DEM在土地總體規(guī)劃中的應(yīng)用分析

張淑娟

摘 要：對DEM中的坡度信息以及海拔信息進(jìn)行有效提取，以密度分析思路為基礎(chǔ)，在Arc GIS環(huán)境中對試驗(yàn)區(qū)地貌進(jìn)行生成，在土地規(guī)劃利用土地、編制土地利用、土地劃分中可以發(fā)揮巨大的作用。本文主要針對土地總體規(guī)劃中DEM的應(yīng)用進(jìn)行分析。

關(guān)鍵詞：土地利用；規(guī)劃；DEM

中圖分類號：P208 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

土地勘測定界是土地征收利用、土地劃撥出讓以及土地的流轉(zhuǎn)、土地規(guī)劃、土地整理、土地開發(fā)等工作中至關(guān)重要的技術(shù)工作，同時(shí)該項(xiàng)工作的技術(shù)難點(diǎn)又在于計(jì)算各類占地面積。在《土地勘測定界規(guī)程》中針對土地面積有著明確的規(guī)定，地表在平面的投影所占面積即土地面積，但在實(shí)際的土地利用規(guī)劃中，土地所有權(quán)人往往對依照規(guī)程所劃分的面積并不認(rèn)可，尤其在農(nóng)用地流轉(zhuǎn)過程中，依照規(guī)程所得到的土地面積往往比農(nóng)民認(rèn)知的面積要少，因此農(nóng)民會要求重新測量，但實(shí)際上這一測量精度是準(zhǔn)確的。這種差距主要來自于農(nóng)民所認(rèn)知的土地面積為地表面積，而依照規(guī)程測量的土地面積為地表投影面積，并且坡度越大二者之間的差異也越大。為了減少甚至消除地表面積和投影面積的差異，則應(yīng)當(dāng)尋找一個(gè)方法計(jì)算地表面積。實(shí)際生活中地表往往是起伏不規(guī)則的，其表面積無法用確切的數(shù)學(xué)模型予以表達(dá)，因而就無法精確地利用數(shù)學(xué)公式計(jì)算出精確的地表面積。雖然采用一些其他的方式可以盡可能地對地表曲面進(jìn)行模擬，提高計(jì)算結(jié)果的精確度，但是往往還是會存在一定的差距。

1. DEM概述

但是隨著信息技術(shù)不斷發(fā)展，測量技術(shù)也不斷得到革新，數(shù)字化測圖技術(shù)開始被應(yīng)用于地形測圖中。利用數(shù)字化測圖技術(shù)可以有效彌補(bǔ)傳統(tǒng)測量中的不足，提高測量計(jì)算精度，令局部地表面積的高精度計(jì)算成了可能。利用數(shù)字化測圖進(jìn)行地形數(shù)據(jù)以及地物數(shù)據(jù)的采集，其特征點(diǎn)利用三維坐標(biāo)表述，相鄰兩點(diǎn)之間相互連接可以形成空間三角形，從而構(gòu)成連續(xù)坡度，用以表述現(xiàn)實(shí)中地表的起伏，這種表述方式也是DEM的表示方法之一，而這些空間三角形面積的總和便可以對應(yīng)相應(yīng)地表面積，從而提高地表面積的精確度。

2.提出問題

數(shù)字地形模型作為一種數(shù)字表達(dá)形式，可以準(zhǔn)確地表述地表形態(tài)屬性，并且這種數(shù)字描述方式具有一定的空間位置特征以及地形屬性特征。在該模型中，若地形屬性作為高程，那么其是數(shù)字高程模型，即DEM。在地理空間中，高程作為第三位坐標(biāo)存在，而在傳統(tǒng)的地理信息中，以二維的形式構(gòu)建地理信息，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)為二維結(jié)構(gòu)，DEM則是三維地形模型構(gòu)建的必要補(bǔ)充。通常情況下，DEM使用高程矩陣表示，而高程矩陣由地表規(guī)則的網(wǎng)格單元組成。廣義上的DEM除了上述表示外，還包含了三角網(wǎng)、等高線等地面高程數(shù)字。DEM在地理信息系統(tǒng)構(gòu)建DTM中起到了基礎(chǔ)作用，為DTM的建立提供可靠的數(shù)據(jù)保障。而其他地形要素例如坡向、坡度等要素，則可以間接、直接通過DEM導(dǎo)出，這類地形要素一般稱作“派生數(shù)據(jù)”。正是由于各類地形參數(shù)都可以從DEM中提取，因此該技術(shù)在土地規(guī)劃利用中得到了廣泛的認(rèn)可。

對各區(qū)域、種類、行業(yè)用地進(jìn)行統(tǒng)籌協(xié)調(diào)是土地利用規(guī)劃編制的前提，土地利用規(guī)劃的目的是合理調(diào)整土地利用布局及利用結(jié)構(gòu)，其工作重點(diǎn)在于確定耕地、基本農(nóng)田規(guī)模范圍，掌握生態(tài)用地、城鎮(zhèn)用地以及基礎(chǔ)設(shè)施用地的分布和面積，對區(qū)域土地用途進(jìn)行總體規(guī)劃，并制定相關(guān)規(guī)則約束土地用途。自然環(huán)境下，土體用途會受到坡度因素、坡向因素以及海拔因素的影響。例如在界定生態(tài)保護(hù)區(qū)時(shí)，主要依據(jù)自然地貌特征劃分，例如山腳線、山脊線等自然界線。而確定建設(shè)用地管制分區(qū)的擴(kuò)展分區(qū)時(shí)，也需要綜合考量自然地貌。DEM是可以最大程度地反應(yīng)地表真實(shí)性的數(shù)字模擬手段，而在土地利用規(guī)劃中應(yīng)用DEM，可以有效提高土地總體規(guī)劃的科學(xué)性、合理性。

3. DEM的實(shí)際應(yīng)用

3.1 提取坡度

Arc GIS空間分析模塊中的Slope的命令從DEM中提取實(shí)驗(yàn)區(qū)的坡度分布數(shù)據(jù)。在處理過程中應(yīng)注意DEM高程數(shù)據(jù)的單位是否與水平距離的單位一致，如不一致應(yīng)在坡度分析對話框的z參數(shù)中調(diào)整。坡度數(shù)據(jù)分布的范圍理論上在0°～90°，但由于是以像元為單位進(jìn)行計(jì)算，分析結(jié)果細(xì)節(jié)表現(xiàn)過于明顯，某一等級坡度區(qū)內(nèi)可能有破碎的其他等級坡度數(shù)據(jù)存在，不符合實(shí)地地貌情況。

3.2 處理高程數(shù)據(jù)處理

DEM數(shù)據(jù)中主要應(yīng)用到的數(shù)據(jù)包括海拔和坡度，由于涉及高程數(shù)據(jù)與坡度數(shù)據(jù)的疊加，而實(shí)驗(yàn)區(qū)海拔在125m～685m，因此需將高程數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化到坡度分布數(shù)據(jù)范圍內(nèi)。采用線性變換的方法將高程數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化到坡度分布范圍0°～90°之間。標(biāo)準(zhǔn)化公式為：

X=kx+b （1）

式中：x為原始數(shù)據(jù)；X為標(biāo)準(zhǔn)化后的數(shù)據(jù)；k、b為變換常數(shù)。

計(jì)算可知，k=9/56，b=-1125/56。

3.3 疊加?xùn)鸥駭?shù)據(jù)

DEM中的高程與坡度在一定程度上存在相關(guān)性，且兩因素在土地利用總體規(guī)劃的影響方式類似，因此在考慮兩者的共同作用時(shí)可以用矢量距離方法（）來反映這兩項(xiàng)因素對土地利用總體規(guī)劃的共同作用。

在Arc GIS空間分析模塊中用柵格計(jì)算器按上式對坡度和高程柵格進(jìn)行疊加計(jì)算，得到柵格數(shù)據(jù)疊加結(jié)果?？梢钥闯?，疊加后的數(shù)據(jù)已能反應(yīng)高程和坡度兩因素的共同作用，海拔高、坡度大的地方柵格值大；海拔低、坡度小的地方柵格值小。但該數(shù)據(jù)由于是以像元為單位計(jì)算的，數(shù)據(jù)細(xì)節(jié)體現(xiàn)比較明顯，而土地利用總體規(guī)劃各類分區(qū)過程中應(yīng)在考查地貌特征的基礎(chǔ)上對地貌類型進(jìn)行一定的概括。從這方面分析，該數(shù)據(jù)直觀性較差，需要做進(jìn)一步處理才能被利用，而不能直接應(yīng)用。

柵格數(shù)據(jù)的單位為像元，而每一個(gè)像元存在特有的柵格值，所以在應(yīng)用中可以將單獨(dú)的像元視為矢量點(diǎn)，但是這個(gè)矢量點(diǎn)具有一定數(shù)值。分析像元點(diǎn)密度，繼而生成密度圖像。在Arc GIS中，點(diǎn)數(shù)據(jù)構(gòu)成了密度地圖。并且計(jì)算每個(gè)單元的過程中需要利用圓形搜索區(qū)或環(huán)形搜索區(qū)，而用于計(jì)算輸出柵格數(shù)據(jù)的每個(gè)單元密度值所需要點(diǎn)的搜距則由搜索區(qū)決定。基于這一點(diǎn)，試驗(yàn)區(qū)從整體上被劃分為等級不同的密度區(qū)，系統(tǒng)分析的過程中會在一定程度上對細(xì)節(jié)進(jìn)行概括，從而更加直觀地表述地表特征，應(yīng)用土地規(guī)劃。

將柵格數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，使之變?yōu)槭噶奎c(diǎn)數(shù)據(jù)，利用density命令，在空間分析模塊中分析密度。數(shù)據(jù)已進(jìn)行了一定程度的概括，數(shù)值和坡度之間呈正比例關(guān)系，并且不同坡度之間具有較為明顯的接線，可以直觀地表述坡度區(qū)范圍，對結(jié)果數(shù)據(jù)分級進(jìn)行調(diào)整，則分區(qū)概括不同。

結(jié)語

通過實(shí)踐分析可以總結(jié)，利用DEM可以較為準(zhǔn)確地生成地貌分區(qū)，并且依照實(shí)際情況對結(jié)果數(shù)據(jù)分級數(shù)進(jìn)行調(diào)整可以進(jìn)一步提高土地總體規(guī)劃編制的科學(xué)性，并對土地用途區(qū)的劃分有著指導(dǎo)作用。此外，在實(shí)際應(yīng)用中，最終結(jié)果還會受到密度分析參數(shù)設(shè)置以及柵格數(shù)據(jù)像元大小的影響，因此最終的結(jié)果數(shù)值需要經(jīng)過多次實(shí)驗(yàn)才能得到最佳結(jié)果。目前，DEM數(shù)據(jù)主要應(yīng)用于升級土地總體規(guī)劃管理，而在市（縣）級的土地總體規(guī)劃編制中很少應(yīng)用，地方應(yīng)用DEM需要經(jīng)過專門審批，這對于DEM數(shù)據(jù)的推廣應(yīng)用造成了一定的阻礙。

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