土地資源基礎數據可視化表達范文

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摘要:

介紹了土地基礎數據的核心內容及其關聯關系，分析了土地基礎數據的多維(結構維、時間維、空間維)特征。在對可視化技術分類方法進行闡述的基礎上，通過綜合研究、試驗驗證，形成了適用于土地基礎數據的可視化表達方法的過程，為更好地發揮土地基礎數據在國土資源管理乃至經濟、社會發展過程中的作用提供技術支撐。

關鍵詞:

土地基礎數據;可視化;多維特征

土地資源孕育著人類文明的起源與發展，為人類提供了賴以生存和發展的物質資料［1］，影響著人口規模、總量以及相應的產業經濟結構等問題。目前，我國可利用的土地基礎數據(包括土地利用現狀數據、土地利用總體規劃數據、耕地后備資源數據、基本農田數據等)的數據量已達200TB，及時掌握土地資源的分布情況、耕地總量、人均耕地面積、耕地質量、人均耕地需求、產業及經濟指標等信息，對合理地利用土地資源、指定發展計劃、優化產業結構具有重要的現實意義。21世紀以來，以計算機圖形圖像技術為基礎形成的可視化技術已廣泛地應用于社會科學的各個領域，借助于可視化技術生成刺激視覺的圖像，便于用戶更加清晰地理解并掌握海量數據中包含的信息。采用可視化技術，可以有效地解決傳統采用文字、數字形式進行描述性表達的缺陷，使人、地、糧、經濟、產業關系更為直觀、清晰易懂，有利于管理者及時準確、直觀地掌握相關信息，也更利于耕地保護政策的推廣與執行。

1土地基礎數據體系

1)土地基礎數據內容土地數據主要包括土地基礎數據、土地管理數據以及土地綜合研究數據。通過土地資源調查和土地規劃編制等方法得到的數據叫做土地基礎數據，它包括土地利用現狀數據、基本農田數據、土地利用總體規劃數據等，這些數據既是進行國土資源綜合研究的基礎，也是國土資源業務辦理的重要依據。研究表明，各種土地基礎數據與人口經濟發展之間均存在著緊密聯系。深入分析多種土地基礎數據之間的關系(如圖1所示)有利于更好地研究土地基礎數據的可視化表達。

2)土地利用現狀數據通過土地調查得到的土地利用類型和土地權屬等信息的數據稱為土地利用現狀數據。土地利用現狀數據具有很強的時效性，其數據庫主要包括地類圖斑、線狀地物、地物之間的界限等內容。

3)土地利用總體規劃數據土地利用總體規劃數據是用來反映土地利用未來預期和控制目標的綱領性數據，是實施土地用途管制的基礎，主要用于對耕地規模的面積、建設用地面積以及基本農田保護面積等指標加以控制。

4)耕地后備資源數據耕地后備資源數據是在一定的經濟技術條件下(綜合考慮區位、交通等開發條件，可開墾土地、可復墾采礦用地的宜耕性條件等)，通過土地改良、土地整理和土地開發等方法，形成的在未來一段時期內可開墾為耕地的非耕地資源的空間布局數據。耕地后備資源數據為及時掌握我國耕地儲備及耕地潛力、保障我國耕地數量與質量提供依據，其數據庫主要包括耕地后備資源圖斑、不穩定耕地圖斑、新增耕地圖斑等內容。

5)基本農田數據基本農田數據用于保障國家基本農田總量，主要通過基本農田調查以及基本農田劃區定界等方法進行獲得，得到的數據反映基本農田保護信息和其空間布局情況。基本農田數據庫主要包括基本農田樣塊、基本農田保護區的大小位置等信息、基本農田保護區的邊界范圍以及基本農田質量等級信息等。

6)土地基礎數據多維特征土地基礎數據以行政區劃為單位進行提交，綜合涵蓋了土地資源的狀態、性質、空間分布和發展演化過程。總體上，可以將土地基礎數據視為一類具有時間維度、空間維度和結構維度的多維特征數據(如圖2所示)，同樣的，在描述數據特征時，建立在數據之上的統計數據也必須具有時間維度、空間維度和結構維度的特點。

7)時間維度時間維度反映了空間對象隨時間產生狀態的改變，對于土地基礎數據而言，時間維度主要包括年度、季度、月度等，不同數據具有不同的時間維度。在實際工作中，每年都會有新采集土地利用變更的數據，這些數據具有時間維度。

8)空間維度空間維度主要反映了土地基礎數據的位置、距離等信息，對于不同的數據，其空間維度更是不同。例如，以縣為單位提交的土地利用現狀數據，通過匯總統計可以得到村、鄉鎮、縣、市、省、國家等依次從低到高的不同空間維度數據;采用自上而下分級編制得到的土地利用總體規劃數據，在不同的行政級別上均具有相應不同的空間維度。

9)結構維度結構維度代表了空間對象客觀存在的性質和屬性特征，不同數據具有不同的結構維度。例如，全國耕地的質量等級可分為一至十等不同的結構特性;土地權屬性質具有國家所有和集體所有兩種結構特性。

2可視化技術分類

可視化技術是利用計算機圖形圖像技術原理，直觀地對數據以圖形或圖像的形式在屏幕上顯示并進行交互處理，這種技術最初僅應用于科學計算中涉及的數據和工程測量數據，目前已廣泛應用于建筑學、醫學、生物分子學、地質勘測等領域。隨著數據來源的不斷增多、數據量日益增長，處理數據的要求逐漸深入與復雜，可視化技術的應用范圍也在不斷地擴大。現階段，該方法將可視化技術劃分為4類:科學計算可視化(ScientificComputa-tionVisualization)、數據可視化(DataVisualization)、信息可視化(InformationVisualization)和知識可視化(Knowl-edgeVisualization)，以上的各個方案分別從不同角度出發、研究的側重點也不盡相同［2］。

1)科學計算可視化科學計算可視化主要用于處理科學計算過程中所產生和用到的海量數據集。這些數據集的來源較廣，組織形式、時間特性各不相同，包含豐富的規律和現象。科學計算可視化被用于探索與分析數據的自然規律，并側重于構建三維可視化過程。科學計算可視化的主要表現形式包括等值線(ContourRendering)、面繪制(SurfaceRen-dering)、體繪制(VolumeRendering)和流場顯示(FluidDisplay)［3－4］，其中，面繪制效果如圖3所示。

2)數據可視化數據可視化是將大型數據庫或數據倉庫中的數據在多個維度上構建成圖形的形式展現出來，在非空間領域應用此方法的效果十分顯著。該方法打破了僅通過數據表分析數據信息的局限性，為更直觀地掌握數據及其內部結構關系提供了技術支撐。數據可視化技術主要表現形式有平行坐標的方式、直觀的枝形圖方式(StickFig-ures)［5］以及樹圖方式(Treemap)［6］。

3)信息可視化信息可視化綜合了圖像處理、數據挖掘、人機交互等技術，主要應用于非數值型抽象信息(非結構化文本、不具有固定的二維或三維幾何空間結構的點)之間的相互關系和發展趨勢的表達，挖掘數據中隱含的重要信息(顯性知識)，著重于對信息的認知過程。信息可視化的主要表現形式包括輪廓圖、網狀結構、錐形圖(ConeTrees)、雙曲樹(Hyperbolictree)［7］等。

4)知識可視化知識可視化是結合人工智能、知識庫、機器自動學習等方式來實現的可視化技術方法［8］。它通過對數據進行分析挖掘來發現新的知識，將數據中隱含的知識(顯性知識和隱性知識)和規律表現出來。知識可視化在傳輸知識的同時，更加注重于知識的重構、記憶和應用，常見的表達方式包括概念圖(ConceptMap)［9］、思維導圖(MindMap)、認知地圖(Congnitivemapping)、語義網絡(SemanticNetworks)、思維地圖(ThinkingMaps)［10］等。

3空間數據可視化技術

可視化技術幫助用戶在空間數據分析和發現過程中熟練地掌握和理解數據。目前，應用于空間數據的可視化的方法在當前應用最為廣泛的是基于地理信息可視化、數學建模可視化、多媒體和虛擬現實技術。主要原理是利用計算機將圖像與數學方式結合進行處理。地理信息系統(GIS)利用圖形信息與屬性信息結合的方式，直觀地來探索對象的規律與變化。隨著可視化技術的發展，地理信息可視化技術逐漸由靜態轉化為動態，它能夠處理時間因素，可跟蹤并解析空間信息隨時間所發生的變化。時空數據的表達方法非常豐富，目前主要包括圖形對比法、統計圖表法、演示動畫法等。對于不同類型的時空數據，需要采用不同的可視化表達方法，才能更加清晰地表達出時空連續信息，便于用戶進一步理解并進行后續分析。

1)土地基礎數據的可視化表達土地基礎數據可視化表達是以大數據技術、可視化技術、圖形生成技術、圖像處理技術、空間統計學、空間演進等技術方法為支撐，通過對土地基礎數據的關系進行整理與分析，將綜合研究和試驗驗證等方法相結合，形成適用于土地基礎數據的可視化表達方法的過程。該過程主要包括數據采集與分析挖掘、動態圖表和空間模板設計、可視化展示與應用3方面內容，如圖4所示。

2)數據采集與分析挖掘采用大數據存儲、管理、分析技術對土地基礎數據的采集、整理、質檢、入庫、存儲、管理、共享應用等過程進行處理與分析。理清土地基礎數據之間以及土地基礎數據與其他行業領域之間的關系，并以此為核心開展進一步的數據可視化技術研究。

3)動態圖表和控件模板設計以土地基礎數據之間以及土地基礎數據與其他行業領域之間的關系為依據，采用空間數據可視化技術，設計相應的動態圖表模板和控件模板。其中，動態圖表模板包括地圖模板、表格模板、統計圖表模板、文字報告模板、專題圖模板等;控件模板主要是基于GIS的數據訪問、統計、分析模板，具體包括GIS控件模板、表格控件模板、統計圖表控件模板、文字報告控件模板等。按照數據的應用目的，土地基礎數據可視化過程可分為關聯數據可視化、統計數據可視化和分析數據可視化。關聯數據可視化是按照數據之間的邏輯關系，通過GIS數據訪問組件讀取相關聯的數據，再選擇合適的動態圖表模板，使用可視化控件展示查詢結果;統計數據可視化是按照指標統計需求，通過GIS數據統計組件進行分析，分析結果可視化是通過地理信息數據分析組件對查詢結果進行統計和插值分析后，選擇合適的可視化圖表模板，再利用可視化控件展示地圖分析的結果。

4)可視化展示與應用鑒于土地基礎數據的多維特征，該模塊對包含土地基礎數據總量、結構、時序、布局等多個維度信息的一維數據、二維數據、三維數據等3個方面可視化技術方法進行分類研究，力圖解決土地資源在時間、空間、結構上的變化情況的展示問題，最終得到不同土地基礎數據類型的可視化方法見表1。通過對上述數據關系的梳理分析、可視化表達方法的制定，形成圍繞土地基礎數據及統計分析結果的各類統計圖表、專題圖、等值線圖、文字報告等，如圖5所示。這些可視化成果可在平板、手機、電腦、大屏幕等各種終端上進行展示，為土地資源監測管理、業務辦理、輔助決策、應急處理提供依據。

4結束語

本文通過對土地基礎數據關系進行梳理，采用多種研究方法相結合，形成適用于土地基礎數據的可視化表達方法，提高了土地基礎數據的表達效果，為探究隱含在土地基礎數據背后的信息與知識提供了技術依據。然而，本文提出的土地基礎數據可視化表達方法更多側重于數據可視化和信息可視化方面，較少涉及知識可視化內容，缺少對數據中潛在的隱藏知識進行挖掘與應用的過程。因此，深入挖掘和發現土地基礎數據中的知識和規律，將人工智能、數據挖掘技術更多地應用于土地基礎數據的可視化過程將會是今后的研究方向。

參考文獻:

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作者：羅金有 王丹 單位：廣東省國土資源技術中心 北京數慧時空信息技術有限公司