基于空間分異的高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)空間特征判別系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)

李少帥，鄖文聚，張 燕，楊 劍，曹文靜，李紅舉，陳元鵬

（1.中國地質(zhì)大學(xué)（北京）土地科學(xué)技術(shù)學(xué)院，北京100083；2.自然資源部國土整治中心，北京100035；3.農(nóng)業(yè)農(nóng)村部工程建設(shè)服務(wù)中心，北京100081；4.深圳市房地產(chǎn)和城市建設(shè)發(fā)展研究中心，深圳518040）

0 引 言

《全國高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)總體規(guī)劃》（以下簡稱《規(guī)劃》）提出，“十二五”期間建成高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田0.27億hm2，到2020年建成高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田0.53億hm2。為落實《規(guī)劃》提出的建設(shè)目標(biāo)，已初步形成了統(tǒng)一建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)[1]，統(tǒng)一評價標(biāo)準(zhǔn)[2]，統(tǒng)一上圖入庫[3]的建設(shè)管理體系。截至2016年底，全國已建成高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田約0.32億hm2[4]。2019年中央1號文件再次強調(diào)，2020年要確保建成0.53億hm2高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田，當(dāng)前，高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)已步入攻堅階段，建設(shè)重點由布局謀劃轉(zhuǎn)向進度推進和監(jiān)管考核。統(tǒng)一上圖入庫是國家層面實施高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田監(jiān)管的重要方式，其以國土資源遙感監(jiān)測“一張圖”和綜合監(jiān)管平臺為依托，實現(xiàn)上圖入庫信息集中統(tǒng)一管理，進而了解高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)范圍、規(guī)模、主要工程量和建設(shè)成效等信息。然而不能據(jù)此判別各地開展的農(nóng)田建設(shè)項目是否契合高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)的規(guī)范要求。進一步完善高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田綜合監(jiān)管平臺有關(guān)功能，實現(xiàn)高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)快速判別對提升監(jiān)管效能具有重要的現(xiàn)實意義。

目前，國內(nèi)開展的高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田有關(guān)研究較多，從研究目標(biāo)入手，主要集中于3方面：1)為完善高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)制度和政策方面的研究，包括高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)機制研究[5-6]和實施保障研究[7-8]。2)為做好高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田規(guī)劃設(shè)計等前期工作開展的研究，包括高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)時序安排研究[9-12]，選址研究[13-15]，適宜性評價[16-17]，區(qū)域劃定[18-19]等。3)為高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田監(jiān)管評價工作提供借鑒的研究，此類研究目前主要集中在成效分析方面，包括高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)后的綜合效益評價或社會經(jīng)濟生態(tài)等單方面的建設(shè)效益評價研究[20-25]。其中，涉及高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田判別、直接服務(wù)于監(jiān)管工作的研究較少，且研究的空間尺度較小[26-27]。鑒于不同區(qū)域自然地理和社會經(jīng)濟的差異性，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的限制性因素差別較大，采取的高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)措施亦不同，建成的高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田在空間特征上亦有明顯差異，已有研究基于單個縣域或單個土地整治項目區(qū)形成的研究方法可移植性不高。鑒于此，本研究在總結(jié)和歸納高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)空間分異的基礎(chǔ)上，以高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)空間特征的有關(guān)要求[1]為依據(jù)，利用GIS技術(shù)構(gòu)建了高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)空間特征判別系統(tǒng)，初步實現(xiàn)了高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)空間特征的自動化判別功能，以期為進一步完善高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)管理工作，提升監(jiān)管效能提供參考。

1 系統(tǒng)研發(fā)的關(guān)鍵問題

1.1 理論依據(jù)

太陽輻射和地球內(nèi)能等因素使得地球呈現(xiàn)明顯的地帶性和非地帶性空間分異規(guī)律[28]，受該規(guī)律影響，不同區(qū)域的種植制度和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式有明顯差異，限制農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的主要因素也就不同，使得高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)的工程內(nèi)容和空間布局呈明顯的區(qū)域特征，《規(guī)劃》依據(jù)區(qū)域氣候、地形地貌、水源、地質(zhì)、土地利用條件等因素，將全國劃分為東北平原區(qū)、華北平原區(qū)、北方山地丘陵區(qū)、黃土高原區(qū)、內(nèi)陸干旱半干旱區(qū)、南方平原河網(wǎng)區(qū)、南方山地丘陵區(qū)、西南高原山地丘陵區(qū)8個工程類型區(qū)（圖1）。在對不同類型區(qū)的高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田空間特征進行判別時，需要依據(jù)空間分異規(guī)律，在符合有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)[1]的前提下，對不同類型區(qū)建設(shè)的高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田空間特征設(shè)置差別化的判別指標(biāo)和判別閾值。

圖1 全國高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)工程類型區(qū)劃分示意圖（不含港澳臺）Fig.1 Division diagram of national well-facilitated farmland construction type zone(HK,MC and TW not included)

1.2 構(gòu)建差別化的空間特征判別指標(biāo)體系

1.2.1 判別指標(biāo)計算方法和閾值設(shè)定

高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)工程體系[1]包括7類工程，其中，與空間特征有關(guān)，區(qū)別于一般農(nóng)田的工程措施包括土地平整、灌溉與排水、田間道路、農(nóng)田防護與生態(tài)環(huán)境保護4類工程措施，涉及田塊規(guī)模、田塊形狀指數(shù)、灌溉設(shè)施配套率、排水（洪）設(shè)施配套率、道路通達度和農(nóng)田防護比例6類判別指標(biāo)（表1），各指標(biāo)含義、空間判別方法和閾值確定依據(jù)如下。

1）田塊規(guī)模

即田塊的面積?！陡邩?biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)通則》依據(jù)空間差異，根據(jù)規(guī)模大小，將田塊劃分為北方平原條田（規(guī)模在1～30 hm2之間）、南方平原條田（規(guī)模在0.5～18 hm2之間）和梯田（規(guī)?！?.2 hm2）3種類型，系統(tǒng)根據(jù)此要求，結(jié)合《規(guī)劃》設(shè)定的8個工程類型區(qū)，將東北平原區(qū)、華北平原區(qū)、內(nèi)陸干旱和半干旱區(qū)的田塊規(guī)模閾值設(shè)定為1～30 hm2，將南方平原河網(wǎng)區(qū)田塊規(guī)模閾值設(shè)定為0.5～18 hm2，將北方山地丘陵區(qū)，黃土高原區(qū)，南方山地丘陵區(qū)和西南高原山地丘陵區(qū)的田塊規(guī)模閾值設(shè)定為≥0.2hm2。系統(tǒng)設(shè)定相應(yīng)工程類型區(qū)符合田塊規(guī)模要求的田塊占田塊總量的比例為100%。

2）田塊形狀指數(shù)

為便于機械作業(yè)，《高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)通則》要求田塊幾何形狀要近似于長方形，田塊形狀指數(shù)是指田塊規(guī)模與田塊最小面積外接矩形面積的比例[27]，該指標(biāo)可以衡量田塊與長方形的相似程度。在田塊規(guī)模達標(biāo)的前提下，當(dāng)田塊形狀指數(shù)≥0.7時，田塊近似于長方形，可以滿足機械化作業(yè)要求。系統(tǒng)設(shè)定符合田塊形狀指數(shù)要求的田塊占田塊總量的比例為100%。

3）灌溉設(shè)施配套

指田塊具備灌溉條件，在判別空間特征時，灌溉渠系（管道）與田塊相切或相交的，視為灌溉設(shè)施配套。灌溉設(shè)施是高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)的必要內(nèi)容，在實踐中，黃土高原區(qū)部分區(qū)域為雨養(yǎng)農(nóng)業(yè)，年均降水量達450 mm以上，且集中在夏秋之際，與當(dāng)?shù)剞r(nóng)作物生長吻合，不需要建設(shè)灌溉設(shè)施。除上述區(qū)域外，系統(tǒng)設(shè)定其他所有區(qū)域具備灌溉設(shè)施配套的田塊占田塊總量的比例為100%。

4）排水（洪）設(shè)施配套

指田塊具備排水（排洪）條件，在空間特征判別時，排水（洪）溝與田塊相切或相交的，視為排水（洪）設(shè)施配套。根據(jù)《規(guī)劃》，東北平原區(qū)、華北平原區(qū)、南方平原河網(wǎng)區(qū)主要修建排水溝改善項目區(qū)的排水條件。北方山地丘陵區(qū)、黃土高原區(qū)、南方山地丘陵區(qū)和西南高原山地丘陵區(qū)主要修建排洪溝以保持農(nóng)田水土，防治水土流失。對于上述7個工程類型區(qū)，系統(tǒng)設(shè)定具備排水（洪）設(shè)施的田塊占田塊總量的比例為100%。對于內(nèi)陸干旱半干旱區(qū)，《規(guī)劃》對排水設(shè)施沒有明確要求，系統(tǒng)對該類型區(qū)的排水（洪）設(shè)施配套率亦不做要求。

5）道路通達度

指田間道路直接通達的田塊占田塊總數(shù)的比例。在空間特征判別時，田間道路與田塊相切或相交的，視為道路通達?！陡邩?biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)通則》要求道路通達度在平原區(qū)達到100%，丘陵區(qū)達到90%。據(jù)此，系統(tǒng)設(shè)定東北平原區(qū)、華北平原區(qū)、內(nèi)陸干旱半干旱區(qū)和南方平原河網(wǎng)區(qū)道路通達度為100%；設(shè)定北方山地丘陵區(qū)、黃土高原區(qū)、南方山地丘陵區(qū)和西南高原山地丘陵區(qū)道路通達度≥90%。

6）農(nóng)田防護比例

指通過農(nóng)田防護與生態(tài)環(huán)境保持工程建設(shè)，受防護的農(nóng)田面積占建設(shè)區(qū)面積的比例。主要考慮2項工程因素，一個是防護林，另一個是田坎（谷坊、攔沙壩）。對于防護林，主要從防治風(fēng)害的角度，通過計算緩沖區(qū)的方式計算受防護林防護的農(nóng)田面積，具體算法可參考有關(guān)文獻[27]。對于田坎（谷坊、攔沙壩），在判別空間特征時，田坎（谷坊、攔沙壩）與田塊相切或在田塊范圍內(nèi)的視為受田坎（谷坊、攔沙壩）防護的田塊（式（1）、式（2）），該因素指標(biāo)涉及北方山地丘陵區(qū)、黃土高原區(qū)、南方山地丘陵區(qū)、西南高原山地丘陵區(qū)。根據(jù)《規(guī)劃》，系統(tǒng)設(shè)定內(nèi)陸干旱半干旱區(qū)、南方平原河網(wǎng)區(qū)具備防護條件的田塊占田塊總量的比例≥80%，東北平原區(qū)具備防護條件的田塊占田塊總量的比例≥85%，其余工程類型區(qū)具備防護條件的田塊占田塊總量的比例≥90%。在對項目區(qū)的農(nóng)田防護比例進行判別時，由用戶根據(jù)項目區(qū)面臨的主要限制性因素選取農(nóng)田防護比例的判定因素。

式中L為田坎、淤地壩或谷坊；A為田塊；?A為A的邊界；A°為A的內(nèi)部。

表1 高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)空間特征判別指標(biāo)體系Table 1 Index system for identifying spatial feature of well-facilitated farmland construction %

1.2.2 綜合判別算法

根據(jù)《高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)通則》，上述各指標(biāo)空間判別方法基于田塊尺度判別，指標(biāo)閾值基于項目區(qū)尺度設(shè)定，考慮到道路通達度和農(nóng)田防護比例的閾值設(shè)定存在區(qū)域差異，允許一部分因道路不通達或未受防護的田塊納入高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田范圍。因此，系統(tǒng)綜合判斷和提取項目區(qū)符合高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)空間特征的田塊包括2類：一類是依據(jù)木桶理論，將滿足所有判別指標(biāo)要求的田塊作為符合高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田空間特征要求的田塊。另一類是在符合道路通達度和農(nóng)田防護比例閾值要求的前提下，按照判別從嚴(yán)原則，從符合田塊規(guī)模、田塊形狀、灌溉設(shè)施和排水（洪）配套要求，道路不通達或未受防護的田塊中，優(yōu)先將面積較小的田塊納入高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田范圍。

2 系統(tǒng)設(shè)計

2.1 應(yīng)用場景設(shè)計

系統(tǒng)圍繞著高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)空間特征判別這一核心任務(wù)，根據(jù)服務(wù)對象、服務(wù)目標(biāo)的不同，按照高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)流程，設(shè)計3個應(yīng)用場景。場景1：服務(wù)于高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)項目規(guī)劃設(shè)計。項目設(shè)計單位通過系統(tǒng)對初步形成的項目規(guī)劃設(shè)計成果進行審查，結(jié)合項目區(qū)實際情況和審查結(jié)果完善項目規(guī)劃設(shè)計。場景2：服務(wù)于高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)項目竣工驗收。項目驗收單位通過系統(tǒng)對項目竣工后繪制的竣工圖進行審查，根據(jù)審查結(jié)果和實際情況輔助開展驗收工作或要求項目建設(shè)單位進行整改。場景3：服務(wù)于監(jiān)管工作。省、部級管理部門在遙感監(jiān)測和實地檢查的基礎(chǔ)上對項目竣工圖成果進行修正，通過系統(tǒng)對修正后的竣工圖進行審查，判別高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)情況。

2.2 流程設(shè)計

圖2表達了系統(tǒng)進行高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)空間特征判別的流程圖，包括5個關(guān)鍵環(huán)節(jié)：1）導(dǎo)入基礎(chǔ)數(shù)據(jù)?；A(chǔ)數(shù)據(jù)包括矢量和柵格2個類型，矢量數(shù)據(jù)根據(jù)應(yīng)用場景分為規(guī)劃圖、竣工圖和修正后的竣工圖，是系統(tǒng)開展空間判別的核心數(shù)據(jù)；柵格數(shù)據(jù)一般是遙感影像，為輔助顯示高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田的建設(shè)效果。2）數(shù)據(jù)校驗。包括邏輯校驗和拓?fù)湫ｒ灐＿壿嬓ｒ炛饕獧z查數(shù)據(jù)坐標(biāo)系的合規(guī)性和田塊、各類工程圖層的齊全性。拓?fù)湫ｒ炛饕獧z查道路、灌溉渠系、排水溝、防護林帶等線性圖層是否自重疊或自相交。3）匹配工程類型區(qū)。系統(tǒng)自動將圖層數(shù)據(jù)與系統(tǒng)內(nèi)置的高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)類型區(qū)圖層相疊加，為高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)項目區(qū)匹配可能涉及的工程類型區(qū)，用戶根據(jù)項目區(qū)實際情況在系統(tǒng)提供的工程類型區(qū)范圍內(nèi)進行確認(rèn)，系統(tǒng)根據(jù)用戶確認(rèn)的工程類型區(qū)選定相應(yīng)的空間特征判別指標(biāo)體系。4）空間特征判別。按照空間特征判別指標(biāo)分別判別項目區(qū)各田塊的空間特征。5）形成專題圖和判別報告。專題圖包括基于各評價指標(biāo)分別形成的專題圖，如田塊形狀判別圖、道路通達度判別圖等，以及基于木桶理論形成的空間特征綜合判別圖。判別報告主要說明滿足空間特征要求的田塊數(shù)量、面積以及不滿足空間特征要求的田塊類型、數(shù)量和面積。

圖2 高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)空間特征判別流程圖Fig.2 Flow chart of identifying spatial feature of well-facilitated farmland construction

2.3 系統(tǒng)框架體系結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)采用C/S結(jié)構(gòu)，基于Visual Studio.NET2013平臺和MySQL數(shù)據(jù)庫，結(jié)合Arc Objects組件，使用C#語言開發(fā)?；诿嫦?qū)ο笏枷?，系統(tǒng)采用了三層架構(gòu)設(shè)計模式（圖3），其優(yōu)勢是可提高業(yè)務(wù)層代碼的重復(fù)使用，降低系統(tǒng)后期的維護成本和維護時間。三層架構(gòu)包括表現(xiàn)層、業(yè)務(wù)層和數(shù)據(jù)層。其中，表現(xiàn)層是系統(tǒng)的界面設(shè)計，即展現(xiàn)給用戶的系統(tǒng)界面。業(yè)務(wù)層是指在表現(xiàn)層和數(shù)據(jù)層之間加入的一個中間層，是對具體問題進行操作，是實現(xiàn)系統(tǒng)各項功能的核心層，基于MapControl、PageLayoutControl、 TOCControl、 ToolbarControl 和LicenseControl組件，本系統(tǒng)的用戶管理、數(shù)據(jù)校驗、地圖基本操作、工程類型區(qū)匹配、空間判別，專題圖制作和專題報告生成等功能在該層實現(xiàn)。數(shù)據(jù)層是集成高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)有關(guān)數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)處理的核心層，該層實現(xiàn)了高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田相關(guān)數(shù)據(jù)的導(dǎo)入和刪除功能，并通過該層讀取數(shù)據(jù)庫中的高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田工程類型區(qū)數(shù)據(jù)、遙感影像、田塊數(shù)據(jù)、灌溉渠系、排水溝、田間道路等空間數(shù)據(jù)。

圖3 系統(tǒng)總體架構(gòu)Fig.3 System architecture diagram

3 實證案例

該系統(tǒng)已在東北平原區(qū)、華北平原區(qū)、黃土高原區(qū)和南方山地丘陵區(qū)進行了試點試驗，因篇幅所限，本文選取地形較為復(fù)雜的黃土高原案例區(qū)和較為簡單的南方山地丘陵案例區(qū)說明系統(tǒng)試點情況。其中，黃土高原案例區(qū)數(shù)據(jù)來源于經(jīng)過修正、拓?fù)浞治雠c處理后的項目竣工圖，主要用于判別項目建成后是否滿足高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田空間特征要求，對應(yīng)于場景3。南方山地丘陵案例區(qū)數(shù)據(jù)來源于經(jīng)過拓?fù)浞治鎏幚砗蟮捻椖恳?guī)劃圖和無人機航拍影像，主要用于判別項目設(shè)計是否滿足高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田空間特征要求，對應(yīng)于場景1。

3.1 案例區(qū)基本情況

陜西省延安市延長縣交口河鎮(zhèn)項目區(qū)（圖4a）地形復(fù)雜，生態(tài)環(huán)境較為脆弱，年降雨量近500 mm，且主要集中于夏季，防洪壓力較大，作為耕地來源的溝壩地狹窄分散，破碎化嚴(yán)重；缺乏田間道路設(shè)施，耕作不便。該項目采取土地平整，修建田間道、排洪渠、淤地壩和谷坊等措施，建設(shè)高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田，改善生態(tài)環(huán)境。案例區(qū)屬黃土高原工程類型區(qū)，因案例區(qū)年降雨量450 mm以上，不需建設(shè)灌溉設(shè)施，因此系統(tǒng)從田塊規(guī)模、田塊形狀指數(shù)、排洪設(shè)施配套、道路通達度、農(nóng)田防護比例等5個維度判別高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)空間特征。鑒于案例區(qū)面臨的主要限制性因素是水土流失和夏季的洪澇災(zāi)害，在判別農(nóng)田防護比例時主要從谷坊（淤地壩）防護農(nóng)田面積因素進行判別。

海南省?？谑协偵絽^(qū)舊州鎮(zhèn)項目區(qū)（圖4b）地屬羊山石塊地貌，氣候條件對農(nóng)作生產(chǎn)有利，但氣象要素時空分布不均，冬春容易干旱，耕地田塊小而零散，石塊分布較多，農(nóng)田水利設(shè)施不配套，易出現(xiàn)旱不能灌、澇不能排的問題，交通設(shè)施不健全，嚴(yán)重制約了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。該區(qū)域擬實施高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)項目，通過土地平整移除雜亂石塊，歸并零亂田塊，建設(shè)蓄水池和灌溉管道，完善排水溝和田間道路工程，在此基礎(chǔ)上開展土地流轉(zhuǎn)，建設(shè)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)園區(qū)。案例區(qū)屬南方山地丘陵區(qū)，主要從田塊規(guī)模、田塊形狀指數(shù)、灌溉和排水設(shè)施配套、道路通達度、農(nóng)田防護比例6個維度判別高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)空間特征。因項目區(qū)主要地形為臺地，無水土流失風(fēng)險，在判別農(nóng)田防護比例時選取防護林防風(fēng)指標(biāo)，因項目未設(shè)計防護林工程，筆者通過無人機航拍影像提取項目區(qū)內(nèi)和項目區(qū)周邊的林帶，據(jù)此分析農(nóng)田防護比例。

圖4 案例區(qū)位置圖Fig.4 Geographical location of study area

3.2 案例區(qū)高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田判別結(jié)果

黃土高原案例區(qū)包含77個田塊，總面積52.98 hm2。其中，符合田塊規(guī)模要求的田塊67個（圖5a），面積52.08hm2，田塊規(guī)模達標(biāo)率為87.01%；符合田塊形狀要求的田塊64個（圖5b），面積12.83hm2，田塊形狀達標(biāo)率83.12%；排洪設(shè)施配套田塊62個（圖5c），面積45.96hm2，排洪設(shè)施配套達標(biāo)率80.52%；道路通達田塊70個（圖5d），面積48.5 hm2，道路通達度90.91%；受防護田塊64個（圖5e），面積49.21 hm2，農(nóng)田防護比例83.12%?？傮w來看，符合條件的田塊47個（圖5f），總面積38.33 hm2。綜合判別這47個田塊，其農(nóng)田防護比例為97.87%（1個田塊不具備農(nóng)田防護條件），田塊規(guī)模達標(biāo)率、田塊形狀達標(biāo)率、排洪設(shè)施配套達標(biāo)率和道路通達度均為100%，符合黃土高原工程類型區(qū)高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)空間特征判別指標(biāo)的閾值要求。

圖5 黃土高原案例區(qū)高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)空間特征判別結(jié)果Fig.5 Results of spatial feature discrimination of well-facilitated farmland construction in study area on Loess Plateau

南方山地丘陵案例區(qū)總面積60 hm2，其中，規(guī)劃耕地面積30.07 hm2，其余以林地、草地為主。案例區(qū)耕地被設(shè)計為7個田塊，各田塊的規(guī)模和形狀均符合高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田空間特征要求（圖6a）。為解決案例區(qū)季節(jié)性干旱問題，擬在北部和中部新建2座蓄水池，并建設(shè)配套的PVC灌溉管道連接蓄水池和各田塊，保障案例區(qū)所有耕地得到有效灌溉（圖6b）。案例區(qū)各田塊均有排水溝相連（圖6c），道路通達度100%（圖6d）。案例區(qū)內(nèi)和周邊已存在大范圍的防護林，可有效保護農(nóng)田抵御風(fēng)災(zāi)（圖6e）?？傮w上看，案例區(qū)的7個田塊均符合高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田空間特征要求（圖6f）。

3.3 案例區(qū)判別精度分析

根據(jù)監(jiān)測系統(tǒng)填報數(shù)據(jù)，黃土高原案例區(qū)項目驗收后實際確認(rèn)的高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田為41.31 hm2。通過本系統(tǒng)判別滿足高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田空間特征的農(nóng)田為38.33 hm2，據(jù)此構(gòu)建誤差矩陣（表2）可計算得出該案例區(qū)總體判別精度為94.38%。

圖6 南方山地丘陵案例區(qū)高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)空間特征判別結(jié)果Fig.6 Result of spatial feature identifying of well-facilitated farmland construction in study area on southern hilly area

表2 黃土高原和南方山地丘陵案例區(qū)高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田判別誤差矩陣Table 2 Confusion matrix for identifying well-facilitated farmland in areas of southern hilly and Loess Plateau regions hm2

根據(jù)監(jiān)測系統(tǒng)填報數(shù)據(jù)，南方山地丘陵案例區(qū)項目經(jīng)評審批復(fù)的高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田為19.73 hm2。通過本系統(tǒng)判別經(jīng)建設(shè)后可滿足高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田空間特征的農(nóng)田為30.07 hm2，據(jù)此構(gòu)建誤差矩陣（表2）可計算得出該案例區(qū)總體判別精度為65.61%。系統(tǒng)判別結(jié)果較批復(fù)實施的高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田多10.34 hm2，經(jīng)核實發(fā)現(xiàn)差異在于：根據(jù)高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田定義，高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田必須是永久基本農(nóng)田，而位于案例區(qū)南部的2個總面積10.34 hm2的擬建設(shè)田塊尚未劃定為永久基本農(nóng)田，需經(jīng)過實施且劃定為永久基本農(nóng)田后才能認(rèn)定為高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田，但其立地條件與已批復(fù)的19.73 hm2農(nóng)田并無差異，扣除永久基本農(nóng)田劃定這一因素后，該案例區(qū)總體判別精度為100%。

4 討 論

本文基于空間分異規(guī)律，依據(jù)高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田國家標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)劃，梳理構(gòu)建了差別化的空間特征判別指標(biāo)體系，并在此基礎(chǔ)上形成了高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)空間特征判別系統(tǒng)。根據(jù)系統(tǒng)的試點試驗情況，需在如下2點進一步完善：

1）系統(tǒng)主要從田塊規(guī)模和形狀、灌排設(shè)施配套、道路通達、農(nóng)田防護等空間特征判斷高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)情況，其優(yōu)勢在于從外觀快速掌握高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)的總體情況，不足在于未涉及農(nóng)田建設(shè)的工程質(zhì)量、土壤質(zhì)量、土層厚度等內(nèi)容，而上述內(nèi)容也是高標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)考核的重要內(nèi)容。從高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田全生命周期、全方位、全要素監(jiān)管目標(biāo)的角度考量，該系統(tǒng)在后續(xù)推廣使用的邏輯鏈條做如下建議：第1步是地方通過統(tǒng)一上圖入庫的方式填報高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田的建設(shè)范圍和建設(shè)規(guī)模等信息；第2步是監(jiān)管部門通過遙感監(jiān)測方式提取項目區(qū)各要素信息，并用該系統(tǒng)分析項目區(qū)高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)空間特征，與地方填報信息對比得出高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)的初步結(jié)果，為抽查工程做參考；第3步是在第2步的基礎(chǔ)上，利用實地核查APP系統(tǒng)有針對性赴項目區(qū)核查，并抽查工程和耕地質(zhì)量，形成高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)的最終評價結(jié)果。至此才能完成高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田全鏈條監(jiān)測監(jiān)管。

2）現(xiàn)有系統(tǒng)依據(jù)木桶原理，任何指標(biāo)在判別空間特征時具有一票否決權(quán)。當(dāng)前國家以項目為載體落實完成高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)任務(wù)，在項目這種微觀的空間尺度上，即使在同一類型區(qū)存在相似的自然條件和相同的種植制度，因項目區(qū)之間已有的基礎(chǔ)設(shè)施條件不同導(dǎo)致項目間的投資強度和建設(shè)重點存在較大差異。宜在現(xiàn)有空間特征評價指標(biāo)體系基礎(chǔ)上，對系統(tǒng)進一步改進，提供人機交互的指標(biāo)權(quán)重設(shè)置界面，由項目驗收專家或評估專家依據(jù)區(qū)域?qū)嶋H情況設(shè)置空間特征評價指標(biāo)權(quán)重，對區(qū)域農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的主要限制性因素涉及的空間形態(tài)指標(biāo)給予較高權(quán)重，非限制性因素涉及的空間形態(tài)指標(biāo)給予較低權(quán)重，使得判別結(jié)果更具針對性。

5 結(jié) 論

本文依據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)劃，構(gòu)建了差別化的高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)空間特征判別指標(biāo)體系，以此為核心設(shè)計和實現(xiàn)了高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)空間特征判別系統(tǒng)，以黃土高原案例區(qū)和南方山地丘陵區(qū)進行了實證試點。實證結(jié)果表明：1）用于監(jiān)測評價場景的黃土高原案例區(qū)符合高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田空間特征的田塊面積38.33 hm2，其與經(jīng)驗收后實際確認(rèn)的高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田相比，總體判別精度為94.38%。2）用于設(shè)計評審場景的南方山地丘陵案例區(qū)田塊均符合高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田空間特征，總面積30.07 hm2，較批復(fù)立項的高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田多10.34 hm2，造成該差異的主要因素是部分田塊尚未劃定為永久基本農(nóng)田，如扣除永久基本農(nóng)田劃定這一因素，總體判別精度為100%。系統(tǒng)可為審查高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)項目規(guī)劃設(shè)計的合理性，輔助監(jiān)管人員判斷高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)情況提供參考，但同時需要結(jié)合永久基本農(nóng)田劃定，工程建設(shè)質(zhì)量實地核查和耕地等別評定等因素綜合判定。