基于ArcGIS的耕地坡度等級(jí)分析

周羽佳，朱大明

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基于ArcGIS的耕地坡度等級(jí)分析

周羽佳，朱大明

（昆明理工大學(xué)國(guó)土資源工程學(xué)院，云南 昆明 650093）

耕地坡度等級(jí)分析在土地適宜性與生產(chǎn)能力調(diào)查和土地質(zhì)量評(píng)價(jià)的占有重要地位,同時(shí)實(shí)現(xiàn)了應(yīng)用GIS技術(shù)來(lái)處理土地利用現(xiàn)狀數(shù)據(jù)的需求。本文利用ArcGIS軟件，根據(jù)云南省托姑村和黑土村耕地所處地勢(shì)的坡面坡度，按對(duì)耕地利用的影響限制程度而劃分級(jí)別，從坡度分級(jí)、數(shù)據(jù)拓?fù)涞确矫娣治鯝rcGIS在耕地坡度分級(jí)中的應(yīng)用。本文實(shí)例區(qū)耕地中以旱地為主，耕地的坡度分為五個(gè)級(jí)別，每個(gè)坡度級(jí)別中耕地都占有一定的比重?；诒疚闹械牟僮?，也可考慮耕地整理在土地綜合生產(chǎn)能力提高、生態(tài)環(huán)境改善、景觀優(yōu)化方面的潛力，這也是一項(xiàng)重要的研究。

耕地；坡度分級(jí)；土地規(guī)劃；ArcGIS

0 引言

隨著第三次全國(guó)土地調(diào)查的開(kāi)展，為了保證我國(guó)的土地資源實(shí)現(xiàn)可持續(xù)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(guī)劃中已是一種必然的趨勢(shì)。在多種地類中，耕地，是人類賴以生存的基本資源和條件。進(jìn)入21世紀(jì)，人口不斷增多，耕地逐漸減少，要維持農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展首先就要確保耕地的數(shù)量和質(zhì)量。在全國(guó)土地調(diào)查中，不僅要查清土地的地類、面積、權(quán)屬等，對(duì)土地利用現(xiàn)狀為耕地的地類進(jìn)行耕地坡度分級(jí)，統(tǒng)計(jì)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(biāo)，也是分析地表物質(zhì)運(yùn)動(dòng)、土壤侵蝕量、土地利用是否合理的重要數(shù)據(jù)，所以對(duì)耕地的調(diào)查中實(shí)施坡度分級(jí)可以更直觀地反映耕地地表形態(tài)、耕地質(zhì)量、生產(chǎn)條件、水土流失，也是制定耕地保護(hù)和生態(tài)退耕政策的主要依據(jù)，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(duì)此區(qū)域進(jìn)行耕地調(diào)查及坡度分級(jí)。在坡度分級(jí)的過(guò)程中，采用數(shù)字高程模型（DEM），利用GIS平臺(tái)，生成坡度圖，并結(jié)合土地利用現(xiàn)狀圖，生成耕地坡度分級(jí)圖，由內(nèi)業(yè)進(jìn)行耕地坡度級(jí)標(biāo)注，對(duì)不同坡度級(jí)的耕地面積進(jìn)行量算、統(tǒng)計(jì)匯總，以表格顯示分區(qū)統(tǒng)計(jì)的結(jié)果，并構(gòu)建模型運(yùn)行此過(guò)程，對(duì)調(diào)查結(jié)果進(jìn)行分析[3]。

1 耕地坡度

坡度表示地表面該點(diǎn)在特定區(qū)域內(nèi)傾斜程度的一個(gè)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(biāo)，它可以衡量水土流失、江河泥沙等。

1.1 耕地坡度在土地規(guī)劃中的作用

地面坡度信息數(shù)據(jù)是農(nóng)、林、水利、交通、城市規(guī)劃等國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)活動(dòng)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。同時(shí)坡度對(duì)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(huì)產(chǎn)生不同的土壤侵蝕量?，F(xiàn)如今，國(guó)家正加大力度推行退耕還林還草政策，明確規(guī)定不可以對(duì)坡度＞25°的地面進(jìn)行開(kāi)墾[4]。由此可見(jiàn)坡度對(duì)實(shí)施耕地保護(hù)、保持水土流失、研究土壤侵蝕有著重要參考意義。在土地規(guī)劃建設(shè)中，坡度主要是指耕地的坡度級(jí)別，主要是為實(shí)施耕地保護(hù)、退耕還林提供數(shù)據(jù)依據(jù)[5]。

1.2 獲取耕地坡度級(jí)別的方法

在土地更新中，耕地坡度的獲取傳統(tǒng)的方法是通過(guò)對(duì)紙質(zhì)的地形圖或者是電子地形圖的量測(cè)得出，但仍存在很多缺點(diǎn)。比如現(xiàn)勢(shì)性較差，基本上不能直觀明了地反映現(xiàn)有地表形態(tài)，由此得出的耕地坡度也是不準(zhǔn)確的。其次由于傳統(tǒng)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(zhǔn)確度不高等問(wèn)題，使土地更新調(diào)查數(shù)據(jù)庫(kù)的成果[6]。除此之外，還有根據(jù)圖斑的范圍線，在DEM上查找對(duì)應(yīng)的高程值，取圖斑中心點(diǎn)等方法。本文采用的是從數(shù)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(jì)算耕地坡度對(duì)DEM有很高的要求[7-9]。

1.3 耕地坡度分級(jí)要求

按照《第三次全國(guó)土地調(diào)查技術(shù)規(guī)程》中規(guī)定的耕地坡度分級(jí)要求進(jìn)行分級(jí)。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(gè)坡度級(jí)。每個(gè)坡度級(jí)再分為梯田和坡地兩種地類型[10]。

2 實(shí)例分析

2.1 試驗(yàn)區(qū)介紹

本文以拖姑村和黑土村為例分析說(shuō)明耕地坡度分級(jí)方法的實(shí)施流程。二者分別隸屬于云南省昆明雞街鄉(xiāng)和紅河州建水縣。拖姑村，又稱拖姑村委會(huì)，國(guó)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(guó)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(shù)路線

耕地坡度分級(jí)的實(shí)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(jí)具體過(guò)程

2.3.1 計(jì)算坡度

（1）用ArcMap加載原始數(shù)據(jù)；將數(shù)據(jù)中的地類圖斑進(jìn)行融合；將等高線和融合后的地類圖斑轉(zhuǎn)為柵格，生成DEM圖。工具：地形轉(zhuǎn)柵格；

（2）計(jì)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(jìn)行分類，依照《第三次全國(guó)土地調(diào)查技術(shù)規(guī)程》中的分級(jí)要求，≤2°、2°～6°平耕地，6°～15°、15°～25°緩坡耕地，≥25°陡坡耕地，結(jié)果如圖2。

2.3.2 制作坡度分級(jí)圖

制作坡度分級(jí)圖的過(guò)程中，為了更直觀美觀地顯示耕地坡度分級(jí)的情況，要對(duì)坡度分級(jí)柵格數(shù)據(jù)圖進(jìn)行矢量化，生成坡度分級(jí)矢量化數(shù)據(jù)；對(duì)矢量化數(shù)據(jù)進(jìn)行圖斑綜合、界線平滑、拓?fù)渲亟?、?shù)據(jù)裁切等處理[11]。具體步驟如下：

（1）柵格轉(zhuǎn)面，將分級(jí)后得到的坡度圖進(jìn)行轉(zhuǎn)面；（由于會(huì)出現(xiàn)許多小面積的地塊，需要進(jìn)行處理）

（2）融合轉(zhuǎn)面后得到的結(jié)果，工具：融合；（不創(chuàng)建多部件要素）

（3）將融合后的結(jié)果進(jìn)行屬性查找，查找面積小于1000的進(jìn)行合并消除，結(jié)果如圖3（圖中藍(lán)色部分為面積小于1000的地塊）；平滑面處理，容差設(shè)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(jí)的確定

（1）確定耕地坡度分級(jí)要求

1）原則上不能打破調(diào)查的耕地圖斑界線，每個(gè)耕地圖斑確定一個(gè)坡度級(jí)；

2）當(dāng)調(diào)查的耕地圖斑涉及兩個(gè)以上坡度級(jí)時(shí)，面積最大的坡度級(jí)為該耕地圖斑的坡度級(jí)；

3）當(dāng)耕地圖斑面積較大（如從山頂?shù)缴降诪橐粋€(gè)圖斑）、含有兩個(gè)以上坡度級(jí)時(shí)，且各坡度級(jí)耕地面積相當(dāng)時(shí)，可參照坡度分級(jí)界線，依據(jù)調(diào)查底圖（DOM）上明顯地物界線，可將該耕地圖斑劃分為兩個(gè)以上不同坡度級(jí)的圖斑；

4）對(duì)于破碎耕地，其整體視為一個(gè)圖斑，按上述要求確定坡度分級(jí)；

5）當(dāng)DEM存在缺陷時(shí)，應(yīng)通過(guò)其他手段補(bǔ)充、完善，確定耕地圖斑坡度級(jí)；

（2）操作步驟：

1）在DLTB屬性表中找到標(biāo)識(shí)碼這一字段，使用字段計(jì)算器更新為OBJECTED；

2）以表格顯示分區(qū)統(tǒng)計(jì)；（Majority—確定值柵格中與輸出像元同屬一個(gè)區(qū)域的所有像元中最常出現(xiàn)的值，就是面積最大。）

3）將表格連接到DLTB中，連接結(jié)果Majority也出現(xiàn)在屬性表中；

4）按屬性查詢耕地，過(guò)程如圖4、圖5（淺藍(lán)色部分為查詢結(jié)果）[12]。

3 成果分析

從提取出的坡度分級(jí)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(guò)查詢屬性表的內(nèi)容，確定這些耕地都為旱地，沒(méi)有水田與水澆地。對(duì)于耕地的坡度分級(jí)，它在耕地面積中的統(tǒng)計(jì)以及上述操作過(guò)程可以在ArcGIS中建立相應(yīng)的模型進(jìn)行運(yùn)行，如圖6、圖7。

4 結(jié)論

本文利用ArcGIS10.2軟件，對(duì)云南省黑土村與拖姑村的土地進(jìn)行坡度分級(jí)以及耕地的提取，并對(duì)耕地進(jìn)行坡度分級(jí)，制作坡度分級(jí)圖。在研究過(guò)程中，采用了數(shù)字高程模型（DEM）生成耕地坡度圖的方法，并建立對(duì)應(yīng)的模型。在操作的過(guò)程中，需要注意柵格的像元大小要設(shè)置合適，這樣在地類圖斑的屬性表中Majority的字段就不會(huì)出現(xiàn)空值，使查詢更準(zhǔn)確。耕地在土地調(diào)查及整理中有著重要的地位，耕地的坡度分級(jí)進(jìn)一步詮釋了ArcGIS在土地中的應(yīng)用，除了文中提到的操作，也可以進(jìn)行耕地中某種坡度的提取，可以根據(jù)相關(guān)的研究操作，考慮耕地整理在土地綜合生產(chǎn)能力提高、生態(tài)環(huán)境改善、景觀優(yōu)化方面的潛力，這也是一項(xiàng)重要的工作[13-15]。

圖4 按屬性查詢耕地的結(jié)果圖

圖5 耕地分布圖

圖6 坡度分級(jí)模型圖

圖7 提取耕地模型圖

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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(shù)；朱大明(1970-)，男，副教授，主要研究方向：3S集成，土地規(guī)劃。

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