基于多源數據的國土空間規劃用地分類體系構建和土地類型識別

張合兵，李銘輝，張青磊

·土地整理工程·

基于多源數據的國土空間規劃用地分類體系構建和土地類型識別

張合兵，李銘輝，張青磊

（河南理工大學測繪與國土信息工程學院，焦作 454000）

準確、可靠、現勢的國土空間基礎數據是科學開展“雙評價”“三類空間”劃分及其格局優化、國土空間規劃編制的前提，當前中國國土空間分類存在國土調查、城鄉用地、地理國情調查等多種分類體系，分類標準不一、數據來源較多，迫切需要開展國土用地分類體系優化，多源數據條件下地類轉換規則、識別方法等開展研究。該研究以鶴壁市為例，采用歸納比較法對國土空間規劃用地分類體系進行初步探討，通過綜合對比分析法、GIS空間疊加分析法對國土空間規劃用地分類體系重構、多種分類體系轉換銜接規則、國土地類識別方法進行研究。研究得出：1）國土空間規劃用地分類體系分為生態保護用地、農業生產生活用地、區域設施用地和城鎮發展用地4個一級類，12個二級類和45個三級類；2）基于多種分類體系下的國土分類轉換策略，建立了面向國土空間規劃用地分類的地類轉換銜接規則和多源數據融合識別方法；3）完成了鶴壁市國土地類轉換和識別，為鶴壁市進行“生態/農業/城鎮三類空間”劃分與格局優化、“雙評價”、規劃編制提供了數據支持。

土地利用；識別；規劃；國土空間；分類體系；疊加分析法；多源數據

0 引 言

土地是人類賴以生存的家園，在社會經濟發展中不可或缺。早在18世紀末、19世紀初的時候，國外學者就開始對土地分區進行研究。隨著城市社會經濟的發展，出現了城市空間功能分布不均所帶來的一系列問題，為了協調社會經濟發展與生態、人口、資源的平衡關系，許多國家地區開展國土空間規劃編制[1]。近些年來，德國、英國和荷蘭等歐洲地區陸續開展了多輪國土空間規劃研究[2]，國土空間規劃理論和方法迅速發展。

近年來，中國將優化國土空間開發格局和加強生態文明建設提升到國家戰略?？茖W可靠的國土空間用地基礎數據是國土空間規劃的基礎和依據，統一的用地分類是獲取數據的前提，土地分類應該根據不同的土地利用特點進行合并，其目的是區分不同分類標準的關鍵[3]。目前，各國對土地分類標準不一，例如美國的多級生態分類系統、加拿大的生態土地分類系統和荷蘭土地分級系統等[4]。而中國的土地分類方式是多標準并行，呈現出多元化的特點[5-6]。鄧紅兵[7-10]等重要學者從土地利用功能的角度出發構建“三生用地”分類體系。黃宏源等[11]綜合各類區劃，探索出三級省級國土空間綜合功能區劃體系。岳健等[12]對現有國土空間規劃用地分類體系進行分析，在對現有分類體系存在的問題基礎上提出了土地利用的劃分體系。劉平輝等[13]提出了依據土地利用的產業結構進行土地利用劃分的思路。張合兵等[14]根據土地利用/覆被類型和人類活動影像相結合的方法，建立了市縣級自然生態空間分類體系。Pérez-Soba等[15-19]將國土空間功能的細化主要依據土地利用、生態系統和景觀價值三大視角，并建立與功能相對應的分類體系。Foley等[20-22]認為土地利用視角的功能劃分主要是依據土地的經濟用途。de Groot[23]用可持續發展的視角將景觀價值劃為五大類，并對生態景觀進行系統分類。鄒利林等[24]構建了縣級“三生空間”用地分類體系。馬世發等[25]從歐盟空間分類得到啟示，對湖南省空間用地進行了劃分研究。劉繼來等[26]依據土地利用現狀分類國標準則，建立了“三生空間”分類。于莉等[27]運用洛倫茲曲線和基尼系數法研究了秦皇島“三生空間”分布情況。李明薇等[28]基于土地利用的多功能性原則構建了“三生空間”分類。

總體上，已有研究對國土空間分類體系、“三生空間”分類進行了較為系統的探索，對于國土空間規劃編制具有重要支持作用。但現有研究偏重從多種功能視角、多個尺度對國土空間進行“三類空間”劃分研究，對空間功能劃分的數據來源、數據轉換研究尚顯不足，缺乏現勢的數據支持；偏重于單一分類體系或某種視角下進行國土空間功能劃分，未充分利用已有的多種國土空間分類數據，未構建有效的多種分類體系銜接準則、多源數據融合識別方法。基于此，本文以鶴壁市為例，通過綜合對比分析法、GIS空間疊加分析法，以國土空間利用現狀和空間主導功能為依據，在對比分析現有國土分類體系的區別和差異基礎上，重構面向國土空間規劃的國土空間用地分類體系，制定國土空間用地分類與現有多種國土分類體系的銜接準則，探索多源數據下國土地類的融合識別方法，為開展“雙評價”“三類空間”劃分及其格局優化、國土空間規劃編制提供基礎數據支撐。

1 研究區概況和數據來源

1.1 研究區概況

鶴壁市位于河南省北部地區，西鄰太行山脈，東部地區為華北平原，35°26′—36°53′N，113°59′—114°46′E，北部地區與安陽市相鄰，南部地區與新鄉市相接，總面積2 140.43 km2。全市分為市轄區（鶴山區、山城區、淇濱區）兩縣（淇縣、?？h）。鶴壁市地形復雜，地勢呈東北高西南低階梯式變化，層次分明。近些年來鶴壁市在生態保護建設、農業生產建設和城市開發建設方面積極融入河南省實施的“一帶一路”建設之中，社會經濟發展得到了飛速發展。

1.2 數據來源

本文數據主要包括鶴壁市自然資源與規劃局獲取的土地利用變更調查成果（2017年）、第二次全國國土調查數據、地理國情普查數據和鶴壁市城鄉用地數據；從鶴壁市林業部門獲取的林業調查數據；從地理空間數據云下載鶴壁市Landsat 8 OLI數據影像（2017年）。在國土空間地類識別時，因為“第三次全國國土調查”數據的保密性，因此使用2017年土地利用變更調查數據替代。

2 國土空間規劃用地分類體系構建及地類轉換銜接準則

2.1 國土空間規劃用地分類體系構建

目前存在多種土地分類體系，其都有不同的分類標準。國土調查分類根據土地利用方式、用途、經營特點和地表覆蓋特征等因素，按照主要用途對土地利用類型進行分類；地理國情普查分類是以基礎地理信息現有分類體系為基礎，參考相關專業部門開展的調查分類，根據地理國情分析應用需要，進行適當篩選和擴充；城鄉用地分類據土地利用特征、利用方式和地表覆蓋的主導設施性質，重點關注土地的社會經濟屬性，服務于城市建設的各個部門和行業，為城鄉提供基礎保障和制定實施；林業調查分類以森林覆蓋類型為主，以林地規劃利用類型為輔，重點在于對林業用地現狀利用特征的表達，對非林地地類類型劃分較為粗略。但是，目前這些分類數據都無法滿足國土空間規劃和空間功能劃分、“雙評價”工作的需要。因此，本文為滿足國土空間規劃編制需要，依照國家規劃編制意見，以第三次國土調查土地分類標準為基礎，構建與多種土地分類體系相互銜接的國土空間規劃用地分類體系。

構建國土空間規劃用地分類體系時堅持全域覆蓋，城鄉統籌的原則，以土地利用現狀和土地主導用途功能為基準，構建涵蓋多層次的國土空間規劃用地分類體系。注重國土空間規劃用地分類體系中生態保護用地的位置，以土地實際使用情況或規劃引導情況為主要分類依據，統籌考慮土地的使用情況和覆蓋特征等因素。依據現有分類體系研究，以第三次全國國土調查土地分類為基礎，對多種用地類型進行歸納、劃分，建立多種國土調查分類體系融合的國土空間規劃用地分類體系，主要包括農業生產生活用地、城鎮發展用地、區域設施用地和生態保護用地4個一級類，耕地、園地等12個二級類，水田、果園等45個三級類（表1）。

表1 國土空間規劃用地分類體系

2.2 國土地類轉換銜接準則

本研究在對比國土空間規劃用地分類體系與現有多種國土調查分類體系之間地類差異的基礎上，依據土地類型的一致性、土地用途的相似性和土地功能的主導性原則，建立國土空間規劃用地分類體系和多種國土調查分類體系之間的對應關系。國土空間規劃用地分類體系與多種土地分類體系的對應關系可以分為一對一、一對多和多對一等對應關系，最后構建國土空間規劃用地分類與第三次全國國土調查土地分類、第二次全國國土調查土地分類、地理國情普查分類、城鄉用地分類和林業調查分類相對應的地類對應關系。

以國土空間規劃用地分類與第三次全國國土調查土地分類對應關系為例：1）耕地、園地和林地地類可以一對一進行國土地類銜接轉換，該地類可以通過對應關系直接轉換為國土空間規劃用地中的地類；2）“三調”分類中鹽田、溝渠和沼澤等劃分為濕地，因此有“三調”濕地對應國土空間規劃用地地類中城鎮及其他建設用地、農業生活用地、其他農用地和濕地等地類，即一對多的對應關系；3）國土空間規劃用地分類中將水工建筑用地和鐵路、公路用地等劃分到基礎設施用地中，因此“三調”交通運輸用地和水域及水利設施用地對應國土空間規劃用地分類中基礎設施用地，即多對一的對應關系。具體國土空間規劃用地分類體系與多種土地分類體系銜接準則如表2所示。

表2 國土空間規劃用地分類體系與多種土地分類體系銜接準則

注：表中括號內數字和字母表示該地類所在其土地分類體系中對應的地類編碼。

Note: The numbers and letters in parentheses in the table indicate the corresponding land category code in the land classification system where the land category is located.

3 基于多源數據的國土地類識別

3.1 多源數據下國土地類識別方法

目前，識別國土地類的方法主要分為量化測算法和歸并分類法[29]。量化測算法通過構建國土空間評價體系實現城市用地功能、農業用地功能與生態用地功能的量化識別[29-30]，但是在國土地類的多主體融合和多尺度集成表達上效果不佳；歸并分類法本質上是對土地利用現狀數據進行歸并分類[26,31]，在土地分類上彌補了土地利用分類對生態用地功能考慮不足的缺點，一定程度上實現了土地利用分類和城市用地分類等的數據關系銜接。本文在國土地類識別時采用GIS空間疊加對比分析法與歸并分類法相結合的方法，構建多源數據下的國土地類識別方法。以鶴壁市為例，識別其國土地類分布情況。

1）多源數據統一坐標系統和屬性結構。由于各部門的數據建立標準和形式差異化，需要對收集的數據進行標準化：對基礎數據進行投影轉換、統一坐標系統和屬性結構，按照統一坐標系統和屬性結構導入到國土地類識別基礎數據庫中。建立國土地類識別模型，對多源數據下國土地類空間進行地類識別。

2）數據疊加分析，完善數據屬性。通過ArcGIS平臺中GIS空間疊加分析法對統一好的數據進行空間疊加分析，構建多源數據下國土地類識別的基準單元，使得每個圖斑單元都具有多源數據屬性結構。

3）構建國土地類識別準則，解決多源數據地類轉換沖突問題。建立多種分類體系組合的國土地類識別方法：①對于符合國土空間規劃用地分類體系二級類的圖斑單元，直接依據國土地類轉換準則轉換為所對應的土地類型；②由于各類全域調查數據分類準則和調查情況不同，出現部分圖斑有多種不同地類組合情況，再依據國土地類分類定義，建立不同國土地類組合下的識別基準數據，對于部分符合國土空間規劃用地分類體系二級類的圖斑單元，依據第三次全國國土調查分類轉換為所對應的土地用地分類。

4）利用遙感影像數據對地類銜接準則識別和組合識別進行修正。遙感影像在國土地類銜接準則識別和組合地類識別后，剩余圖斑再次通過遙感影像來進行地類補充判讀。以耕地為例，根據國土地類識別準則，識別轉換為耕地的組合有以下幾種情況（表3），識別過程如圖1至圖6所示。

表3 國土地類識別準則（以耕地為例）

注：所有地類為該分類體系下的所有地類，其他地類為該分類體系下除轉換到耕地用地的地類后，剩余的為其他地類。

Note: All land types are all land types under the classification system, and other land categories are other land types except those converted to cultivated land under the classification system.

注：表達多源數據疊加后，形成每個圖斑的地類組合情況。該組合地類依據第三次全國國土調查分類—第二次全國國土調查分類—地理國情普查分類—城鄉用地分類—林業調查分類順序組合。下同。

圖2 依據銜接準則的耕地地類識別結果

圖3 依據組合識別數據的耕地地類識別

圖4 依據遙感影像數據修正的耕地地類識別結果

圖5 耕地地類識別結果

圖6 耕地地類分布情況

5）細碎地類圖斑融合。因為在空間疊加分析識別的過程中會產生破碎圖斑，破碎程度較高，需要與附近相同圖斑進行融合，對于耕地面積小于400 m2的圖斑采取細碎圖斑地類融合的處理辦法，其他地類細碎圖斑地類融合標準參照《第三次全國國土調查技術規程》，不能地類融合的獨立圖斑不予保留。

3.2 鶴壁市地類識別結果

根據上述方法對鶴壁市國土空間進行地類識別，依據識別結果和國土空間規劃用地分類體系對鶴壁市進行國土地類空間分析，其占地分布情況如圖7和表4所示。從鶴壁市國土地類面積來看，生態保護用地面積為453.95 km2，占研究區總面積的21.22%，農業生產生活用地面積為1 531.53 km2，占研究區總面積的71.54%，城鎮發展用地面積為121.06 km2，占研究區總面積的5.66%，區域設施用地面積為33.89 km2，占研究區總面積的1.58%。

從鶴壁市國土地類地域分布來看，生態保護用地主要集中在鶴壁市西部低山丘陵地區，以淇縣和市轄區為主，淇縣生態保護用地面積為212.31 km2，占生態保護用地總面積的46.77%，市轄區生態保護用地面積為188.58 km2，占生態保護用地總面積的41.54%，主要地類為林地和自然保留地；?？h地區生態保護用地零星分散，主要地類為河流、林地和濕地，占生態保護用地總面積的11.69%。

圖7 鶴壁市國土空間土地類型識別結果

表4 鶴壁市國土地類分布結構

農業生產生活用地主要集中在鶴壁市南部和東部地區，以浚縣和淇縣為主，?？h農業生產生活用地面積為869.11 km2，占農業生產用地56.75%，淇縣農業生產生活用地面積為325.25 km2，占農業生產用地總面積的21.24%，中部和南部地區地處華北平原地區，地勢平坦，土地集中連片且土地國家利用等級較高，適宜進行農業耕作，主要地類為耕地、園地、其他農用地和農業生活用地；市轄區農業生產生活用地面積為337.15 km2，占農業生產用地總面積的22.01%，市轄區北部和西部地區為低山丘陵地區，地形坡度較大，不適宜耕種，主要以耕地和農業生活用地為主。

城鎮發展用地主要集中在鶴壁市中部和北部地區，以市轄區為主，市轄區城鎮發展用地面積為68.89 km2，占城鎮發展用地總面積的56.91%，主要地類為城鎮工礦用地；淇縣和浚縣主要以農業生產為主，城鎮規模較小且與農業生產用地緊密相連，淇縣城鎮發展用地面積為29.70 km2，占城鎮發展用地總面積的24.53%，?？h城鎮發展用地面積為22.47 km2，占城鎮發展用地總數的18.56%。

區域設施用地作為連接各種用地的紐帶和區域服務，在鶴壁市均勻分布。市轄區區域設施用地面積為13.03 km2，占區域設施用地總面積的38.45%，淇縣區域設施用地面積為10.67 km2，占區域設施用地總面積的31.48%，浚縣區域設施用地面積為10.19 km2，占區域設施用地總面積的30.07%。

通過上述國土地類識別方法，開展鶴壁市國土地類地類判讀，將判讀結果與最新遙感影像套合分析，多源數據國土地類識別方法準確度較高，部分地類識別存在誤差，需要用高清影像進行更正判讀。

4 討 論

1）通過綜合分析多種國土調查分類體系，建立基于多源數據下國土空間地類識別的國土空間規劃用地分類體系。與現有的分類體系相比，建立了國土空間規劃用地分體系可以與多種國土調查分類體系地類進行銜接轉換，并且可以支持多源數據的疊加融合分析，為“三類空間”劃分及格局優化、“雙評價”等提供了數據支持。因國土空間具有多功能性，同時本研究建立的用地分類體系服務于空間規劃層次（五級三類）中的“總體規劃”層次，對于專項規劃和詳細規劃層次中的用地分類體系，還需要進一步對用地地類進行細化和分解，以滿足國土空間多功能、復合功能劃分、布局優化和立體空間管控的需要。

2）通過構建的多源土地分類數據轉換銜接準則，依據地類一致性、土地用途和功能主導性原則，實現了國土空間規劃用地分類體系與第三次全國國土調查土地分類、第二次全國國土調查土地分類、地理國情普查分類體系、林業調查分類體系和城鄉調查分類體系的有機銜接和轉換。但為進一步提高效率和普適性，還需要利用計算機技術手段，設計多種分類體系的地類銜接與轉換對應關系，并研發相應的轉換銜接模塊，實現多種分類體系地類動態鏈接和智能轉換。

3）開展了基于多源數據的國土地類融合識別方法的研究。現在研究國土地類識別方法大多通過單一遙感影像，利用ENVI等軟件開展決策樹分析法實現空間地類識別分析，此類方法在大數據情況下分類效率低，精準度不高。本研究采用GIS空間疊加分析方法，可以融合遙感、矢量等多源數據，根據國土地類銜接和轉換準則進行空間疊加和識別分析，提高了國土地類識別準確性和效率。但是考慮到專項規劃和詳細規劃層次的地類用地數據及立體空間劃分管控的需要，還需要進一步細化分類的單元尺度、細化融合單元尺度、綜合更高精度的多源數據，提高地類識別的精細度、準確度和可靠性。

5 結 論

1）本文基于土地利用現狀和主導功能視角構建了國土空間規劃用地分類體系，結合第三次全國國土調查土地分類，將鶴壁市國土用地分為4個一級類，11個二級類和45個三級類，其中一級類包括生態保護用地、農業生產生活用地、區域設施用地和城鎮發展用地。

2）開展國土空間規劃用地分類體系與多源數據分類體系地類銜接準則的研究，依據土地類型的一致性、土地用途的相似性和土地功能的主導性原則，探索國土空間規劃用地分類體系和多種國土調查分類體系的地類相互銜接轉換規則。

3）在國土地類融合識別方面，本文通過建立了基于多源數據的地類銜接轉換準則和融合識別方法，完成了鶴壁市國土空間規劃地類的科學識別。識別結果顯示，鶴壁市生態保護用地面積453.95 km2、農業生產生活用地面積1 531.53 km2、城鎮發展用地面積121.06 km2、區域設施用地面積33.89 km2。研究表明該方法能夠科學有效的對國土空間進行地類識別，為“三類空間”劃分與格局優化、“雙評價”、規劃編制工作提供了現勢可靠的基礎數據。

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Construction of land classification system and land type identification for territorial spatial planning based on multi-source data

Zhang Hebing, Li Minghui, Zhang Qinglei

(454000,)

Accurate, reliable and timely acquisition of data for spatial planning of land are prerequisite for the “dual evaluation” and “three types of spatial planning” division and pattern optimization, and the preparation of land and spatial planning. Current data of land surveys, urban and rural land usage, and various geographical classification systems have different classification standards and many data sources, so it is urgent to optimize of the land-use classification system, construct land classification conversion rules and identification methods based on multi-source data. This paper preliminary investigates the territorial planning and land classification system using the inductive comparison method. Compared with the former planning, the latest national territory planning system comprise by major functional area, land utilization and urban rural land planning. As the identification of territory classification is the basic data for land geo-spatial planning. This paper takes Hebi, Henan for example to construct the terrestrial spatial classification system and identifying terrestrial space types based on multi-source data. Hebi has large potential improvement and optimization in terms of ecological transformation and development motivation. Combined with the third national investigation of the territory classification, inductive comparison method is used to explore the classification system of territorial space and land transformation and convergence rules of the existing spatial classification system to achieve effective consecutive connection between municipal scale and multiple classification system based on the comprehensive comparative analysis method. Steps are as follows : firstly, unified coordinate system and attribute structure for multi-source data; secondly, through the spatial superposition analysis of GIS, the spatial superposition analysis of unified good data is carried out, and the reference unit of land class identification under multi-source data is constructed, so that each polygon unit has multi-source data attribute structure; thirdly, the criterion of national land class identification is constructed to solve the problem of land classification conversion conflict of multi-source data; finally, the convergence criterion and combination recognition of land classification are modified based on remote sensing image data. The results show that the land use spatial classification system is divided into four first-level categories: ecological protection land, land for agricultural production and living, land for urban development and regional facility land, 12 second-level categories and 45 third-level categories. This paper establishes the criteria of land class connection conversion and the method of fusion identification, and completes the identification of land classification for the land space planning based on the multi-source data. In 2017, the total land area of Hebi City is 2140.43 km2, the area of ecological protection land, land for agricultural production and living, land for urban development and the facility land are 453.95, 1531.53, 121.06 and 33.89 km2, respectively.This paper provides data support for Hebi City to carry out “ecological/agricultural/urban three types of space” division and pattern optimization, “dual evaluation”, and planning.

land use; planning; identification; land spatial; classification system; superposition analysis; multi-source data

2019-09-24

2020-02-21

河南省高?？萍紕撔氯瞬胖С钟媱潱ㄈ宋纳缈祁悾┵Y助（2019-cx-021）；河南省高校科技創新團隊支持計劃（18IRTSTHN008）；河南理工大學創新型科研團隊資助計劃（T2017-4）；河南省高等學校哲學社會科學應用研究重大項目（2019-YYZD-09）

張合兵，博士，教授。主要研究方向為土地資源管理、土地利用與規劃、生態評價等。Email：jzitzhb@hpu.edu.cn

10.11975/j.issn.1002-6819.2020.05.031

F301.2

A

1002-6819(2020)-05-0261-09

張合兵，李銘輝，張青磊. 基于多源數據的國土空間規劃用地分類體系構建和土地類型識別[J]. 農業工程學報，2020，36(5)：261－269. doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2020.05.031 http://www.tcsae.org

Zhang Hebing, Li Minghui, Zhang Qinglei. Construction of land classification system and land type identification for territorial spatial planning based on multi-source data[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2020, 36(5): 261－269. (in Chinese with English abstract) doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2020.05.031 http://www.tcsae.org