廣東西北部耕地連片性模型構建

1.豐順縣國土資源局 廣東梅州 514300；2.廣東友元國土信息工程有限公司 廣東廣州 510642

摘要：本文基于Geoprocessing構建出耕地連片性模型。在方法和實現方式上有一定程度上的創新，模型能夠線性連續地將片區規模、耕地質量、地塊空間距離一并考慮并參與運算，克服現有方法0-1化分段所造成的耕地質量、空間連片信息被人為概括的問題，參數設置上無需最大最小值、總面積、0-1閾值等，有效避免這些閾值難以確定性和隨意性。實現方法上基于Geoprocessing空間處理框架，圖形化的建模工具讓地理處理模型流簡單易行，算法成熟高效。在耕地質量狀況成果基礎上運用該模型制作出廣東西北部基本農田適宜性等級圖。

關鍵詞：基本農田；耕地質量；連片性模型；地理信息系統

Developed the basic farmland sectors-connecting model northwest of Guangdong

WU Qiang1，JING mei-qing2

1.FengShun County Bureau of Land Resources，Meizhou 514300，China；

2.Guangdong Youyuan Land Information Technology Company Limited，Guangzhou 510642，China

Abstract：This paper is based on the summarization of the previous exploration and developed the basic farmland sectors-connecting model based on the Geoprocessing.There have innovations in the method and realization，model can linear continuous put basic farmland area scale，the quality of cultivated land，land space distance and consideration together in operations.Which can overcome the artificial generalization of the quality of cultivated land，space sectors-connecting information，the problem is caused by the existing methods using 0 or 1 subsection.Parameter Settings is without maximum and minimum，area，0 or 1 threshold，effectively avoid the uncertainty and randomness of these threshold.The model’s realization method is based on Geoprocessing space management framework；the graphical modeling tools let geographic processing model flow simple and the algorithm efficiency and mature.We used this model to produced level farmland suitability map of northwest of Guangdong based on cultivated land quality status.

Key words：Basic Farmland；Farmland Quality；Connectivity Model；GIS

前言

連片性也稱連通性、連接度，是指同一質量范圍（同一利用類型或同一質量水平，或某一質量水平以上，或某質量水平區間內）地塊的相連程度（周尚意，2008）。對一個耕地地塊而言，它與周邊的耕地地塊可以是有一條共同邊界的相連（邊相連），也可以是有一個共同邊界點的相連（角相連）。這兩種相連也可稱為絕對相連（Bunn A G，2000）。耕地地塊的相連性也可以被定義為在空間上的相對相連度，即相對相鄰程度。兩塊耕地在空間上相隔的距離越小，則它們的連片性程度就越高，兩塊耕地在空間上相隔的距離越遠，則它們的連片性程度就越低。當它們的距離小于一定閾值時，則可認為耕地地塊是集中連片的。相對于破碎度較大的耕地地塊來說，集中連片的耕地地塊更適合于機械化耕作和進行規模經營，不僅利用率高，而且規模效益也好。基本農田連片性程度高有利于提高農田基礎設施的規模效益；有利于使用大型機械耕作；有利于普及和應用農業科學技術；有利于控制耕地的面源污染；有利于農業產業化發展；有利于提高耕地的價值（周尚意，2008）。經營和管理集中連片的耕地在一定程度上提高了耕地的質量，進而提高了利用耕地的價值，因此應該優先將集中連片的耕地劃入基本農田保護空間規劃。尤其在平原地區和糧食主產區，集中連片的耕地地塊通常也是耕作時間長，水肥充足，自然條件好、產出能力強的優質耕地，應該作為基本農田優先保護起來（張鳳榮，2006）。

所以基本農田保護空間規劃應在充分利用農用地定級成果的基礎上，引入能夠衡量和判定基本農田地塊空間集中連片的方法，并將地塊空間集中連片性納入基本農田保護空間規劃中不可或缺地限制因素。

1.研究內容

同時考慮片區規模、耕地質量、地塊空間距離三個對耕地劃為基本農田的影響因素，采用簡單易行，成熟高效的方式方法構建。在耕地質量狀況成果基礎上運用該模型制作出廣東西北部基本農田適宜性等級圖。

2.研究區概況

位于廣東省西北部的陽山縣，清遠市北部，南嶺山脈南麓，連江中游；位于北回歸線北側，屬亞熱帶季風氣候區，四季分明，氣候溫和，雨量充沛；為廣東省海拔最高的地區，與湖南省交界的秤架國家級南嶺自然保護區石坑崆海拔高度1902米，有廣東屋脊之稱；2000-2010年，陽山縣社會經濟持續增長，產業結構逐步調整，根據2009年陽山縣第二次土地調查結果，全縣土地總面積為332953公頃。

3.研究方法

3.1層次分析法

層次分析法（Analytic Hierarchy Process，簡稱AHP）是由美國運籌學家A.L.Saaty于本世紀70年代提出的一種定性與定量相結合的系統化的、層次化的決策分析方法。它通過將決策問題分解成目標、準則、指標等層次及因素，在各因素之間進行簡單的比較和計算，得出不同指標的權重，為最佳方案的選擇提供依據。它特別適用于那些難以完全定量分析的較為復雜、較為模糊的多目標、多層次、多因素和多方案的復雜系統問題。

層次分析法（AHP）基本原理：首先把待評價或識別的復雜問題分解成若干層次，一般分為目標層、準則層、指標層；然后由專家或決策者對所列指標通過重要程度的兩兩比較逐層進行判斷評分，利用計算判斷矩陣的特征向量確定下層指標對上層指標的貢獻程度或權重，從而得到指標層各具體指標對于總體目標的重要性權重；最后依據權重和指標數據計算綜合得分并排序作出決策。

3.2空間分析法

空間分析是基于地理對象的位置和形態特征的空間數據分析技術，其目的在于提取和傳輸空間信息（王家耀，2001）。其包括基于空間圖形數據的分析運算、基于空間隸屬信息的空間屬數據的運算。

空間分析運用的手段包括各種幾何的邏輯運算、數理統計分析、代數運算等手段，其最終目的是解決人們所涉及的地理空間的實際問題，提取和傳輸地理信息，挖掘隱含在空間數據背后的信息，從而為日常實際問題提供輔助決策支持（基于GIS空間分析的地鐵線路規劃決策支持研究）。

在日常應用中，最普遍的空間分析方法有緩沖區分析、疊置分析、空間插值、統計分析、網絡分析等。本文在研究各指標對區域土地開發潛力的影響程度時，運用到的空間分析方法主要有疊置分析與統計分析。

4.連片性模型的設計與構建

4.1模型設計

模型旨在從研究圖層中選擇出質量等級高并且連片的耕地地塊。首先排除適宜等級低的地塊，將剩余質量高的地塊根據一定的空間半徑進行融合組成片區，接著選出片區面積較大的，然后通過片區的面積、得分、以及連片度進行評價，最后得出基本農田片區的等級圖。

圖1 模型設計流程圖

其中提取高質量等級耕地地塊這一步是可選，進行這一步的好處是首先將質量等級低的地塊排除，減少耕地地塊數量以降低運算量提高運算效率的同時也保證最終結果的耕地地塊質量都是較高的，但是這樣就會造成耕地地塊質量分由連續的函數人為的變為分段函數，這個閾值也難以確定，人為隨機性大，往往由于閾值設置不當而使得一些不該被排除的地塊被排除，如質量分可能僅少于閾值0.01。融合一定范圍內的地塊是采用緩沖區分析，在給定的緩沖半徑下將相鄰的耕地圖斑連成一個整體，即基本農田片區圖，這里還需要通過空間關聯賦值回原來的耕地地塊，使得耕地地塊標識出屬于哪個基本農田片區。這里還可以進行類似排除低質量地塊的操作，提取片區面積大于一定閾值的片區，它帶來的優缺點一樣。接下來就對這些基本農田片區進行評分，具體的數學公式如下：

式中，P（m=1，2，…）為某一個基本農田片區總分值，無量綱；n為該基本農田片區內耕地地塊的個數，A（i=1，2，…，n）代表各個耕地地塊面積的累計值，即該基本農田片區的總面積。S（i=1，2，…，n）是組成該基本農田片區的耕地地塊質量分；D（i=1，2，…，n）表示該基本農田片區內各個地塊與其最鄰近耕地地塊的最近距離值。A、S、D均為經過歸一化處理后的無量綱值，歸一化的數學公式為：

式中x、y分別為轉換前、后的值，Max、Min分別為樣本的最大值和最小值。

最近距離采用Near工具獲得兩個多邊形上任意兩點最短距離。

整個公式可以簡單表述為基本農田片區的總分是片區面積、片區內地塊質量分的平均值與片區內地塊距離的平均值。

4.2模型的構建

模型的數據準備

（1）獲取數據

本模型以廣東省陽山縣做為研究區域，在此將圖層命名為“陽山底圖”。其中為本模型所需要的字段為“分值”字段，該字段即代表各個圖斑的適宜性大小，由前面的耕地質量評價加權疊加算出。

（2）建立工作空間

即建立空間數據庫，統一管理模型所需數據以及模型運行過程中所生成的各類數據，包括空間圖層數據及屬性表數據。

具體的操作步驟是在ArcCatalog中合適目錄下，如在目錄下新建一個Personal Geodatabase，更改命名為：GP建模，再將處理好的“陽山底圖.shp”導入該數據庫中。

（3）新建工具箱并設置環境

在新建的GP建模.mdb中新建工具箱（New ToolBox），為工具箱命名為：GP。接下來即要將地理處理環境設置為當前新建的工作空間。環境是被多個工具使用的值，類似全局參數，例如當前工作空間、像素大小、族容限值等，環境可以被設置成應用級、模型級、處理級，用戶可以決定在一個模型執行時“重載”環境設置，有模型級重載應用級設置和處理級重載模型級設置，環境可以作為模型的變量。

打開選項設置對話框（ToolOptions），選擇Geoprocessing標簽頁，將My Toolboxes的地址指向陽山底圖.gdb所在工作目錄。點擊環境設置（Environment Setting），選擇 “GeneralSettings”常規設置項中，如圖21所示，將“curreniworksPace”指定當前工作空間為工作目錄Project，“scratchworksPace”指定暫時工作空間為工作目錄Project，并保存環境設置。

圖3 環境變量設置

（4）新建模型

ArcGIS的模型組織在ArcToolbox工具箱中。在ArcMap中打開ArcToolbox，加載剛剛創建的GP.tbx工具箱。在GP工具箱中新建一個模型（New Model）。更改模型名為：項目區評分Model。

模型步驟

圖4 模型步驟流程圖

實現步驟

圖5 模型實現流程圖

綜合上述步驟，模型最終流程圖如下所示：

圖6 連片分心模型總流程圖

4.3連片性分析

耕地的連片性關乎耕地的機械化生產，統一規模化的管理。所以考慮到連片性，則陽山縣各鎮的耕地劃為基本農田適宜性統計如下：

表1 陽山縣各鎮連片區面積情況表 單位：畝

鎮名優先適宜較適宜合計

七拱鎮14987.3425410.484684.1445081.96

大崀鎮010799.437020.2217819.65

太平鎮24882.59849.161265.7426997.48

小江鎮015579.1819188.6134767.78

嶺背鎮9009.647438.481692.5818140.69

杜步鎮010208.67782.6310991.29

楊梅鎮0308.404077.974386.36

江英鎮01995.941866.723862.67

秤架鄉03662.173145.546807.71

陽城鎮686.5116941.057182.8324810.40

青蓮鎮48.4511721.021044.3712813.84

黃坌鎮08172.347110.5615282.90

黎埠鎮15696.6325411.1213272.7354380.48

合計65311.15138497.4072334.62276143.20

圖20 陽山縣各鎮連片區面積圖（單位：畝）

由上表及圖可看出，陽山縣可優先劃為基本農田的耕地面積有65311.15畝，其中大部分位于七拱鎮、黎埠鎮以及太平鎮，其可優先開發土地分別占了全縣可優先劃為基本農田耕地的22.94%、24.03%及38.10%；全縣適宜劃為基本農田的耕地面積共138497.43畝，其中大部分位于七拱鎮、黎埠鎮，分別占了全縣適宜面積的18.35%及18.35%；全縣較適宜劃為基本農田的耕地總面積為72334.62畝，其中大部分位于小江鎮和黎埠鎮，分別占全縣較適宜面積的26.53%及18.35%。總體上看，七拱鎮及黎埠鎮耕地資源好，太平鎮及小江鎮次之，楊梅鎮及江英鎮較差。

抽取部分分析成果與實際情況（數據來自統計年鑒、第二次土地調查成果數據和規劃文本）的比較如下：

表2 分析成果與實際情況比較

鎮名研究成果實際情況

七拱鎮優先該鎮為陽山縣城南部鄉鎮的中心，交通便利，經濟發展水平僅次于陽城鎮，水資源豐富。該鎮平原面積較大，且分布集中，土地適宜性強，連片性好。

太平鎮優先該鎮位處于陽山縣南部。該鎮屬丘陵地帶，大部分地區呈聚落性塊狀，地勢較為平坦，西南部四周高，中間為盆地。水力資源豐富。土地利用率高，但山多地少。

黎埠鎮適宜該鎮位于陽山縣西部，為該鎮為平坦的沖擊平原。其土地質量差，利用率不高，但是土地適宜性強。

七拱鎮適宜該鎮為陽山縣城南部鄉鎮的中心，交通便利。經濟發展水平僅次于陽城鎮。該鎮平原面積較大，且分布集中，土地適宜性強，地下水源豐富。現有耕地質量較差。但連片性好。

小江鎮較適宜該鎮位處于陽山縣西北部，多雷雨，除中部為狹長沖擊平原，四周皆是山地，水陸交通便利。土地利用率高，但山多地少。

黎埠鎮較適宜該鎮位于陽山縣西部，為該鎮為平坦的沖擊平原。其土地質量差，利用率不高，但是土地適宜性強。

七拱鎮優先該鎮為陽山縣城南部鄉鎮的中心，交通便利。經濟發展水平僅次于陽城鎮。該鎮平原面積較大，且分布集中，土地適宜性強。現有耕地質量較差，但連片性較好。

太平鎮優先該鎮屬丘陵地帶，大部分地區呈聚落性塊狀，地勢較為平坦。

江英鎮適宜該鎮為全縣基本農田保護面積最大的鄉鎮，耕地面積也僅次于黎埠鎮。

黎埠鎮適宜該鎮為全縣耕地面積最大的鄉鎮，基本農田保護面積僅次于江英鎮，且地勢較其他鎮更平坦，多為低山丘陵，土地適宜性強。

秤架鄉較適宜該鎮為陽山縣重要的林業保護區，林地面積大，耕地面積較少，且土壤質量較差。山地面積大，平原面積較少且分散。

江英鎮較適宜該鎮為當前全縣基本農田保護面積最大的鄉鎮，但其中部地區生態承載力弱，不適宜進行大范圍農業生產活動。

5.小結

耕地是人類賴以生存的基礎和保障，關系到國家的糧食安全、經濟發展和社會穩定。本文對基本農田的耕地質量和空間布局情況進行了分析與研究。

主要是研究評價單元之間的連片程度，以一個片區的連片程度做為其內部耕地是否能入選基本農田的一個重要指標。介紹了基于Geoprocessing的基本農田連片性模型的建立，再利用此模型，輸入陽山縣的數據，運行模型得出陽山縣基本農田連片性分析結果。

基本農田連片性模型的設計過程，包括模型的整個流程圖設計、模型設計的主體思想及大致處理過程描述；然后根據模型設計構建此模型。基本農田連片性模型包含了一個主體模型和一個地塊距離分析子模型，在模型的構建小章節中都進行了詳細的描述，包過各個參與工作的輸入、輸出參數以及調用該工具的原因入結果需求。最后根據模型需要，輸入陽山縣對應數據，獲得連片性分析結果，通過統計圖、表對陽山縣基本農田連片性分析結果進行分析，用此分析結果驗證本文分析過程的正確性。并通過與單純的耕地質量評價結果進行了比較分析，結果顯示，考慮了連片性的分析結果與實際情況更為吻合。

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作者簡介：

吳強（1968-），男，大專，工程師，E-mail：fsgtjgbg@163.com；

通訊作者：景美清（1986-），碩士，E-mail：jingmeiqing113@163com。