GIS空間分析技術在葡萄園選址中的應用

翟海翔，張麗娜，卜曉東，焦彩菊

（山西省農業科學院農業科技信息研究所，山西太原030031）

GIS空間分析技術在葡萄園選址中的應用

翟海翔，張麗娜，卜曉東，焦彩菊

（山西省農業科學院農業科技信息研究所，山西太原030031）

隨著地理信息系統（Geographic Information System，GIS）技術的迅速發展，其強大的空間分析技術愈來愈受到關注。在農業開發項目中，將GIS空間分析技術應用于農業開發項目選址中，可形象直觀量化地展示項目選址結果。以清徐縣馬峪鄉土地利用現狀圖、土壤圖及氣象圖疊加形成評價葡萄園選址的圖，選取對葡萄生長影響較大的9個因子，使用層次分析法確定權重，建立評價指標體系，通過累計分析計算得出選址結果；對研究區897個地塊圖斑進行評價，將研究區葡萄園選址劃分為5個等級（最適宜區、高適宜區、中等適宜區、低適宜區、不適宜區），等級越高越適宜葡萄種植。將GIS空間技術與層次分析法有效結合，可以對葡萄園選址進行科學評價，并直觀展示選址結果，為葡萄項目建設提供科學依據，大大提高選址的效率。

GIS空間分析；葡萄園；選址

葡萄是世界四大果品之一，鮮食美味可口，營養價值高，有利于人體新陳代謝和治療心腦血管疾病等，醫療保健功效尤為突出，已成為國際上公認的重要保健果實，享有水果皇后的美譽[1-2]。山西清徐葡萄栽培種植歷史悠久，近年來種植面積不斷增大，選擇較好的葡萄種植地址以確保產量最大化越來越重要[3-4]。GIS空間分析可以幫助確定地理要素之間新的空間關系，將同一地區不同圖層的特征相疊合，不僅建立了新的空間關系，而且能夠將輸入的屬性特征予以合并，易于進行多因素的查詢和分析[5]。將GIS空間分析技術應用于葡萄園項目選址中，疊合多個影響因子，以找出最優葡萄種植地址，因此，將GIS空間技術應用于葡萄園項目選址中具有重要的現實意義。已有關于GIS技術應用在建設用地生態適宜性評價[6]、河南省煙草生態適宜性綜合評價[7]、SEFFIN等利用基于GIS的作業流式空間決策支持系統對巴西圣保羅的甘蔗種植進行了生態適宜性的評價[8]、寧夏釀酒葡萄種植區劃[9]等方面的研究，但是針對山西省葡萄園項目選址的定量研究較少。

在借鑒前人相關性研究的基礎上，本研究從地形、氣候和土壤3個方面確定評價因子，建立研究區葡萄園選址的評價體系，采用層次分析法[10-11]確定評價因子權重，使用ArcGIS軟件進行空間數據處理和分析，對研究區進行葡萄園選址綜合評價。利用GIS技術進行空間數據提取、矢量轉柵格、柵格轉矢量等處理，多因子加權疊加計算和評價選址，從而為葡萄園項目選址提供科學指導。

1 材料和方法

1.1 研究區概況

研究區設在太原市清徐縣馬峪鄉。該地位于清徐縣城西北，距縣城3 km，全鄉轄32個行政村，人口為1.98萬，占地總面積為101 km2，山區面積為0.88萬hm2，占87.4%，森林總面積達0.17萬hm2，全鄉葡萄種植面積超過0.2萬hm2[12]。該區依山面川，具有西高東低的緩坡，背風向陽，聚光聚熱性能好，光照充足，土壤通透性好、偏堿性，6—9月是區域內熱量資源充足、降水量集中的季節，具有悠久的葡萄種植歷史，素有“中國葡萄之鄉”的美稱[13]。

1.2 方法

1.2.1 選擇影響因子開辟一塊葡萄園，不是簡單地選取一塊地皮，需要綜合考慮多方面因素如土壤、地形地貌、氣候等。通過搜集資料、征求意見確定葡萄園選址影響因子為：（1）地形地質：地形、坡度、坡向；（2）氣候因素：溫度、光照、降水、供水保證率；（3）土壤因素：土壤質地、pH值。

1.2.2 葡萄園選址評價的數學模型葡萄園選址的數學模型選擇使用最廣泛的層次法分析數學模型——加權求和模型，依據每個影響因子的權重和分值加權疊加，得出評價因子指數和，從而做出等級評定。

A＝Σ AiPi（i的取值為1，2，3，…，n，n為評價因子的總個數）

式中，A為加權疊加值，即最終的評價結果；Ai為各影響因子的評價值；Pi為各影響因子的權重值；i為因子編號。

根據各影響因子對選址的影響，收集各位專家的評價，依據專家和數據資料的平衡分析確定各因子的影響作用及相應的權重，利用葡萄園選址的數學模型計算出評價結果。

1.2.3 葡萄園選址流程葡萄園的的選址需要考慮多方面的因素，通過廣泛收集資料、實地調研以及征求有關專家意見，確定影響因子和權重，利用數學模型評價選址。葡萄園項目選址流程如圖1所示。

1.2.4 空間分析技術

1.2.4.1 空間數據處理方法搜集的數據可以分為2種，一種是紙質圖形數據，一種是電子圖形數據。紙質圖形數據首先將圖形掃描為柵格數據，然后進行柵格數據轉矢量數據，拓撲糾錯檢查，投影變換，形成標準化圖件。電子數據首先轉為SHAPE數據，然后比對現有的數據，矯正到相應的位置，投影變換，形成標準化圖件[14]。

1.2.4.2 空間建模空間建模是在地理處理框架的基礎上，使用“模型構建器”將地理處理語言中的各個空間分析工具按順序連接在一起，建立合適的空間分析模型，從而將地理處理模型轉變為軟件，有助于二次開發，實現編程語言的可視化。空間建模也可稱為“地圖模型”，對分析過程使用圖形或者符號表示[15]。葡萄園選址的空間建模流程如圖2所示。

1.2.4.3 空間分析操作

1.2.4.3.1矢量數據轉柵格數據為了方便矢量數據能直接與多種柵格數據進行疊加分析，需要將矢量數據的形式轉變為柵格數據的形式。在ArcGIS中使用空間分析工具中的矢量數據轉柵格數據工具（Conversion Tools—To Raster—Feature to Raster）。1.2.4.3.2表面分析之坡度及坡向坡度是指過地表面任意一點的切平面與水平面之間的夾角，用來計算任一單元和領域單元間變化的最大比率，坡度值較低則說明地勢較平坦，反之則地勢較陡峭。坡向指地表面上一點的切平面的法線矢量在水平面的投影與過該點的正北方向的夾角，坡向表示這點高程值改變量的最大方向[14]。在ArcGIS中使用空間分析工具中的坡度工具和坡向工具，利用高程圖分析出相應的坡度值和坡向。

1.2.4.3.3.重分類對原有柵格像元值重新分類得出一組新值，并輸出。在重分類中使用“按相同等級對一組柵格的值進行分類”和“將特定值設置為NoData或者NoData像元設置某個值”的方法[16]。

1.2.4.3.4柵格計算器柵格計算是柵格數據空間分析中進行數學處理和分析的最常用的方法。ArcGIS中的柵格計算器，可以進行數學運算符柵格計算、數學函數的柵格計算和ArcGIS自帶的柵格數據空間分析函數的柵格計算。

2 結果與分析

葡萄園選址評價主要以ArcGIS軟件為平臺進行空間分析和建立數據庫。以馬峪鄉的土地利用現狀圖斑為基本單元，摳除公路用地、村莊、農村道路等不能用于種植的屬性用地后共為897個單元。對897個單元進行分析評價，最終以等級反映出來，葡萄園選址的因子包括地形、坡度、坡向、溫度、光照、降水、土壤質地、pH值和供水保證率。

使用ArcGIS模型構建器建立馬峪鄉葡萄園選址的模型（圖3）。依次進行1.2.4.3節操作，將葡萄園項目的土地利用類型數據進行矢量數據轉柵格數據后得出柵格數據；依據高程數據分析出葡萄園的高程、坡度、坡向、溫度、光照、降水、土壤質地、土壤pH值和供水保證率數據進行重分類，之后對重分類數據進行柵格計算，得出總結果。高程數據重分類具體情況如表1所示。

表1 高程重分類及適宜性評價

以馬峪鄉的土地利用現狀圖斑為基本單元，共897個地塊（研究區共有1 796個地塊，摳除公路用地、村莊、農村道路等不能用于種植的屬性用地），運行模型得出定量分析結果如圖4所示，共劃分5個等級，即最適宜區、高適宜區、中等適宜區、低適宜區、不適宜區，等級越高，柵格像元值顏色越深，越深越適宜葡萄種植。

3 討論

本研究針對研究區葡萄生長的現狀，從地形地質因素、氣候因素、土壤因素、水文條件4個方面選擇9個影響因子建立了研究區葡萄園項目選址的評價體系，采用層次法的數學模型，利用ArcGIS疊加分析對研究區進行區域劃分，分析結果可以定量、直觀、可視化地展示結果。結合研究區的實際，葡萄種植區涉及馬峪鄉西迎南風、李家樓、后塞、黃土坡、棗坪等32個行政村，種植面積約867 hm2，涉及163個圖斑，經過對比這些區域都包含在圖4分析結果中的最適宜區和高適宜區范圍內。

以往的選址調查結果只是語言性表述，各個選址因子沒有相互關聯地分析，對于選址決策缺乏一定量的分析[17]。本研究表明，GIS和數學模型的有效結合，可以對葡萄園項目選址進行科學的評價，與傳統的方法相比，可節省大量的人力、物力和財力資源，其也為農業開發項目選址提供了一種新的方法，提高了選址效率和準確性，具有廣泛的應用價值；同時能夠更加合理地利用和管理好有限土地資源，實現土地資源的可持續利用，同時科學決策依據也有助于提高產品的經濟價值[18-20]。

4 結論

除去研究區摳除的部分（5 931.5 hm2），根據研究區葡萄園選址的等級劃分，研究區最適宜區面積為1 546.8 hm2，占研究區總面積的15.78%；高適宜區面積620.1 hm2，占研究區總面積的6.39%；中等區面積157.7 hm2，占研究區總面積的1.61%；低適宜區面積1 513.3 hm2，占研究區總面積的15.44%；不適宜區面積58.1 hm2，占研究區總面積的0.59%。

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Application of GIS Spatial Analysis Technology in the Vineyard Location

ZHAI Haixiang，ZHANGLina，BOXiaodong，JIAOCaiju
（Institute ofAgricultural Sciences and Technology Information，Shanxi Academy ofAgricultural Sciences，Taiyuan 030031，China）

As the Geographic Information System（GIS）technology has developed quickly,people pay more attention to the spatial analysis.Applying GIS spatial analysis technology to agricultural development project location,it is easy to provide a scientific estimate and display project location results intuitively.The evaluation index system of the vineyard location was established by choosing 9 evaluation indexs from 3 respects oflandform,soil and climate in Mayu town.The result was used to determine the weight ofcalculated by superposition analysis.The 897 plots in the study area were evaluated,and the vineyard location in the study area was divided into 5 grades（the most suitable area,the high suitable zone,the middle suitable zone,the lowsuitable zone and the unsuitable zone）.It can be conducted rapidly and quantitatively by membership function supported by GIS.The result can show the location result intuitively and make the scientific decision and improve the efficiency ofthe locate greatly.

GIS spatial analysis;vineyard;location

S663.1

：A

：1002-2481（2017）07-1165-04

10.3969/j.issn.1002-2481.2017.07.31

2017-02-04

山西省科技攻關項目（20140313020-4）

翟海翔（1972-），男，山西翼城人，副研究員，碩士，主要從事農業信息分析和規劃工作。