村镇建设用地再开发数字化监管与空间决策支持系统研究

吴小芳，于红波，胡月明，萧嘉明，郭玉彬，

(1. 华南农业大学资源环境学院，广东 广州 510642； 2. 国土资源部建设用地再开发重点实验室，广东 广州

510642； 3. 广东省土地利用与整治重点实验室，广东 广州 510642； 4. 广东省土地信息工程技术研究中心，

广东 广州 510642； 5. 广州市测绘地理信息行业工程中心，广东 广州 510642)

Research on Digital Supervision and Spatial Decision Support System for

Redevelopment of Rural Construction Land

WU Xiaofang，YU Hongbo，HU Yueming，XIAO Jiaming，GUO Yubin



村镇建设用地再开发数字化监管与空间决策支持系统研究

吴小芳1,2,3，4，于红波1，2,3,4,，胡月明1,2，3,4,5，萧嘉明1，2,3,4，郭玉彬1，2,3,4，

(1. 华南农业大学资源环境学院，广东 广州 510642； 2. 国土资源部建设用地再开发重点实验室，广东 广州

510642； 3. 广东省土地利用与整治重点实验室，广东 广州 510642； 4. 广东省土地信息工程技术研究中心，

广东 广州 510642； 5. 广州市测绘地理信息行业工程中心，广东 广州 510642)

Research on Digital Supervision and Spatial Decision Support System for

Redevelopment of Rural Construction Land

WU Xiaofang，YU Hongbo，HU Yueming，XIAO Jiaming，GUO Yubin

摘要：针对村镇建设用地再开发业务流程复杂、过程跟踪困难、监管技术薄弱、辅助决策欠缺等问题，本文采用3S技术、数据仓库技术、智能视频监控技术、多媒体视频无线网关技术、工作流定制技术，重点突破了多方位于一体的实时监控、多源异构数据融合、数据动态更新机制，以及村镇建设用地再开发空间决策与辅助支持模型及技术难题，建立了基于3S的村镇建设用地再开发数字化监管与空间决策支持系统；实现了对村镇建设用地项目建前、建中、建后进行全过程监管，并针对再开发业务中的规划与现状对比、宗地占用及基准地价分析、潜力评价等需求，提供了空间决策及辅助支持，以实现村镇建设用地再开发全过程、全业务类型的数字化管理及空间决策支持，促进村镇建设用地再开发的健康、规范、有序、稳步发展。

关键词：建设用地再开发；空间决策；潜力评价

一、引言

建设用地再开发主要是根据区域发展规划、土地利用规划和村镇发展规划，对村镇建设用地的规模、布局、结构和强度进行调整，对建设用地进行综合整治。目前，我国建设用地再开发的主要类型是“旧城镇、旧厂区、旧村庄改造”“城镇改造”“城中村改造”“城市更新”等。村镇建设用地再开发主要是提升村镇土地利用效益，促进村镇经济增长方式转变，推动产业升级与结构调整，统筹城乡发展[1]。目前，村镇建设用地再开发工作存在项目类型多内容杂、规模参差不齐、业务环节复杂，涉及部门众多、业务协同困难，利益关系复杂、规划方案落实难、工程进度质量难以控制等许多问题，严重阻碍了村镇建设用地再开发工作健康、规范、有序、稳步开展，迫切需要现代化的监测监管手段及空间决策支持来提升管理水平。

针对土地监测、管理与空间决策，许多专家学者进行了相关研究。李国明等对TGIS模型、数据库建设等关键技术进行了分析，结合ArcGIS Engine 及SQL Server，基于.NET 平台构建了西藏土地利用与动态监测系统，实现了土地数据的图文一体化管理及动态监测分析[2]。夏敏应用GIS空间分析方法对土地适应性评价进行了研究及决策分析[3]。刘小军等运用系统学方法和数学建模技术，构建了区域农业空间信息管理及辅助决策系统，实现了区域农业的网络化、数字化、智能化管理[4-5]。张小斌等通过对数据的网络收集与统一管理，构建了农业资源动态监测网络化数据平台，初步实现了动态监测网点数据管理的标准化，并提出了加强模型统计与3S 技术应用的思路[5]。阎晓军等采用农业业务流、时空分析、中间件等技术方法，构建了基于GIS的首都农业决策支持系统，实现了农业数据采集、处理、传输、存储、分析等的一体化管理，可辅助设施农业建设规划和结构调整[6]。

从以上的分析得知，GIS、RS、GPS、数据库技术、数据挖掘、数学建模方法已逐步融入到土地的信息化管理与决策中[7-12]，但针对村镇建设用地再开发管理与决策，其过程监测、监管技术、空间决策研究还停留在分散、单一、初级阶段，对于区域性的建设用地全程监测监管及空间决策的研究亟待加强。

因此，本文采用3S技术、数据仓库技术、智能视频监控技术、多媒体视频无线网关技术、工作流定制技术，重点突破多方位于一体的实时监控、多源异构数据融合、数据动态更新机制，以及村镇建设用地再开发空间决策与辅助支持模型及技术难题，建立基于3S的村镇建设用地再开发数字化监管与空间决策支持系统；实现对村镇建设用地项目建前、建中、建后进行全过程监管，并针对再开发业务中的规划与现状对比、宗地占用及基准地价分析、潜力评价等需求，提供空间决策及辅助支持，以实现村镇建设用地再开发全过程、全业务类型的数字化管理及空间决策支持，促进村镇建设用地再开发的健康、规范、有序、稳步发展。

二、系统总体设计

1. 系统总体框架

村镇建设用地再开发数据化监管与空间决策支持系统采用“研究筹备—技术攻关—系统研发—示范应用—反馈完善”的主线进行开展。系统整体框架是采用面向服务架构构建的5个逻辑层，分别为基础设施层、资源层、支撑层、应用层和接入层，如图1 所示。

图1　系统总体结构

基础设施层主要包括系统所需要的软硬件基础设备；资源层包括基础地理数据、遥感影像、标图建库数据、三旧改造专项数据、监测数据库、知识库、模型库等各类数据资源；支撑层主要是指支持应用层的各类模型、方法、工作流引擎及服务；应用层是指在分析村镇建设用地再开发业务流程的基础上，而建立的5个业务子系统，它对管理决策过程与空间信息服务集成，形成核心子系统，为村镇建设用地再开发提供辅助管理及空间决策；接入层是对应用层中各子系统在不同客户终端的展现及应用。

2. 系统开发平台

系统采用B/S架构，Oracle 10g数据库平台、ArcSDE 10.0空间数据库引擎、ArcGIS Server 10.0 空间应用服务器、Windows 2003 Server 服务器、Microsoft Visual Studio 2010开发平台、C#开发语言，以及第三方工作流引擎、定制平台、FineUI和EasyUI框架等构建系统开发环境。

3. 系统数据库设计

系统数据由元数据库、基础库、专题库3大数据库组成。元数据库主要对数据库中各字段信息进行描述说明；基础库主要包括基础地理信息数据、地籍宗地数据、土地利用现状数据、土地利用规划数据、城市规划数据、遥感数据等；专题库主要包括标图建库数据、三旧改造专项规划数据、项目立项审批信息，项目监管信息等。详细内容如图2所示。

图2　数据库结构

三、系统关键技术及实现

1. 多方位于一体的实时监控集成模式

本文在村镇建设用地动态监测中，运用人工巡查、智能视频监控、无人机巡查等多方位于一体的技术集成模式，实现“天上看、地上查、网上管”的技术要求，对村镇建设用地再开发项目进行实时监管，其中着重研究了基于多模式及多路无线捆绑安全数据接入视频网关的数据采集处理和智能违规发现技术。

利用计算机视觉的方法，结合应用了图像识别和人工智能技术，在无须人为干预的情况下，通过对视频中的图像序列进行自动分析，实现改造实施过程中重要时段的自动检测及自动全程视频录制[13-17]，以及三旧改造中违规扩建、违规拆建、违规开挖与打桩的自动识别，从而做到既能完成日常管理又能在异常情况发生的时候及时作出反应[18]，实现计算机快速自动的村镇建设用地再开发过程变化检测与智能化违规预警。

如图3所示,通过在视频区域中设定入侵规则，根据运动目标的大小、运动速度及运动规律，准确检测出人或其他对象的入侵，发出预警信息，实现视频分析结果的输出和显示。当目标进入方框时或跨过所画的线时，即可判定目标位出现违规的操作，并发出预警声音进行提示。

图3　区域预警示意图

2. 数据动态增量更新

依据要求，村镇建设用地再开发的地块数据需按照实事求是、定期调整、可增可减、动态监管的原则，定期将本辖区范围内符合三旧改造要求但未标图建库的地块增补入库；对已入库但存在四至范围不准确或相关属性内容填写错误的地块进行修正；对已入库但由于各种原因已明确无法实施改造的地块进行删减[12]。

在实际操作过程中，需要每半年对数据进行增加、修改及删除等动态调整工作。本系统中采用反向增量存储技术，只保存最新版本的三旧改造数据标图建库数据及最初版本的数据。当数据更新时，首先对三旧改造中新增地块、修改地块、删除地块的等待更新的数据进行属性检测、文件检测及拓扑检查；若检查通过，符合更新条件，则与前一个版本的数据进行融合，产生最新版的数据，同时将前一个版本删除，新版本三旧改造数据及差异数据被存储，减少了数据冗余。历史数据查询时，可通过当前最新数据与差异数据进行反推，实现三旧改造数据的时空变化可追溯[19-20]。

3. 数字化监管

主要对村镇建设用地再开发的项目进行全程监管，包括范围监管、流程监管、时限监管、进度监管、项目成果评价5个方面。其中，范围监管是利用空间叠加，监控已批用地与三旧改造标图建库范围是否一致，并进行自动预警；流程监管是通过预设规则，监控批后规范用地流程和行为是否符合要求，并进行自动预警；时限监管是通过预设时限要求，监控批后供地、用地、改造时限；进度监管是通过最新遥感数据，监测已批用地是否在实施改造；项目成果评价主要是项目完工验收后，在一定时期内对项目的开发成果进行再评价及验证。

4. 空间决策与辅助支持

主要针对再开发的业务需求，对规划与现状对比、宗地占用及基准地价分析、潜力评价等进行研究，提供空间辅助决策支持。

1) 规划与现状对比分析：利用GIS叠置分析，分别将土地利用现状图、土地利用规划图、三旧改造规划图层、改造前影像图、改造项目的地块数据进行叠置对比，分析三旧改造地块是否符合现状、是否满足规划要求。

2) 宗地占用及基准地价分析：分析三旧改造项目的地块范围内涉及多少房地产权属及其基准地价情况，并采用相应的模型方法进行价格评估，为三旧改造项目范围认定的预估算提供决策依据。

3) 村镇建设用地再开发潜力评价：从土地利用现状、经济、社会、生态、政策5个主要因素进行抽取，采用准则层、次准则层和评价指标层3层架构方式，构建潜力评价指标体系；采用特尔菲法及层次分析法确定评价指标权重，其中评价指标权重主要由评价的准则层、次准则层和评价指标层中对改造项目的影响程度确定。准则层、次准则层和评价指标层的权重值在0～1之间。在数据调查、评价指标体系构建和权重确定的基础上，采用多因素综合评定法构建评价模型，对三旧改造用地潜力进行测算。通过潜力测算，可进一步明确三旧改造项目的改造潜力，判断项目改造的可行性。

四、应用与示范

依据上述关键技术，构建村镇建设用地再开发数据化监管与空间决策支持系统，应用于三旧改造项目监管与空间决策。图4是三旧改造项目的批后监管系统，主要是对项目的审批流程及批后的建设过程进行监管。

图4　批后监管系统界面

图5是设置权重因子构建潜力评价模型，在此基础上，以顺德区为例，进行三旧改造的潜力评价。如图6所示，将潜力评价结果分为3级：高潜力区、中潜力区、低潜力区，并用分级设色的方式直观展现，从图上可清晰反映三旧改造项目的改造潜力。

五、结束语

本文针对村镇建设用地再开发工作存在的各类问题，利用3S技术、数据仓库技术、智能视频监控技术等，构建了数字化监管与空间决策支持系统，实现了多源数据的高效融合集成、空间数据在线增量更新、多方位于一体的实时监控集成、全程数字化监管及空间辅助决策功能，将再开发现场监测、全程监管、空间决策与业务系统一体化整合，并将其应用于广东省、广州市、从化市、顺德区等国土部门，覆盖了省级、市级、县级3种村镇建设用地再开发类型，促进了村镇建设用地的再开发业务由传统型、粗放型、经验型向精细化、协同化、科学化的综合管理决策模式转变，为国土管理部门科学决策提供了辅助支持。

图5　潜力评价模型界面

图6　潜力定级分布

参考文献：

[1]曾广鸿，单卫东. 以科技创新支撑建设用地再开发[N]. 中国国土资源报，2010-02-26(5).

[2]李国明，李国庆，阚瑷珂，等. 基于时态GIS的西藏土地利用与动态监测系统的构建[J].工程勘察，2010(7):53-56，68.

[3]夏敏，赵小敏，汤江龙．土地适宜性评价空间决策支持系统初探[J]．江西农业大学学报，2005，27(6):911-915.

[4]刘小军，朱艳，姚霞，等．基于 WebGIS 的农业空间信息管理及辅助决策系统[J]．农业工程学报，2006，22(5):125-129.

[5]张小斌，洪洲，祝利莉，等. 农业资源动态监测网络化数据平台的设计和构建[J].浙江农业科学，2010(1):187-189.

[6]阎晓军，王维瑞，梁建平.农业空间决策支持系统的设计与实现[J]．农业工程学报，2010，26(9):257-262．

[7]陈英义，李道亮. 基于Web-GIS和RS的煤矿废弃地植被恢复空间决策支持系统[J].农业工程学报，2008(10):63-67.

[8]李茜. 基于GIS的省级建设用地批后监管系统研究[J].测绘通报，2013(6):94-97.

[9]罗晓燕，温宗勇，陈品祥，等. 北京市建设用地资源综合决策分析平台的研究与应用[J].测绘通报，2011(11):77-80.

[10]夏敏，刘友兆，何方，等. 县域农地适宜性评价空间决策支持系统设计与实现[J].安徽农业大学学报，2009(3):513-517.

[11]LI J，CANDIDATE P D， BIAN F L. 4D Data Fusion Technique in Urban Aterlog-draining Decision Support System[J]. Geo-spatial Information Science，2000， (3):42-46.

[12]ANTHONY G. Multi-agent Systems for Simulating Spatial Decision Behaviors and Land-use Dynamics[J].Science in China(Series D:Earth Sciences)，2006(11):1184-1194.

[13]毕娟. 基于FPGA的单幅图像去雾算法研究及其实现[D].西安：西安电子科技大学，2012.

[14]汪荣贵，张新龙，张璇，等. 基于Retinex理论的压缩域图像增强方法研究[J]. 计算机研究与发展，2011(2):259-270.

[15]胡伟，袁国栋，董朝，等. 基于暗通道优先的单幅图像去雾新方法[J].计算机研究与发展，2010(12):2132-2140.

[16]谢文达，邱竣鸿，王垒. 实际且快速的图像对比度增强方法[J].计算机研究与发展，2013(4):787-799.

[17]鲍文霞，梁栋，翟鸣，等. 一种基于图像的运动物体检测及高度分析算法[J].微机发展，2004(10):120-122.

[18]江齐英，吴楷钊. 广东省三旧改造地块数据库调整与更新技术研究[J].测绘与空间地理信息，2014(7):141-143.

[19]阎晓军，黎昭咏，史明昌．北京农业设施空间信息系统设计与应用[J]．安徽农业科学，2009，37(29):14478-14482．

[20]罗晓燕，袁燕岩．北京市数字线划图数据库增量更新技术的应用研究[J]．测绘通报，2007(11): 57-60．

[21]夏淑芳,廖明伟,郭丽红.基于GIS的农村宅基地整理分析[J].测绘通,2013(12):94-96.

通信作者：胡月明。E-mail:ymhu@scau.edu.cn

作者简介：吴小芳(1979—)，女，博士，副教授，现从事地图制图学、地理信息系统理论与方法，以及GIS在土地、林业、城市管理中的研究。E-mail: somewxf@163.com

基金项目：国家科技支撑计划(2013BAJ13B005)

收稿日期：2015-10-08； 修回日期： 2015-11-02

中图分类号：P208

文献标识码：B

文章编号：0494-0911(2015)12-0093-05

引文格式： 吴小芳，于红波，胡月明，等. 村镇建设用地再开发数字化监管与空间决策支持系统研究[J].测绘通报，2015(12)：93-97.DOI:10.13474/j.cnki.11-2246.2015.388