公众参与式地理信息系统-网上土地选址应用模块(OLSA)

城区的发展和再开发是一个复杂的系统工程，在这个过程中涉及自然、社会、经济等许多因素。城市规划人员要建立一个合理的城区发展计划，选址分析是第一步且是非常重要的一步。为了找到适合新城区发展的最佳地点，规划和开发人员必须考虑一系列的问题，如新开发项目的整体目标是什么?哪些社会经济因素(如交通条件、当前土地利用类型、河流或湿地的环境影响等)需要考虑?这些因素的重要程度如何?基于对这些问题的回答，规划人员可以设定一系列方案找到最佳场地。如果开发目标是交通便利、对环境影响小、花费少，那么规划人员可以建立如下方案：找到离路近(便利)，但离河流和湿地远(避免污染河流和湿地)，坡度低于10度(易于建设)，当前土地利用类型是耕地、草地、公共用地或林业用地的场地，要找出满足上述条件的场地，需要进行许多空间操作(空间查询、缓冲区分析、叠加分析等)[5]。

WebGIS正是这样一个理想的工具，它是Internet和WWW技术应用于GIS开发的产物，是实现GIS互操作的一条最佳解决途径。它能提供强大的空间分析功能，使得上述的问题迎刃而解。从传统意义上讲，许多GIS的功能是基于工作站的，因为它是较新的技术，所以对大多数规划人员来说是陌生的。而如果购买商业化的GIS软件产品，势必会增加开发的成本，怎样既能利用GIS的强大功能而又尽量减少不必要的开支，这个问题对所有GIS研究人员和规划人员都是一个挑战，基于WebGIS的城区土地选址系统正是对这一挑战的回答。该模块是一个确定城区发展用地供给的网上应用程序，它允许用户设定自己的方案，包括要考虑的因素，如土地利用现状、土壤类型、湿地、河流、交通条件等，还要考虑每个因素的权重和等级。用户创建或选定了一个方案后，这个程序将提供一系列的空间查询和空间分析功能，如缓冲区分析、叠加分析等，筛选出具有不同属性值的基本土地单元，然后用选定因素的权重和等级计算出每个土地单元的总分值。依据分值大小对所有的土地单元进行分级定等：最适宜开发地区、较适宜开发地区、一般适宜开发地区、不适宜开发地区等，为规划人员和决策者提供参考[5]。

1.OLSA的体系结构

OLSA的核心是一个分布式GIS(见图5-7)，采用Oracle9i作为空间数据库，用ArcSDE(ESRI的空间数据引擎)作为空间数据库的入口。由用户通过客户端浏览器向Web服务器发送请求，Web服务器通过ArcIMS将客户端的请求发送至WebGIS服务器，WebGIS服务器通过空间数据库引擎SDE从数据库(Oracle)中索取所需的数据，并利用其强大的空间分析工具完成各种复杂的空间操作，最后将处理结果以栅格图像的形式通过Web服务器返回到客户端浏览器，实现分析结果的可视化，从而完成一次选址过程[5]。

图5-7　OLSA的体系结构

2.OLSA的构建方法

与传统的决策过程类似，OLSA也需要三步来完成分析过程：

①让用户指定选址的目标和标准，建立一个方案模型；

②用WebGIS的空间分析工具来计算符合条件的地块；

③在网上发布和显示分析的结果[5]。

与上述三步相对应，OLSA由三个主要功能模块或子系统组成(见图5-8)：方案构建模块、空间分析处理模块和结果发布模块。

(1)方案构建模块

方案构建模块提供了一个基于网络的界面，城区规划和开发人员利用它可以创建开发的目标和标准。此模块用JSP技术开发。模块中列出了与选址相关的一些要素或者说是影响城区选址的多个因子。在该模块中有两个重要的概念——权重和等级[5]。

权重：用来确定在整个模型中某个要素的影响程度。例如，河流缓冲区的总体影响。

等级：用来确定某个要素不同级别的分值。例如，距河流1000m的地块的分值。

图5-8　OLSA的功能模块

每个地块的总分值可用下式计算：

式中，Ri是因素f的等级；Wi是当前因素i的权重。方案构建的第一步就是由用户选定欲考虑的因素，并指定它们的权重，如图5-9所示。

图5-9　指定权重界面图

当开发人员选定了要考虑的因素后，就可以给选定因素的每种等级类型赋值，并选定可开发的土地利用类型，如图5-10所示。

(2)空间分析处理模块

如果在构建方案时选择了坡度、河流缓冲区和道路缓冲区三个因素，那么对应的原始数据则最有可能是该地区的地势图或DEM、河流分布图和道路分布图，所需要的原始数据都已经预先存储在服务器端了。因此，用户无需考虑数据如何获取，他们需要做的就是提交方案，系统将利用空间分析处理模块对问题进行自动地求解。本系统开发了三个主要空间分析功能：缓冲区分析、叠加分析和空间查询[5]。

图5-10　选择可开发类型界面图

①缓冲区分析：用来回答诸如“离河流有多远?”等问题。例如，如果河流污染最小是目标之一，开发人员可能想找出距河流分别为100m、1000m、2000m、3000m和4000m等不同范围内的所有地块(见图5-11)，每个环形缓冲区对开发的影响是不同的，按照影响程度的大小排序：

P100m＞P1000m＞P2000m＞P3000m＞P4000m。

图5-11　缓冲区分析示意图

②叠加分析：用来回答诸如“距离大于2000m，并且坡度小于10°”这类问题，叠加的算法可以参见图5-12。叠加分析不仅生成了新的空间关系，还将输入数据层的属性联系起来产生了新的属性关系，如图5-13所示。

图5-12　“重叠”算法的几何操作示意图

(www.xing528.com)

图5-13　“重叠”算法的属性操作示意图

③空间查询：用来回答诸如“坡度小于5%的地块都有哪些”这类问题。例如，筛选出所有距河流在2000～3000m的环形缓冲区内的地块，系统提供了如下空间筛选器：面积交叉，边缘邻接，一个图形被另一个图形包含，一个图形包含另一个图形[5]。

(3)空间分析处理的组织与优化

开发人员将他们的方案上传到服务器后，系统中的空间分析子系统自动接受方案构建模块生成的所有参数，进行一系列的空间运算。由于在系统中空间运算是最费时的，所以有必要对空间分析的处理过程进行精心的组织和优化[5]。优化的目标列举如下：

①处理过程中产生的多边形最小；

②多边形应在请求处理前生成，即尽可能在请求处理前选择完毕；

③缓冲运算(使用历史记录)，即保持追踪所有的空间操作，用FIFO算法储存所有空间操作[5]。

图5-14是一个空间操作的优化解析过程的例子。

(4)用网上地图展示分析结果

完成空间操作后，系统将自动调用网上地图工具，显示方案结果，在网上地图工具中，用户可以调整地图的比例尺，进行放大、缩小等操作，控制哪一个图层可视，对图层进行查询、统计分析等[5]，如图5-15所示。

3.网上土地选址应用模块(OLSA)实际运行过程

OLSA是Michigan州Albion市经济发展应用程序的一部分。它是社区确定适合开发地块供给情况的一个过程，这个模块对于说明土地利用计划的指导路线非常重要。OLSA基于对不同类型的地块赋不同的值，地方政府可以根据侧重，即通常所谓的“方案”选择来定义土地类型；Albion市OLSA的目标是加快经济发展，即为新的经济增长找出最佳场所，因而Albion市的“方案”是经济增长[5]，如图5-16所示。

图5-14　空间操作的优化解析过程

图5-15　OLSA网上地图工具图

OLSA推断哪些区域适合开发或不适合开发。通常，当准备一个综合的土地选址图时，要考虑交通条件、土壤状况、坡度状况、洪水警戒面、湿地或地下含水层等因素，如图5-17所示。OLSA基于给不同土地类型赋不同的值，该值可由两个重要因素计算出。给要考虑的每个数据层赋权重(Weights)值(见图5-18)：给数据层的不同类型赋等级值(Ratings)，地方政府可以给数据层的不同类型赋等级值，高等级值比低等级值更重要[5]，如图5-19所示。

图5-16　OLSA方案选定界面图

图5-17　OLSA因素选定界面图

图5-18　OLSA权重选定界面图

OLSA通过考虑当前土地利用现状确定哪些地块是可以开发的，地方政府能够根据侧重(方案)确定哪里可以开发，如图5-20所示。

OLSA根据权重和等级计算出总分值。一般来说，越适合开发的区域，其总分值越高，如图5-21所示。例如，具有完善的基础设施、交通便利的区域被认为适合开发程度高，而与湿地和山地相邻的区域被认为适合开发程度低[5]，分析结果如图5-22所示。

图5-19　OLSA等级选定界面图

图5-20　OLSA可开发土地类型选定界面图

图5-21　OLSA分值计算界面图

图5-22　OLSA分析结果界面图

4.网上土地选址应用模块小结

网上土地选址应用模块(OLSA)是一个分布式的GIS应用程序，用于社区的规划工作。利用这个系统，规划开发人员能在网上创建自己的方案，并将方案提交给WebGIS服务器端，服务器端进行空间分析操作，并将结果以地图的形式返回给客户端浏览器。WebGIS技术为更多的城市规划人员提供了一个强大的选址分析工具，也使更多的人能够享用在线的GIS服务。但目前的系统仍有一定的局限性。首先，它提供的空间操作运算数量有限；另外，在方案构建模块中可选择的因素也受限制，将来要着重在此模块中增加更多的空间操作功能，为规划开发人员研发一个更灵活的方案构建模块[5]。