1. 引言
城镇低效用地是指城镇规划区内，经第三次全国国土调查已确定为建设用地中的布局散乱、利用粗放、用途不合理、建筑危旧城镇存量建设用地 [1]。推进城镇低效用地再开发、加快存量建设用地盘活挖潜有利于提升土地利用效率、优化国土空间布局、促进城镇高质量发展 [2] [3] [4]。在此背景下各地开展了城镇低效用地调查、再开发规划、低效用地改造、用地信息平台等建设。针对建设用地的监管问题，一些专家学者针对不同的实际应用需求从技术方法、监管机制等方面开展了相关研究与实践。白洪伟等利用Flex开发语言以及ArcGIS Server平台开发了基于城镇低效用地再开发调查数据的信息管理系统 [5]，其采用的技术相对落后，且缺乏低效用地自动识别功能。王志成从建设用地数据管理的需求出发，设计了基于WebGIS的建设用地监测信息系统 [6]，侧重于批供地及土地开发管理功能的实现。李杰等基于桌面GIS设计了土地督察大数据分析系统 [7]，主要服务于土地督察工作。陈飞香等设计了无锡市低效用地再开发监管平台 [8]，在业务流程管理及现场视频智能监测方面具有特色。彭涵雨等利用城镇地籍三维模型数据构建了一种快速调查低效用地的方法，主要结合三维可视化、空间分析等方法识别低效用地，并利用单因子评价法判定低效用地的类型 [9]。刘振伟等指出山东淄博市通过“微服务”、大数据挖掘、AI分析等先进技术，探索建设全流程、精准化、智能化的市县(区)两级土地利用监管平台，促进了低效用地的盘活处置 [10]。卢宗亮等研究了建成区内低效建设用地辨识体系及其形成机制 [11]，具有一定的参考价值。叶金伟等研究了县域自然资源动态监管综合平台，拓展了自然资源监管的途径和方法，减少了人工和户外监测的需求 [12]。武汉市通过“五年规划 + 年度规划”的动态编制机制并建立“三旧”改造信息系统，对全市低效用地再开发提供方法 [13]。综上发现，各地自然资源管理部门已建立了一些土地利用的监管系统，并发挥了重要作用，但各地在监管平台功能、开发的技术水平、低效用地识别方法等方面不尽相同，导致系统的移植性不强。
针对上述问题以及实际应用需求，本文针对江西经济欠发达地区的情况，构建了适宜的城镇低效用地识别模型，并综合利用地理信息系统(GIS)、遥感、云数据库、虚拟现实等技术设计了城镇低效用地信息监管平台，实现了低效用地相关数据管理的全面化、高效化、实用化、便捷化与空间可视化，可以为国土资源信息化建设提供基础信息，促进城镇土地节约集约利用，提升政府部门国土资源治理能力。
2. 平台设计
2.1. 平台体系架构
城镇低效用地信息监管平台(以下简称“平台”)是基于云服务器的B/S与C/S结合的混合架构，包括：Web端的“低效用地信息监管系统”和桌面端的“低效用地空间数据管理系统”。Web端主要实现调查成果数据管理、低效用地数据管理、空间规划数据管理、改造项目动态监管、可视化统计等功能模块。前端采用Layui、Vue.js 框架以及js、jQuery、CSS、CSS3、HTML、HTML5等技术，后端均采用Spring Boot、Mybatis、Shiro、Redis、Swagger2、SVN、Maven等框架，采用Java编程语言、IntelliJ IDEA集成开发环境。Web服务器采用Apache-Tomcat。GIS功能开发主要采用ArcGIS Server、ArcGIS API for JavaScript、ArcGIS Engine等技术。数据库主要采用SQL Server数据库。平台体系结构如图1，平台逻辑上分为“五横两纵”，横向上包括五个层次，从下至上依次是：
1) 基础支撑层：主要是指用来支持整个信息监管平台的基础软、硬件环境和网络环境。包括用于全景图数据采集的航测无人机、GIS服务器、应用服务器、云数据库、数据传输网络、UPS电源、防火墙等。该层向上层提供基础运行与维护环境。
2) 数据服务层：提供数据服务，在服务器上部署城镇低效用地信息监管平台数据库，包括属性数据库和空间数据库(空间数据库涉及到土地利用现状、低效用地、控制性详细规划、再开发规划、项目改造等地图数据)，主要采用SQL Server进行管理，其中Web端对空间数据的访问主要由ArcGIS Server提供技术支撑。
3) 业务支撑层：利用图1中写明的Vue、Spring Boot、ArcGIS API for JavaScript、ArcGIS Engine等各类技术实现系统的业务逻辑，并利用TCP/IP协议与数据服务层进行数据交互，是整个平台系统实现的关键。
4) 系统应用层：用户与系统进行可视化交互的界面部分，向用户提供友好的交互界面。提供Web浏览器端和桌面端界面。
5) 用户层：城镇低效用地信息监管平台的实际使用者。用户角色包括系统管理员、领导层用户、业务人员，根据角色不同，访问系统时所具有的操作权限也不同。“两纵”包括平台标准规范体系与平台安全防护体系。
2.2. 平台功能设计
平台分为Web端与桌面端两个子系统，系统功能分别如图2所示。
Web端的功能包括首页、调查成果数据管理、低效用地数据管理、空间规划数据管理、改造项目动态监管等模块，具体如下：
1) 首页(统计功能)：以饼状图、直方图等方式展示统计汇总数据，具体包括低效用地按区域面积统计、低效用地按区域数量统计、低效用地按地类面积统计、低效用地再开发数量按区域统计，低效用地再开发面积按区域统计、低效用地是否违法数量统计等。
Figure 1. Platform architecture diagram
图1. 平台体系结构图
2) 调查成果数据管理：分为地图浏览、数据报表、文档管理和对比分析四个模块。地图浏览提供土地现状、调查区、调查单元地图数据的浏览、地图要素的搜索与定位、属性信息查看、测量等模块。数据报表包括调查区情况汇总表、调查区基本信息清单表、调查单元情况汇总表、调查单元基本信息表等。文档管理主要实现与土地现状调查成果相关的文档管理。对比分析支持土地现状调查成果数据与低效用地数据、空间规划数据、遥感影像数据等的叠加或双屏对比分析。
3) 低效用地数据管理：分为地图浏览、属性信息和对比分析三个模块。地图浏览主要提供低效用地数据的浏览、搜索与定位、属性查看、全景图查看、测量等模块。属性信息主要是以列表的形式展示每块低效用地的属性信息。对比分析支持低效用地数据与土地现状调查成果数据、空间规划数据、遥感影像数据等的叠加或双屏对比分析。
4) 空间规划数据管理：分为地图浏览、数据报表、文档管理和对比分析四个模块。地图浏览主要提供控制性详细规划、再开发规划数据的浏览、地图要素的搜索与定位、属性信息查看、测量等模块。数据报表包括现状结构及用地强度汇总表、再开发结构调整及强度优化情况表、再开发项目区现状及规划情况汇总表、再开发地块清单、再开发建设时序安排表等。文档管理主要实现与土地规划成果相关的文档管理。对比分析支持规划成果数据与土地现状成果数据、低效用地数据、遥感影像数据等的叠加或双屏对比分析。
5) 改造项目动态监管：包括项目备案、项目进度、竣工验收和对比分析四个模块。
桌面端的功能除了地图浏览、属性信息查看等基本GIS功能外，主要包括：国土空间数据入库、低效用地识别、国土空间数据编辑、文档数据管理四个模块。
1) 国土空间数据入库：主要包括基于规则匹配的现状调查数据入库，低效用地数据库入库、空间规划数据入库、再开发项目数据入库等功能。实现将低效用地相关数据导入到低效用地空间数据库，以便支撑Web端数据展示及桌面端数据分析应用。
2) 低效用地识别：通过构建的适用于试点城市的低效用地识别模型，以及集成化的多源数据，识别出低效用地，并将其提取到低效用地图层。
3) 国土空间数据编辑：提供低效用地相关的国土空间数据的图形与属性编辑。
4) 文档数据管理：支持Word、Excel、PDF、图片等类型的文档入库与浏览。
2.3. 平台数据库设计
平台利用云服务器进行数据存储，如图3，其中低效用地属性数据库和低效用地空间数据库采用SQL Server数据库管理系统进行统一管理，其中低效用地空间数据库中包括行政区划、调查区、调查单元、土地现状、低效用地、规划用地、遥感影像等空间数据。低效用地资源数据库(包含文档、图片、全景等数据)在云服务器上以文件目录的形式进行管理。
2.4. 低效用地识别指标设计
要进行城镇低效用地的识别，首先要针对不同类型的低效用地建立一系列识别指标，构建城镇低效用地识别模型。本文以江西省萍乡市为例，探索了城镇低效用地识别方法。低效用地的认定采用了定性与定量相结合的方法。具体的指标设计如下：
1) 城镇用地类型主要分为居住用地、商服用地、教育用地以及其他用地四大类，指标体系构建主要依据土地建设利用状态、房屋安全性、规划符合性等方面的定性指标，结合城镇用地详细评价内容，从土地建设强度和利用效益两方面制定相关定量指标，综合形成低效城镇用地认定指标体系，认定指标体系如表1。
Table 1. Index system of low-efficiency urban land identification
表1. 低效城镇用地认定指标体系
2) 产业用地类型主要为工矿仓储用地，指标体系构建主要依据国家、省级产业政策、土地建设开发状态和产业安全生产、环保性等方面的定性指标，结合产业用地现状，从土地利用强度和产出效益两方面制定相关定量指标，综合形成低效产业用地认定指标体系见表2。
Table 2. Index system for identifying inefficient industrial land use
表2. 低效产业用地认定指标体系
3) 村庄用地类型主要评价居住用地，指标体系构建依据土地利用状态、房屋安全性、规划符合性等方面的定性指标，结合城镇用地详细评价内容，从土地建设强度和利用效益两方面制定相关定量指标，综合形成低效村庄用地认定指标体系，认定指标体系如下表3。
Table 3. Index system of low-efficiency village land identification
表3. 低效村庄用地认定指标体系
3. 系统实现
3.1. 系统实现
根据上述平台设计方案，利用ArcGIS Server、ArcGIS API for JavaScript、ArcGIS Engine、SQL Server、Layui、Spring Boot等技术进行了平台实现，其中layui是一款采用自身模块规范编写的前端UI框架。Spring Boot是Java的一种开源应用框架，它简化了Spring的初始搭建和开发过程，方便了项目的快速开发。部分系统界面效果如图4 (因数据保密要求，在此不展示统计图表数据)。
3.2. 特色功能实现的思路
3.2.1. 空间数据集成与发布
本平台中的空间数据不仅包括矢量地图数据，还包括遥感影像。本文首先利用ArcGIS桌面端软件(包括ArcMap、ArcCatalog等)直连SQL Server数据库，并在SQL Server数据库中构建基于GeodDatabase模型的命名为“JXDXGDB”的空间数据库，其次利用ArcCatalog将土地现状、低效用地、规划用地等多种shp格式的矢量地图数据，以及遥感影像导入到“JXDXGDB”空间数据库。然后利用ArcMap配置各种专题地图，并利用ArcGIS服务器端软件——ArcGIS Server实现地图数据服务的发布与管理(暂停、启动或删除服务)。ArcGIS Server是ESRI (美国环境系统研究所公司)发布的提供面向Web空间数据服务的一个企业级GIS软件平台，提供创建和配置GIS应用程序和服务的框架，可以发布地图服务、要素服务、影像服务、地理处理服务、网络分析服务、地理编码服务等各类服务。最后前端页面利用ArcGIS API for JavaScript实现各种地图数据的集成聚合应用。其中矢量图层集成的代码参考如下。
var dxyd = new FeatureLayer({
id: dxyd,
url:http://122.*.* .*:6080/arcgis/rest/services/dxyd/dxyd/MapServer/0
});
……
map.add(dxyd);
遥感影像图层集成的代码参考如下。
var ygyx = new TileLayer({
id: ygyx,
url:http://122.*.*.*:6080/arcgis/rest/services/dxyd/ygyx/MapServer
});
……
map.add(ygyx);
3.2.2. 多源国土空间数据对比
平台中提供了多源国土空间数据的对比分析，支持多源、多时相空间数据的叠加对比和双屏对比，单屏叠加对比时可采用卷帘工具(像打开帘子一样看到里面的东西)或面状填充符号线框化工具增强对比效果。单屏显示时还支持地图显示区最大化显示。该对比分析功能非常灵活，与同类系统比具有明显的特色。其中叠加数据主要是调用不同的地图数据服务至Map对象中，然后通过图层的Visible属性控制图层的可见性，卷帘工具主要是调用ArcGIS API for JavaScript的Swipe小部件实现，Swipe小部件提供了一个工具来在地图的顶部显示图层(或图层集)的一部分。可以垂直或水平滑动图层，轻松比较两个图层或查看图层下面的内容。使用Swipe小部件时先要设置leadingLayers和trailingLayers属性，以确定将在小部件的两侧进行比较。如果没有设置这些属性之一，那么Swipe小部件将覆盖现有地图。visibleElements(可视化的分隔条)分隔了前面和后面的图层，Swipe小部件使用的参考代码如下。
var swipe = new Swipe({
leadingLayers: [layer1, layer2],
trailingLayers: [layer3],
direction: horizontal,
position: 50,
view: view1
});
swipe.visibleElements = {
divider: true,
handle: false
}
view1.ui.add(swipe);
面状符号线框化主要是通过调用事先配置好的特定线框符号的地图数据服务实现。
3.2.3. 低效用地自动化识别
本文基于上述设计的低效用地识别指标体系，构建了低效用地识别模型，利用C#、ArcGIS Engine组件及平台中的多源数据实现了低效用地的识别计算，功能界面如图5，根据配置的指标参数值进行计算即可识别出低效用地。此外，低效用地的指标参数值可根据区域实际情况调整。
(a) 低效城镇用地识别界面
(b) 低效产业用地识别界面
(c) 低效村庄用地识别界面
Figure 5. Identification function interface of inefficient land
图5. 低效用地识别功能界面
4. 结束语
本文详细介绍了城镇低效用地信息监管平台的体系架构、平台功能及数据库，并进行了平台实现，其功能完善，试用效果得到了用户认可。平台的特色与创新有：1) 实现了调查现状、低效用地、再开发规划、改造项目全流程数据的集成化管理；2) 提供了灵活的多源、多时相空间数据叠加及双屏对比，提供了卷帘及面状符号线框化工具增强数据对比，以及低效用地的全景图展示；3) 提供了丰富、形象直观的统计图与汇总表；4) 支撑多源土地空间数据入库、更新以及低效用地自动化识别。系统的应用能够更好地实现低效用地的精细化管理，辅助国土管理部门更好地做出科学决策。当然，该平台仍存在不足，下一步将根据各地情况不断完善低效用地识别指标体系模型及平台功能，并将该平台在江西省推广应用。
基金项目
国家自然科学基金项目(41561084; 41201409)。
NOTES
*通讯作者。