总报告GIS支持下的农用地适宜性评价研究渚州.docx
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总报告GIS支持下的农用地适宜性评价研究渚州
GIS支持下的土地适宜性评价研究
—以渚州为例
专业：
资源环境与城乡规划管理
摘要：
土地适应性评价就是评定土地对于某种用途是否适宜以及适宜性评价，它是进行土地利用决策，确定土地利用方向的基本依据，是近20年来土地资源研究的主要内容。
农用地适宜性是土地适宜性评价的主要内容之一，通过对用于农业生产的土地进行适宜性等级的划分，揭示其作为农用地的适宜性大小，从而为摘要：
土地适宜性评价就是评定土地对于某种用途是否适宜以及适宜的程度，调整和优化土地利用结构，制定合理的土地开发整理规划提供科学依据。
本次研究将地理信息系统和数学评价模型相结合，以渚州的农用地作为评价对象，评价单元选取的是精度为30m×30m的栅格数据。
根据研究区域的实际情况，遵循评价因子选取的原则，选定了海拔、坡向、坡度、水源灌溉、交通等级和交通通达性六个评价因子作为农用地适宜性的评价体系。
利用地理信息系统的空间数据库技术建立了研究区域的土地适宜性评价数据库，在评价数据库的基础上，借助GIS的叠加分析、栅格数据聚类分析、DEM地形分析和缓冲区分析等空间分析功能，获取了研究区域的评价因子专题层。
利用层次分析法、限制性因素法和加权指数和法模型对研究区域的农用地进行了适宜性等级的评价。
关键词：
适宜性评价；农用地；地理信息系统；空间分析；
目录
第一章前言及基础理论
１．１ 问题的提出…………………………………………………………………………
１.２ 国内外研究动态…………………………………………………………………………
１.２．１ 国外研究状况…………………………………………………………………
１.２.２ 我国土地适宜性评价的发展…………………………………………………
１.３ 研究方法及技术路线…………………………………………………………………
１.３.１ 评价因子体系的构建及权重的确定………………………………………
１.３.２ 评价方法及模型…………………………………………………………………１.３.３ 评价单元的划分………………………………………………………………
１.３.４ 适宜性评价结果的应用………………………………………………………
１.４ 研究内容…………………………………………………………………………………
１.５ 研究技术路线……………………………………………………………………………
１.６ 研究技术方法…………………………………………………………………………
１.６.１层次分析法………………………………………………………………………
１.６.２GIS与空间分析……………………………………………………………
１.７ 研究区域概况…………………………………………………………………………
第二章农用地适宜性评价数据库的建立
２.１ 数据搜集………………………………………………………………………………
２.２数据建库实现……………………………………………………………………………
第三章土地适宜性评价技术与方法
３.１ 评价目标的确定…………………………………………………………………………
３.２ 评价体系的拟定…………………………………………………………………………
３.３ 评价因子的选取…………………………………………………………………………
３.４评价因子数据获取………………………………………………………………………
３.４.１评价因子权重的确定………………………………………………………………
３.４.２评价因子专题数据生成……………………………………………………………
第四章评价分析模型与结果分析
４．１ 评价分析模型……………………………………………………………………………
４．２评价结果分析……………………………………………………………………………
４.２.１耕地适宜性评价结果分析……………………………………………………
４.２.２ 园地适宜性评价结果分析………………………………………………………
４.２.３ 林地适宜性评价结果分析………………………………………………………
４．３ 调整建议…………………………………………………………………………………
第五章 结论
第一章前言及基础理论
１.１ 问题的提出
近些年来，随着人们对土地适宜性评价研究的不断增多，不同专家学者对土地适宜性评价的定义不尽相同。
土地适宜性评价是利用相关的自然、经济、社会和技术数据，对土地进行最佳利用的评价，以及特殊目的的评价。
根据土地适宜性评价的属性范围来划分，有综合性的评价和单项性的评价。
土地适宜性评价是最普遍和最常用的一种土地评价，是土地潜力评价的进一步发展。
广义的土地适宜性评价就是根据某种利用方式的特定要求，确定最适合的土地公利用方式。
土地适宜性评价是根据土地的自然和社会经济属性，研究土地对某一现状用途或预定用途的适宜程度。
是指某块土地针对这类特定利用方式是否适宜；如果适宜，其程度如何，做出等级的评定（兒绍祥，１９９９）。
土地资源是进行农业生产的最基本的物质条件。
农业生产同土地和自然环境的关系特别密切。
没有土地就没有农业生产。
在农业生产中，土地不仅被当作基地、立足点和空间操作场所而发挥作用，而且被当作极其重要的劳动对象和劳动资料而发挥作用，是最重要的不可替代的基本生产资料（陈勇，２００４）。
因此，“十分珍惜和合理利用每一寸土地，切实保护耕地”是我国一项基本国策。
在农业生产发展的历史中，很大程度上就是人类利用和改造土地的历史。
在传统农业向现代农业发展的转化过程中，农用地的土地利用方式是多样的，但是总体目标是寻求一条符合客观规律和可持续发展的道路（关涛，２００２）。
土地资源客观存在的有限性在人类发展的早期，人口规模小，生产活动范围小，强度不大。
人多地少，可谓“地大物博”。
然而，随着人口增加，大工业，大城市的发展，土地的有限性逐渐显露出来，产生了耕地锐减、林地缩小、生态破坏、水土流失问题等土地利用问题。
土地资源作为资源的重要组成部分和核心内容，在我国社会主义市场经济体制下，也将作为不可替代的生产要素趋于市场化。
土地利用空间布局合理与否取决于土地利用方式与土地自然构成要素空间分布的合理程度，即土地利用是否与土地自然要素的客观要求相一致，从这一点上来说，实现土地资源持续利用便是保持土地利用适宜性在时间上的延续（张凤荣等，２００３）。
农用地适宜性研究是县域土地利用总体规划编制的需要。
农用地资源是县域土地资源的重要组成部分。
农用地资源优化配置在现阶段人地矛盾突出的时期，优化土地利用结构，提高单位土地的利用率，实现经济效益、社会效益、生态效益的最优化是土地可持续利用、经济可持续发展的重要保障。
以适宜性评价结果为依据，将土地资源与其空间分布相结合，从空间适宜性角度深入探讨土地资源地域差异性，在此基础上进行土地资源优化配置研究，有较高的精度和效率，代表了土地资源优化配置研究的方向，为土地利用规划编制提供了有力的参考依据。
土地资源具有自然特性、社会特性和生态特性，并且它们互相交融，这就决定了土地资源系统是一个包含有庞大信息的巨大系统。
农用地作为土地资源二系统的一个子系统，具有独特的系统特征，用传统搜集和处理信息的技术和手段，已经不能满足农用地土地利用科学管理的需求，计算机技术与GIS技术等飞速发展为此提供了强有力的分析手段和决策辅助工具。
将GIS技术与土地适宜性评价相结合，不仅使得评价流程简单科学化，而且评价结果更加直观化。
１.２ 国内外研究动态
１.２．１ 国外研究状况
早期的土地评价主要用于赋税（见表１）。
１９６１年，美国农业部土壤保持局正式颁布了土地潜力分类系统。
这是世界上第一个较为全面的土地评价系统。
继美国之后，加拿大（１９６３）和英国土壤调查局（１９６９）相继推出了各自的土地潜力分类系统。
澳大利亚的土地适宜性评价也是从最初的土地调查和土地潜力评价发展而来的。
１９５９年以来，日本农林部领导完成的标准化土壤调查和评价，是一种以土壤对作物生产的限制作用为依据的、实用性的土地分级。
２０世纪６０年代末期前苏联国家的土地生产分类：
土地类、土地等、土地级和土地种。
实际上它们都属于土地适宜性评价。
这一时期，土地评价都是结合土地清查而进行的，评价考虑的是土地自然属性的变化，未能指出土地对特定作物的适宜性和土地的最佳利用方式。
７０年代，随着更广泛的资源调查和遥感等技术手段的应用，土地研究开始从土地清查走向真正的土地评价。
联合国粮农组织在１９７６年正式颁布的《土地评价纲要》中，从土地的适宜性角度出发，分为纲、类、亚类和单元４级，明天提出了土地评价转向特殊目的的土地评价，评价结果不仅揭示了土地的生产潜力，更重要的是针对某种土地利用方式来进行，反映土地的最佳利用方式和适宜性程度。
８０年代，由于学科间的交叉渗透与横向移植以及计算机的广泛应用，土地适宜性评价愈加向综合定量化、精确化的方向发展。
加拿大的杜曼斯基和斯图尔特发展了联合国粮农组织的农业生态区计划方法，用来预测加拿大作物生产潜力并估价土地对各种作物的适宜性。
９０年代以后，各国的土地适宜性评价，实际上已形成适宜性评价与土地潜力评价的结合。
表１国外研究状况
时期
代表性研究
国家或地区（组织）
方法、目标
３０年代
①《农地评价条例》
②《期托利指数分级》
德国
美国
主要用于赋税目的
６０年代
①标准化土壤调查和评价
②土地生成分类
③土地潜力分类系统
日本
前苏联
美国
开始以合理利用土地为目的，但未指出特定作物的适宜性
７０年代
①《土地评价纲要》
②土地适宜性及分类系统
ＦＡＯ
荷兰
已经从一般目的转向特殊目的的土地评价
８０年代
①土地评价和立地系统
②作物生产潜力适宜性评价
美国
加拿大
通过土壤和气候因素对作物影响的土地适宜性评价
９０年代以来
①《可持土地利用纲要》
②决策支持系统
ＦＡＯ
巴西
多学科交叉研究和“３Ｓ”技术应用的土地适宜性评价
１.２.２ 我国土地适宜性评价的发展
我国较系统的土地评价工作始于２０世纪５０年代的荒地资源考察研究。
这一时期的土地评价尚处于起步阶段，多为定性分析。
６０年代初形成了两套荒地评价分类系统，一个是农垦部荒地勘设计院拟定的全国荒地分类系统，采用区、副区、等、级的４级分类对全国荒地进行了评价和分类；另一个是中科院考会提出的土地类、土地亚类、土地等、土地组的４级分类系统。
这个体系没有社会和经济的分析，只是一种自然评价。
我国综合性的土地适宜性评价始于７０年代后期，为建立适合中国国情的土地评价系统，评价的范围己由荒地发展到了整个农用地。
随着国外评价方法和系统的引入，此时主要形成了两个全国性的土地评价系统。
一个是全国第二次土壤普查所采用的土地评价系统，根据土地的适宜性和限制性，将全国的土地分为８级，从１级到８级，土地的适宜性逐渐降低，而限制性逐渐增强，在这一评价体系的指导下，完成了全国第二次土壤普查任务；另一个是中科院考会为编制《中国１：
１００万土地资源图》而拟定的土地资源分类系统，该体系采用５级分类制，即土地潜力区、土地适宜类、土地质量、土地限制型和土地资源单位。
把全国划分为９个土地潜力区，８个土地适宜类和１０个土地限制型。
８０年代以后，区域性和单项性的土地适宜性评价也得到了很大的发展。
１.３ 研究方法及技术路线
根据《中华人民共和国土地管理法》规定，农用地是指直接用于农业生产的土地，包括耕地、园地、林地、草地、农田水利用地、养殖水面等。
“GB/T21010-2007土地利用现状分类标准”中指出，耕地包括灌溉水田、水浇地、旱地,我们小组这次做的就是土地的适宜性评价。
农用土地适宜性评价是土地资源评价的一种类型，其基本原理是在现有生产力经营水平和农业耕作利用方式条件下，以土地自然要素与社会经济要素相结合作为评价因子，采用科学方法和综合分析土地各构成要素对作物生长的适应性与限制性，以此反映土地对作物的适宜程度、质量高低及其限制强度，从而对农用地进行分类定级。
近20多年来，农用地适宜性评价主要围绕评价因子体系建立、评价模型及评价方法、评价单元、评价技术手段以及评价结果应用进行研究。
土地适宜性评价就是建立在上面的农用地的适宜性评价的基础之上的。
１.３.１ 评价因子体系的构建及权重的确定
参评因子的选取是土地适宜性评价的关键，它直接影响评价结果的可靠性和准确性。
综合许多学者在对土地适宜性评价研究时在因子选取方面遵循的原则，归纳有以下几点
①选取评价区内差异较大，相关性较小的因子，如海拔高度与热量条件之间的相关性极为显著，考虑到海拔高度的数据比较容易获取，故选择前者；
②选取那些对研究区耕地生产力起长期、主导作用的因子，但是对耕生产影响大、变化规律明显的不稳定性因子也应该考虑；
③要考虑数据的可得性，为实现定量评价，尽可能选择可测量的因子，同时还要考虑国家当前的土地利用政策。
耕地适宜性因子的构建主要以影响生产力的自然条件和社会经济条件作为参评因子
④土地各构成因素有定量和定性因素之分，评价因子应该尽量选择可量化的因素，以减少主观成分对评价结果的影响。
在因子权重确定方面，主要采用的方法有专家分析法和层次分析法。
在我们的报告里使用的是层次分析法。
１.３.２ 评价方法及模型
耕地适宜性评价的方法有很多种。
联合国粮农组织专门制定了一套比较系统的土地适宜性评价方法和程序，但主要是偏重于定性评价，容易“以点代面”，特别是进行大规模地区的土地适宜性评价时，不容易进行展开。
80年代末，随着计算机技术、地理信息系统、遥感和专家系统等技术的发展，将传统的评级方法进行发展和应用，在土地适宜性评价上取得了很大的进步，同时数理统计方法也开始应用于土地资源的评价，使得土地适宜性评价的方法走向定量化、信息化和精确化。
现在常用的评价方法有加权指数和法、主成分分析法、关联度分析法、模糊集合综合评价法、模糊神经网络方法、聚类分析法、物元分析法等。
①加权指数和法：
在土地适宜性评价中，最经典的、最常采用的评价方法。
加权指数和法是在确定各参评因子权重的基础上，将每个单元针对各不同适宜类所得到各参评因子等级指数分别乘以各自的权重值，然后进行累加分别得到每个评价单元的适宜类和适宜级别。
②主成分分析法：
土地适宜性评价往往涉及大量的相互关联的自然和社会经济要素，众多的要素常常给评价模型的构造带来很大的困难，因此我们在选择评价要素的时候，有必要删减某些数据而保留必要的信息。
主成分分析是通过数理统计分析，求得各要素之间线性关系的实质上有意义上的表达式，将众多要素的信息压缩表达为若干具有代表性的合成变量，这就克服了变量选择时的冗余和相关，然后选择信息最丰富的少数因子进行聚类分析，构造应用模型。
③模糊综合评价法：
把模糊综合评判法用于土地适宜性评估，使得评估结果更加真实，与土地实际状况更吻合，有利于更好的利用有限的土地资源。
④模糊神经网络法：
将模糊逻辑和神经网络结合成一个系统进行研究，并称其为模糊神经网络或模糊神经系统。
模糊神经网络可以部分或全部地克服一般神经网络规则隐含、难于理解的缺点。
隶属函数和隶属度是模糊方法的核心，隶属度用来描述元素对模糊集合的隶属程度。
在土地适宜性评价中，用隶属度描述因子值对级别的隶属程度，在评价结果中，隶属度用以描述地块单元对级别的隶属程度。
模糊系统应用于土地评价需要解决的问题：
①如何合理确定隶属函数②如何合理制定模糊规则。
⑤物元分析法：
物元分析是系统科学、思维科学与数学交叉的边缘学科，是贯穿自然科学和社会科学应用广泛的横断学科。
它可以将复杂问题抽象为形象化模型，并利用这些模型研究基本理论，提出相应的应用方法。
利用物元分析法可以建立多指标性能参数的质量评定模型，并能以定量的数值表示评定结果从而较完整的反映事物质量的综合水平。
除此之外，其他学者还采用了还有一些其他方法进行土地适宜性评价，如：
杨子生利用土壤流失方程评定了各类耕地的适宜性和持续性等级等等。
１.３.３ 评价单元的划分
土地评价单元是性状比较一致的独立的土地单元，是各个评价因子综合迭加而成的最基本单元（凌云川，２００７）。
目前耕地适宜性评价中评价单元的划分方法较常见的主要有四种：
一是以土壤类型图斑为评价单元，二是以土地类型图图斑为评价单元，三是以土地利用现状图图斑为评价单元，四是以一定大小的栅格作为一个基本的评价单元，四种方法有可取之处和不同程度的缺陷。
土壤类型图图斑保证了各单元的土壤类型的一致性，但是不能保证各评价单元在气候、地形、水文等方面的一致性；土地类型图图斑综合考虑了土壤、气候、地形、水文等因素，但是没有考虑土地利用因素，而土地适宜性评价恰恰是针对土地特定用途展开的，因此这方法不尽科学以土地利用类型为评价单元，虽然综合的考虑了上述因素，保证了评价单元的界线在地面上与地块完全分布一致，但是一些大面积的耕地、林地、园地等内部差异较大，只能保证其利用类型的一致性，而图斑所需要的土地特殊信息量不足（徐永辉等，２０００）。
由于我们学习小组所得到的渚州相关土地数据有限，经过综合比较和建立的评价数据库，我们7采用栅格作为基本的评价单元。
为了提高评价的精度和准确性我们确定栅格的精度是30m×30m。
１.３.４ 适宜性评价结果的应用
土地的适宜性评价结果主要应用于土地的优化布局研究中。
土地资源优化配置的基本任务之一就是对比分析土地利用现状与土地质量结构的对应匹配关系，确定土地利用调整对象和重点，初步提出土地利用优化配置的目标。
因此土地适宜性评价的结果为土地资源的优化配置提供了最根本的布局依据。
本文在研究农用地适宜性评价的时候根据研究区域的实际情况，综合其他各方面的因素，选取层次分析法进行因子权重的确定，在GIS技术的支持下准确的获取评价数据和确定评价单元，但是由于参评因子之间是相互独立的，某些指标在一定条件下可能对农用地的适宜度为零，如坡度大于25的土地必须退耕还林，但在GIS支持下进行图形叠加时候，若其他评价指标均适宜，可能最终得到的评价结果为适宜或临界适宜，为避免这种情况的发生，我们在评价时将加权指数和法与限制性因素法相结合，选取仁兆镇为例，进行耕地适宜性评价。
１.４ 研究内容
本文的研究内容主要包括以下几个方面：
①根据研究区域的实际情况和数据搜集的完备程度，建立研究区域耕地适宜性评价因子体系。
②利用层次分析法和数学分析软件得到研究区域的评价因子的权重值。
③借助GIS技术构建农用地适宜性评价数据库，并在评价数据库的基础上采用空间分析方法，如空间查询法、缓冲区分析法、空间叠加分析等方法从评价数据库中提取评价因子专题数据。
④利用综合评价模型对研究区域的农用地进行适宜性评价。
１.５ 研究技术路线
本文以渚州土地资源作为研究对象，在地理信息系统技术的支持下，建立评价目标的适宜性评价数据库，利用层次分析法构建土地适宜性评价体系和确定因子权重，根据综合评价模型得到研究区域的耕地、林地、园地适宜性评价结果，适宜性评价结果可以为政府部门进行土地利用调整提供参考信息，具体流程见图1－1。
１.６． 研究技术方法
１.６.１层次分析法
层次分析法（简称AHP）是美国运筹学家A.L.Saaty教授于二十世纪80年代提出的一种实用的多方案或多目标的决策方案方法。
它的基本思想是运用系统分析方法建立层次根系模型，根据决策判定量化原则，对评价指标进行两两比较和重要性评分，建立判断矩阵，用方根法或乘幂法对评价指标向量归一化处理后，用一致性指标CR检验评价指标权重判断矩阵有无逻辑混乱，无则具有满意的一致性，有则需要调整判断矩阵。
层次分析法的基本步骤包涵以下几个过程：
（1）明确问题：
首先弄清楚研究问题的范围、目的、要求和所能掌握的原始信息，其中最主要的两点是决策者要求分析者回答什么问题和分析者从决策者和其他来源能够获取什么样的资料和数据等原始信息。
（2）划分和选定有关因素：
在明确问题的基础上，弄清所要决策的问题将要涉及到的主要因素。
（3）建立系统的递接层次结构：
将所面临的问题中包涵的因素划分为不同的层次，如目标层、准则层、指标层、方案层、措施层等等，用框图形式说明层次的递接结构和因素的从属关系。
（4）构造判断矩阵：
在同一层次上的各因素，按照优良程度或重要性程度可以划分为若干等级，赋以定量值。
一般采用5级定量法进行赋值，即相等、弱、强、很强、极强，相应的赋值也可以是1，3，5，7，9，如表2－1所示。
有时候采用的5级定量赋值精度不是很高，有时候还可以考虑进行内插，形成1－9级分级。
重要程度或优良程度
赋值
说明
两个因素同样重要，或者一样好
1
两个因素对某些性质有相同的贡献
某个因素对另一个因素弱重要，或稍好
3
从经验判断，某个因素稍重要于另一个因素
某个因素对另一个因素较重要，或较好
5
从经验判断，某个因素偏重要于另一个因素
某个因素对另一个因素很重要，或很好
7
在实践中显示出某个因素占有主导地位，比另一个因素最强烈重要或很好
某个因素对另一个因素极重要，或极好
9
这是判断的最高等级，两因素中某个因素占有绝对重要的地位
至于一个元素比另一个元素为次要，则其定量赋值可取上述1、3、5、7、9的倒数。
进行定量分级后，建立判断矩阵。
对某一层次的因素比如有A1,A2...An，于是就可以建立一个判断矩阵，见表2－2。
甲因素
乙因素
A1A2…Ai…An
A1
A2
…
Ai
…
An
a11a12…a1i…a1n
a21a22…a2i…a2n
…………
ai1ai2…aii…ain
…………
an1an2…ani…ann
矩阵中的赋值aij表示甲因素对乙因素的重要程度的赋值。
这些赋值的根据或者来源，可以是有决策者直接提供，或由决策者同分析者对话来确定，或由分析者通过各种技术咨询获取，或者通过其他合适的途径来酌定。
（5）检验判断矩阵的一致性并修正判断矩阵：
第一步求出检验的体验指标CI（2.2.1.1）其中n为判断矩阵的维数；λmax为判断矩阵的最大特征值。
第二步：
求出平均随机一致性指标RI，单层次判断矩阵的平均一致性指标随矩阵的维数而变动，其取值如表2－3。
矩阵维数
1
2
3
4
5
6
7
8
9
RI
0.00
0.00
0.58
0.90
1.12
1.24
1.32
1.41
1.45
第三步：
求出相对一致性指标CR（2.2.1.2），CR值小于0.1则一致性好；如果大于0.1则不好，需要重新调整判断矩阵。
（6）确定各层中各因素的优先次序：
在通过一致性检验后的判断矩阵基础上就可以得到表征各个因素A1,A2，…，An优先次序的权系数。
１.６.２GIS与空间分析
空间分析是地理信息系统的核心功能之一，它特有的对地理信息（特别是隐含信息）的提取、表现和传输功能，是地理信息系统区别于一般信息系统的主要功能特征。
空间分析是分析空间数据有关技术的统称，根据作用数据的不同可以分为：
①基于空间图形数据的分析运算；
②基于非空间属性数据运算；
③空间和非空间数据的联合运算。
空间分析的目的是解决某类与地理空间相关的问题，以地理空间数据库为基础，运用包括几何的逻辑运算、数理统计分析与代数运算等手段，提取和传输地理空间信息，特别是隐含信息，以辅助决策。
下面介绍几种在本研究中应用的主要的几种空间分析方法。
１.６.２.１ 空间查询
图形与属性互查是最常用的查询，主要有两类：
第一类是按属性信息的要求来定位空间位置，称为“属性查图形”。
第二类是根
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