基于ArcGIS的“双评价”系统开发研究_冯思园.pdf

第 46 卷 第 6 期2023 年 6 月测绘与空间地理信息GEOMATICS SPATIAL INFOMATION TECHNOLOGYVol 46，No 6Jun，2023收稿日期:20210906作者简介:冯思园(1993)，男，浙江杭州人，助理工程师，学士，主要从事 GIS 软件开发、国土调查、灾害普查等工作。基于 ArcGIS 的“双评价”系统开发研究冯思园，吕淑媚(浙江省测绘科学技术研究院，浙江 杭州 310000)摘要:随着社会经济的不断发展，我国愈加重视国土空间规划，省级和市县级的国土空间规划编制工作在全国各地区、各政府陆续开展，“双评价”作为国土空间规划的基础性工作，能够准确反映我国国土空间资源的利用现状。但由于“双评价”仍处于发展阶段，数据源种类繁多、评价方法复杂且缺乏统一规范，并且在数据搜集时由于多方面因素导致数据缺失等，均是“双评价”现存的问题。本文从“双评价”原则出发，以 ArcGIS 平台为基础，对“双评价”现存的问题进行研究，推出基于 ArcGIS 平台的“双评价”系统，能够有效解决“双评价”过程中的各类问题，提高工作效率，具有较高的现实意义。关键词:“双评价”;国土空间规划;ArcGIS;评价指标中图分类号:P208文献标识码:A文章编号:16725867(2023)06010604esearch on the Development of Double EvaluationSystem Based on ArcGISFENG Siyuan，LYU Shumei(Zhejiang Institute of Surveying and Mapping Science and Technology，Hangzhou 310000，China)Abstract:With the continuous development of society and economy，China pays more and more attention to land and space planningThe preparation of land and space planning at the provincial，city and county levels has been carried out in various regions and govern-ments across the country Double evaluation is the foundation of land and space planning，which can accurately reflect the statusquo of the utilization of land and space resources in China However，due to the situation that double evaluation is still in the devel-opment stage，there are a wide variety of data sources，the evaluation methods are complex and lack of uniform standards，and the datacollection due to various factors lead to data missing，etc，which are all existing problems of the double evaluation Based on theprinciple of double evaluation，this article optimizes the existing problems of double evaluation and introduces the double evalu-ation system based on the ArcGIS platform，which can effectively solve various problems in the process of double evaluation，im-proves work efficiency，and has high practical significanceKey words:double evaluation;land and space planning;ArcGIS;evaluation indexes0引言“双评价”的含义是资源环境承载能力评价和国土空间开发适宜性评价的有效结合，作为国土空间规划编制的前期必要工作，是国土空间规划不可或缺的重要环节1。“双评价”工作的目的是通过对资源环境历史及现状条件进行科学合理分析，总结国土空间利用现状中的问题，为后续资源利用可指明方向、规避风险，实现国土空间资源的科学有效利用，满足农业生产、城乡一体化建设、生态保护系统等不同利用类型的最大限度的适宜开发利用空间2。“双评价”工作具有较高的复杂性，是一项系统性的工作，涉及多个学科以及多个重点方向。在“双评价”工作开展前期，需要搜集各类基础数据，主要包括矢量地理数据、土地资源利用现状、水资源分布现状、历史文化及区域气候等多类型基础数据，但个别数据获取过程极为困难，甚至部分数据处于涉密状态3，需专项批准，故给“双评价”工作的开展造成了极大困难;基础数据搜集完成后，需对其进行预处理，但由于数据多源化且数据格式多种多样，不同来源数据的坐标系千差万别，需对其一一转换，数据处理过程极为复杂，工作量较大4;基础数据处理完成后，需采用专业方法对其进行评价处理，但由于“双评价”涉及专业领域较多，需要不同领域的专业人员集中处理5，针对不用数据建立专有数学模型，同时需要对不同数据类型的多要素不断进行叠加处理，工作较为烦琐，在一定程度上增加了“双评价”工作的复杂程度。在本次研究过程中，针对“双评价”工作的现存问题，从“双评价”原则出发，以 ArcGIS 平台为辅助工具，设计开发了“双评价”辅助系统，将多源数据进行有效融合处理，并结合 GIS 强大的空间分析处理能力，大大降低了“双评价”工作的作业强度，同时降低了人为干预因素的影响，在提高作业效率的同时，保障评价结果的客观性，并将评价结果进行多元可视化展示，具有较强的专业性和直观性，便于后续进行国土空间规划分析研究。1“双评价”理论基础1 1“双评价”体系“双评价”包括资源环境承载能力评价以及国土空间开发适宜性评价，其主要工作内容包含前期数据准备、单项因素评价、集成评价和综合评价 4 个方面。前期数据准备是“双评价”的基础工作，通过多种途径获取“双评价”所需要的多源数据，对其进行预处理，然后导入到数据库中进行存储，便于后续分析利用;单项因素评价是对参与“双评价”过程的因素单元进行单独分析，获取各因素对评价结果的影响，便于权重赋值;集成评价是依据使用者需求划分评价方向，主要包括生态保护评价、农业生产评价以及城镇建设评价，其目的是按需选择，确保评价结果的专业性和针对性;综合评价也可称为系统评价，是依据研究区实际概况，对其资源环境承载力以及国土空间开发的系统性评价，包括风险识别、潜力分析等，便于研究人员对研究区资源环境和国土空间进行整体性把控。“双评价”技术体系如图 1 所示。图 1“双评价”技术体系Fig 1Double Evaluation technical system1 2“双评价”原则“双评价”是国土空间规划编制的重要前提，评价结果的准确与否，直接影响了国土空间及资源规划利用的合理性，故在“双评价”开展过程中，必须遵循生态优先、科学客观、因地制宜、操作性强等原则。1)生态优先。“双评价”需要以生态文明思想为基础原则，重点突出对生态系统的保护功能，并能够对具有重要服务功能以及较为敏感的生态区域进行精准识别，从而对生态系统的完整性以及连通性进行有效维系6。在“双评价”工作推进过程中，必须坚守生态安全底线，在不断扩大城镇规模建设的过程中，也要保障农业生产的可持续性发展。2)科学客观。“双评价”过程和成果不能受人为主观因素干预，必须具有科学性及客观性，应以保护自然及生态环境为主要目标，并全方位考虑陆地海洋范围内自然资源、环境灾害等各类因素，以尊重生态环境为前提7，顺应生态环境自然发展;在评价方法上，以定量为主、定性为辅，并与各类专项调查评价成果进行有效结合，统筹衔接，从而对待评价地区的资源环境禀赋条件、土地资源开发利用现状以及生态资源潜力等进行科学合理评价。3)因地制宜。“双评价”的开展不但要对研究区资源环境底限约束进行考量，同时也要结合该地区地理位置、周边环境、历史人文以及尺度差异等因素8;由于各个地区都会有各自的地域特色，在区市评价过程中，应注重因地制宜原则，对“双评价”的过程进行适当补充，进一步优化评价方法，使其更贴合区域实际应用。4)操作性强。“双评价”工作需具有较强的可操作性，以各个地区评价指南和基础思想为基础，结合研究区实际概况，探索研究适合该地区的评价指标以及评价方法，并与研究区相关主导部门充分衔接9，确定符合研究区现状的弹性区间，从而使得评价方法具有较强的灵活性，评价结果更加具有针对性和可验证性，为研究区国土空间及资源规划利用提供科学合理的基础数据。1 3“双评价”数据来源“双评价”所覆盖的领域较多，其数据源同样涉及多个学科，主要包括土地资源类数据、水资源类数据、海洋资源类数据以及环境类数据，各类数据所包含的具体数据名称及来源见表 1。表 1“双评价”基础数据Tab 1Basic data of double evaluation数据类型数据名称数据来源土地资源类数据三调数据DEM 数据土壤数据库自然资源部农业部门水资源类数据水资源流域分布图水资源调查评价成果水资源控制单元用水总量控制指标数据水资源综合规划水利部门海洋资源类水深数据大潮平均高潮线，沿海陆地等深线自然资源部门701第 6 期冯思园等:基于 ArcGIS 的“双评价”系统开发研究续表 1Tab 1(Continued)数据类型数据名称数据来源环境类大气环境容量标准数据及其分级结果各控制单元地表水资源量各控制单元过境水资源量生态环境部门灾害类地震动峰值加速度活动断层分布图低质灾害易发区数据地震部门自然资源部气候气象类多年平均风速静风日数多年平均降水量数据干燥度指数月均气温月均空气相对湿度起沙风天数气象灾害数据气象部门基础底图类行政区划分数据遥感影像数据自然资源部2软件系统需求分析为解决现阶段“双评价”过程中存在的问题及缺陷，本次研究通过多方调研，搜集“双评价”需求，以期降低作业人员劳动强度，提高“双评价”作业效率，降低人为主观因素的影响，保障评价结果的客观性及科学性;并将该评价系统与国土空间规划决策系统进行密切连接，进而实现国土空间信息化管理，使得该系统具有更强的实用性。基于目前我国尚未形成统一的“双评价”规范，不同地区依据区域实际概况，选择符合地区需求的评价指标，拟定不同权重，因地制宜，开展“双评价”工作。在本次研究过程中，通过多方调研并咨询相关专业从业人员，“双评价”软件系统开发需求见表 2。表 2软件系统开发需求Tab 2Software system development requirements需求板块具体内容指标体系全面、科学的评价指标评价模块可自由选择评价模块评价结果多样性、可视化展示，成果可溯源系统界面操作简介，界面清晰，通俗易懂3“双评价”软件开发设计3 1系统架构本次研究借助 ArcGIS 平台，从用户需求出发，设计开发“双评价”辅助系统，在设计阶段将“双评价”现存的痛点、难点进行分解优化，使得该系统最大程度满足用户需求。参考表 1 中的用户需求，将“双评价”辅助系统划分为 4 个板块，分别为基础数据板块、评价计算板块、结果输出板块、成果可视化板块，如图 2 所示。基础数据板块主要是将“双评价”所需要的多源数据图 2系统架构Fig 2System design architecture以及在评价过程中产生的过程数据、结果数据等均存储在数据库中，包括 DEM 数据、区域矢量数据、地理位置数据和气候条件数据等空间数据信息，以及评价指标、权重占比等非空间数据;评价计算板块是整个“双评价”辅助系统的关键板块，确定参与评价过程的影响因素及评价指标，然后依据评价模块所设定的操作过程，将所对应的参数数据依次输入后，进行评价计算;结果输出板块是将评价结果通过多种形式进行输出，便于后续分析利用，主要有 Excle 文件格式和 GIS 数据形式;成果可视化板块主要将计算结果和评价结果通过专业图表展现在系统界面上，简单明了，形式多样，便于成果查看。3 2评价指标设计“双评价”指标是对选择和评价内容、评价方向进行选择，在本次设计研发的“双评价”辅助系统中，共设计了4 个评价方向，分别为生态保护重要性评价模块、农业生产适宜性评价模块、城镇建设适宜性评价模块、承载规模评价模块，如图 3 所示。图 3评价指标界面图Fig 3Evaluation index interface diagram生态保护重要性评价模块包括生态系统服务重要性评价和生态敏感性评价，以生态优先原则为基础，对相对重要的以服务为导向的生态系统以及敏感性生态系统进行有效识别与划分，并将评价结果划分为极重要、重要、一般 3 个不同等级;农业生产适宜性评价模块通过对单项影响因素进行评价分析，并将评价结果按照不同权重进行集成处理，从而得到综合性评价结果，同样划分为适宜、一般适宜、不适宜 3 个等级;同理，城镇建设适宜性评价模块是将研究区内单项影响因素的评价结果进行科学集成，评价结果分为适宜、一般适宜、不适宜;承载规模评价模块是以该地区的社会经济发展、自然资源约束为基础，对研究区农业生产和城镇建设最大承载力进行综合性分析研究，获取研究区最大发展潜力。801测绘与空间地理信息2023 年4基于 ArcGIS 的评价模型设计在本次研究过程中，以 ArcGIS 开放平台为开发基础，利用 Arcpy 工具对各类评价模型进行封装处理，封装成评价模型，进而实现地理数据的快速高效分析、不同类型数据快速转换及数据管理，同时可以进行地图的自动化制图等。ArcPy 是一个 ArcGIS 数据处理站点包，主要是由Mapping、Spatial Analysis、Geostatistical Analysis 以及基本函数等模块构成，功能强大，适用性较强。4 1系统内容针对用户需求，在“双评价”辅助系统研发过程中，重点关注以下 4 个方面:1)评价成果可溯源。在研发过程中构建评价计算过程以及评价结果数据库，最大限度地保留完整评价过程，从而使得最终评价结果具有可溯源性。2)系统可视化界面。借助 ArcGIS Desktop 开放平台，对单元素评价和复合元素评价进行封装处理，形成独立单元，划分至生态保护重要性评价模块、农业生产适宜性评价模块、城镇建设适宜性评价模块、承载规模评价模块中，便于用户进行查看分析。3)部分参数评价。“双评价”基础数据复杂多样，部分数据获取较为困难，甚至无法获取，从而导致参数缺失，仅能利用部分数据进行评价，该系统在缺失部分数据的条件下仍可进行评价计算，采用专业算法最大限度降低参数缺失对评价结果的干扰。4)软件操作简洁。“双评价”过程较为复杂，该系统软件本着简洁易操作原则，将评价模型和评价板块均进行独立封装，操作人员仅需选择所需数据类型，录入评价参数，即可完成评价工作。4 2评价系统设计“双评价”过程重点关注评价指标的多样性以及评价指标的选择是否符合研究区实际需求。在评价过程中，作业人员选取所需要的评价指标，依次进行单要素单项评价、多要素集成评价、环境资源承载力集成评价、国土空间开发适宜性评价，层级递进，由点及面，最大限度提高评价结果的科学客观性。4 3评价模型石漠化是一种极容易忽视的土地利用变化类型，通常不被评价人员关注，但对于某些特定地区而言，石漠化却是极为重要的评价指标，故在该辅助系统研发过程中，将石漠化评价指标纳入系统内，并形成石漠化敏感性评估模块。该系统从石漠化形成机理出发，选取碳酸岩出露面积占比、地形地貌以及地表植被占比等因素，建立石漠化敏感性评估指标体系，评价模型如式(1)所示:Si=3Di Pi Ci(1)式中，S 为研究区石漠化敏感性指数;D、P、C 分别为研究区碳酸岩出露面积占比、地形坡度和地表植被覆盖率。4 4评价成果输出为满足评价结果多元化需求，该系统设计 2 种评价结果展示方式，分别为 Excel 文件形式和 GIS 数据形式。环境和资源承载力分析模块中，评价结果普遍采用 Excel 形式输出，主要输出内容包括评价内容、评价指标以及评价结果。GIS 数据形式主要应用于需要生成矢量数据以及栅格数据的评价结果，并利用可视化界面设计，展现在系统前端界面上。4 5系统优势分析本次研究所推出的“双评价”辅助系统，集成绝大部分评价指标，不同区域可依据实际需求进行灵活选取，极大地方便了特殊地区“双评价”工作的开展;同时该系统将各个评价模块进行独立封装，设计为简洁直观易操作的前端界面，便于用户理解和使用;系统以 ArcGIS 开放平台为基础，融入 ArcPy 评价模型，提升“双评价”作业效率，降低作业强度;评价过程和评价成果的可视化展示和本地存储，既能使得作业人员直观地了解获取评价结果信息，第一时间判断评价结果是否准确，又能保障评价结果的可溯源性，有据可依，有迹可循。5结束语“双评价”作为国土空间规划的基础性工作，能够对我国国土空间资源的利用现状进行较为准确的反映，是国土空间规划编制的基础。本次研究从“双评价”原则出发，通过分析“双评价”难点痛点，调研总结用户需求，以ArcGIS 开放平台为基础，强调评价指标的多样性和关联性，借助 ArcPy 工具建立评价模型，确保评价结果的可靠性和科学性，大大提升了“双评价”作业效率，为“双评价”工作的推进提供了有效可靠的辅助工具。参考文献:1郭鑫，张楠，林富明 基于“双评价”的哈尔滨市国土空间开发利用现状研究J 测绘与空间地理信息，2021，44(S1):110113，116 2夏皓轩，岳文泽，王田雨，等 省级“双评价”的理论思考与实践方案:以浙江省为例 J 自然资源学报，2020，35(10):2 3252 338 3南锡康，刘天科，周璞，等 土地资源建设开发承载力与适宜性评价研究 J 中国国土资源经济，2020，33(2):6670 4张利君 基于 ArcGIS 与 Python 的气候评价工具箱的实现与应用J 测绘与空间地理信息，2021，44(4):120124 5张楠，郭鑫，林富明 哈尔滨市资源环境承载能力和国土空间开发适宜性评价研究J 测绘与空间地理信息，2021，44(S1):14，8 6王扁头 基于 ArcGIS 的“双评价”系统开发及应用J 测绘技术装备，2021，23(2):9398 7王亚飞，樊杰，周侃 基于“双评价”集成的国土空间地域功能优化分区J 地理研究，2019，38(10):2 4152 429 8贾克敬，何鸿飞，张辉，等 基于“双评价”的国土空间格局优化 J 中国土地科学，2020，34(5):4351 9蒋国翔，王金辉，罗彦 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