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摘要:

介紹了土地基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的核心內(nèi)容及其關(guān)聯(lián)關(guān)系，分析了土地基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的多維(結(jié)構(gòu)維、時間維、空間維)特征。在對可視化技術(shù)分類方法進(jìn)行闡述的基礎(chǔ)上，通過綜合研究、試驗驗證，形成了適用于土地基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的可視化表達(dá)方法的過程，為更好地發(fā)揮土地基礎(chǔ)數(shù)據(jù)在國土資源管理乃至經(jīng)濟(jì)、社會發(fā)展過程中的作用提供技術(shù)支撐。

關(guān)鍵詞:

土地基礎(chǔ)數(shù)據(jù);可視化;多維特征

土地資源孕育著人類文明的起源與發(fā)展，為人類提供了賴以生存和發(fā)展的物質(zhì)資料［1］，影響著人口規(guī)模、總量以及相應(yīng)的產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)等問題。目前，我國可利用的土地基礎(chǔ)數(shù)據(jù)(包括土地利用現(xiàn)狀數(shù)據(jù)、土地利用總體規(guī)劃數(shù)據(jù)、耕地后備資源數(shù)據(jù)、基本農(nóng)田數(shù)據(jù)等)的數(shù)據(jù)量已達(dá)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(zhì)量、人均耕地需求、產(chǎn)業(yè)及經(jīng)濟(jì)指標(biāo)等信息，對合理地利用土地資源、指定發(fā)展計劃、優(yōu)化產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。21世紀(jì)以來，以計算機(jī)圖形圖像技術(shù)為基礎(chǔ)形成的可視化技術(shù)已廣泛地應(yīng)用于社會科學(xué)的各個領(lǐng)域，借助于可視化技術(shù)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(shù)據(jù)中包含的信息。采用可視化技術(shù)，可以有效地解決傳統(tǒng)采用文字、數(shù)字形式進(jìn)行描述性表達(dá)的缺陷，使人、地、糧、經(jīng)濟(jì)、產(chǎn)業(yè)關(guān)系更為直觀、清晰易懂，有利于管理者及時準(zhǔn)確、直觀地掌握相關(guān)信息，也更利于耕地保護(hù)政策的推廣與執(zhí)行。

1土地基礎(chǔ)數(shù)據(jù)體系

1)土地基礎(chǔ)數(shù)據(jù)內(nèi)容土地數(shù)據(jù)主要包括土地基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、土地管理數(shù)據(jù)以及土地綜合研究數(shù)據(jù)。通過土地資源調(diào)查和土地規(guī)劃編制等方法得到的數(shù)據(jù)叫做土地基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，它包括土地利用現(xiàn)狀數(shù)據(jù)、基本農(nóng)田數(shù)據(jù)、土地利用總體規(guī)劃數(shù)據(jù)等，這些數(shù)據(jù)既是進(jìn)行國土資源綜合研究的基礎(chǔ)，也是國土資源業(yè)務(wù)辦理的重要依據(jù)。研究表明，各種土地基礎(chǔ)數(shù)據(jù)與人口經(jīng)濟(jì)發(fā)展之間均存在著緊密聯(lián)系。深入分析多種土地基礎(chǔ)數(shù)據(jù)之間的關(guān)系(如圖1所示)有利于更好地研究土地基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的可視化表達(dá)。

2)土地利用現(xiàn)狀數(shù)據(jù)通過土地調(diào)查得到的土地利用類型和土地權(quán)屬等信息的數(shù)據(jù)稱為土地利用現(xiàn)狀數(shù)據(jù)。土地利用現(xiàn)狀數(shù)據(jù)具有很強(qiáng)的時效性，其數(shù)據(jù)庫主要包括地類圖斑、線狀地物、地物之間的界限等內(nèi)容。

3)土地利用總體規(guī)劃數(shù)據(jù)土地利用總體規(guī)劃數(shù)據(jù)是用來反映土地利用未來預(yù)期和控制目標(biāo)的綱領(lǐng)性數(shù)據(jù)，是實(shí)施土地用途管制的基礎(chǔ)，主要用于對耕地規(guī)模的面積、建設(shè)用地面積以及基本農(nóng)田保護(hù)面積等指標(biāo)加以控制。

4)耕地后備資源數(shù)據(jù)耕地后備資源數(shù)據(jù)是在一定的經(jīng)濟(jì)技術(shù)條件下(綜合考慮區(qū)位、交通等開發(fā)條件，可開墾土地、可復(fù)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(fā)等方法，形成的在未來一段時期內(nèi)可開墾為耕地的非耕地資源的空間布局?jǐn)?shù)據(jù)。耕地后備資源數(shù)據(jù)為及時掌握我國耕地儲備及耕地潛力、保障我國耕地數(shù)量與質(zhì)量提供依據(jù)，其數(shù)據(jù)庫主要包括耕地后備資源圖斑、不穩(wěn)定耕地圖斑、新增耕地圖斑等內(nèi)容。

5)基本農(nóng)田數(shù)據(jù)基本農(nóng)田數(shù)據(jù)用于保障國家基本農(nóng)田總量，主要通過基本農(nóng)田調(diào)查以及基本農(nóng)田劃區(qū)定界等方法進(jìn)行獲得，得到的數(shù)據(jù)反映基本農(nóng)田保護(hù)信息和其空間布局情況?；巨r(nóng)田數(shù)據(jù)庫主要包括基本農(nóng)田樣塊、基本農(nóng)田保護(hù)區(qū)的大小位置等信息、基本農(nóng)田保護(hù)區(qū)的邊界范圍以及基本農(nóng)田質(zhì)量等級信息等。

6)土地基礎(chǔ)數(shù)據(jù)多維特征土地基礎(chǔ)數(shù)據(jù)以行政區(qū)劃為單位進(jìn)行提交，綜合涵蓋了土地資源的狀態(tài)、性質(zhì)、空間分布和發(fā)展演化過程。總體上，可以將土地基礎(chǔ)數(shù)據(jù)視為一類具有時間維度、空間維度和結(jié)構(gòu)維度的多維特征數(shù)據(jù)(如圖2所示)，同樣的，在描述數(shù)據(jù)特征時，建立在數(shù)據(jù)之上的統(tǒng)計數(shù)據(jù)也必須具有時間維度、空間維度和結(jié)構(gòu)維度的特點(diǎn)。

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

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

9)結(jié)構(gòu)維度結(jié)構(gòu)維度代表了空間對象客觀存在的性質(zhì)和屬性特征，不同數(shù)據(jù)具有不同的結(jié)構(gòu)維度。例如，全國耕地的質(zhì)量等級可分為一至十等不同的結(jié)構(gòu)特性;土地權(quán)屬性質(zhì)具有國家所有和集體所有兩種結(jié)構(gòu)特性。

2可視化技術(shù)分類

可視化技術(shù)是利用計算機(jī)圖形圖像技術(shù)原理，直觀地對數(shù)據(jù)以圖形或圖像的形式在屏幕上顯示并進(jìn)行交互處理，這種技術(shù)最初僅應(yīng)用于科學(xué)計算中涉及的數(shù)據(jù)和工程測量數(shù)據(jù)，目前已廣泛應(yīng)用于建筑學(xué)、醫(yī)學(xué)、生物分子學(xué)、地質(zhì)勘測等領(lǐng)域。隨著數(shù)據(jù)來源的不斷增多、數(shù)據(jù)量日益增長，處理數(shù)據(jù)的要求逐漸深入與復(fù)雜，可視化技術(shù)的應(yīng)用范圍也在不斷地擴(kuò)大?，F(xiàn)階段，該方法將可視化技術(shù)劃分為4類:科學(xué)計算可視化(ScientificComputa-tionVisualization)、數(shù)據(jù)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(fā)、研究的側(cè)重點(diǎn)也不盡相同［2］。

1)科學(xué)計算可視化科學(xué)計算可視化主要用于處理科學(xué)計算過程中所產(chǎn)生和用到的海量數(shù)據(jù)集。這些數(shù)據(jù)集的來源較廣，組織形式、時間特性各不相同，包含豐富的規(guī)律和現(xiàn)象?？茖W(xué)計算可視化被用于探索與分析數(shù)據(jù)的自然規(guī)律，并側(cè)重于構(gòu)建三維可視化過程。科學(xué)計算可視化的主要表現(xiàn)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(shù)據(jù)可視化數(shù)據(jù)可視化是將大型數(shù)據(jù)庫或數(shù)據(jù)倉庫中的數(shù)據(jù)在多個維度上構(gòu)建成圖形的形式展現(xiàn)出來，在非空間領(lǐng)域應(yīng)用此方法的效果十分顯著。該方法打破了僅通過數(shù)據(jù)表分析數(shù)據(jù)信息的局限性，為更直觀地掌握數(shù)據(jù)及其內(nèi)部結(jié)構(gòu)關(guān)系提供了技術(shù)支撐。數(shù)據(jù)可視化技術(shù)主要表現(xiàn)形式有平行坐標(biāo)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(shù)據(jù)挖掘、人機(jī)交互等技術(shù)，主要應(yīng)用于非數(shù)值型抽象信息(非結(jié)構(gòu)化文本、不具有固定的二維或三維幾何空間結(jié)構(gòu)的點(diǎn))之間的相互關(guān)系和發(fā)展趨勢的表達(dá)，挖掘數(shù)據(jù)中隱含的重要信息(顯性知識)，著重于對信息的認(rèn)知過程。信息可視化的主要表現(xiàn)形式包括輪廓圖、網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)、錐形圖(ConeTrees)、雙曲樹(Hyperbolictree)［7］等。

4)知識可視化知識可視化是結(jié)合人工智能、知識庫、機(jī)器自動學(xué)習(xí)等方式來實(shí)現(xiàn)的可視化技術(shù)方法［8］。它通過對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析挖掘來發(fā)現(xiàn)新的知識，將數(shù)據(jù)中隱含的知識(顯性知識和隱性知識)和規(guī)律表現(xiàn)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(gòu)、記憶和應(yīng)用，常見的表達(dá)方式包括概念圖(ConceptMap)［9］、思維導(dǎo)圖(MindMap)、認(rèn)知地圖(Congnitivemapping)、語義網(wǎng)絡(luò)(SemanticNetworks)、思維地圖(ThinkingMaps)［10］等。

3空間數(shù)據(jù)可視化技術(shù)

可視化技術(shù)幫助用戶在空間數(shù)據(jù)分析和發(fā)現(xiàn)過程中熟練地掌握和理解數(shù)據(jù)。目前，應(yīng)用于空間數(shù)據(jù)的可視化的方法在當(dāng)前應(yīng)用最為廣泛的是基于地理信息可視化、數(shù)學(xué)建模可視化、多媒體和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)。主要原理是利用計算機(jī)將圖像與數(shù)學(xué)方式結(jié)合進(jìn)行處理。地理信息系統(tǒng)(GIS)利用圖形信息與屬性信息結(jié)合的方式，直觀地來探索對象的規(guī)律與變化。隨著可視化技術(shù)的發(fā)展，地理信息可視化技術(shù)逐漸由靜態(tài)轉(zhuǎn)化為動態(tài)，它能夠處理時間因素，可跟蹤并解析空間信息隨時間所發(fā)生的變化。時空數(shù)據(jù)的表達(dá)方法非常豐富，目前主要包括圖形對比法、統(tǒng)計圖表法、演示動畫法等。對于不同類型的時空數(shù)據(jù)，需要采用不同的可視化表達(dá)方法，才能更加清晰地表達(dá)出時空連續(xù)信息，便于用戶進(jìn)一步理解并進(jìn)行后續(xù)分析。

1)土地基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的可視化表達(dá)土地基礎(chǔ)數(shù)據(jù)可視化表達(dá)是以大數(shù)據(jù)技術(shù)、可視化技術(shù)、圖形生成技術(shù)、圖像處理技術(shù)、空間統(tǒng)計學(xué)、空間演進(jìn)等技術(shù)方法為支撐，通過對土地基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的關(guān)系進(jìn)行整理與分析，將綜合研究和試驗驗證等方法相結(jié)合，形成適用于土地基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的可視化表達(dá)方法的過程。該過程主要包括數(shù)據(jù)采集與分析挖掘、動態(tài)圖表和空間模板設(shè)計、可視化展示與應(yīng)用3方面內(nèi)容，如圖4所示。

2)數(shù)據(jù)采集與分析挖掘采用大數(shù)據(jù)存儲、管理、分析技術(shù)對土地基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的采集、整理、質(zhì)檢、入庫、存儲、管理、共享應(yīng)用等過程進(jìn)行處理與分析。理清土地基礎(chǔ)數(shù)據(jù)之間以及土地基礎(chǔ)數(shù)據(jù)與其他行業(yè)領(lǐng)域之間的關(guān)系，并以此為核心開展進(jìn)一步的數(shù)據(jù)可視化技術(shù)研究。

3)動態(tài)圖表和控件模板設(shè)計以土地基礎(chǔ)數(shù)據(jù)之間以及土地基礎(chǔ)數(shù)據(jù)與其他行業(yè)領(lǐng)域之間的關(guān)系為依據(jù)，采用空間數(shù)據(jù)可視化技術(shù)，設(shè)計相應(yīng)的動態(tài)圖表模板和控件模板。其中，動態(tài)圖表模板包括地圖模板、表格模板、統(tǒng)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(shù)據(jù)訪問、統(tǒng)計、分析模板，具體包括GIS控件模板、表格控件模板、統(tǒng)計圖表控件模板、文字報告控件模板等。按照數(shù)據(jù)的應(yīng)用目的，土地基礎(chǔ)數(shù)據(jù)可視化過程可分為關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)可視化、統(tǒng)計數(shù)據(jù)可視化和分析數(shù)據(jù)可視化。關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)可視化是按照數(shù)據(jù)之間的邏輯關(guān)系，通過GIS數(shù)據(jù)訪問組件讀取相關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)，再選擇合適的動態(tài)圖表模板，使用可視化控件展示查詢結(jié)果;統(tǒng)計數(shù)據(jù)可視化是按照指標(biāo)統(tǒng)計需求，通過GIS數(shù)據(jù)統(tǒng)計組件進(jìn)行分析，分析結(jié)果可視化是通過地理信息數(shù)據(jù)分析組件對查詢結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)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(jié)果。

4)可視化展示與應(yīng)用鑒于土地基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的多維特征，該模塊對包含土地基礎(chǔ)數(shù)據(jù)總量、結(jié)構(gòu)、時序、布局等多個維度信息的一維數(shù)據(jù)、二維數(shù)據(jù)、三維數(shù)據(jù)等3個方面可視化技術(shù)方法進(jìn)行分類研究，力圖解決土地資源在時間、空間、結(jié)構(gòu)上的變化情況的展示問題，最終得到不同土地基礎(chǔ)數(shù)據(jù)類型的可視化方法見表1。通過對上述數(shù)據(jù)關(guān)系的梳理分析、可視化表達(dá)方法的制定，形成圍繞土地基礎(chǔ)數(shù)據(jù)及統(tǒng)計分析結(jié)果的各類統(tǒng)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(jī)、電腦、大屏幕等各種終端上進(jìn)行展示，為土地資源監(jiān)測管理、業(yè)務(wù)辦理、輔助決策、應(yīng)急處理提供依據(jù)。

4結(jié)束語

本文通過對土地基礎(chǔ)數(shù)據(jù)關(guān)系進(jìn)行梳理，采用多種研究方法相結(jié)合，形成適用于土地基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的可視化表達(dá)方法，提高了土地基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的表達(dá)效果，為探究隱含在土地基礎(chǔ)數(shù)據(jù)背后的信息與知識提供了技術(shù)依據(jù)。然而，本文提出的土地基礎(chǔ)數(shù)據(jù)可視化表達(dá)方法更多側(cè)重于數(shù)據(jù)可視化和信息可視化方面，較少涉及知識可視化內(nèi)容，缺少對數(shù)據(jù)中潛在的隱藏知識進(jìn)行挖掘與應(yīng)用的過程。因此，深入挖掘和發(fā)現(xiàn)土地基礎(chǔ)數(shù)據(jù)中的知識和規(guī)律，將人工智能、數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)更多地應(yīng)用于土地基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的可視化過程將會是今后的研究方向。

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