浅析GIS技术在低丘缓坡建设适宜性评价中的应用

古艳　余万军

[摘 要] GIS本身具有强大的空间数据运算和分析能力，是对图像和属性数据进行综合分析的重要工具。GIS在低丘缓坡建设用地适宜性评价中的应用主要包括建立空间数据库、适宜性叠加分析和评价成果的表达三大模块。GIS技术为低丘缓坡建设用地适宜性评价研究工作提供了工作平台和技术支持。但GIS技术应用于低丘缓坡适宜性评价中还处于初步研究阶段，并没有真正的与地理信息系统结合起来，多数只是将其作为辅助计算工具，未来研究发展的一个趋势就是应用地理信息系统或者以地理信息系统为平台进行二次开发来进行低丘缓坡土地适宜性评价。

[关键词] GIS；低丘缓坡；建设用地适宜性评价；应用

[中图分类号] F301.2 [文献标识码] B

一、引言

随着我国社会经济以及城镇化的加速发展，土地资源的供需矛盾引起了建设用地乱占耕地、生态环境恶化等一系列问题，严重威胁着国家粮食安全和土地的可持续发展。要解决这一问题，应积极拓展新的用地资源——低丘缓坡土地资源。低丘缓坡土地是指具有一定规模、具备成片开发利用条件的，地形高差相对适中、坡度一般在25°以下的山坡地和可利用的荒滩区域[1]。我国的低丘缓坡区域主要分布在东南沿海、浙闽交界等一带地区，近年来，也有很多學者针对低丘缓坡是否适宜作为建设用地进行了相关的评价工作，评价体系指标主要包括生态环境、社会影响，经济效益等一系列因素。孙华芬等选择了地面坡度、地下水的储存情况、近地表的地质条件等相关指标对低丘缓坡进行了指标评价；孙永亮等学者选择了岩石力学性质、地基稳定性、周围地质条件等相关因素进行了评价。有些学者从社会影响方面例如交通是否便捷、对周围城镇居民生活的影响等方面进行了评价。通过这些评价工作使得人们对土地的应用性能和特点有更进一步的了解，从而扩大我国的建设用地面积，促进社会经济的发展。低丘缓坡土地自然条件和地质环境复杂脆弱，因此在开发利用低丘缓坡土地资源之前要有准确的土地适宜性评价作为支撑。

我国的土地适宜性评价研究已有了多年的探索与发展，在这个过程中，GIS技术的应用为其研究提供了新技术。GIS（Geographical Information System，地理信息系统）是由计算机硬件、软件和不同的方法组成的系统，该系统设计用来支持空间数据的采集、管理、处理、分析、建模和显示，能解决复杂的规划和管理问题[2]。常见的GIS软件有Arc GIS、Map Info、Map GIS等等。基于GIS的土地适用性评价是用户利用地理信息系统对获得的地理对象进行交互式的处理分析和输出的过程，在评价分析中，利用GIS的强大的空间数据分析功能从而达到辅助决策的目的。

GIS在土地适宜性评价中的应用从八十年代得到广泛开展，其强大的空间数据处理和计算能力为评价提供行之有效的研究手段。尹启后，何劲耘[3]采用多因子综合评价方法，对涪陵市未利用地进行了适宜性评价分析；唐嘉平等[4]利用Arc View软件，构建种植适宜性评价系统，对澜沧江下游的特色经济作物进行了评价；高克异[5]运用GIS技术实现了对浙江省低丘红壤资源调查与评价研究。李红波以GIS为系统环境，通过元胞自动机模拟地理空间过程，“生态位”确定元胞邻域之间的转换规则，构建元胞自动机生态位适宜度模型，得出了低丘缓坡土地开发建设适宜性的等级图谱[6]；王沈佳等以井冈山经济技术开发区（简称井开区）低丘缓坡项目为例，运用德尔菲法对项目区的建设用地适宜程度进行分析[7]；杨莉等采用层次分析法和专家征询法确定研究区各评价因子的权重，建立土地适应性评价模型，以GIS的空间分析和统计分析功能为技术支撑，对研究区域内可开发利用的低丘缓坡资源进行适应性评价和分级[8]。这些年来，土地适宜性评价结合地理信息系统技术进一步向着定量化和实用化发展。然而国内对低丘缓坡土地适宜性研究才刚刚起步，而且以往的研究都主要侧重于农业方面。近些年的研究则是侧重于利用GIS技术对低丘缓坡地的建设适宜性评价进行研究。

二、GIS在低丘缓坡建设用地适宜性评价中的应用

GIS本身具有强大的空间数据运算和分析能力，是对图像和属性数据进行综合分析的重要工具。GIS在低丘缓坡建设用地适宜性评价中的应用主要包括三大模块，分别为建立空间数据库、适宜性叠加分析和评价成果的表达。

（一）建立空间数据库

建立空间数据库是GIS技术进行评价的基本环节，基本通过数据输入与处理、规范化处理、矢量数据栅格化、栅格数据标准化的过程来进行。GIS技术在数据获取与处理方面具有巨大的优点，能接受一般图像、航空影像和遥感图像以及Auto CAD的数据。而且可以根据自己的需求对进行数据灵活的处理、分析和查询。利用GIS技术可以对低丘缓坡土地适宜性评价过程中的数据进行采集、编辑、组织、管理、输出与更新，为高质量、高效率地完成土地适宜性评价工作提供了可靠的保障[9]。

如周潮，南晓娜[10]利用Arc GIS中的三维分析模块将CAD格式下的带有高程注记的矢量地形图生成数字高程模型（DEM），从中提取出高程、坡度、坡向等数据；并将各数据进行栅格化处理，建立了低丘缓坡建设用地评价空间数据库。庞悦[11]利用Arc GIS空间分析功能处理从DEM数据中获取武安市的坡度和高程数据，再通过地形图校正得到高程图、坡度图、坡向图。运用缓冲区分析（buffer）分析建立交通、水源、城镇影响度不同缓冲距离下的辐射范围，制作专题评价图层。李可[12]在得到了研究区的高程和坡度的栅格数据，以不同距离的缓冲区制作专题评价图层后将数据层均转换为栅格数据，栅格数据用Arc GIS软件的数据重分类（reclassify）模块进行重分类。申云鹏[13]用Map GIS软件根据所选择的评价因子，对数据扫描矢量化后按照参评因子分级的要求进行相应的处理，建立了1：50000的评价因子的图层数据库。郄旭日[14]利用Arc GIS软件对图件进行数字化，将纸质图件资料扫描生成数字栅格图像，空间几何配准和校正后进行矢量化，建立Arc GIS下的空间数据库。

利用GIS对图形、数据的处理可以确定可利用低丘缓坡资源分布区域。如朱晓芸[15]从研究区的DEM中获得海拔300米一下的山坡坡脚区域，剔除坡度大于25°的区域和土地利用现状为耕地和建设用地的区域，从而确定低丘缓坡开发和建设利用评价范围。林建平，邓爱珍[16]以研究区上犹县的DEM图与第二次全国土地调查现状图叠加，提取海拔低于500m坡度6-25°的图斑，剔除不具有开发价值的小于1hm2图斑，扣除基本农田及禁止建设区、自然保护区等部分，得到上犹县可建设低丘缓坡区域。

（二）适宜性叠加分析

叠加分析是GIS中一项重要的空间分析功能，以空间数据库为平台，多个数据进行的一系列集合运算，从而能够根据用户需要得到适宜性分析结果。叠加分析通过将复杂多变的适宜性评价过程简化成可以定性或者定量分析的评价因子，再通过不同评价因子图层的叠加综合，最后形成综合评价分析图，布尔运算和加权综合法是叠加分析中经常用到的方法，整个叠加分析过程宜理解和操作，被广泛应用于土地适宜性评价工作中。适宜性叠加计算是在GIS系统的栅格计算器中完成，将各因子按照评价模型综合叠加计算得到规划区各评价单元对应的用地适宜性得分[17]。栅格空间叠加分析原理如下图：

柵格空间数据叠加分析示意图

佘金星[18]利用ArcGIS的图层叠加和缓冲区分析功能，将各个评价因子图层与土地利用现状图叠加，再将各个因子权重值赋予每个评价单元，采用多因素综合评价模型，利用软件统计分析功能得出各个评价单元的综合评价分值。段鹏，郑伯红[19]根据山地的特殊性建立了基本指标体系和特殊指标体系，基本指标分析图利用ArcGIS对促进因素和阻碍因素的评价图进行栅格计算，得出每个评价单元的总得分，利用GIS聚类分析功能划分适宜性等级；然后将基本指标评价图与特殊指标评价图叠加，确定完全不适合作为建设用地的区域为禁止建设用地，从而得出花垣县适宜性评价结果。李萍[20]运用GIS的栅格计算功能，将各适宜性评价参评因子的图层相加求和而得到综合图层。再根据得分情况，找出分值急剧变化的区域作为适宜性评价的等级界限，从而划分出研究区域的适宜性等级。彭晓娟，赵克飞[21]通过层次分析法确定了参评要素的一级和二级权重。在ArcInfo平台中利用Raster Calculator工具，将各参评要素指标分别按二级权重和评价模型进行加权叠加得到单因子适宜性评价结果；再按一级权重和评价模型将单因子评价结果加权叠加得到综合评价结果。李婷[22]对各评价指标因子进行栅格化处理后，赋予指标分值，生成单指标评价图。然后进行图件叠加分析，各栅格将得出一个叠加分值，将其输入到综合分区的分值进行划分标准，最后得出综合评价图。

（三）评价成果的表达

GIS技术平台为城市用地适宜性评价提供了多种表达成果的工具，如屏幕化显示或统计表格、统计图、地图等数字化成果，用户可以根据自己的需求输出各种格式的评价结果。

一般利用GIS技术对低丘缓坡建设用地适宜性评价得到的成果有坡度、高程、地质灾害、洪水灾害、地基承载力、矿产压覆、城镇与区位、道路等评价因子的因子分布图[23，24]或单因子分析评价图[25，26]以及土地适宜性评价等级图[27-28 29]。人们可以通过这些分析评价结果图查找区域当前的未使用土地的实际情况，为进一步的土地开发利用提供参考凭据。

三、研究展望

综上所述，GIS技术为低丘缓坡建设用地适宜性评价研究工作提供了工作平台和技术支持。但GIS技术应用于低丘缓坡适宜性评价中还处于初步研究阶段，未来还需要不断地探索和发展。

基于地理信息系统的土地适宜性评价从开始到现在经历了很大的跨步，简单的叠加分析到多个评价因子综合分析，再到人工智能等更多的综合方法应用。在评价分析中，评价指标的量化及如何将GIS应用到整个决策过程中是最关键部分。GIS在整个评价过程中的作用一直进行着不断地更新和改善，从单一式向开放式方向发展。GIS在发展的过程中存在着一定的技术问题例如准确性和表达性。用相关的地理对象及其属性模拟出来的数据和现实生活中的实际情况往往存在着一定的差距，这就产生了不准确性，这在以后的发展过程中是一个关键的问题。

现有研究多为利用栅格数据进行空间叠加来进行低丘缓坡建设适宜性评价。然而，栅格化的方式数据量大且处理速度慢，在叠加处理的过程中难以准确地体现出每个单元的地貌特征。因此，可以将矢量化数据加权叠加作为以后的研究方向，更加准确地反映区域自然特征。

早期的GIS技术主要应用于制图和加工信息，其在发展过程中被制图的思维方式限制了许多，使其局限于土地性质的空间表述和专题地图的编制[30]。土地评价单元之间的影响是动态的，在评价中还应考虑周边环境对评价单元的影响[31]，那么如何利用GIS技术结合动态模型进行科学的评价将是今后研究的一个重要方向。

在现阶段，低丘缓坡的适宜性评价并没有真正的与地理信息系统结合起来，多数只是将其作为辅助计算工具，那么未来研究发展的一个趋势就是应用地理信息系统或者以地理信息系统为平台进行二次开发来进行低丘缓坡土地适宜性评价。

[参 考 文 献]

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[责任编辑：王凤娟]