古艷　余萬軍

[摘 要] GIS本身具有強(qiáng)大的空間數(shù)據(jù)運(yùn)算和分析能力，是對圖像和屬性數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合分析的重要工具。GIS在低丘緩坡建設(shè)用地適宜性評價中的應(yīng)用主要包括建立空間數(shù)據(jù)庫、適宜性疊加分析和評價成果的表達(dá)三大模塊。GIS技術(shù)為低丘緩坡建設(shè)用地適宜性評價研究工作提供了工作平臺和技術(shù)支持。但GIS技術(shù)應(yīng)用于低丘緩坡適宜性評價中還處于初步研究階段，并沒有真正的與地理信息系統(tǒng)結(jié)合起來，多數(shù)只是將其作為輔助計算工具，未來研究發(fā)展的一個趨勢就是應(yīng)用地理信息系統(tǒng)或者以地理信息系統(tǒng)為平臺進(jìn)行二次開發(fā)來進(jìn)行低丘緩坡土地適宜性評價。

[關(guān)鍵詞] GIS；低丘緩坡；建設(shè)用地適宜性評價；應(yīng)用

[中圖分類號] F301.2 [文獻(xiàn)標(biāo)識碼] B

一、引言

隨著我國社會經(jīng)濟(jì)以及城鎮(zhèn)化的加速發(fā)展，土地資源的供需矛盾引起了建設(shè)用地亂占耕地、生態(tài)環(huán)境惡化等一系列問題，嚴(yán)重威脅著國家糧食安全和土地的可持續(xù)發(fā)展。要解決這一問題，應(yīng)積極拓展新的用地資源——低丘緩坡土地資源。低丘緩坡土地是指具有一定規(guī)模、具備成片開發(fā)利用條件的，地形高差相對適中、坡度一般在25°以下的山坡地和可利用的荒灘區(qū)域[1]。我國的低丘緩坡區(qū)域主要分布在東南沿海、浙閩交界等一帶地區(qū)，近年來，也有很多學(xué)者針對低丘緩坡是否適宜作為建設(shè)用地進(jìn)行了相關(guān)的評價工作，評價體系指標(biāo)主要包括生態(tài)環(huán)境、社會影響，經(jīng)濟(jì)效益等一系列因素。孫華芬等選擇了地面坡度、地下水的儲存情況、近地表的地質(zhì)條件等相關(guān)指標(biāo)對低丘緩坡進(jìn)行了指標(biāo)評價；孫永亮等學(xué)者選擇了巖石力學(xué)性質(zhì)、地基穩(wěn)定性、周圍地質(zhì)條件等相關(guān)因素進(jìn)行了評價。有些學(xué)者從社會影響方面例如交通是否便捷、對周圍城鎮(zhèn)居民生活的影響等方面進(jìn)行了評價。通過這些評價工作使得人們對土地的應(yīng)用性能和特點有更進(jìn)一步的了解，從而擴(kuò)大我國的建設(shè)用地面積，促進(jìn)社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。低丘緩坡土地自然條件和地質(zhì)環(huán)境復(fù)雜脆弱，因此在開發(fā)利用低丘緩坡土地資源之前要有準(zhǔn)確的土地適宜性評價作為支撐。

我國的土地適宜性評價研究已有了多年的探索與發(fā)展，在這個過程中，GIS技術(shù)的應(yīng)用為其研究提供了新技術(shù)。GIS（Geographical Information System，地理信息系統(tǒng)）是由計算機(jī)硬件、軟件和不同的方法組成的系統(tǒng)，該系統(tǒng)設(shè)計用來支持空間數(shù)據(jù)的采集、管理、處理、分析、建模和顯示，能解決復(fù)雜的規(guī)劃和管理問題[2]。常見的GIS軟件有Arc GIS、Map Info、Map GIS等等。基于GIS的土地適用性評價是用戶利用地理信息系統(tǒng)對獲得的地理對象進(jìn)行交互式的處理分析和輸出的過程，在評價分析中，利用GIS的強(qiáng)大的空間數(shù)據(jù)分析功能從而達(dá)到輔助決策的目的。

GIS在土地適宜性評價中的應(yīng)用從八十年代得到廣泛開展，其強(qiáng)大的空間數(shù)據(jù)處理和計算能力為評價提供行之有效的研究手段。尹啟后，何勁耘[3]采用多因子綜合評價方法，對涪陵市未利用地進(jìn)行了適宜性評價分析；唐嘉平等[4]利用Arc View軟件，構(gòu)建種植適宜性評價系統(tǒng)，對瀾滄江下游的特色經(jīng)濟(jì)作物進(jìn)行了評價；高克異[5]運(yùn)用GIS技術(shù)實現(xiàn)了對浙江省低丘紅壤資源調(diào)查與評價研究。李紅波以GIS為系統(tǒng)環(huán)境，通過元胞自動機(jī)模擬地理空間過程，“生態(tài)位”確定元胞鄰域之間的轉(zhuǎn)換規(guī)則，構(gòu)建元胞自動機(jī)生態(tài)位適宜度模型，得出了低丘緩坡土地開發(fā)建設(shè)適宜性的等級圖譜[6]；王沈佳等以井岡山經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)（簡稱井開區(qū)）低丘緩坡項目為例，運(yùn)用德爾菲法對項目區(qū)的建設(shè)用地適宜程度進(jìn)行分析[7]；楊莉等采用層次分析法和專家征詢法確定研究區(qū)各評價因子的權(quán)重，建立土地適應(yīng)性評價模型，以GIS的空間分析和統(tǒng)計分析功能為技術(shù)支撐，對研究區(qū)域內(nèi)可開發(fā)利用的低丘緩坡資源進(jìn)行適應(yīng)性評價和分級[8]。這些年來，土地適宜性評價結(jié)合地理信息系統(tǒng)技術(shù)進(jìn)一步向著定量化和實用化發(fā)展。然而國內(nèi)對低丘緩坡土地適宜性研究才剛剛起步，而且以往的研究都主要側(cè)重于農(nóng)業(yè)方面。近些年的研究則是側(cè)重于利用GIS技術(shù)對低丘緩坡地的建設(shè)適宜性評價進(jìn)行研究。

二、GIS在低丘緩坡建設(shè)用地適宜性評價中的應(yīng)用

GIS本身具有強(qiáng)大的空間數(shù)據(jù)運(yùn)算和分析能力，是對圖像和屬性數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合分析的重要工具。GIS在低丘緩坡建設(shè)用地適宜性評價中的應(yīng)用主要包括三大模塊，分別為建立空間數(shù)據(jù)庫、適宜性疊加分析和評價成果的表達(dá)。

（一）建立空間數(shù)據(jù)庫

建立空間數(shù)據(jù)庫是GIS技術(shù)進(jìn)行評價的基本環(huán)節(jié)，基本通過數(shù)據(jù)輸入與處理、規(guī)范化處理、矢量數(shù)據(jù)柵格化、柵格數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化的過程來進(jìn)行。GIS技術(shù)在數(shù)據(jù)獲取與處理方面具有巨大的優(yōu)點，能接受一般圖像、航空影像和遙感圖像以及Auto CAD的數(shù)據(jù)。而且可以根據(jù)自己的需求對進(jìn)行數(shù)據(jù)靈活的處理、分析和查詢。利用GIS技術(shù)可以對低丘緩坡土地適宜性評價過程中的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、編輯、組織、管理、輸出與更新，為高質(zhì)量、高效率地完成土地適宜性評價工作提供了可靠的保障[9]。

如周潮，南曉娜[10]利用Arc GIS中的三維分析模塊將CAD格式下的帶有高程注記的矢量地形圖生成數(shù)字高程模型（DEM），從中提取出高程、坡度、坡向等數(shù)據(jù)；并將各數(shù)據(jù)進(jìn)行柵格化處理，建立了低丘緩坡建設(shè)用地評價空間數(shù)據(jù)庫。龐悅[11]利用Arc GIS空間分析功能處理從DEM數(shù)據(jù)中獲取武安市的坡度和高程數(shù)據(jù)，再通過地形圖校正得到高程圖、坡度圖、坡向圖。運(yùn)用緩沖區(qū)分析（buffer）分析建立交通、水源、城鎮(zhèn)影響度不同緩沖距離下的輻射范圍，制作專題評價圖層。李可[12]在得到了研究區(qū)的高程和坡度的柵格數(shù)據(jù)，以不同距離的緩沖區(qū)制作專題評價圖層后將數(shù)據(jù)層均轉(zhuǎn)換為柵格數(shù)據(jù)，柵格數(shù)據(jù)用Arc GIS軟件的數(shù)據(jù)重分類（reclassify）模塊進(jìn)行重分類。申云鵬[13]用Map GIS軟件根據(jù)所選擇的評價因子，對數(shù)據(jù)掃描矢量化后按照參評因子分級的要求進(jìn)行相應(yīng)的處理，建立了1：50000的評價因子的圖層數(shù)據(jù)庫。郄旭日[14]利用Arc GIS軟件對圖件進(jìn)行數(shù)字化，將紙質(zhì)圖件資料掃描生成數(shù)字柵格圖像，空間幾何配準(zhǔn)和校正后進(jìn)行矢量化，建立Arc GIS下的空間數(shù)據(jù)庫。

利用GIS對圖形、數(shù)據(jù)的處理可以確定可利用低丘緩坡資源分布區(qū)域。如朱曉蕓[15]從研究區(qū)的DEM中獲得海拔300米一下的山坡坡腳區(qū)域，剔除坡度大于25°的區(qū)域和土地利用現(xiàn)狀為耕地和建設(shè)用地的區(qū)域，從而確定低丘緩坡開發(fā)和建設(shè)利用評價范圍。林建平，鄧愛珍[16]以研究區(qū)上猶縣的DEM圖與第二次全國土地調(diào)查現(xiàn)狀圖疊加，提取海拔低于500m坡度6-25°的圖斑，剔除不具有開發(fā)價值的小于1hm2圖斑，扣除基本農(nóng)田及禁止建設(shè)區(qū)、自然保護(hù)區(qū)等部分，得到上猶縣可建設(shè)低丘緩坡區(qū)域。

（二）適宜性疊加分析

疊加分析是GIS中一項重要的空間分析功能，以空間數(shù)據(jù)庫為平臺，多個數(shù)據(jù)進(jìn)行的一系列集合運(yùn)算，從而能夠根據(jù)用戶需要得到適宜性分析結(jié)果。疊加分析通過將復(fù)雜多變的適宜性評價過程簡化成可以定性或者定量分析的評價因子，再通過不同評價因子圖層的疊加綜合，最后形成綜合評價分析圖，布爾運(yùn)算和加權(quán)綜合法是疊加分析中經(jīng)常用到的方法，整個疊加分析過程宜理解和操作，被廣泛應(yīng)用于土地適宜性評價工作中。適宜性疊加計算是在GIS系統(tǒng)的柵格計算器中完成，將各因子按照評價模型綜合疊加計算得到規(guī)劃區(qū)各評價單元對應(yīng)的用地適宜性得分[17]。柵格空間疊加分析原理如下圖：

柵格空間數(shù)據(jù)疊加分析示意圖

佘金星[18]利用ArcGIS的圖層疊加和緩沖區(qū)分析功能，將各個評價因子圖層與土地利用現(xiàn)狀圖疊加，再將各個因子權(quán)重值賦予每個評價單元，采用多因素綜合評價模型，利用軟件統(tǒng)計分析功能得出各個評價單元的綜合評價分值。段鵬，鄭伯紅[19]根據(jù)山地的特殊性建立了基本指標(biāo)體系和特殊指標(biāo)體系，基本指標(biāo)分析圖利用ArcGIS對促進(jìn)因素和阻礙因素的評價圖進(jìn)行柵格計算，得出每個評價單元的總得分，利用GIS聚類分析功能劃分適宜性等級；然后將基本指標(biāo)評價圖與特殊指標(biāo)評價圖疊加，確定完全不適合作為建設(shè)用地的區(qū)域為禁止建設(shè)用地，從而得出花垣縣適宜性評價結(jié)果。李萍[20]運(yùn)用GIS的柵格計算功能，將各適宜性評價參評因子的圖層相加求和而得到綜合圖層。再根據(jù)得分情況，找出分值急劇變化的區(qū)域作為適宜性評價的等級界限，從而劃分出研究區(qū)域的適宜性等級。彭曉娟，趙克飛[21]通過層次分析法確定了參評要素的一級和二級權(quán)重。在ArcInfo平臺中利用Raster Calculator工具，將各參評要素指標(biāo)分別按二級權(quán)重和評價模型進(jìn)行加權(quán)疊加得到單因子適宜性評價結(jié)果；再按一級權(quán)重和評價模型將單因子評價結(jié)果加權(quán)疊加得到綜合評價結(jié)果。李婷[22]對各評價指標(biāo)因子進(jìn)行柵格化處理后，賦予指標(biāo)分值，生成單指標(biāo)評價圖。然后進(jìn)行圖件疊加分析，各柵格將得出一個疊加分值，將其輸入到綜合分區(qū)的分值進(jìn)行劃分標(biāo)準(zhǔn)，最后得出綜合評價圖。

（三）評價成果的表達(dá)

GIS技術(shù)平臺為城市用地適宜性評價提供了多種表達(dá)成果的工具，如屏幕化顯示或統(tǒng)計表格、統(tǒng)計圖、地圖等數(shù)字化成果，用戶可以根據(jù)自己的需求輸出各種格式的評價結(jié)果。

一般利用GIS技術(shù)對低丘緩坡建設(shè)用地適宜性評價得到的成果有坡度、高程、地質(zhì)災(zāi)害、洪水災(zāi)害、地基承載力、礦產(chǎn)壓覆、城鎮(zhèn)與區(qū)位、道路等評價因子的因子分布圖[23，24]或單因子分析評價圖[25，26]以及土地適宜性評價等級圖[27-28 29]。人們可以通過這些分析評價結(jié)果圖查找區(qū)域當(dāng)前的未使用土地的實際情況，為進(jìn)一步的土地開發(fā)利用提供參考憑據(jù)。

三、研究展望

綜上所述，GIS技術(shù)為低丘緩坡建設(shè)用地適宜性評價研究工作提供了工作平臺和技術(shù)支持。但GIS技術(shù)應(yīng)用于低丘緩坡適宜性評價中還處于初步研究階段，未來還需要不斷地探索和發(fā)展。

基于地理信息系統(tǒng)的土地適宜性評價從開始到現(xiàn)在經(jīng)歷了很大的跨步，簡單的疊加分析到多個評價因子綜合分析，再到人工智能等更多的綜合方法應(yīng)用。在評價分析中，評價指標(biāo)的量化及如何將GIS應(yīng)用到整個決策過程中是最關(guān)鍵部分。GIS在整個評價過程中的作用一直進(jìn)行著不斷地更新和改善，從單一式向開放式方向發(fā)展。GIS在發(fā)展的過程中存在著一定的技術(shù)問題例如準(zhǔn)確性和表達(dá)性。用相關(guān)的地理對象及其屬性模擬出來的數(shù)據(jù)和現(xiàn)實生活中的實際情況往往存在著一定的差距，這就產(chǎn)生了不準(zhǔn)確性，這在以后的發(fā)展過程中是一個關(guān)鍵的問題。

現(xiàn)有研究多為利用柵格數(shù)據(jù)進(jìn)行空間疊加來進(jìn)行低丘緩坡建設(shè)適宜性評價。然而，柵格化的方式數(shù)據(jù)量大且處理速度慢，在疊加處理的過程中難以準(zhǔn)確地體現(xiàn)出每個單元的地貌特征。因此，可以將矢量化數(shù)據(jù)加權(quán)疊加作為以后的研究方向，更加準(zhǔn)確地反映區(qū)域自然特征。

早期的GIS技術(shù)主要應(yīng)用于制圖和加工信息，其在發(fā)展過程中被制圖的思維方式限制了許多，使其局限于土地性質(zhì)的空間表述和專題地圖的編制[30]。土地評價單元之間的影響是動態(tài)的，在評價中還應(yīng)考慮周邊環(huán)境對評價單元的影響[31]，那么如何利用GIS技術(shù)結(jié)合動態(tài)模型進(jìn)行科學(xué)的評價將是今后研究的一個重要方向。

在現(xiàn)階段，低丘緩坡的適宜性評價并沒有真正的與地理信息系統(tǒng)結(jié)合起來，多數(shù)只是將其作為輔助計算工具，那么未來研究發(fā)展的一個趨勢就是應(yīng)用地理信息系統(tǒng)或者以地理信息系統(tǒng)為平臺進(jìn)行二次開發(fā)來進(jìn)行低丘緩坡土地適宜性評價。

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[責(zé)任編輯：王鳳娟]