海域定級指標數(shù)據(jù)處理方法與實證

田松，賈后磊，涂植鳳

摘要：海域定級是海域評估理論體系的重要組成，對完善我國海域有償使用制度、統(tǒng)籌海洋經(jīng)濟與海洋環(huán)境和諧發(fā)展意義重大。海域定級指標體系構建是海域定級工作的核心環(huán)節(jié)。文章從指標體系評價因子自身屬性特性、數(shù)據(jù)獲取及處理難易程度、評價單元賦值合理性角度出發(fā)，對海域定級指標體系構建涉及的指標數(shù)據(jù)進行分類，按類型梳理各類指標數(shù)據(jù)的處理及賦值方法，并以廣州市為例，開展實證研究，以期為海域定級指標體系數(shù)據(jù)處理的規(guī)范化工作提供思路。

關鍵詞：海域定級;指標體系;網(wǎng)格賦值

中圖分類號：P74 ? ?文獻標志碼：A ? ?文章編號：1005-9857（2020）07-0003-07

The Indicator System Data Processing Method of Sea Area Grading

TIAN Song，JIA Houlei，TU Zhifeng

（South China Sea Institute of Planning and Environmental Research，SOA，Guangzhou 510310，China）

Abstract：The sea area grading is an important component of the theoretical system of sea area evaluation，which is of great significance to the improvement of the system of paid use of sea area in China and the harmonious development of marine economy and marine environment.The establishment of the index system of sea area grading is the most important component.According to the attribute characteristics of evaluation factor，the complexity of data acquisition and processing，the rationality of evaluation unit assignment，this paper classified the methods of index data classification，processing and assignment in the work of sea area grading and took Guangzhou city as an example to carry out empirical research，hoping to provide ideas for the standardization of the data processing of the indicator system of sea area grading.

Key words：Sea area grading，Indicator system，Grid assignment

0 引言

海域分等定級是一項具有中國特色的海域管理基礎性工作，是海域評估理論體系的重要組成部分[1-2]。《中華人民共和國海域使用管理法》確立了海域有償使用制度，規(guī)定“單位和個人使用海域，應當按照國務院的規(guī)定繳納海域使用金”。2007年，《財政部、國家海洋局關于加強海域使用金征收管理的通知》中指出“海域使用金統(tǒng)一按照用海類型、海域等別以及相應的海域使用金征收標準計算征收。”可見，海域等別是確定海域使用金的依據(jù)之一[1]。海域分等反映不同省（自治區(qū)、直轄市）間的海域使用綜合價值差異，海域定級反映不同省（自治區(qū)、直轄市）內(nèi)的海域使用綜合價值差異[3]。在海域分等的基礎上開展海域定級工作，可以充分體現(xiàn)宏觀海域到局部海域的資源空間分異，為實現(xiàn)海域資源市場化配置，建立符合海域資源價值規(guī)律的有償使用制度奠定基礎。

目前，海域定級的研究主要集中在海域定級類型、定級體系、定級方法、定級信息系統(tǒng)等方面[1-9]，對于指標數(shù)據(jù)處理方法的研究不多。本文依據(jù)《海域定級技術指引（試行）》（以下簡稱《指引》），基于構建的廣東省海域定級指標體系，重點介紹海域定級指標數(shù)據(jù)處理的思路及方法，并以廣州市為例開展實證研究，以期為廣東省海域定級工作提供技術依據(jù)。

1 海域定級指標體系的構建

1.1 海域定級指標體系類型

海域定級是沿海地區(qū)制定海域基準價的重要技術依據(jù)，其用海類型需和海域使用金征收標準中的用海類型保持一致[1]。最新頒布的《海域使用金征收標準》（2018）將用海方式劃分為25類，其中，區(qū)分海域等別的用海方式有15類。《指引》針對該15類用海方式，構建了6類指標體系，各指標體系所包含的用海方式見表1。

由表1可知，A類指標體系包含完全改變了海域自然屬性特征的用海方式，C類指標體系主要反映交通運輸用海特征，D類指標體系主要反映漁業(yè)用海特征，E類指標體系主要反映旅游娛樂用海特征。

1.2 廣東省海域定級指標體系構建

《指引》中規(guī)定海域定級指標體系分為定級因素和評價因子兩層，每個定級因素可包括多個評價因子。每類指標體系的定級因素層相同，評價因子層組成應根據(jù)各地海域特征確定。

定級因素層包括海域自然條件、海域資源利用程度、海域區(qū)位條件和用海適宜條件4個方面，其中，海域自然條件反映滿足不同用海的海域自然屬性特征，海域資源利用程度反映海灣、海岸線等特殊海洋資源的使用及影響程度，海域區(qū)位條件反映由空間距離不同導致用海收益明顯差異的地理性因素，用海適宜條件反映不同用海方式的用海適宜性條件。

基于《指引》中明確的因素層，結合廣東省海域特征，針對15類用海方式，考慮指標代表性、數(shù)據(jù)時效性、數(shù)據(jù)可獲得性等原則，經(jīng)優(yōu)化選取，構建廣東省海域定級指標體系中的評價因子層。其中：海域自然條件因素包括海岸質(zhì)量指數(shù)、海水質(zhì)量指數(shù)等7項評價因子;海域資源利用程度因素包括占用海灣指數(shù)、占用岸線指數(shù)和岸線稀缺指數(shù)3項評價因子;海域區(qū)位條件因素包括城區(qū)距離指數(shù)、海洋保護區(qū)距離指數(shù)和海濱浴場距離指數(shù)3項評價因子;用海適宜條件因素包括交通條件發(fā)達指數(shù)、毗鄰相同用地類型土地價格等13項評價因子，各評價因子的具體含義見表2。

2 海域定級指標數(shù)據(jù)處理方法

廣東省海域定級搜集資料包括：行政區(qū)劃、鐵路站點、機場、港口、旅游區(qū)、鹽田、海岸線、公路、人口、水深、海底底質(zhì)、環(huán)境監(jiān)測、海濱浴場、海洋保護區(qū)、海灣、基準地價、溫度等，資料來源主要為官方公布數(shù)據(jù)、統(tǒng)計年鑒、地方提供資料和出版的書籍等。

針對廣東省海域定級指標體系中的26項具體評價因子，綜合考慮其自身屬性特性、數(shù)據(jù)獲取及處理難易程度、評價單元賦值合理性等因素，可將其抽象為點狀地理實體、線狀地理實體和面狀地理實體3類。其中，點狀評價因子包括城區(qū)距離指數(shù)、交通條件發(fā)達指數(shù)等;線狀評價因子包括海岸質(zhì)量指數(shù)、海濱浴場距離指數(shù)等;面狀評價因子包括海水質(zhì)量指數(shù)、水深指數(shù)等。不同類型評價因子的數(shù)據(jù)預處理及賦值方式不同。

2.1 評價因子數(shù)據(jù)預處理

2.1.1 點狀評價因子

點狀評價因子預處理方式基本一致：①利用GIS軟件，疊加遙感影像，基于百度/高德等地圖服務和相關搜集資料，定位、提取各地理實體點位置，形成GIS數(shù)據(jù)格式的點狀評價因子矢量數(shù)據(jù);②錄入相關屬性信息。

2.1.2 線狀評價因子

除占用岸線指數(shù)和交通條件發(fā)達指數(shù)（道路）外，其余線狀評價因子處理方式基本一致：①基于海岸線數(shù)據(jù)及搜集資料，利用GIS軟件，建立海岸線數(shù)據(jù)與搜集資料的空間關聯(lián)或屬性關聯(lián);②為海岸線數(shù)據(jù)錄入相關屬性值，形成線狀評價因子矢量數(shù)據(jù)。

2.1.3 面狀評價因子

面狀評價因子處理方式各不相同，總體思路為：基于搜集資料，利用GIS軟件，通過空間插值、配準矢量化、建模等方式，制作面狀評價因子矢量數(shù)據(jù)。

2.2 海域定級評價單元賦值方法

評價單元是指將縣（市、區(qū)）管轄海域按照規(guī)定比例劃分為同樣大小的若干更小區(qū)域。一般采用標準網(wǎng)格法，將海域劃分成若干正方形，網(wǎng)格尺寸根據(jù)實際情況設定，一般設定為1 km×1 km，2 km×2 km或5 km×5 km。

海域評價單元（網(wǎng)格）構建后，需基于海域定級指標體系，根據(jù)海域自然條件、海域資源利用程度、海域區(qū)位條件和用海適宜條件，對網(wǎng)格進行賦值。賦值方法為：計算網(wǎng)格質(zhì)心到點、線、面狀地理實體的距離，建立網(wǎng)格與地理實體的空間關聯(lián)，依據(jù)《指引》評價因子參考分值，綜合考慮距離衰減及地理實體資源稟賦、海域使用收益差異，確定網(wǎng)格分值。但因數(shù)據(jù)類型不同，三類評價因子的網(wǎng)格賦值方法也有所不同。

2.2.1 點狀評價因子網(wǎng)格賦值

設點狀地理實體由P={p1，p2，…，pz}表示，網(wǎng)格數(shù)據(jù)由G={g1，g2，…，gn}表示，gk∈G，則網(wǎng)格gk的賦值方式如下：Vk=val（pr）dis（ck，pr）q

（1）

dis（ck，pr）=min[dis（ck，P）]

（2）式中：Vk為網(wǎng)格gk的因子分值;ck為gk的質(zhì)心;pr表示距離gk最近的點狀地理實體;val（）為求取因子分值公式，val（pr）表示pr的因子分值，反映其資源稟賦差異及海域使用收益差異;dis（）為求取歐式距離公式;min（）為計算最小值公式;q為距離衰減系數(shù);pr為距離網(wǎng)格質(zhì)心ck最近的點狀地理實體。

2.2.2 線狀評價因子網(wǎng)格賦值

設線狀地理實體由L={l1，l2，…，lz}表示，網(wǎng)格數(shù)據(jù)由G={g1，g2，…，gn}表示，gk∈G，則網(wǎng)格gk的賦值方式如下：Vk=ci=1val（li）×len（gk∩li）ci=1len（gk∩li），gk∩L≠

val（lr）dis（gk，lr）q， gk∩L=

dis（gk，lr）=min[dis（gk，L）]

（3）式中：Vk為網(wǎng)格gk的因子分值;∩表示空間求交;len（）為求取長度公式，len（gk∩li）表示被網(wǎng)格gk截斷的線狀地理實體li的長度;li∈L;c表示L中與gk相交的線狀地理實體的數(shù)量;lr表示距離gk質(zhì)心最近的線狀地理實體;q為距離衰減系數(shù)。

式（3）表明，網(wǎng)格與線狀評價因子相交時，綜合考慮網(wǎng)格內(nèi)線狀評價因子的長度比例和因子分值，作為網(wǎng)格的因子分值;不相交時，將距離網(wǎng)格質(zhì)心最近的線狀評價因子的因子分值作為網(wǎng)格的因子分值，同時考慮距離衰減影響。

2.2.3 面狀評價因子網(wǎng)格賦值

設面狀地理實體由S={s1，s2，…，sz}表示，網(wǎng)格數(shù)據(jù)由G={g1，g2，…，gn}表示，gk∈G，則網(wǎng)格gk的賦值方式如下：Vk=ci=1val（si）×area（gk∩si）ci=1area（gk∩si），gk∩S≠

val（sr）dis（gk，sr）q， gk∩S=

dis（gk，sr）=min[dis（gk，S）]

（4）式中：Vk為網(wǎng)格gk的因子分值;area（）為求取面積公式，area（gk∩si）表示被網(wǎng)格gk截斷的面狀地理實體si的面積，si∈S;c表示S中與gk相交的面狀地理實體的數(shù)量;sr表示距離gk質(zhì)心最近的面狀地理實體;q為距離衰減系數(shù)。

式（4）表明，網(wǎng)格與面狀評價因子相交時，綜合考慮網(wǎng)格內(nèi)的評價因子的面積比例和因子分值，作為網(wǎng)格的因子分值;不相交時，將距離網(wǎng)格質(zhì)心最近的面狀評價因子的因子分值作為網(wǎng)格的因子分值，同時考慮距離衰減影響。

2.3 指標數(shù)據(jù)標準化

由于不同評價因子具有不同的單位和不同的變異程度，為了消除量綱影響和變量自身變異大小和數(shù)值大小的影響，需對指標數(shù)據(jù)進行標準化處理。根據(jù)數(shù)據(jù)類型不同，可選擇不同的標準化處理方法，一般采用極值標準化方法，對于指標值處于多個不同數(shù)量級的指標，可采用極值對數(shù)標準化，對于無數(shù)量形式的評價因子，可采用賦值標準化，如海岸質(zhì)量指數(shù)、海水質(zhì)量指數(shù)、底質(zhì)質(zhì)量指數(shù)等指標，作用分值是通過賦值得到，賦值時按照0～1取值，具體詳見《指引》。

3 海域定級指標數(shù)據(jù)處理方法的實證

為檢驗上述數(shù)據(jù)處理方法的可行性，以廣州市為例，對獲取的各評價因子的數(shù)據(jù)進行處理。

廣州市是廣東省省會，位于廣東省中南部，珠江三角洲的北緣，接近珠江流域下游入海口。全市行政區(qū)劃分為越秀、海珠等11 個區(qū)，其中黃埔、番禺、南沙和增城4個區(qū)擁有海岸線和海域，所轄海域面積約492 km2（包含海島），大陸海岸線長度約為209.9 km，主要包括人工岸線、河口岸線和少部分生物岸線。廣州市現(xiàn)有海島14個，分布于黃埔區(qū)、番禺區(qū)和南沙區(qū)，其中，有居民海島5個，分別為大吉沙、海鷗島、小虎島、沙仔島和龍穴島。

基于廣州市海洋功能區(qū)劃，確定廣州市定級范圍，定級單元采用標準網(wǎng)格法，網(wǎng)格尺寸為1 km×1 km，共664個定級評價單元。對獲得的26個評價因子數(shù)據(jù)進行了處理和驗證，限于篇幅，本文僅以城區(qū)距離指數(shù)、占用岸線指數(shù)、水深指數(shù)為例（點、線、面評價因子各1個），利用GIS軟件，按本文2.1所述方法，對評價因子數(shù)據(jù)進行預處理，按2.2節(jié)賦值方法進行定級評價單元賦值，按2.3節(jié)方法對網(wǎng)格數(shù)據(jù)進行標準化處理。其中，城區(qū)距離指數(shù)和占用岸線指數(shù)采用賦值標準化，水深指數(shù)采用極值標準化。標準化處理后，利用Natural Breaks（Jenks）方法對網(wǎng)格進行分類，各分為6級，得到如圖1結果。

根據(jù)式（1）和式（3）可知，點狀評價因子和線狀評價因子進行網(wǎng)格賦值時，考慮距離衰減因素，格網(wǎng)距離評價因子越遠，分值越低。從圖1（a）和圖1（b）可以看出，網(wǎng)格分值隨距離增加而逐漸遞減的規(guī)律。水深指數(shù)的網(wǎng)格分值可以直接反映面狀評價因子自身的特性。為反映水深數(shù)據(jù)近岸淺遠岸深的變化，本文未對水深做取倒數(shù)處理。圖1（c）反映了水深的變化規(guī)律。由上可知，本文所述方法可行有效。

4 結論

海域定級作為海域評估理論體系的重要組成部分，是一項具有中國特色的海域管理工作，是完善我國海域有償使用制度、統(tǒng)籌海洋經(jīng)濟與海洋環(huán)境和諧發(fā)展的重要舉措。海域定級是一項系統(tǒng)工程，包括資料搜集整理、指標體系構建、綜合分值計算、級別劃分、級別校核等環(huán)節(jié)，各個環(huán)節(jié)相互作用、相互影響。指標體系構建及網(wǎng)格賦值作為海域等級工作中至關重要的一個環(huán)節(jié)，其科學性、合理性和可操作性，直接影響評價結果的準確性和實用性。

本文從指標體系評價因子自身屬性特性、數(shù)據(jù)處理難易程度、評價單元賦值合理性角度出發(fā)，將《指引》確定的26個評價因子分成三類（點、線、面），分別闡述了三類評價因子的數(shù)據(jù)預處理方式、評價單元賦值方法和數(shù)據(jù)標準化等內(nèi)容，并以廣州市為例，驗證了指標數(shù)據(jù)處理方法的可行性，以期為海域定級指標數(shù)據(jù)處理的規(guī)范化工作提供思路。然而，海域定級研究涉及內(nèi)容較多，諸多方面需要進一步研究討論，如指標權重確定、網(wǎng)格聚類分析、距離衰減對定級結果的影響分析等，將是下一步需要深入研究的重點內(nèi)容。

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基金項目：廣東省促進經(jīng)濟高質(zhì)量發(fā)展專項資金海洋經(jīng)濟發(fā)展項目（GDOE[2019]A46）.

作者簡介：田松，工程師，博士研究生，研究方向為GIS算法研究

通信作者：賈后磊，教授級高工，碩士，研究方向為海洋資源開發(fā)與保護、海域綜合管理