熊 軍

（1.山東省地質(zhì)科學(xué)研究院，山東 濟南 250013；2.自然資源部金礦成礦過程與資源利用重點實驗室，山東 濟南 250013；3.山東省金屬礦產(chǎn)成礦地質(zhì)過程與資源利用重點實驗室，山東 濟南 250013）

當(dāng)前我國城鎮(zhèn)建設(shè)用地?zé)o序擴張，資源過度消耗，生態(tài)環(huán)境受損，這些都是新時代國土空間規(guī)劃亟需應(yīng)對的挑戰(zhàn)。在生態(tài)文明建設(shè)和新型城鎮(zhèn)化的時代背景下，國家對建設(shè)用地規(guī)模、耕地和生態(tài)用地保護管控力度不斷加大，未來的國土開發(fā)將進入以存量挖潛為主的空間利用階段，存量規(guī)劃成為國土空間規(guī)劃的必然選擇[1]。只有對存量建設(shè)用地進行盤活利用，才能破解城鎮(zhèn)發(fā)展空間不足、集約利用程度低的處境。

2004 年12 月，國土資源部印發(fā)《關(guān)于開展全國城鎮(zhèn)存量建設(shè)用地情況專項調(diào)查工作的緊急通知》中指出，我國的城鎮(zhèn)存量建設(shè)用地分為閑置土地、空閑土地和批而未供土地3 類。存量建設(shè)用地更新與城市更新內(nèi)涵相似，但其關(guān)注的側(cè)重點有所差異。存量用地更新關(guān)注存量土地空間的盤活、優(yōu)化利用；城市更新關(guān)注城市建成區(qū)環(huán)境質(zhì)量和效益提升[2]。本文在前人研究基礎(chǔ)上，結(jié)合研究區(qū)具體情況進一步明確了城鎮(zhèn)存量建設(shè)用地指城鎮(zhèn)開發(fā)邊界范圍內(nèi)的閑置未利用土地及利用不充分、不合理、產(chǎn)出低的土地，主要包括權(quán)屬清晰無爭議的批而未供土地、閑置土地和城鎮(zhèn)低效用地。

1 ArcGIS 在資料處理中的應(yīng)用

ArcGIS 10 是美國環(huán)境系統(tǒng)研究所公司（Environmental Systems Research Institute，Inc.簡稱ESRI 公司）在全面整合了GIS 與數(shù)據(jù)庫、軟件工程、人工智能、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等多項計算機先進技術(shù)基礎(chǔ)上于2010 年推出的最具代表性的全系列GIS 產(chǎn)品。相較于上代ArcGIS 9，ArcGIS 10 在協(xié)同共享、矢量影像一體化、三維數(shù)據(jù)平臺、動態(tài)時空數(shù)據(jù)感知、網(wǎng)絡(luò)云平臺支持等方面都有了飛躍性進步。它具有高度一體化的制圖編輯模塊、強大的空間分析能力、便捷的元數(shù)據(jù)管理功能以及靈活的定制與開發(fā)策略[3]。

1.1 調(diào)查區(qū)矢量、影像數(shù)據(jù)的快速獲取

“天地圖”是國家測繪地理信息局建設(shè)的地理信息綜合服務(wù)網(wǎng)站。集成了來自國家、省、市（縣）各級測繪地理信息部門，以及相關(guān)政府部門、企事業(yè)單位、社會團體、公眾的地理信息公共服務(wù)資源，向各類用戶提供權(quán)威、標(biāo)準(zhǔn)、統(tǒng)一的在線地理信息綜合服務(wù)。它是“數(shù)字中國”的重要組成部分，是國家地理信息公共服務(wù)平臺的公眾版[4]。

通過ArcGIS 中的GIS 服務(wù)器添加天地圖的WMTS 服務(wù)，可快速獲得調(diào)查區(qū)當(dāng)年的小于2.5 m 地面分辨率精度的月度更新影像或者小于0.6 m 地面分辨率精度的半年度影像，同時提供矢量地圖、路網(wǎng)、注記查詢服務(wù)。結(jié)合三調(diào)現(xiàn)狀數(shù)據(jù)獲取最新的地塊信息，例如建設(shè)用地的在建進度、農(nóng)村居民點是否拆遷、工礦用地利用情況。如圖1 所示。

圖1 “天地圖”地圖查詢

1.2 柵格資料與矢量圖件的配準(zhǔn)

目前我國使用的是2000 國家大地坐標(biāo)系（CGCS2000），以地球質(zhì)心為原點。而很多歷史專項矢量數(shù)據(jù)還是1980 年西安坐標(biāo)系、1954 年北京坐標(biāo)系，甚至有些規(guī)劃只留存圖片、圖紙資料。如何將這些來源復(fù)雜、精度不一、格式多樣的數(shù)據(jù)進行清洗、規(guī)范化，是開展研究首要面對的問題。

城市規(guī)劃圖是城市總體規(guī)劃方案最直觀的體現(xiàn)，由于早期一般采用CAD 制圖成圖，它是平面相對坐標(biāo)系下的制圖軟件，沒有定義地理信息坐標(biāo)[5]。導(dǎo)致無法與最新的三調(diào)現(xiàn)狀數(shù)據(jù)套合。通過使用ArcGIS 的定義投影和地理配準(zhǔn)工具可將沒有坐標(biāo)參數(shù)的規(guī)劃圖片校正匹配到最新的三調(diào)地類圖層上，方便對比現(xiàn)狀地類與規(guī)劃地塊的用途是否一致。一般選取3 至4 個配準(zhǔn)點即可，多了則易引起控制點共線或分布不均的問題，影響配準(zhǔn)精度?？刂泣c注意盡量均勻分布在圖的四周，選取道路交叉點、地塊形狀拐點，殘差控制在小數(shù)點六位之后即可保證較高精度。地理配準(zhǔn)如圖2 所示。

圖2 地理配準(zhǔn)

2 ArcGIS 在城鎮(zhèn)低效用地圖斑識別中的應(yīng)用

2.1 遙感影像目視判讀

遙感技術(shù)，簡稱RS 技術(shù)，是通過航攝航拍等高新技術(shù)手段獲取圖像和數(shù)字模型。指從高空或外層空間接收來自地球表層各類地理的電磁波信息，并通過對這些信息進行掃描、攝影、傳輸和處理，從而對地表各類地物和現(xiàn)象進行遠距離控測和識別的現(xiàn)代綜合技術(shù)[6]。

目視判讀圖斑屬性是目前國土空間規(guī)劃中常用的一種GIS 方法，具體可分為直接判定法、對比分析法、邏輯推理法，目視判讀一般根據(jù)影像地物的形狀、大小、陰影、紋理并結(jié)合計算機輔助判讀。通過與三調(diào)現(xiàn)狀建設(shè)用地圖斑進行比對可找出用途不一致地塊，例如三調(diào)地類是農(nóng)村居民點用地，在遙感影像上已經(jīng)有拆除痕跡，則可納入低效建設(shè)用地。又或者三調(diào)地類是工業(yè)用地，通過目視判讀發(fā)現(xiàn)該地塊只有一小部分是廠棚，其余則是林地、空閑地，這種情況也可識別為低效建設(shè)用地。

將前期經(jīng)過地理配準(zhǔn)后的規(guī)劃圖片加載入ArcGIS，使用卷簾分析工具可方便地對比兩幅柵格圖形的變化情況，疊加三調(diào)矢量現(xiàn)狀地類圖層，提取出現(xiàn)狀與規(guī)劃不一致圖斑作為低效用地。圖3 中黑色斜線區(qū)域內(nèi)影像為現(xiàn)狀工業(yè)用地，在規(guī)劃圖層中顯示為灰色交通設(shè)施用地，即現(xiàn)狀與規(guī)劃不符，標(biāo)識為低效需整改建設(shè)用地。

圖3 現(xiàn)狀影像與規(guī)劃圖層卷簾分析圖

2.2 城市不動產(chǎn)數(shù)據(jù)信息應(yīng)用

城鎮(zhèn)低效用地評價指標(biāo)涉及到多方面，其中比較重要的兩個指標(biāo)是容積率和建筑密度。容積率即在一定用地及計容范圍內(nèi)，建筑面積總和與用地面積的比值。建筑密度即在一定用地范圍內(nèi)，建筑物基底面積總和與總用地面積的比率（%）[7]。容積率指標(biāo)側(cè)重體現(xiàn)的是建筑物的使用空間，建筑密度指標(biāo)側(cè)重體現(xiàn)建筑物的面積占用率。

通過城市不動產(chǎn)登記中心收集的地籍資料，可獲取建筑的自然幢信息，里面包括樓房的層數(shù)、建筑底座面積，通過公式1 可計算出容積率。

公式1：容積率=地塊總建筑面積/地塊總占地面積。式中，地塊總建筑面積=該地塊內(nèi)所有地上建筑的底座面積*樓層數(shù)，地塊總占地面積為該地塊邊界范圍內(nèi)的平面面積。

使用ArcGIS 的ArcScene 組件可將自然幢的樓層、位置進行三維可視化拉伸，從而直觀地看到地塊區(qū)域的建筑層高、建筑密度，為低效用地規(guī)劃決策提供依據(jù)。例如建筑層數(shù)較低且分布密集區(qū)域可優(yōu)先作為低效用地的劃定范圍。如圖4 所示，淺色面區(qū)域為樓層較低建筑，容積率較低，土地利用率不集約。深色面區(qū)域建筑樓層普遍較高，容積率也較高。

圖4 建筑層高三維分析圖

2.3 POI 數(shù)據(jù)

poi 即興趣點數(shù)據(jù)，包含商場、餐飲、辦公等各種與生活相關(guān)的地標(biāo)建筑和地理實體的集合[8]。從專業(yè)地圖網(wǎng)站抓取的poi 點種類較為繁雜，包括賓館、餐飲、道路、地產(chǎn)小區(qū)、公司企業(yè)、購物、交通設(shè)施、金融、旅游景點、汽車服務(wù)、商務(wù)大廈、生活服務(wù)、休閑娛樂、醫(yī)療、政府機構(gòu)15 類。通過坐標(biāo)轉(zhuǎn)點、投影變換等步驟將poi點匹配到2000 國家大地坐標(biāo)系。按照土地利用現(xiàn)狀分類重新篩選調(diào)整出與建設(shè)用地相關(guān)的興趣點，分為產(chǎn)業(yè)用地、產(chǎn)城融合用地、公益用地、商業(yè)用地、居住用地等類型。將這幾類數(shù)據(jù)合并后作為分析底數(shù)。

使用ArcGIS 的核密度分析工具可對空間范圍內(nèi)poi 點要素的密集程度進行測量，從而體現(xiàn)出分析要素的空間分布特征[9]。如圖5 所示可以看出，poi 點較為集中的8、9 級區(qū)域低效用地較少，1、2 級分布的低效用地較多，也從側(cè)面驗證了前期低效用地分析方法的精度、可靠性較高。

圖5 POI 興趣點核密度分布圖

3 ArcGIS 在低效用地圖斑綜合、概化中的應(yīng)用

圖斑綜合、概化是對圖斑進行概括，特別是對多邊形形狀、數(shù)量及特征方面進行不同程度的化簡，從而使圖形的彎曲、細節(jié)、碎部更加簡化，能夠充分表達地理要素特征[10]。

3.1 零散圖斑消除

零散圖斑通常指分散且面積很小的獨立圖斑，這些圖斑嚴重影響地塊的可讀性和規(guī)劃集中性。

（1）第一種情況是零散圖斑與周邊圖斑不相交但相鄰?？刹捎脭?shù)據(jù)管理工具箱——制圖綜合的消除工具，自動批量地將面合并為新的面要素，實現(xiàn)將毗鄰的零散地塊合并入大圖斑的目的。

（2）如果零散圖斑與周邊圖斑不相交且不相鄰。這種情況可使用制圖工具箱的聚合面程序?qū)⒘闵D斑合并為新的面要素。例如一塊完整的商業(yè)用地被路網(wǎng)分割為多個小地塊，根據(jù)主功能區(qū)原則，可使用聚合面功能將路網(wǎng)合并入商業(yè)用地，以減少地塊的零碎度。

（3）還有一種情況是零散圖斑面積較大，但是形狀狹長，有復(fù)雜隙縫。這是經(jīng)過多種規(guī)劃圖層空間疊加分析后所產(chǎn)生的，可使用ArcGIS 軟件中的Data Reviewer 工具內(nèi)的面校驗——狹長面校驗，根據(jù)圖形比例尺需求選擇合適的厚度比率、最大面面積等參數(shù)即可篩選出狹長面。需要指出的是ArcGIS 默認安裝是沒有此工具的，需從ESRI 官方下載安裝ArcGIS_Data_Reviewer_for_Desktop 插件程序才能激活使用。經(jīng)試驗參數(shù)選擇，厚度比率為0.2，最大面積為20 000 m2時區(qū)分度較高，如圖6 所示。

圖6 狹長面校驗參數(shù)及篩選結(jié)果圖

3.2 圖斑輪廓概化

經(jīng)過多次疊加分析的圖斑輪廓較為復(fù)雜，為了突出規(guī)劃重點區(qū)域，需要對圖斑邊界進行簡化處理，常用的辦法就是人工逐塊目視判讀提取較為完整的圖斑外輪廓線，這種方法對于近萬塊圖斑來說，耗時費力且主觀隨意性較大，不能快速客觀做出圖斑的歸納、概括。

通過ArcGIS 的簡化建筑物和簡化面工具可快速準(zhǔn)確地解決上述問題。兩者簡化的原理都是在不改變圖斑基本幾何形狀的情況下，通過移除相對多余的折點來簡化面輪廓。但是具體算法和結(jié)果都有較大差別。簡化面工具只是簡單地刪除折點實現(xiàn)形狀簡化，結(jié)果圖形和原始圖斑差異較大，簡化建筑物工具則既刪除了多余的折點，也保留了原始圖形的基本形狀，達到了概化目的。

經(jīng)對比測試，當(dāng)使用簡化建筑物工具且簡化容差選擇為100 m 時，效果較為理想，既能保證圖斑的基本形狀，也能簡化局部復(fù)雜的邊界走向。如圖7 所示，上面4 幅圖使用的是簡化面工具，下面4 幅圖使用的是簡化建筑物工具。

圖7 圖斑簡化效果對比圖

4 結(jié)束語

綜上所述，ArcGIS 軟件的應(yīng)用貫穿了項目規(guī)劃實施的整個環(huán)節(jié)，包括前期資料的標(biāo)準(zhǔn)化處理，中期對各種資料圖件的疊加對比分析，后期的成圖展示。實踐證明，通過使用ArcGIS 軟件大幅提高了城市更新中信息數(shù)據(jù)的處理效率，有效提高了數(shù)據(jù)作業(yè)的精度，降低了人力成本，為項目規(guī)劃實施提供了有力保障。同時本文提供一種較大面積狹長圖斑的自動化識別方法，相較于傳統(tǒng)人工目視判讀或其他GIS 軟件識別具有明顯優(yōu)勢，作業(yè)效率大幅提高。