顾及三维空间的土地利用混合度综合计算及空间制图方法技术

本发明专利技术公开了顾及三维空间的土地利用混合度综合计算及空间制图方法，该方法包括以下步骤：S1、对道路数据进行预处理获取街区数据；S2、将街区范围内获取的城市数据进行汇总；S3、整合三维空间中的建筑数据与兴趣点，分别计算不同角度的三维混合度指标；S4、构建三维多角度混合度指数，测度城市各街区的土地混合度；S5、对三维多角度混合度指数进行精度验证。通过融合多样性指标、可达性指标及兼容性指标并分别对其进行三维化及归一化处理得到三维多角度混合度指数，能够从根本上解决现有技术有单一视角所带来的片面性与局限性，从而提高城市土地混合度量化的精确性与全面性，形成了综合化多角度的三维混合度评价体系。合化多角度的三维混合度评价体系。合化多角度的三维混合度评价体系。

【技术实现步骤摘要】
顾及三维空间的土地利用混合度综合计算及空间制图方法


[0001]本专利技术涉及土地测量
，具体来说，涉及顾及三维空间的土地利用混合度综合计算及空间制图方法。

技术介绍

[0002]土地利用组合是指一种整合了不同土地利用类型的土地利用模式。合理的土地利用混合可以提高城市的活力，缓解城市衰败，创造就业机会，同时减少对汽车的依赖，进而建立一个健康、安全、可持续的社区。目前，土地利用组合已成为可持续城市规划和设计概念的主要原则，如新城市主义、智能增长、新型城市化等。
[0003]准确、客观的混合度指标对评价土地利用组合具有重要的理论和现实意义，可以优化土地混合度量化体系，进一步为城市管理提供科学依据。土地利用混合量化主要是分为三个角度：多样性、可达性和兼容性。多样性主要从土地利用类型占比角度量化土地混合、可达性主要从土地利用类型的空间分布状态反映土地混合度，兼容性主要从土地利用类型之间的交互程度来反映土地混合度。
[0004]然而，目前的混合度指标通常只考虑这三个角度中的一个角度，缺乏综合角度。例如，多样性是最直接、最直观且最常用的土地混合度量化角度，但不能反映土地类型间的可达性和兼容性，缺乏考虑不同土地利用类型间的空间分布及交互情况。同时，由于缺乏城市尺度上的三维数据，如三维点云、三维建筑数据等，导致目前的指标多局限于二维空间，缺少三维空间的探索。因此，相关研究需要一个综合的多角度的三维混合度指标。
[0005]此外，混合度指标探索的另一个问题是，目前研究使用数据局限于二维空间的土地利用数据，导致测量结果不能在三维空间反映实际情况。例如，多样性指数SHDI计算过程中Pi代表各种土地利用类型的土地面积比；兼容性WVMDI计算过程中，加权系数也是土地面积比。然而，在城市实际情况中，一些土地利用类型土地面积小，但建筑面积大，楼层多，承载着大量的社会经济活动。仅依靠土地面积来衡量土地利用组合将低估这些土地利用类型的影响。相反，有些土地利用类型虽然土地面积比较大，但其建筑面积却很小。仅根据土地面积来衡量土地利用组合会高估这些土地利用类型的影响。因此，构建三维混合度指标来反映城市土地利用组合的实际情况具有重要意义。然而，由于采集成本高、数据隐私等原因，大规模的三维数据往往难以获得。随着大数据技术的不断发展，目前获取的建筑数据可以直接反映建筑楼层、建筑面积等三维空间信息。同时，兴趣点(point of Interest，POI)作为一种公民数据，可以在互联网电子地图中表示点数据，基本包含名称、地址、坐标、类别四个属性。与传统地理信息数据相比，POI具有数据量大、现状好、地理信息丰富、成本低等优点。此外，同一建筑内不同楼层的POIs具有不同的坐标或地址信息，这些信息也可以在三维空间中反映设施信息。因此，可以将三维建筑数据与POI进行整合，探索三维空间的混合度指标。
[0006]针对相关技术中的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

技术实现思路

[0007]针对相关技术中的问题，本专利技术提出顾及三维空间的土地利用混合度综合计算及空间制图方法，以克服现有相关技术所存在的上述技术问题。
[0008]为此，本专利技术采用的具体技术方案如下：
[0009]根据本专利技术的一个方面，顾及三维空间的土地利用混合度综合计算方法，该方法包括以下步骤：
[0010]S1、对道路数据进行预处理获取街区数据；
[0011]S2、将街区范围内获取的城市数据进行汇总；
[0012]S3、整合三维空间中的建筑数据与兴趣点，分别计算不同角度的三维混合度指标；
[0013]S4、构建三维多角度混合度指数，测度城市各街区的土地混合度；
[0014]S5、对三维多角度混合度指数进行精度验证。
[0015]进一步的，所述对道路数据进行预处理获取街区数据包括以下步骤：
[0016]S11、检查所述道路数据的一致性，剔除相互重叠的道路；
[0017]S12、进行拓扑检查，去除悬垂道路和独立路段。
[0018]进一步的，所述城市数据包括城市土地利用数据、兴趣点、建筑数据及道路数据；
[0019]其中，所述城市土地利用数据包括居住用地、商业用地、一类工业用地、二类工业用地、新型产业用地、公共服务土地、交通运输用地、物流仓储用地、特殊用地以及其他用地。
[0020]进一步的，所述不同角度的三维混合度指标包括三维多样性指标、三维可达性指标及三维兼容性指标。
[0021]进一步的，所述计算街区尺度的三维多样性指标包括以下步骤：
[0022]S31、利用希尔数计算城市土地多样性，计算公式为：
[0023][0024]其中，2D
q
D表示希尔数，q表示多样性的阶，P
i
表示土地类型i的地块面积占区域地块总面积的比例，k表示土地类型的种类；
[0025]S32、融入三维建筑数据，构建三维希尔数，计算公式为：
[0026][0027][0028]其中，3D
q
D表示三维希尔数，M
i
表示土地类型i的建筑面积加权土地面积比，A
i
表示土地类型i的土地面积，FA
i
表示土地类型i的建筑面积，当q＝0时，当q＝1时，当q＝2时，
[0029]S33、根据3D0D、3D1D与3D2D的归一化值，计算平均值，得到三维土地多样性指标，计算公式为：
[0030][0031]其中，3DDI表示三维土地多样性指标。
[0032]进一步的，所述计算街区尺度的三维可达性指标包括以下步骤：
[0033]S31
′
、确定可达性的领域范围；
[0034]S32
′
、计算各地块1500m范围内所能达到的机会点的数量，并统计各个街区内所有地块可达性的平均值，得到街区的三维可达性指标，计算公式为：
[0035][0036]其中，表示地块i的1500m范围内的POI总数，3DAI表示街区的三维可达性指标，t表示街区内的地块数量。
[0037]进一步的，所述计算街区尺度的三维兼容性指标包括以下步骤：
[0038]S31
″
、确定兼容性的判断矩阵；
[0039]S32
″
、确定兼容性的领域范围；
[0040]S33
″
、通过引入建筑面积加权土地面积比，构建三维空间地块兼容性指标和三维空间街区尺度兼容性指标，计算公式为：
[0041][0042][0043][0044][0045]其中，3DLCI
h
表示h地块的三维空间地块兼容性指标，C
hj
表示地块h与地块j之间的相容性系数，n表示地块h影响范围内的地块个数，M
j
为权重系数表示j地块的建筑面积加权土地面积比，FA
j
为j地块的建筑面积，且j地块位于h地块的影响范围内，3DSCI
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.顾及三维空间的土地利用混合度综合计算方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：S1、对道路数据进行预处理获取街区数据；S2、将街区范围内获取的城市数据进行汇总；S3、整合三维空间中的建筑数据与兴趣点，分别计算不同角度的三维混合度指标；S4、构建三维多角度混合度指数，测度城市各街区的土地混合度；S5、对三维多角度混合度指数进行精度验证。2.根据权利要求1所述的顾及三维空间的土地利用混合度综合计算方法，其特征在于，所述对道路数据进行预处理获取街区数据包括以下步骤：S11、检查所述道路数据的一致性，剔除相互重叠的道路；S12、进行拓扑检查，去除悬垂道路和独立路段。3.根据权利要求1所述的顾及三维空间的土地利用混合度综合计算方法，其特征在于，所述城市数据包括城市土地利用数据、兴趣点、建筑数据及道路数据；其中，所述城市土地利用数据包括居住用地、商业用地、一类工业用地、二类工业用地、新型产业用地、公共服务土地、交通运输用地、物流仓储用地、特殊用地以及其他用地。4.根据权利要求3所述的顾及三维空间的土地利用混合度综合计算方法，其特征在于，所述不同角度的三维混合度指标包括三维多样性指标、三维可达性指标及三维兼容性指标。5.根据权利要求4所述的顾及三维空间的土地利用混合度综合计算方法，其特征在于，所述计算街区尺度的三维多样性指标包括以下步骤：S31、利用希尔数计算城市土地多样性，计算公式为：其中，2D
q
D表示希尔数，q表示多样性的阶，P
i
表示土地类型i的地块面积占区域地块总面积的比例，k表示土地类型的种类；S32、融入三维建筑数据，构建三维希尔数，计算公式为：S32、融入三维建筑数据，构建三维希尔数，计算公式为：其中，3D
q
D表示三维希尔数，M
i
表示土地类型i的建筑面积加权土地面积比，A
i
表示土地类型i的土地面积，FA
i
表示土地类型i的建筑面积，当q＝0时，当q＝1时，当q＝2时，S33、根据3D0D、3D1D与3D2D的归一化值，计算平均值，得到三维土地多样性指标，计算公式为：其中，3DDI表示三维土地多样性指标。6.根据权利要求4所述的顾及三维空间的土地利用混合度综合计算方法，其特征在于，
所述计算街区尺度的三维可达性指标包括以下步骤：S31
′
、确定可达性的领域范围；S32
′
、计算各地块1500m范围内所能达到的机会点的数量，并统计各个街区内所有地块可达性的平均值，得到街区的三维可达性指标，计算公式为：其中，表示地块i的1500m范围内的兴趣点总数，3DAI表示街区的三维可达性指标，t表示街区内的地块数量。7.根据权利要求5所述的顾及三维空间的土地利用混合度综合计算方法，其特征在于，所述计算街区尺度的三维兼容性指标包括以下步骤：S31
″
、确定兼容性的判断矩阵；S32
″
、确定兼容性的领域范围；S33
″
、通过引入建筑面积加权土地面积比，构建三维空间地块兼容性指标和三维空间街区尺度兼容性指标，计算...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵鑫，夏南，李满春，程亮，高醒，庄苏丹，
申请(专利权)人：南京大学，
类型：发明
国别省市：