作品编号：C1432（三等奖）

作品名称：“美丽武汉”指标评价可视化分析系统

作者单位：湖北大学资源环境学院

小组成员：戴清泺，张云霞，王博韬，王雪

指导老师：梅新

1 作品背景

2012年，在中国共产党第十八次全国代表大会上首次提出“美丽中国”的概念，并被纳入“十三五”规划。2017年，习近平总书记在十九大报告中指出，加快生态文明体制改革，建设美丽中国。可见，生态文明始终被放在突出地位，融入经济发展、政治建设、文化繁荣、社会进步各方面和全过程，美丽中国建设已成为国家的施政纲领和行动目标。
与美丽中国的“把我国建设成人与自然和谐共生的现代化国家”目标相同的是，美丽城市也需要达到人与自然和谐共生的现代化标准。同时，城市是环境、经济、社会的复合体与基本单元和建设美丽中国的主要载体，建设美丽城市是实现美丽中国的必要途径和关键一环。对城市美丽指数建立评价指标体系，一方面是对美丽城市提出更加具体的要求，另一方面，进行科学客观的评价有助于帮助城市认识自身的优势和存在的问题，可以为美丽城市的实施提供一定参考。

2 需求分析

经济的高速发展、环境的不断优化、教育水平的迅速提升都使得武汉成为当今中国高速发展的代表城市，因此我们将“美丽中国”指标评价体系进一步的优化，构建进而将美丽指标化，并将其进行可视化的显示分析，构建一套美丽指标评价可视化分析系统，可以更好的认识到武汉的美丽之处，同时无疑可以给城市建设者和规划者提供更多有价值的信息。但是基于多个指标评价分析中，数据复杂且学术性较强，所以可视化技术可以准确直观地展示美丽城市的各个方面，构成了整个城市系统的管理和运行中的重要一环。目前美丽城市指标评价可视化的相关网址较少，可视化程度不高，特别是现阶段对于美丽城市可视化分析相关案例较少非常有必要加强这方面的研究。
现在HTML5的发布以及WebGiS（网络地理信息）技术的出现给我们提供了一个很好的Web端可视化方式，让美丽城市的可视化成为可能。本项目正是要建立一个基于Arcgis和Web可视化的美丽指数可视化模型，实现城市的整体环境预测。以武汉为例，基于多元数据实施分析美丽武汉的“美丽指数”，从而为武汉城市规划建设提供参考。通过相关遥感数据和城市建筑、地形等信息的分析，评判武汉各区域的规划利用景观效果以及容易出现的相关问题。通过对环境、经济、文化、教育等各项指标的分析，可视化的展现武汉的美丽之处，从而进一步提升武汉的生态文明建设。
本课题将通过对“美丽武汉”指标评价可视化分析系统的研究，进一步的为“美丽中国”的整体性建设提供意见。并对于各个指标的可视化分析更加直观的为“美丽中国”发展中容易出现的问题进行提前的预测
 

3 系统构架

3.1 美丽武汉指标体系的搭建

3.1.1评价指标体系结构框架

通过相关文献整理，包括美丽城市、生态城市、美丽中国等，并结合实际情况，构建美丽城市评价指标体系如图 1。

图 1美丽城市评价指标体系

3.1.2指标权重设定

一二级指标权重在yaahp中建立美丽城市指标体系的三级层次结构模型：目标层、准则层和指标层，其中A、B为备选方案（如图2）

图 2美丽城市评价指标体系结构模型

三级指标权重将客观权重与二级指标权重对应相乘，得到组合权重如图 3。

图 3三级指标权重

3.1.3评价体系结果

 将经过预处理之后的数据与三级权重对应相乘，将每一行的数值相加，得到数据组A。由于数据组A有正有负，且平均值和总和均为0，不能直观反映不同地区、不同时间的差别，因此采用T分数转换。T分数是统计中求相对位置数量的一个概念。在求相应对位置数量时，为避免Z分数中小数点和负值情况，常使用T分数。求值公式为：T=50+10Z，Z是一个数（X）与平均数（x）之差除以标准差（S）所得的商数。T分数的平均数是50，它的每一个标准差是10。最后，以理想状态为标准，将其数值转化为100，其余数值均对应转化，使最终得分为百分制，得到评价体系（详细构建过程见附件）。

3.2 总体设计

3.2.1框架设计

通过评价体系结果构建相应的框架设计。

图 4程序框架

3.2.2功能设计

3.2.2.1 美丽评价体系框架模块

美丽评价体系框架从美丽评价体系入手，按照一级指标划分主要分为四部分，一级指标下又包括相应的二级指标，二级指标的页面中详细介绍了该指标下的三级指标，页头显示了改二级指标所占的权重，页面概要的介绍了所有的三级指标的概念，图表化展示该指标随年份变化的情况，同时可跳转百度对名词的详细介绍。

3.2.2.2 可视化展示模块

可视化展示模块利用Arcgis API forJavaScript可视化展示了各项指标以及一些特色展示。下面以天际线，生活半径美丽查询，第三产业增加值占GDP比重三个功能为例。
天际线：天际线展示了汉马路线周边一公里的建筑的模型，通过颜色的不同表示建筑高度的不同，可调整建筑模型的边缘形状，包括实现边缘，草绘边缘，无边缘。同时实现了距离以及面积的测量，单位的更改。并且在图上点击任意建筑时，会弹窗显示该建筑的属性信息。该功能内还突出表示了汉马周边几个比较高的地标性建筑，地图可瞬间缩放至该建筑模型。

图 6天际线展示

图 7距离测量

生活半径美丽查询：生活半径美丽查询实现了任意点三千米以内兴趣点的查询。拖动滑块可更改查询半径，移动鼠标点，可实时显示出查询的美丽指数以及银行，景点，快递点，加油站等兴趣点的个数。

图 8生活半径美丽查询

第三产业增加值占GDP比重：第三产业增加值占GDP比重图表化展示了各区的人均GDP，人均社会消费品零售总额，第三产业增加值占GDP比重，GDP增速，GDP能耗随年份变化的情况。同时地图可缩放并高亮显示该区域。

图 9江岸区第三产业增加值占GDP比重

图 10数据库设计 

图 11 数据库设计

4 数据库设计

1.空间数据源主要利用ArcMap进行数字化获得的矢量地图数据。
2.要素数据所连接的数据库，通过arcgis pro发布到现在试用中心。数据的更改与替换，通过就如arcgis enterprise中的空间数据库进行属性特征的修改。
 
 

5 关键技术

关键技术一：系统采用Web端，Web端主要用ArcGIS pro进行属性数据库的访问，利用ArcGIS API for JS编程接口通过REST接口访问ArcGIS pro发布的地图服务、几何服务、地理处理服务、要素服务、网络服务等地理服务，采用ArcGIS Online作为背景地图。
关键技术二：通过echarts、chartjs等数据可视化软件，对于大量指标体系数据进行形象展示。
关键技术三：利用city engine软件，结合武汉遥感图像和地形数据，依靠汉马路线周边一公里建筑物数据，创建三维城市模型。并利用city engine创建rpk规则包，通过ArcGIS pro 工具箱3D Analysis CityEngine功能结合面文件自动生成建筑物模型，发布场景服务，在API中进一步分析展示。
关键技术四：通过Arcgis的python脚本语言对与遥感影像批量处理，以及网络爬虫进行数据的获取。通过python与ArcGIS API for JS结合实现，天气质量检测的实时更新。

6 技术亮点

1.指标体系的可视化展示，借助WebGIS平台，将GIS与复杂体系框架数据相结合。通过图表，地图设色等技术手段，将2012-2016年武汉市市区的各项指标可视化展现于地图上。将枯燥的体系框架，生动展示于web端，是评价结果生动形象易于理解。
2. 数据信息庞大，通过python派虫网络数据，相关统计年鉴的查阅以及python脚本的批量处理数据。使得数据信息来源可靠，体系论证严密。
3.网络数据的自动更新，通过实施抓取武汉市环保局的站点的天气数据，完成天气质量检测的动态跟新，免除了管理员需要定期修改数据的麻烦。
4.3d模型的加入更好的展现武汉市整体建筑模型，为武汉市城市布局规划以及相关天际线的建设提供合理建议。
5.不再简单运用Arcgis的查询、分析功能，二是将查询分析结果可视化地展现出来，帮助没有gis基础的人更好地理解相关查询分析结果。