淺析GIS技術在低丘緩坡建設適宜性評價中的應用

古艷　余萬軍

[摘 要] GIS本身具有強大的空間數據運算和分析能力，是對圖像和屬性數據進行綜合分析的重要工具。GIS在低丘緩坡建設用地適宜性評價中的應用主要包括建立空間數據庫、適宜性疊加分析和評價成果的表達三大模塊。GIS技術為低丘緩坡建設用地適宜性評價研究工作提供了工作平臺和技術支持。但GIS技術應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結合起來，多數只是將其作為輔助計算工具，未來研究發展的一個趨勢就是應用地理信息系統或者以地理信息系統為平臺進行二次開發來進行低丘緩坡土地適宜性評價。

[關鍵詞] GIS；低丘緩坡；建設用地適宜性評價；應用

[中圖分類號] F301.2 [文獻標識碼] B

一、引言

隨著我國社會經濟以及城鎮化的加速發展，土地資源的供需矛盾引起了建設用地亂占耕地、生態環境惡化等一系列問題，嚴重威脅著國家糧食安全和土地的可持續發展。要解決這一問題，應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模、具備成片開發利用條件的，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域[1]。我國的低丘緩坡區域主要分布在東南沿海、浙閩交界等一帶地區，近年來，也有很多學者針對低丘緩坡是否適宜作為建設用地進行了相關的評價工作，評價體系指標主要包括生態環境、社會影響，經濟效益等一系列因素。孫華芬等選擇了地面坡度、地下水的儲存情況、近地表的地質條件等相關指標對低丘緩坡進行了指標評價；孫永亮等學者選擇了巖石力學性質、地基穩定性、周圍地質條件等相關因素進行了評價。有些學者從社會影響方面例如交通是否便捷、對周圍城鎮居民生活的影響等方面進行了評價。通過這些評價工作使得人們對土地的應用性能和特點有更進一步的了解，從而擴大我國的建設用地面積，促進社會經濟的發展。低丘緩坡土地自然條件和地質環境復雜脆弱，因此在開發利用低丘緩坡土地資源之前要有準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展，在這個過程中，GIS技術的應用為其研究提供了新技術。GIS（Geographical Information System，地理信息系統）是由計算機硬件、軟件和不同的方法組成的系統，該系統設計用來支持空間數據的采集、管理、處理、分析、建模和顯示，能解決復雜的規劃和管理問題[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對獲得的地理對象進行交互式的處理分析和輸出的過程，在評價分析中，利用GIS的強大的空間數據分析功能從而達到輔助決策的目的。

GIS在土地適宜性評價中的應用從八十年代得到廣泛開展，其強大的空間數據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行了適宜性評價分析；唐嘉平等[4]利用Arc View軟件，構建種植適宜性評價系統，對瀾滄江下游的特色經濟作物進行了評價；高克異[5]運用GIS技術實現了對浙江省低丘紅壤資源調查與評價研究。李紅波以GIS為系統環境，通過元胞自動機模擬地理空間過程，“生態位”確定元胞鄰域之間的轉換規則，構建元胞自動機生態位適宜度模型，得出了低丘緩坡土地開發建設適宜性的等級圖譜[6]；王沈佳等以井岡山經濟技術開發區（簡稱井開區）低丘緩坡項目為例，運用德爾菲法對項目區的建設用地適宜程度進行分析[7]；楊莉等采用層次分析法和專家征詢法確定研究區各評價因子的權重，建立土地適應性評價模型，以GIS的空間分析和統計分析功能為技術支撐，對研究區域內可開發利用的低丘緩坡資源進行適應性評價和分級[8]。這些年來，土地適宜性評價結合地理信息系統技術進一步向著定量化和實用化發展。然而國內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重于農業方面。近些年的研究則是側重于利用GIS技術對低丘緩坡地的建設適宜性評價進行研究。

二、GIS在低丘緩坡建設用地適宜性評價中的應用

GIS本身具有強大的空間數據運算和分析能力，是對圖像和屬性數據進行綜合分析的重要工具。GIS在低丘緩坡建設用地適宜性評價中的應用主要包括三大模塊，分別為建立空間數據庫、適宜性疊加分析和評價成果的表達。

（一）建立空間數據庫

建立空間數據庫是GIS技術進行評價的基本環節，基本通過數據輸入與處理、規范化處理、矢量數據柵格化、柵格數據標準化的過程來進行。GIS技術在數據獲取與處理方面具有巨大的優點，能接受一般圖像、航空影像和遙感圖像以及Auto CAD的數據。而且可以根據自己的需求對進行數據靈活的處理、分析和查詢。利用GIS技術可以對低丘緩坡土地適宜性評價過程中的數據進行采集、編輯、組織、管理、輸出與更新，為高質量、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字高程模型（DEM），從中提取出高程、坡度、坡向等數據；并將各數據進行柵格化處理，建立了低丘緩坡建設用地評價空間數據庫。龐悅[11]利用Arc GIS空間分析功能處理從DEM數據中獲取武安市的坡度和高程數據，再通過地形圖校正得到高程圖、坡度圖、坡向圖。運用緩沖區分析（buffer）分析建立交通、水源、城鎮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]在得到了研究區的高程和坡度的柵格數據，以不同距離的緩沖區制作專題評價圖層后將數據層均轉換為柵格數據，柵格數據用Arc GIS軟件的數據重分類（reclassify）模塊進行重分類。申云鵬[13]用Map GIS軟件根據所選擇的評價因子，對數據掃描矢量化后按照參評因子分級的要求進行相應的處理，建立了1：50000的評價因子的圖層數據庫。郄旭日[14]利用Arc GIS軟件對圖件進行數字化，將紙質圖件資料掃描生成數字柵格圖像，空間幾何配準和校正后進行矢量化，建立Arc GIS下的空間數據庫。

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

（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，以空間數據庫為平臺，多個數據進行的一系列集合運算，從而能夠根據用戶需要得到適宜性分析結果。疊加分析通過將復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，布爾運算和加權綜合法是疊加分析中經常用到的方法，整個疊加分析過程宜理解和操作，被廣泛應用于土地適宜性評價工作中。適宜性疊加計算是在GIS系統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劃區各評價單元對應的用地適宜性得分[17]。柵格空間疊加分析原理如下圖：

柵格空間數據疊加分析示意圖

佘金星[18]利用ArcGIS的圖層疊加和緩沖區分析功能，將各個評價因子圖層與土地利用現狀圖疊加，再將各個因子權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]根據山地的特殊性建立了基本指標體系和特殊指標體系，基本指標分析圖利用ArcGIS對促進因素和阻礙因素的評價圖進行柵格計算，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；然后將基本指標評價圖與特殊指標評價圖疊加，確定完全不適合作為建設用地的區域為禁止建設用地，從而得出花垣縣適宜性評價結果。李萍[20]運用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。再根據得分情況，找出分值急劇變化的區域作為適宜性評價的等級界限，從而劃分出研究區域的適宜性等級。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重。在ArcInfo平臺中利用Raster Calculator工具，將各參評要素指標分別按二級權重和評價模型進行加權疊加得到單因子適宜性評價結果；再按一級權重和評價模型將單因子評價結果加權疊加得到綜合評價結果。李婷[22]對各評價指標因子進行柵格化處理后，賦予指標分值，生成單指標評價圖。然后進行圖件疊加分析，各柵格將得出一個疊加分值，將其輸入到綜合分區的分值進行劃分標準，最后得出綜合評價圖。

（三）評價成果的表達

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

一般利用GIS技術對低丘緩坡建設用地適宜性評價得到的成果有坡度、高程、地質災害、洪水災害、地基承載力、礦產壓覆、城鎮與區位、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果圖查找區域當前的未使用土地的實際情況，為進一步的土地開發利用提供參考憑據。

三、研究展望

綜上所述，GIS技術為低丘緩坡建設用地適宜性評價研究工作提供了工作平臺和技術支持。但GIS技術應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展。

基于地理信息系統的土地適宜性評價從開始到現在經歷了很大的跨步，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用。在評價分析中，評價指標的量化及如何將GIS應用到整個決策過程中是最關鍵部分。GIS在整個評價過程中的作用一直進行著不斷地更新和改善，從單一式向開放式方向發展。GIS在發展的過程中存在著一定的技術問題例如準確性和表達性。用相關的地理對象及其屬性模擬出來的數據和現實生活中的實際情況往往存在著一定的差距，這就產生了不準確性，這在以后的發展過程中是一個關鍵的問題。

現有研究多為利用柵格數據進行空間疊加來進行低丘緩坡建設適宜性評價。然而，柵格化的方式數據量大且處理速度慢，在疊加處理的過程中難以準確地體現出每個單元的地貌特征。因此，可以將矢量化數據加權疊加作為以后的研究方向，更加準確地反映區域自然特征。

早期的GIS技術主要應用于制圖和加工信息，其在發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的，在評價中還應考慮周邊環境對評價單元的影響[31]，那么如何利用GIS技術結合動態模型進行科學的評價將是今后研究的一個重要方向。

在現階段，低丘緩坡的適宜性評價并沒有真正的與地理信息系統結合起來，多數只是將其作為輔助計算工具，那么未來研究發展的一個趨勢就是應用地理信息系統或者以地理信息系統為平臺進行二次開發來進行低丘緩坡土地適宜性評價。

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[責任編輯：王鳳娟]