基于ArcGIS的耕地坡度等級分析

周羽佳，朱大明

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基于ArcGIS的耕地坡度等級分析

周羽佳，朱大明

（昆明理工大學國土資源工程學院，云南 昆明 650093）

耕地坡度等級分析在土地適宜性與生產能力調查和土地質量評價的占有重要地位,同時實現了應用GIS技術來處理土地利用現狀數據的需求。本文利用ArcGIS軟件，根據云南省托姑村和黑土村耕地所處地勢的坡面坡度，按對耕地利用的影響限制程度而劃分級別，從坡度分級、數據拓撲等方面分析ArcGIS在耕地坡度分級中的應用。本文實例區耕地中以旱地為主，耕地的坡度分為五個級別，每個坡度級別中耕地都占有一定的比重。基于本文中的操作，也可考慮耕地整理在土地綜合生產能力提高、生態環境改善、景觀優化方面的潛力，這也是一項重要的研究。

耕地；坡度分級；土地規劃；ArcGIS

0 引言

隨著第三次全國土地調查的開展，為了保證我國的土地資源實現可持續利用，增加土地利用率，提高耕地面積，將ArcGIS引入到土地整理規劃中已是一種必然的趨勢。在多種地類中，耕地，是人類賴以生存的基本資源和條件。進入21世紀，人口不斷增多，耕地逐漸減少，要維持農業可持續發展首先就要確保耕地的數量和質量。在全國土地調查中，不僅要查清土地的地類、面積、權屬等，對土地利用現狀為耕地的地類進行耕地坡度分級，統計耕地面積也是極其重要的。由于坡度是描述地形特征信息的重要指標，也是分析地表物質運動、土壤侵蝕量、土地利用是否合理的重要數據，所以對耕地的調查中實施坡度分級可以更直觀地反映耕地地表形態、耕地質量、生產條件、水土流失，也是制定耕地保護和生態退耕政策的主要依據，并且可以衡量土地利用是否合理[1-2]。本文以托姑村和黑土村為例，對此區域進行耕地調查及坡度分級。在坡度分級的過程中，采用數字高程模型（DEM），利用GIS平臺，生成坡度圖，并結合土地利用現狀圖，生成耕地坡度分級圖，由內業進行耕地坡度級標注，對不同坡度級的耕地面積進行量算、統計匯總，以表格顯示分區統計的結果，并構建模型運行此過程，對調查結果進行分析[3]。

1 耕地坡度

坡度表示地表面該點在特定區域內傾斜程度的一個量，定義為水平面與局部地表面之間的夾角。地面中坡度是比較重要的地形定量指標，它可以衡量水土流失、江河泥沙等。

1.1 耕地坡度在土地規劃中的作用

地面坡度信息數據是農、林、水利、交通、城市規劃等國民經濟建設活動的基礎數據。同時坡度對土壤侵蝕也有很大的影響，在其它條件相同的情況下，不同的坡度會產生不同的土壤侵蝕量。現如今，國家正加大力度推行退耕還林還草政策，明確規定不可以對坡度＞25°的地面進行開墾[4]。由此可見坡度對實施耕地保護、保持水土流失、研究土壤侵蝕有著重要參考意義。在土地規劃建設中，坡度主要是指耕地的坡度級別，主要是為實施耕地保護、退耕還林提供數據依據[5]。

1.2 獲取耕地坡度級別的方法

在土地更新中，耕地坡度的獲取傳統的方法是通過對紙質的地形圖或者是電子地形圖的量測得出，但仍存在很多缺點。比如現勢性較差，基本上不能直觀明了地反映現有地表形態，由此得出的耕地坡度也是不準確的。其次由于傳統方法獲取的耕地坡度基本上手工完成，這就造成工作效率低，準確度不高等問題，使土地更新調查數據庫的成果[6]。除此之外，還有根據圖斑的范圍線，在DEM上查找對應的高程值，取圖斑中心點等方法。本文采用的是從數字高程模型（DEM）生成耕地坡度圖的方法，基本不用人工干涉，受客觀因素的影響較少。但需要注意的是，采用DEM計算耕地坡度對DEM有很高的要求[7-9]。

1.3 耕地坡度分級要求

按照《第三次全國土地調查技術規程》中規定的耕地坡度分級要求進行分級。耕地分為小于或等于2°、大于2°小于或等于6°、大于6°小于或等于15°、大于15°小于或等于25°、大于25°五個坡度級。每個坡度級再分為梯田和坡地兩種地類型[10]。

2 實例分析

2.1 試驗區介紹

本文以拖姑村和黑土村為例分析說明耕地坡度分級方法的實施流程。二者分別隸屬于云南省昆明雞街鄉和紅河州建水縣。拖姑村，又稱拖姑村委會，國土面積14.73平方公里，海拔2400米，年平均氣溫12攝氏度，耕地1157畝，人均耕地1.25畝。黑土村，國土面積3.84平方公里，海拔1536米，年平均氣溫19攝氏度，耕地413畝，人均耕地1.29畝。

2.2 技術路線

耕地坡度分級的實施流程具體步驟如圖1：

圖1 操作流程圖

2.3 耕地坡度分級具體過程

2.3.1 計算坡度

（1）用ArcMap加載原始數據；將數據中的地類圖斑進行融合；將等高線和融合后的地類圖斑轉為柵格，生成DEM圖。工具：地形轉柵格；

（2）計算坡度，工具：3D Analyst Tools—柵格表面—坡度，得到坡度圖；坡度重分類，將坡度圖進行分類，依照《第三次全國土地調查技術規程》中的分級要求，≤2°、2°～6°平耕地，6°～15°、15°～25°緩坡耕地，≥25°陡坡耕地，結果如圖2。

2.3.2 制作坡度分級圖

制作坡度分級圖的過程中，為了更直觀美觀地顯示耕地坡度分級的情況，要對坡度分級柵格數據圖進行矢量化，生成坡度分級矢量化數據；對矢量化數據進行圖斑綜合、界線平滑、拓撲重建、數據裁切等處理[11]。具體步驟如下：

（1）柵格轉面，將分級后得到的坡度圖進行轉面；（由于會出現許多小面積的地塊，需要進行處理）

（2）融合轉面后得到的結果，工具：融合；（不創建多部件要素）

（3）將融合后的結果進行屬性查找，查找面積小于1000的進行合并消除，結果如圖3（圖中藍色部分為面積小于1000的地塊）；平滑面處理，容差設置為10米。

圖2 坡度重分類圖

圖3 合并后的坡度圖

2.3.3 耕地坡度分級的確定

（1）確定耕地坡度分級要求

1）原則上不能打破調查的耕地圖斑界線，每個耕地圖斑確定一個坡度級；

2）當調查的耕地圖斑涉及兩個以上坡度級時，面積最大的坡度級為該耕地圖斑的坡度級；

3）當耕地圖斑面積較大（如從山頂到山底為一個圖斑）、含有兩個以上坡度級時，且各坡度級耕地面積相當時，可參照坡度分級界線，依據調查底圖（DOM）上明顯地物界線，可將該耕地圖斑劃分為兩個以上不同坡度級的圖斑；

4）對于破碎耕地，其整體視為一個圖斑，按上述要求確定坡度分級；

5）當DEM存在缺陷時，應通過其他手段補充、完善，確定耕地圖斑坡度級；

（2）操作步驟：

1）在DLTB屬性表中找到標識碼這一字段，使用字段計算器更新為OBJECTED；

2）以表格顯示分區統計；（Majority—確定值柵格中與輸出像元同屬一個區域的所有像元中最常出現的值，就是面積最大。）

3）將表格連接到DLTB中，連接結果Majority也出現在屬性表中；

4）按屬性查詢耕地，過程如圖4、圖5（淺藍色部分為查詢結果）[12]。

3 成果分析

從提取出的坡度分級圖以及耕地的坡度圖中，我們可以看出黑土村和拖姑村的耕地面積占有一定的比重。通過查詢屬性表的內容，確定這些耕地都為旱地，沒有水田與水澆地。對于耕地的坡度分級，它在耕地面積中的統計以及上述操作過程可以在ArcGIS中建立相應的模型進行運行，如圖6、圖7。

4 結論

本文利用ArcGIS10.2軟件，對云南省黑土村與拖姑村的土地進行坡度分級以及耕地的提取，并對耕地進行坡度分級，制作坡度分級圖。在研究過程中，采用了數字高程模型（DEM）生成耕地坡度圖的方法，并建立對應的模型。在操作的過程中，需要注意柵格的像元大小要設置合適，這樣在地類圖斑的屬性表中Majority的字段就不會出現空值，使查詢更準確。耕地在土地調查及整理中有著重要的地位，耕地的坡度分級進一步詮釋了ArcGIS在土地中的應用，除了文中提到的操作，也可以進行耕地中某種坡度的提取，可以根據相關的研究操作，考慮耕地整理在土地綜合生產能力提高、生態環境改善、景觀優化方面的潛力，這也是一項重要的工作[13-15]。

圖4 按屬性查詢耕地的結果圖

圖5 耕地分布圖

圖6 坡度分級模型圖

圖7 提取耕地模型圖

[1] 范巍, 劉惠, 盧少雄. 淺談如何利用 DEM制作耕地坡度分級圖[J]. 地理空間信息, 2009, 7(S1): 42-45.

[2] 簡承淵. 五年內坡度25度以上的耕地將全部還林[J]. 云南農業, 2015(08): 74.

[3] 宋博洋. 影響坡耕地調查的技術因素研究[D]. 吉林大學, 2009.

[4] 王康. 基于GIS的黃土丘陵溝壑區耕地整理潛力評價[D]. 長安大學, 2016.

[5] 韋春琳, 方明樂. 利用數字高程模型(DEM)獲取耕地坡度的方法[J]. 南方國土資源, 2008(11): 36-38.

[6] 周奎, 陳楚. 基于DEM量算耕地坡度的誤差分析[J]. 測繪與空間地理信息, 2007(03): 60-63+67.

[7] 譚勇, 許聯芳. DEM在土地利用總體規劃中的應用[J]. 安徽農業科學, 2010, 38(19): 10156-10157.

[8] 趙桔青, 陶福壽. 基于GIS的城鎮土地資源承載力評價[J]. 軟件, 2018, 39(7): 52-56.

[9] 信冠棟, 施昆, 呂曉陽. 遙感動態監測模型在拉市海濕地保護區土地利用中的研究[J]. 軟件, 2018, 39(4): 170-175.

[10] 陳艷艷, 黃義忠. 基于全排列多邊形圖示指標法的昆明市土地集約利用評價[J]. 軟件, 2018, 39(7): 138142.

[11] 張思佳. 基于RS/GIS的長沙市土地利用和穩定性分析[J]. 軟件, 2018, 39(7): 124-129.

[12] 蔣然, 張光桃. 基于預分類的逆變異分類器算法[J]. 軟件, 2015, 36(2): 39-44.

[13] 王永峰, 徐瑩, 王濤. 基于數字高程模型制作山區坡度分級柵格數據[J]. 測繪與空間地理信息, 2014, 37(12): 36-38.

[14] 高一平. 基于DEM的區域地形坡度分級圖制作[J]. 山西煤炭, 2012, 32(09): 44-46.

[15] 劉海飛, 楊敏華, 周軍, 鐘耀武. 基于ArcGIS平臺的坡度分級圖快速制作[J]. 山西建筑, 2014, 40(03): 262-264.

Grade Analysis of Cultivated Slope Based on ArcGIS

ZHOU Yu-jia, ZHU Da-ming

(College of Land Resources Engineering, Kunming University of Science and Technology, Kunming, Yunnan 650093)

The grade analysis of cultivated land slopes occupies an important position in land suitability and production capacity surveys and land quality assessments, and at the same time it realizes the application of GIS technology to deal with land use status data needs. In this paper, ArcGIS software is used to classify the slope gradient of cultivated land according to the degree of influence on the use of cultivated land in TuoGu and HeiTu countries of Yunnan. The application of ArcGIS in slope grade of cultivated land is analyzed from slope classification and data topology. The cultivated land in this example area is dominated by dry land, and the slope of cultivated land is divided into five levels. The cultivated land in each slope class occupies a certain proportion. Based on the operations in this paper, the potential of arable land consolidation in the improvement of comprehensive land production capacity, improvement of ecological environment, and landscape optimization can also be considered, which is also an important research.

Cultivated land; Slope grade; Land planning; ArcGIS

P208

A

10.3969/j.issn.1003-6970.2018.11.043

周羽佳(1995-)，女，研究生，主要研究方向：GIS與地理信息技術；朱大明(1970-)，男，副教授，主要研究方向：3S集成，土地規劃。

周羽佳，朱大明. 基于ArcGIS的耕地坡度等級分析[J]. 軟件，2018，39（11）：207-211