基于GIS的土地适宜性评价方法研究——以重庆市城口县为例

2007年 10月 重庆lJ币范大学学报(自然科学版) 第24卷 第4期 Journal of Chongqing Normal uniVersity NaturaJ — Science Edition) 0ct．2007 Vo1．24 No．4 基于 GIS的土地适宜性评价方法研究 — — 以重庆市城I：I县为例 刘 明 皓 ’ (1．重庆邮电大学 计算机科学与技术学院，重庆 400065；2．西南大学 资源与环境学院，重庆 400715) 摘 要：为了进行土地适宜性评价，首先利用 MAPGIS和ARCVIEW 进行图层信息采集(数字化)，建立区域图形库的 同时，建立土地适宜性评价指标体系，采啊特尔菲法确定因素权重，并建立 GIS系统管理下的各图层(评价 因素)空 间属性信息数据库，接着利用 GIS叠加分析功能，确定土地适宜性评价的最小评价单元，最后利用累加求和模型计算 评价单元的分值并划分适宜等级。对城 口县土地适宜性评价结果 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 明，利用 GIS对土地适宜性进行评价，其方法切 实可行，具有传统的评价不可比拟的优越性。 关键词：地理信息系统；土地适宜性；空间分析；重庆 中图分类号：TP391：F29．2 文献标识码 ：A 文章编号：1672—6693(2007)04—0021—05 l研究思路与技术路线 1．1研究思路 在现场调研 、收集城口县的土地利用资料的基 础上，首先利用 MAPGIS和 ARCVIEW 进行图层信 息采集(数字化)，建立区域图形库，同时建立土地 适宜性评价指标体系，采用特尔菲法确定因素权重， 并建立 GIS系统管理下的各图层(评价因素)空问 属性信息数据库，接着利用 GIS叠加分析功能，确定 土地适宜性评价的最小评价单元，最后利用累加求 和模型计算评价单元的分值并划分适宜等级，为新 一 轮土地利用总体规划修编服务。 1．1．1现场调研资料收集 城 口县地处大巴山南 麓，位于重庆市最北端，东邻陕西镇坪、平利，西与四 川宣汉、万源相交，南连重庆开县、巫溪，北接陕西岚 皋、紫阳。介于东经 108。15 ～109。16 ，北纬 3l。37 ～ 32。12 之问，境内东西长96 kril，南北宽66 km，总 面积3282．7 km 。境内最高海拔 2686 Ill，最低海拔 481 Ill，素有”九山半水半分田”之称。该区位于中 纬度地区，属于亚热 特季风湿润气候区，气候温暖， 雨量充沛，具有冬暖夏热，多云雾，少日照，湿度大的 特点。为了完成土地适宜性评价，必须收集城口县 有关土地利用方面的资料，包括研究区域自然、社 会、人文等方面的资料，如土壤类型、土地利用现状 、 地形地貌、气候 、水文、社会经济水平、自然资源、人 口等。 1．1．2 GIS空间数据与属性库的建立 收集研究城 口县的土地利用资料、地形图件、区域 自然资源资 料、社会经济统计资料加上现场调查资料后，利用 MAPGIS和 ARCVIEW 进行 图层 信息采集 (数字 化)，建立区域图形库，建立土地适宜性评价指标体 系，采用特尔菲法确定因素权重，并建立 GIS系统管 理下的各图层 (评价因素)空问属性信息数据库。 在图形数据的采集过程中，大量的原始的采集工作 借助 MAPGIS的图形编辑功能完成，然后通过数据 转换变成 ARCVIEW格式。在 ARCVIEW下完成图 形库的更新工作。 1．1．3土地适宜性评价 土地适宜性评价包括评价 因素选择及权重确定、因素分值计算、评价单元划 分。利用 GIS的空问分析功能进行分值计算 ，然后 进行叠加分析，最后形成土地适宜性等级空间分布 图。 1．2技术路线 基于 GIS的土地适宜性评价就是从数据采集和 分析到成果形成及应用等，完全运用计算机系统软 件操作，旨在从根本上改善土地质量评价的工作环 境 。¨]。它充分利用地理信息系统基于计算机、空间 数据管理和空间分析的技术优势，将土地适宜性评 收稿日期 ：2006．10．20 修回日期：2007．08．10 资助项目：重庆城口县土地利用总体规划修编项目(No A2006-6) 作者简介：刘明皓(1970一)，男，湖南安乡人，讲师，硕士，从事国土管理与 GIS应用研究。 维普资讯 http://www.cqvip.com 22 重庆师范大学学报(自然科学版) http：／／www．csxbz．com 第 24卷 价因素确定、资料定量化处理、数据管理、评价单元 划分、分值计算、土地适宜性等级评定、面积量算和 成果图输出等综合成一个共同的数据流程，实现全 数字的信息处理模式(见图 1)。 二7 数据输入 口 处理过程 口 结果输出 图 l 基于 GIS的土地适宜性评价流程框图 Figure 1 GIS based M ethods to Evaluating Land Suitability 2土地适宜性评价方法与主要步骤 2．1建立土地适宜性评价的数据基础 首先建立数字化工作底图。按照既定的精度要 求，将现有工作底图通过扫描仪录入到计算机中，再 将栅格数据转化为矢量数据，标上必要的图例、注 记，建立数字化工作底图。 2．2适宜性评价因素选择 参评因素因子的选取是土地适宜性评价过程中 建立数据库的前提条件。选好参评因子是土地适宜 性评价的关键，它直接影响评价结果的可靠性和准 确度。选择参评因子应该考虑：1)全面分析各种土 地用途或利用方式对土地性质的要求，分析自然条 件和社会经济条件，找出预选参评因子 。2)因土 地用途或利用方式的不同而不同，要根据各地区具 体情况确定对拟定土地用途或利用方式起主导限制 作用的因素 J。3)考虑各项预选参评因子的相关 性。确定完主导限制因子后，应考虑各预选要素的 相关性，使所选的参评因子具有典型性和代表性，并 非参评因子越多越好。4)考虑供选因子的稳定性。 5)考虑获得有关图、文、数据资料的可能性。本研 究通过细心筛选，最后确定了坡度、海拔、土壤质地、 灌溉保证等对土地质量起主导限制作用、相对独立、 相对稳定的因子作为参评因子。 2．3参评因子分级指标的确定 参评因子确定后，应依据各参评因子对各种不 同的土地用途或利用方式的影响程度，对各参评因 子进行分级。确定分级指标时注意以下几方面：1) 一 定要在充分调查的基础上，因地制宜，确定分级指 标。2)应依据不同土地用途或利用方式对该要素 的要求，首先确定出各参评因子的极限临界值(最 宜值和不宜值)，再确定其他分级的指标值。 以城口县土地适宜性评价为例。第 1步，根据 现有材料对城口县土地利用情况进行详细调查，查 明其数量、分布、影响其利用的主要限制因素；第 2 步，对各参评因子进行分析，确定出各参评因子的极 限临界值；第3步，根据城口县用地实际情况，对参 评因子进一步分级，将各参评因子分为 4个等级： s1、 、s3、Ⅳ。城口县耕地的土地要求和分级I临界 值参见表 1。 不同的土壤类型对宜耕性影响不同。根据土壤 普查资料可知，城 口县土壤类型包括矿子黄泥土土 属、冷沙黄泥土土属、山地黄棕壤土属、山地棕壤土 属，根据它们的属性特征分别赋分。 维普资讯 http://www.cqvip.com 第4期 刘明皓：基于GIS的土地适宜性评价方法研究—— 以重庆市城 口县为例 23 表 1 城 口县耕地的适宜-眭评价指标及 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 化值 Table l Direct Standardization of Cultivated Land Suitability Evaluation for Chengkon County 矿子黄泥土土属：分布于海拔 1500 m以下，保 水保肥力较强，较耐冲刷。冷沙黄泥土土属：分布于 海拔 1500 m以下，保水保肥力性能较差，抗冲刷力 弱。山地黄棕壤土属：分布于海拔 1500～2000 m的 中山一带，主要土种有灰包土、沙土、黄沙土、扁沙土 等，土壤具有粘化与微弱的富铝化特征，肥力较高； 开垦为农地后，宜种洋芋、豆类、玉米、小麦等；土质 较为疏松，易耕，粉砂粒 、粘粒较多，易发小苗，但保 水肥力较弱，易被雨水浸蚀 ，宜施热性牛羊粪及渣 肥。山地棕壤土属：分布于海拔 2000 nl以上的高 山；成土母质为灰岩、白云岩 、板岩 、砂页岩等的残积 物风化而成；有明显的枯枝落叶层，厚 4～5 cm，腐 殖质层厚 20 cm左右；生物积累过程胜于地质淋溶 过程，母质风化度比黄棕壤低。全县几乎为森林土 壤，农耕地极少。 根据城口县灌溉保障率分区，全县分 2个一级 6个二级区。一级区即 I区和 Ⅱ区，I区表示汉江 水系任河流域区，Ⅱ区表示渠江水系前河流域区。6 个二级区：I。表示任河流域低中山引、提、蓄灌区； I，表示任河流域中高山引、蓄灌区；I 表示任河 流域高山水源涵养区；1I，表示前河流域低中山引、 提、蓄灌区；1I：表示前河流域中高山引、蓄灌区；1I 表示前河流域高山水源涵养区。根据各区的灌溉保 障率大小分别赋分。 因素的作用分值计算采用相对值法，按0～100 分封闭区间赋分，因素指标与作用分值的关系按正 相关设置，因素条件越好，作用分值越高。划分 3_4 个作用分值区间，编制作用分值表。 2．4适宜性评价因素权重确定及因子分值计算 各参评因子对评价目标的影响大小不是完全一 致的，在评价单元中，不但要反映各评价单元内的差 异，而且要反映各参评因子间的内在差异，要根据每 个因子对土地利用贡献大小赋予一定的权重，避免 一 些贡献不大的因子参评，力求结果尽可能准确反 映土地质量。 Delphy测定法是以一种客观的综合多数专家经 验与主观判断的技巧，它的关键在于能对大量非技 术性的无法定量分析的要素作出概率估算，并能将 概率估算结果告诉专家，充分发挥信息反馈和信息 控制的作用，使分散的评估意见逐次收敛，最后集中 在协调一致的结果上，其结果的可信度较高 J。 经过多轮专家咨询与评分，确立了土地适宜评 价因素及权重(见表 2)。经检验，权重值的大小基 本反映了评价因素在土地适宜性评价中的重要程 度，符合城口县实际情况。 表 2 城口县耕地适宜性评价因素权重值 Table 2 Factor W eight of Cultivated Land Suitability Evaluation in Chengkon County 2．5空间数据库建立 土地数据库的建立是进行土地适宜性评价工作 的前提条件，也是必要条件。土地适宜性评价的基 础工作是对评价所需要参评因子的空间一属性一体 化数据进行数字化采集，制作单因子数字化地图。 纠错处理后将各单因子图层进行空间匹配，建立 维普资讯 http://www.cqvip.com 24 重庆师范大学学报(自然科学版) http：／／www．csxbz．com 第24卷 GIS空间属性数据库。该数据库中必须包含所有评 价所需要的空间一属性一体化数据 。 建立了数字化工作底图以及经过数据的预处理 后，进行空间要素输入，将各种影响因素的作用中心 点、中心线、作用面的空间位置输入，并输入它们的 作用分值，同时通过进行图层扩展属性设置、当前实 体扩展属性设置、批量图层扩展属性设置以及障碍 物通行点与障碍物的关联属性设置来建立它们属性 关系。系统应自动将各类影响因素按次序编码，并 把其代码、作用分值及其权重录入到数据库中(见 图 2)。 图 2 土地适宜性评价数据库扩展模型 Figure 2 Data M odel of Land Suitability Evaluation 2．6土地适宜性评价单元确定与单元分值计算 评价单元是按照土地质量均匀一致的原则划分 土地适宜性评价的最基本单位。各评价单元要尽可 能保证单元内土地质量、土地属性和利用方式的相 对一致性。 2．6．1评价单元的确定 目前，土地适宜性评价中 评价单元的划分方法较可取，其较常见的主要有 3 种：以土壤类型图图斑为评价单元 、以土地类型图图 斑为评价单元 、以土地利用现状图图斑为评价单元。 3种方法均有其可取之处和不同程度的缺陷：第一 种方法可以使各单元在土壤类型上取得相对的一 致，但不能保证各评价单元在气候、地形、水文等方 面的相对一致性，则土地质量 、土地属性 、土地利用 方式均达不到相对一致，故多不采取此法；第二种方 法克服了前者的某些不足，综合考虑了土壤、地形 、 气候 、水文等因素，但没有考虑土地利用因素，而土 地适宜性评价恰恰是针对土地特定用途展开的，因 而此法也不尽科学；第三种方法虽然综合考虑了诸 多因素，特别是保证了评价单元的界线在地面上与 地块分布完垒一致，也便于土地评价成果的应用和 土地利用结构的调整，还可以减少评价单元面积量 算的工作量，但一些大图斑，如大面积的耕地、林地， 内部差异较大，只能保证其利用类型上的一致性，而 且图斑内评价所需的土地特殊信息量不足、精度也 稍差。 根据土地适宜性评价的要求及评价实践，评价 单元的划分综合了上述 3种常见方法，取其优点，克 服不足，才能使评价的结果科学、准确，其做法如下： 由于不同的土地用途或利用方式对土地性质有不同 的要求，土地适宜性评价要针对一定的土地用途或 利用方式才有其确切意义，因此，划分评价单元首先 要考虑土地利用因素，故本次城口县土地适宜性评 价采取把土地利用现状图与各影响土地质量的参评 因子分级图进行套叠，求取最小图斑，并以此最小图 斑作为最基本的评价单元(参见封三彩色图：附图 1 ～ 6)。这样，各评价单元内土地利用方式是一致 的，同时，土地属性、土地质量也是相对一致的，使得 评价结果更科学、更准确。 2．6．2叠加分析 空间分析对象是土地的各种与空 间属性相关的空间数据，叠加分析是逐次地将 2个 因素或因子的数据按数字加权叠置，以生成新的因 素或因子数据。土地适宜性评价单元分值计算，包 括单元要素分值计算和单元总分值计算，是采用定 级单元因素因子加权求和法，计算模型为 P =∑ (1) J=I (1)式中，P 为单元内第 个因素的评分值；F 为单 元内 因素第． 因子的分值； 为单元内i因素中的 第J．因子的作用分值。依据(1)式依次计算单元内各 因素的分值。若设P为某个土地评价单元的总分值， 为第 i因素的权重值，m为土地适宜性评价因素 的总数；则该土地评价单元的总分值可由各因素分 值加权求和得到，即 P=∑Pi1V (2) i： I 2．7土地单元适宜等级划分 适宜性评价是采取类、等、限制型三级分类制。 土地适宜类是反映土地对该种土地用途和利用方式 适宜或不适宜，一般用大写英文字母表示：1)适宜 类(S)，反映土地对该种土地用途和利用方式有一 定产出和效益，并不会产生土地退化和给临近土地 造成不良后果；2)不适宜类(N)，反映土地对该种土 地用途和利用方式不能持续利用。 在土地适宜范围内又按土地适宜程度划定土地 适宜等级，一般分为3类，用阿拉伯数字表示。一等 (S1)：高度适宜，即土地对该种土地用途和利用方 式的持续利用没有限制性或只有轻微限制，经济效 益好，能持续利用；二等(s2)：中度适宜，即土地对 该种土地用途和利用方式的持续利用有中等程度的 限制，经济效益一般，利用不会引起土地退化；三等 维普资讯 http://www.cqvip.com Vo1．24 No．4 Journal of Chongqing Normal University(Natural Science Edition) 25 (S3)：勉强适宜，即土地对该种土地用途和利用方 式的持续利用有较大的限制，经济效益差，利用不当 容易产生土地退化。 在土地适宜等下反映其主要限制性因素，用小 写英文字母表示，注在土地适宜等符号右方。土地 限制性因素一般包括：温度限制(t)、水分限制(r)、 土壤质地限制(m)、基岩裸露限制(b)、有效土地厚 度限制(d)、地形坡度限制(P)、排水条件限制(W)、 土壤侵蚀限制(e)、工程地质条件限制(U)、交通条 件限制(Y)、环境影响限制(v)等。一等地不分土地 限制型。 对叠加分析生成确定的最小评价单元再进行计 算，得出各个图斑的最终得分。对于土地适宜等级 的划分，是在 MAPGIS图形编辑子系统中，根据评级 标准表设定查找条件，通过“根据参数赋属性”来实 现相应字段的赋值，得到土地适宜性级别图。 3结论 本文综台运用了 MAPGIS和相关软件进行土地 适宜性评价，不但可以精确筛选因子，确定权重，计 算分值，而且能够实现数字成图和空间数据分析，满 足了目前土地信息数字化的需求。同时，MAPGIS 本身作为目前国内流行的 GIS系统，与其他系统有 很好的兼容性，可以保证评价的数据信息具有很好 的适用性和发展性。 参考文献： [1]刘明皓，邱道持．信息系统在土地定级中的应用[J]．河 ：ILN范大学学报(自然科学版)，2002，26(6)：640-641． [2]张艳军，郭跃，赵纯勇．GIS和 Rs在水土保持规划中的 应用[J]．重庆师范大学学报 (自然科学版)，2005，22 (2)：61-63． [3]林孝松．基本农田地理信息系统 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 与开发[J]．重庆师 范大学学报(自然科学版)，2005，22(2)：68-71． [4]徐永辉，陈文瑞．土地适宜性评价关键问题探讨[J]．莆 田高等专科学校学报，2000，7(1)：13． [5]伍世代．GIS支持的福清市多目标土地适宜性评价[J]． 福建师范大学学报(自然科学版)，2000，16(3)：87． [6]刘明皓．基于 GIS的城市土地质量评价方法研究[J]．河 北师范大学学报(自然科学版)，2005，29(6)：638． [7]王国杰 ，周沿海．土地适宜性评价的 GIS实践方法比较 研究[J]．安徽师范大学学报(自然科学版)，2003，26 (3)：295． [8]方大春，刘国林．基于 GIS的土地适宜性评价模型研究 [J]．测绘与空问地理信息 ，2004，27(1)：35． GIS·based M ethods to Land Suitability Evaluation： a Case of Study in Chengkou County，Chongqing LIU Ming—hao ’ (1．School of Computer Science and Technology，Chongqing Universit)r of Posts and Telecommunications，Chongqing 400065； 2．School of Resources and Environment Science，Southwest University，Chongqing 400715，China) Abstract：This paper is a study of the land use suitability evaluation theory and methods in a case of study in Chengkou County， Chongqing．FirstlY we build a spatial database through spatial data collection by using the MAPGIS and ARCVIEW．Secondly，we es— tablish land suitability evaluation iudices system．and built a spatial attribute database based on standardization of muhiple factors and the weight of standardized．Thell we identify the minimum evaluation unit of the land suitability assessment．Finally．we rank the score of minimum evaluation unit calculated by total score formula with GIS technology．It is feasible and advantageous to evaluate land suita— bility by using GIS tools． Key words：GIS；land suitability；spacial analysis；Chongqing (责任编辑 李若溪) 维普资讯 http://www.cqvip.com 维普资讯 http://www.cqvip.com