象將計算結果表Datatable保存至數據庫，同時把Datatable對象綁定到DataGridView控件進行顯示，也可通過引用Microsoft Office API把Datatable對象導入到Excel、word等辦公文檔中,形成統計報表、評價報告。

2.2 組件式GIS與專業評價模塊無縫集成

組件式GIS與專業評價模塊的集成，主要應用在2個過程：

1）專業評價模塊所需要的數據格式必須為無量綱化后的數值數據，但實地調研獲取的是多源異構數據，所以要借助GIS數據處理和空間分析功能處理原始空間數據來獲取指標數據。系統主要使用ArcEngine中的IGeoProcessor接口（空間處理工具）、ISpatialFilter接口（空間過濾接口）來進行空間數據指標的獲取。

2）利用GIS的可視化功能將專業評價結果得到的Datatable對象進行統計分析以及空間可視化。先通過IMemoryRelationshipClassFactory.Open( )方法將評價結果數據表與IFeatureClass接口（地圖要素表）中的唯一字段進行鏈接，接著通過DisplayRelationshipClass( )方法進行顯示連接；再通過IRendererClasses接口對評價結果進行渲染出圖，包括唯一值渲染、點密度渲染以及直方圖渲染等。

3 系統應用案例分析

本文以廣東省佛山市順德區為研究區域，順德區位于廣東省的南部，珠江三角洲平原中部，面積806 km2，轄10個鎮(街道)，202個村（社區）。此次順德區“三舊”改造用地潛力評價的工作范圍是順德區行政轄區內已納入順德區“三舊”改造標圖建庫的“舊城鎮”、“舊廠房”、“舊村莊”，共477個項目，用地面積77 299.77畝，其中完成改造的項目有73個，面積13 050.86畝；正在改造的項目72個，面積12 114.57畝；未改造的項目332個，面積52 134.35畝。

根據本系統進行順德區“三舊”改造用地潛力評價的思路為：首先根據評價指標體系以及評價模型對已完成改造或者正在改造的“三舊”改造項目進行評價，求其平均值作為評價標準；其次用相同方法對未改造的項目進行評價，得到評價分值，通過評價分值與標準值對比，得出未改造的“三舊”改造項目的改造潛力。評價分值越大，表明未改造的項目越成熟，越利于改造項目開展實施，可進行“三舊”改造；評價分值小，表明未改造的項目需改善和提升后才能推進項目實施工作，目前還不適合進行“三舊”改造。

評價計算得出，在332個未改造項目中有269個評價分值大于標準值，適合改造。圖6為模型集成與評價結果界面，上面為評價模型區域，包括指標標準化模型選擇、權重計算模型選擇、綜合計算模型選擇、評價定級模型選擇；下面為評價結果區域，顯示順德區“三舊”改造用地潛力評價結果。圖7為評價結果可視化界面，將評價計算之后得出的可進行“三舊”改造的地塊單元的空間分布情況進行顯示。

圖6 模型集成與評價結果界面

P208

B

1672-4623（2016）10-0035-04

10.3969/j.issn.1672-4623.2016.10.010

2016-06-08。