基于GIS 技术构建区域规划系统

 摘要：通过分析当前区域规划的现状，总结了区域规划对GIS 软件的客观要求，阐述了基于大型全组件式GIS软件OtitanGIS 区域规划系统解决方案的设计和开发应用。
 关键词：区域规划   OtitanGIS

Abstract : In this paper , the current situation of area layouting is analyzed and the new demand of such a system for GIS software is then summarized . Then a solution based on OtitanGIS for area layouting system is put forward.
Key words : Area Layouting ; OtitanGIS

0. 引言
 随着我国近二十多年来区域经济社会的快速发展，区域空间日益成为越来越稀缺的资源。如何在区域规划中加强区域空间布局规划的内容，已成为一个迫切需要解决的重要问题。当前，国家和地方正在开展的“十一五”的规划工作已经把规划体制改革放在重要地位，规划工作突出空间规划的内容，强调把区域规划的主要内容落实到具体的地域空间。针对这一趋势，我们提出了由地理信息系统支持的、面向区域规划的若干模型，它们包括：交通通达度模型，城市引力模型，城镇土地适宜性评价模型和人口空间离散模型。利用Titan 3S平台作为主要支撑和开发环境，实现区域遥感、资源环境、经济社会时空信息的一体化组织、管理和基于统一时空框架的集成，以统一栅格数据模型和分析模型为核心，实现基于遥感的土地利用、城镇发展和基础设施建设的动态监测和基于GIS的综合分析评价，在此基础上为土地利用规划、城镇体系规划、区域中长期宏观经济综合规划提供数据、软件、模型一体化集成的辅助决策工具，并为规划的实施管理和动态多目标规划提供服务。
 那么什么是区域呢？“区域”概念应用极其广泛,遍及诸多学科领域,如地理学、生物学、政治学、经济学、社会学等等。一些地理学家曾言:“地理学便是区域”,可见区域所及的要义。虽然国际国内专家学者对区域有不同的理解,但归结起来可以认为:区域是地球表面的某一部分,是连续而不分离的空间,即区域是地球表面某一特定的范围。而区域规划这一术语迄今尚无公认的确切定义。国际文献对区域规划的定义有:广大层面上的土地利用规划、超都市空间规划、策略发展规划、资源分配与利用、经济发展规划等等。国外多数学者将区域规划定义为一种过程,即资源开发与社会发展的规划过程。而中国学者则普遍认为:区域规划是一定地域范围内的国民经济建设的总体部署;区域规划强调地域性、综合性、战略性。是同发展市场经济相适应的一种重要的政府调控手段。科学的区域规划,通过对经济社会发展的空间结构、资源利用和环境保护进行宏观调控,协调各部门和各地区利益,整合经济、社会、人口、资源、环境的关系,能够充分发挥区域优势,促进区域可持续发展。
 目前RS与GIS技术在区域规划中的应用主要是以项目为中心的，属于GIS应用发展过程中的项目GIS阶段，GIS应用发展阶段可以分为项目GIS、部门GIS、企业GIS和社会GIS四个阶段。现阶段RS与GIS在区域规划中的应用，由领域专家收集数据、基于通用的GIS和遥感软件对数据进行处理与分析，从而为规划提供服务，这些技术、方法的应用主要依赖于领域专家，因此无法普及和广泛应用，而且项目完成后，软件和数据难以以系统的形式移交给实际的管理部门使用，每一次规划的编制都要重新收集和处理数据，造成数据资源的浪费，而且在实际管理中缺乏有效的技术手段对规划实施过程和效果进行监测和分析评价，难以实现动态的规划。随着政府对科学的管理与决策的要求愈来愈高，以人为本，全面、协调、可持续的科学发展观的建立，要求政府管理与决策者能更为有效地利用各种信息资源和工具为管理与决策服务，而规划作为管理的龙头，建立区域规划系统成为信息技术在政府管理和决策中应用的关键。
 1.1. 实际情况对区域规划系统的要求决定了GIS软件的选择
 随着社会的快速发展及政府对区域规划工作的重视，区域规划系统对地理信息系统技术的发展提出了更高的要求，主要体现在以下几个方面：
 （1）多源、多尺度、多类型、多时相（态）数据库的构建
 作为业务运行系统，本平台涉及的数据是多源、多尺度、多类型、多时相（态），尤其是包含空间（矢量和栅格）与非空间数据的数据仓库的建立。目前，国内外对于非空间数据的数据仓库技术相对比较成熟，而空间与非空间数据一体的数据库技术还在试验阶段，建立面向业务运行系统的空间与非空间一体化集成的数据库是本系统的一大难点。
 （2）平台面向非专业人员（管理者与决策者）应用的实用性
 平台主要为地方政府部门的管理与决策者服务，面对这些非专业人员，确保平台的实用性是平台成功与否的关键。本平台与传统的OLTP应用不同，应用模式流程化不明显、所使用的数据复杂而且涉及大量分析处理模型，属于复杂的OLAP型应用。要由非专业人员使用，必须把数据、模型的复杂性通过计算机界面加以封装并且实现一定的智能化，以减少操作的复杂程度，通过数据与软件功能模块（分析模型）的关联和人机交互界面优化设计解决平台的实用性问题
 （3）区域规划模型分析与评价
 根据实际情况分析，建立区域规划模型，通过多模型的解算得到区域规划的专题图形结果，为政府宏观决策提供依据，主要完成数据提取、数据预处理、区域规划模型的建立、专题结果符号化等功能。
 基于以上分析，我们选择了北京东方泰坦科技有限公司研制的大型全组件式GIS软件Titan GIS 作为系统开发的基础软件平台，成功的解决了上述问题，完成本系统的需求，Titan GIS 是北京东方泰坦科技有限公司研制开发的一套功能先进、算法新颖、使用灵活、功能完善的专业地理信息系统平台，具有完整的GIS数据结构，提供强大的图形编辑、显示、图表互查、绘图输出等功能，是一个全功能、面向分析和开发的专业GIS平台。
 1.2. 基于TITAN GIS 的区域规划系统的开发与设计
 （1）系统体系结构
 本系统将应用模型和GIS基础软件结合，开发可以为区域多目标规划服务的应用软件平台，解决土地利用规划、城镇布局规划和区域中长期宏观经济规划中的动态监测、分析评价、计算机辅助规划问题，为区域规划的全程管理提供基于空间的信息集成与决策支撑平台，并为建立基于空间的区域宏观决策支持系统奠定基础。
 根据要求采用如下体系结构：应用组件式GIS 平台可以方便地进行GIS应用系统的开发，加快开发效率和质量。本系统充分利用Titan GIS COM 的功能，大大加快了开发效率，降低了开发难度，在Titan GIS的基础上，开发了系统需要的主要功能模块，数据访问通过ADO进行，系统结构如图1所示：
 根据对工作流的研究其工作流程如下图2所示：
 （2） 系统功能
 根据系统的服务与应用情况，系统有系统管理模块、规划信息管理模块、分析评价模块构成，由于本系统是以模型为中心，下面主要讲述上面提到的四个模型的具体情况。
 1）交通通达度模型
 交通通达度模型用于模拟区域内城乡各栅格点至最近城市所需要耗费的时间。通过交通通达度模型的模拟，可以反映和检验区域内各种等级交通设施的配合与布局的状况以及合理性，为区域内城乡交通的和谐发展提供依据。同时模型模拟的结果也可以间接反映区域内城镇体系建设布局的状况。
 交通通达度模型有两种，一种是线状通达度模型，线状通达度模型，线状通达度模型反映的是交通线上各栅格点到最近城市所要耗费的时间。 另一种是面状通达度模型，面状通达度模型反映的是全区城乡各栅格点到最近城市所要耗费的时间。
 面状通达度模型与线状通达度模型在输出结果以及模型基本算法基本相同，其区别仅在于除了考虑既有交通线外，同时还考虑了25万DEM数据未显示的其它实际存在的道路。这些道路的通达程度是使用DEM来表现的。
 2）城市引力模型
 城市引力模型反映了各城市对周边广大农村地区的吸引力。城市吸引力范围的判断是通过城市周边地区对城市的通达时间和通达能力来判断的。通过城市吸引力模型，可以判断各城市所覆盖的人口、经济活动以及交通范围。
 3） 城镇土地适宜性模型
 城镇土地适宜性模型可以综合评价土地在高程、地形破碎度、地形开阔度以及水源保证程度上的综合影响，对城镇用地的布局合理性进行评价，同时还可以为城市的城区建设用地提供选择依据。
 城镇土地适宜性模型由城镇土地坡度适宜性评价、地形破碎度评价、地形开阔度适宜性评、地形高程适宜性评价、水源保证度评价等5个子模型构成。
 （3）开发平台及关键技术
 1）GIS 平台与空间数据
 GIS平台使用泰坦公司的Titan GIS 5.0，其Titan Pro Developer Toolkit itan Pro Developer Toolkit（Titan专业程序员开发包，简称TPDT）是北京东方泰坦科技公司最新推出的新一代GIS软件开发组件包，它使程序开发人员可以方便地在标准的Windows程序设计环境下（如Visual Basic、Visual FoxPro、Delphi、Power Buider，Visual C++等）将TITAN GIS的强大功能嵌入到应用程序中，开发出满足最终用户特定需要的GIS应用系统。
 
                              

 TPDT遵循美国微软公司（Microsoft）的ActiveX控件标准，基于TITANGIS COM组件开发的GIS应用系统可同时在Microsoft Windows2000和Windows NT操作系统下运行。
 空间数据类型主要包括三种，省级系统基于1：25万基础地理信息数据、10－30米空间分辨率的遥感数据、栅格专题图数据空间分辨率为1公里；重点区域，基于1：5万基础地理信息数据，5-10米空间分辨率的遥感数据、栅栅格专题图数据的空间分辨率为1公里到100米；对于城区，基于1：1万基础地理信息数据，1-5米空间分辨率的遥感数据，栅格专题图数据的空间分辨率为50米或10米。其数据格式及空间参考系统为：
 a.内部数据格式：栅格数据采用Titan Tmg，矢量数据采用Titan Tms；
 b.数据交换格式：对外可以接收或导出的常用栅格数据格式，包括：Tiff、Erdas Img、Pix、ArcGis Ascii Grid等；对外可以接收或导出的常用矢量数据格式，包括：ArcView SHAPEFILE、ARC/INFO E00、MapInfo  MIF、DWG/DXF文件等；
 c.空间参考系统：支持常规大地坐标，如北京54坐标系、西安80坐标系、WGS-84坐标系、以及地方坐标系等。提供投影设置、数据重投影等的能力。
 2）开发语言与技术
  本系统开发语言为Microsoft Visual C++6.该语言可以方便快捷地开发基于COM和ActiveX的应用程序，是进行GIS二次开发较为理想的语言，系统主要模块都使用ActiveX DLL进行了封装，可以随时改进替换为新的算法。
 3）数据库
 由于系统要向广大地方使用，因此考虑到经济及普及程度，本系统使用Access数据库，数据库操作使用ADO进行，但对数据库的操作封装成DLL，这样可以方面以后对数据库的更换和修改。
3. 结论与展望
 区域规划系统利用了Otitan全组件式的优点，灵活有效地实现了电子化，自动化，可以对区域规划进行动态监测和分析评价功能，为各级政府电子政务宏观决策提供支撑平台。而且系统具有良好的可扩展性。将各种专用分析模型封装在平台中并提供专用分析模型的扩展机制，随着模型研究的深入，可以将各种新的模型加入平台，扩展平台的功能。
 现在很多的类似研究都是基于矢量数据进行的，而本系统主要是围绕栅格数据进行。采用栅格数据进行分析主要有以下优点：
 (1) 由于遥感图象是数据的主要来源，而遥感图象通常是以栅格形式存储的，基于栅格的分析可以直接利用遥感图象开展计算和分析，不需要格式的转换，因此基于栅格的分析具有很高的利用价值，特别是在大范围的区域分析中，如森林大火的传播路径分析、疾病的传播路径分析，洪水路径分析、洪水淹没面积等方面都有极其广阔的利用空间。模型可以方便的进行移植。
 (2) 以统一的栅格数据模型为集成框架的资源环境和社会经济信息一体化集成、管理与分析应用模式和社会经济数据的空间离散化，简化了空间决策分析的复杂度，突破了行政区划单元的制约，为区域多目标、多要素的综合空间分析评价在实际工作中应用奠定基础。
 由于开发和应用的经验有限，系统还有待进一步完善，主要是由于栅格数据量大，计算速度慢，而如果栅格精度过小，又不能准确反映实地情况，因此如何确定栅格精度也需要进一步研究。

参考文献
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