GIS在土地利用规划和调查中的应用

正确的土地使用和设施规划需要对拟建场地的生理学、水文、气候、人文地理和基础设施有透彻的了解。 如果要在一个地区建造任何类型的长期设施， 需要了解正在建造的地址， 会受到哪些环境因素的影响， 以及将对环境产生的影响。 工程师和项目规划人员可进行现场调查以开发这些关键信息。

随着强大的 GIS 影像和工具的出现， GIS 允许对感兴趣的区域进行快速、低影响、低预算的宏观和微观分析。 此外，GIS 允许我们从数英里外进行可视化土地， 通过数字捕捉人眼无法捕看到的东西。 在本文中， 我们将探讨遥感研究在军事基地规划中的一种应用, 使用开源数据和 QGIS， 调查南美国家乌拉圭，以确定潜在的营地。

创建情景：以评估乌拉圭营地为例

此项研究从军事规划的角度展开， 但所展示的工具和技术对各种区域研究、设施类型、位置和用途具有广泛的适用性。 首先让我们为 GIS 研究创建一个场景。 想象一下，您是一名陆军地理空间工程师， 在师长的参谋部工作。 他最近准备创建一个由3000名士兵组成的作战旅， 部署到乌拉圭3-5年， 该旅的任务是协助和支持东道国的武装部队。

作为地理空间工程师， 您的任务是对东道国的地貌和基础设施进行广泛调查， 这包括地质特征、水道、交通路线和人口中心， 以评估和推荐潜在的营地位置。 部门工作人员根据对问题的初步研究， 分析应考虑地区安全、后勤、与东道国官员和机构的接触、 对东道国民众的干扰以及环境影响等。

概述

该研究领域没有像美国那样进行广泛的地理空间研究， 因此可以使用的数据产品数量有限。 由于信息安全要求以及地图的计划分发， 只能使用具有无限分布的未分类数据。 可用数据中存在冗余， 因此需要筛选并过滤对项目不必要的内容， 此时需要使用免费和开源软件来削减预算。

接下来需要对数据层进行有意义的分析， 有意识地进行转换和组合， 以将数据呈现为信息， 从而促进受众的理解并增强他们的决策能力。

研究可用数据并开发初始图像

QGIS 项目的一个很好的起点是开发一些基础地图。 XYZ Tiles 非常适合此用途， 通过 Web 连接到 QGIS 应用程序的免费图层， 可以轻松修改以创建所需的地图图层。 简单的网络搜索会产生大量关于如何在 QGIS 中添加 XYZ 图层的资源， 以及与 QGIS 同步的几个地图的 URL。 在 Spatial Bias 的文章中有关于 XYZ Tiles 的来源。

对于此项研究， 主要使用 Esri Topo 和 Esri Imagery Tiles， 尽管 Google Hybrid 和 Carto Positron 也是行之有效的。 这些地图中的每一个都提供了不同的地形外观， 并且在对数据进行分层时具有其优势（例如，Esri Imagery 作为 DEM 栅格图层的基础图层特别有用， 我们将在下面讨论）。 在下图中将建议的地点分层到 ESRI 地形图上， 对地点进行可视化。

乌拉圭拟建营地图

在对地形进行初始定位后， 需要添加一些行政和地理数据， 行政边界、道路、铁路、水路、土地利用和兴趣点。

以下是用于研究的资源：

• OSM 数据（道路、铁路、水路、土地利用、建筑物、POI），格式：SHP。
• Open Street Map HOTOSM Waterways 数据，格式：SHP、GEOPKG、KML。
• DIVA-GIS – 国家矢量数据, 格式：SHP、栅格。

这些网站提供了大量信息， 需要对其进行分类和组织， 以便为数据创建正确的可视化。 我们选择了公路、铁路、水路、土地利用和人口数据来帮助可视化土地资源、可用空间和物流能力， 并将它们覆盖在 Esri 地形图上以创建下面的图像。

现在我们需要仔细研究人口密度。 进行此种分析的一个行之有效方法是开发一个分类图像来显示全国的人口密度。 从 DIVA-GIS 获得了灰度光栅图像， 但显示的方差太小而无法使用。 为了增强对比度， 将单波段灰度图像处理为单波段伪彩色图像， 在四分位数模式下具有倒置的光谱色带（红色 = 高值，蓝色 = 低值）。 结果为一张将人口密度分组到区域的图像。 在 Esri 地形图上使用 OSM 数据分层， 它提供了更多信息量的图像。

转换后的单波段伪彩色图像

目前已参考人口、土地利用、水路和交通路线， 查看了拟议地点。 使用 QGIS 中的测量和缓冲工具， 能够确定到特定位置的距离并估计旅行时间。
然而海拔呢？ 为了解决这个问题， 我们求助于从 USGS GloVis 和 Earth Explorer 获得的 ASTER 和 SRTM 图像开发的数字高程模型数据 。 每个 DEM 栅格文件覆盖约 4000 平方英里（约 60 x 70 英里）， 但这些单独的图像可以在 QGIS 中组合成一个虚拟栅格以覆盖整个研究区域。

通过可以操纵此新的栅格图层来可视化， 并研究以上提议站点周围的高程。 在此项研究中， 原始灰度图像被复制， 每张图像都被转换为一个转换为显示表面轮廓的山体阴影图像， 另一个转换为使用 QGIS 中可用的地形色谱连续分类的单波段伪彩色图像。 这些新的颜色和山体阴影 DEM 图层可以使用混合模式功能在 ESRI 影像地图之上渲染为叠加层， 为我们提供以下图像。

Esri 影像地图上的颜色和山体阴影 DEM 图层

Esri 图像层提供了准确的图像背景， 山体阴影层突出了地形的轮廓， 颜色层可视化了地形的高度和深度。 使用上图进行的地形分析为整体研究增加了很多价值， 让我们能够识别站点 #3（位于 500m 峰顶）和站点 #2（与蒙得维的亚城市和港口分开山脉）。

分析和建议

研究共计开发了三幅合成图像，地形图、人口图和高程图。 根据指挥官的指导对我们的站点进行排名， 并提出其他站点供参谋人员考虑。

据图像调查，可看到站点 #1 靠近公路和铁路线， 但获取水源的机会有限， 并且可能离蒙得维的亚市中心太近。 站点 #2 可通往公路、铁路和水路， 但与该国大部分地区被山脉隔开。 站点 #3 在许多方面都存在不利之处： 距离人口中心较远、铁路线的通道有限以及与高海拔相关的后勤困难。 站点 #4 可以访问多种资源， 但距离蒙得维的亚市和港口较远。

在寻找其他潜在地址时， 在佛罗里达州发现了一个满足指挥官所有要求的地点， 将此站点称为 #5 并将其添加到提议的站点层中。

最后，为营地发展计划 (BCDP) 开发了我们的最终地图产品， 并将它们呈现给部门工作人员。 一旦选择了一个或多个特定地点进行额外研究， 就可以专注于微观层面并为每个地点制定详细的地图。 这些产品可以反过来用于准备侦察小组对拟议地点进行现场调查。

结论：GIS的应用

正如我们在上面的研究中看到的那样， 可以使用开源数据和 QGIS 的基本工作知识进行有效的现场研究。 虽然它可能不像一些流行的付费使用程序那样强大或广泛使用， 但 QGIS 提供了处理各种数据和生成决策所需的质量地图所需的所有实用程序。

现场测量具有广泛的适用性， 可用于各种用途：大本营、培训和支持设施、娱乐设施等。 这些技术还具有可扩展性：从国家调查到区域调查， 到局部区域调查，再到单个建筑工地调查.

无论是在乌拉圭的森林里，还是在其他地方， 开源的 GIS 数据和 QGIS 的工具都为土地利用规划提供了高效且有效的解决方案。