運(yùn)用ArcView進(jìn)行農(nóng)用地定級(jí)區(qū)位因素量化方法研究

黃忠民

(測(cè)繪出版社，北京 100045)

一、引 言

農(nóng)用地定級(jí)是掌握和科學(xué)量化農(nóng)用地質(zhì)量和分布，科學(xué)評(píng)價(jià)和管理農(nóng)用地，促進(jìn)我國(guó)農(nóng)用地合理利用的一項(xiàng)基礎(chǔ)性工作，它對(duì)于推動(dòng)土地資源管理由數(shù)量管理為主向數(shù)量、質(zhì)量和生態(tài)相協(xié)調(diào)管理和科學(xué)利用轉(zhuǎn)變具有重要意義[1]。農(nóng)用地定級(jí)成果可應(yīng)用于土地整治、基本農(nóng)田保護(hù)、耕地占補(bǔ)平衡、征地補(bǔ)償制度改革等[2-3]工作中，對(duì)促進(jìn)“三農(nóng)”發(fā)展、建設(shè)社會(huì)主義新農(nóng)村和構(gòu)建社會(huì)主義和諧社會(huì)具有十分重要的理論意義和實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

農(nóng)用地定級(jí)是在行政區(qū)(省、縣)內(nèi)，依據(jù)構(gòu)成土地質(zhì)量的自然和社會(huì)經(jīng)濟(jì)因素，根據(jù)地方土地管理和實(shí)際情況的需要，遵照與委托方要求相一致的原則，即要求考慮定級(jí)目的，按照規(guī)定方法和程序進(jìn)行農(nóng)用地質(zhì)量綜合評(píng)定，劃分出農(nóng)用地級(jí)別[4]。其基本思路為：依據(jù)農(nóng)用地定級(jí)的原則和方法，選擇影響農(nóng)用地質(zhì)量的自然、社會(huì)經(jīng)濟(jì)和區(qū)位三方面的因素和因子，建立定級(jí)因素因子指標(biāo)體系，根據(jù)各因素因子對(duì)農(nóng)用地質(zhì)量影響的強(qiáng)度，分別賦予其相應(yīng)的權(quán)重，依據(jù)各因素因子對(duì)土地質(zhì)量的作用方式，確定各因子的量化方法和賦分規(guī)則；劃分定級(jí)單元，計(jì)算各因素對(duì)各分等單元的作用分值，采用加權(quán)求和法計(jì)算各定級(jí)單元的定級(jí)指數(shù)，根據(jù)定級(jí)指數(shù)的高低劃分農(nóng)用地級(jí)別。由此可知，各因素作用分值的計(jì)算是農(nóng)用地定級(jí)的依據(jù)，正確量化各因素作用分值是農(nóng)用地定級(jí)結(jié)果準(zhǔn)確可靠的基礎(chǔ)。其中，區(qū)位因素對(duì)農(nóng)用地質(zhì)量的影響是一種隱性影響，其作用分值的正確量化可提高農(nóng)用地定級(jí)精度，使定級(jí)結(jié)果更符合實(shí)際，但在實(shí)施過程中卻存在較多的困難和問題。

基于此，本文運(yùn)用ArcView軟件，基于圖論中的最短路徑原理，開展農(nóng)用地定級(jí)區(qū)位因素的正確量化方法研究，為提高定級(jí)結(jié)果精度提供科學(xué)依據(jù)。

二、定級(jí)中區(qū)位因素作用分值正確量化的關(guān)鍵

區(qū)位因素指經(jīng)濟(jì)因素地理位置條件，與行政、經(jīng)濟(jì)中心相關(guān)，它反映了農(nóng)用地與城市、鄉(xiāng)村的距離和相對(duì)位置[5]。農(nóng)用地定級(jí)中區(qū)位因素的權(quán)重一般在0.3左右，包括農(nóng)貿(mào)市場(chǎng)影響度、中心城鎮(zhèn)影響度和道路通達(dá)度等。由于每一定級(jí)單元距離農(nóng)貿(mào)市場(chǎng)中心、中心城鎮(zhèn)和道路的遠(yuǎn)近不同，使得不同區(qū)位的土地利用效果產(chǎn)生差別，經(jīng)營(yíng)不同區(qū)位的土地收益產(chǎn)生不同，從而造成農(nóng)用地級(jí)別的差異[6]。因此正確量化區(qū)位因素對(duì)定級(jí)單元的作用分值是定級(jí)結(jié)果合理化的依據(jù)，對(duì)提高農(nóng)用地定級(jí)成果精度尤為重要。

區(qū)位因素屬于擴(kuò)散型因素，它們對(duì)定級(jí)單元的作用分值隨距離的增加按一定規(guī)律衰減(指數(shù)衰減或直線衰減)[7]。若設(shè)fi為區(qū)位因素對(duì)定級(jí)單元的作用分值，Mi為規(guī)模指數(shù)，dc為定級(jí)單元到區(qū)位因素的實(shí)際距離，d為區(qū)位因素的最大影響半徑，指數(shù)衰減法計(jì)算區(qū)位因素作用分值的公式如式(1)所示，直線衰減法計(jì)算區(qū)位因素作用分值的公式如式(2)所示。

fi=Mi1-(dc /d)

(1)

fi=Mi(1-dc/d)

(2)

由上述兩式可知，正確量算區(qū)位因素與定級(jí)單元的距離是計(jì)算區(qū)位因素作用分的關(guān)鍵。

三、定級(jí)中量化區(qū)位因素作用分值存在的問題

目前在農(nóng)用地定級(jí)工作中，量算定級(jí)單元與區(qū)位因素的距離時(shí)，通常利用GIS的緩沖區(qū)分析功能，由計(jì)算機(jī)在區(qū)位因素周圍自動(dòng)生成一定寬度的緩沖區(qū)域。對(duì)于點(diǎn)狀因素，其擴(kuò)散緩沖區(qū)是以該點(diǎn)為圓心，以指定寬度為半徑的圓環(huán)；對(duì)于線狀因素則是以線段為對(duì)稱軸，向兩側(cè)擴(kuò)散一定寬度的矩形區(qū)域[8]。在量算定級(jí)單元與區(qū)位因素的空間距離時(shí)，是以緩沖區(qū)為基本量算單位，并以該緩沖區(qū)與區(qū)位因素之間空間連線距離作為該緩沖區(qū)內(nèi)所有定級(jí)單元與區(qū)位因素的實(shí)際距離，賦予該緩沖區(qū)內(nèi)所有定級(jí)單元相同的區(qū)位因素作用分。

由于對(duì)同一緩沖區(qū)內(nèi)的所有定級(jí)單元賦予了同樣的作用分，這使處于同一緩沖區(qū)內(nèi)的定級(jí)單元客觀存在的區(qū)位差異被忽略了，這樣造成同一緩沖區(qū)內(nèi)的定級(jí)單元受到的區(qū)位因素影響程度一樣，使定級(jí)結(jié)果與客觀事實(shí)不符，影響了定級(jí)成果的精度。同時(shí)，以緩沖區(qū)與區(qū)位因素之間空間連線距離作為該緩沖區(qū)內(nèi)所有定級(jí)單元與區(qū)位因素的實(shí)際距離，它忽略了區(qū)位因素與定級(jí)單元之間的可通達(dá)性，即既沒有考慮到定級(jí)區(qū)域內(nèi)自然地物和人文地物阻隔的影響，也沒有考慮到定級(jí)區(qū)域內(nèi)道路的水平彎曲及地形起伏對(duì)道路的影響，顯而易見，兩者間空間距離比實(shí)際距離小，這樣就會(huì)增加區(qū)位因素對(duì)定級(jí)單元的作用分，從而影響了定級(jí)成果的精度。

四、基于ArcView的農(nóng)用地定級(jí)區(qū)位因素量化方法

針對(duì)上述農(nóng)用地定級(jí)中計(jì)算區(qū)位因素作用分值存在的問題，本文結(jié)合陜西省柞水縣農(nóng)用地定級(jí)的實(shí)踐，以圖論中的最短路徑理論，基于ArcView靈活應(yīng)用了最短路徑算法計(jì)算區(qū)位因素到定級(jí)單元的水平距離，同時(shí)考慮到定級(jí)區(qū)域地形起伏對(duì)水平距離的影響，在水平距離的基礎(chǔ)上采用相應(yīng)的高差修正方法對(duì)水平距離進(jìn)行修正，使求得的區(qū)位因素到定級(jí)單元的距離盡可能地符合實(shí)際距離，從而提高了定級(jí)成果的精度。

1. 基于道路網(wǎng)的最短路徑計(jì)算方法

以定級(jí)單元作為實(shí)際距離量算的基本單元，在量算每一定級(jí)單元與區(qū)位因素的實(shí)際距離時(shí)，引入定級(jí)區(qū)域內(nèi)的道路網(wǎng)，如某一定級(jí)單元與一區(qū)位因素相隔一條河流，要經(jīng)過該河流，就必須通過該河流上的橋；對(duì)山地而言，經(jīng)過該山地，要么經(jīng)過通過該山地的隧道，要么盤山而過。

由于引入了道路網(wǎng)，區(qū)位因素到定級(jí)單元可能存在多條路徑，選擇不同的路徑作為區(qū)位因素到定級(jí)單元的距離對(duì)定級(jí)成果存在不同的影響。結(jié)合區(qū)位因素對(duì)農(nóng)用地的影響特點(diǎn)，筆者認(rèn)為應(yīng)選擇多條路徑中的最短路徑作為區(qū)位因素到定級(jí)單元的實(shí)際距離比較合理，符合農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的客觀實(shí)際。

本文采用被大眾認(rèn)可和推崇的Dijkstra方法計(jì)算最短路徑。若要求一個(gè)給定點(diǎn)VS到任意點(diǎn)Vj的最短路徑，如果P是D中從VS到Vj的最短路徑，Dijkstra方法的基本思想是：從VS出發(fā)，逐步地向外探尋最短路徑。在執(zhí)行過程中，與每個(gè)點(diǎn)對(duì)應(yīng)，記錄下一個(gè)數(shù)(稱為這個(gè)點(diǎn)的標(biāo)號(hào))，它表示VS到該點(diǎn)的最短路徑的權(quán)(稱為P標(biāo)號(hào))或是從VS到該點(diǎn)的最短路徑的權(quán)的上界(稱為T標(biāo)號(hào))，方法的每一步是去修改T標(biāo)號(hào)，并且把某一個(gè)具有T標(biāo)號(hào)的點(diǎn)改變?yōu)榫哂蠵標(biāo)號(hào)的點(diǎn)，從而使D中具有P標(biāo)號(hào)的頂點(diǎn)數(shù)多一個(gè)，這樣，至多經(jīng)過P-1步，就可以求出從VS到各點(diǎn)的最短路徑[9]。

ArcView軟件的網(wǎng)絡(luò)分析功能可以快速、有效地對(duì)地理網(wǎng)絡(luò)(如道路網(wǎng))等進(jìn)行分析，而求算最短路徑是網(wǎng)絡(luò)分析功能中最基本的一項(xiàng)，即應(yīng)用ArcView，可求算出區(qū)位因素到定級(jí)單元的最短路徑。在此基礎(chǔ)上，可利用ArcView對(duì)所求出的最短路徑進(jìn)行高差修正，從而使定級(jí)結(jié)果更符合實(shí)際。

2. ArcView中最短路徑算法的實(shí)現(xiàn)過程

在View視圖中打開道路圖，確保各級(jí)道路在交叉口處斷開，其余路段保持連通，同時(shí)保證定級(jí)單元和區(qū)位因素中心點(diǎn)位于路徑上。

以一級(jí)城鎮(zhèn)影響度為例，求出某村駐地到城鎮(zhèn)的最短路徑，并賦予該村所有定級(jí)單元。具體步驟如下：

1) 啟動(dòng) ArcView軟件，并創(chuàng)建工程，打開View視圖。

2) 點(diǎn)擊“View”菜單下的“Properties”進(jìn)行地圖單位和距離單位的設(shè)置。

3) 點(diǎn)擊“File”菜單下的“Extensions”，添加要使用到的網(wǎng)絡(luò)分析模塊，即“Network Analyst”。

4) 添加處理好的“現(xiàn)狀路網(wǎng)”、“村駐地”和“一級(jí)城鎮(zhèn)”文件，如圖1所示，其中，棕色線為現(xiàn)狀路網(wǎng)，A點(diǎn)為一級(jí)中心城鎮(zhèn)，其他點(diǎn)為村駐地。

圖1 路網(wǎng)—村駐地—城鎮(zhèn)

5) 激活“村駐地”文件，利用查找功能選取某一個(gè)村駐地，如圖2中B點(diǎn)所示。

圖2 選擇村駐地

3. 運(yùn)用高差修正法對(duì)水平距離進(jìn)行修正

最短路徑法求算出的是區(qū)位因素到定級(jí)評(píng)價(jià)單元的水平距離，并沒有考慮到定級(jí)區(qū)域地形起伏對(duì)道路的影響。為了使求算的最短路徑更加接近實(shí)際距離，以進(jìn)一步提高定級(jí)成果的精度，應(yīng)在最短路徑法求算出的水平距離的基礎(chǔ)上根據(jù)定級(jí)區(qū)域的地形狀況對(duì)水平距離進(jìn)行高差修正。具體步驟如下：

1) 劃分高差修正系數(shù)等值區(qū)。依據(jù)定級(jí)區(qū)域的地形條件，劃分高差修正系數(shù)等值區(qū)，一般可以根據(jù)地形坡度或依據(jù)平原、丘陵、淺山和高山地區(qū)進(jìn)行劃分。

2) 求取各等值區(qū)內(nèi)單位水平距離的高差修正系數(shù)。

圖3 基于路網(wǎng)的村駐地到城鎮(zhèn)的最短距離

a. 求取區(qū)位因素到樣點(diǎn)定級(jí)單元的高差。根據(jù)現(xiàn)狀道路網(wǎng)，通過ArcView的網(wǎng)絡(luò)分析功能，獲取區(qū)位因素到樣點(diǎn)定級(jí)評(píng)價(jià)單元的高差hi。即在每個(gè)高差修正系數(shù)等值區(qū)內(nèi)，選擇若干能代表該區(qū)地形變化規(guī)律的最短路徑樣本，獲取每個(gè)最短路徑樣本的地形起伏突變處的高程Hj；從定級(jí)單元開始，沿樣本最短路徑的行進(jìn)方向，依次求取相鄰兩點(diǎn)的高差hj，j+1，直至區(qū)位因素中心點(diǎn)；將高差絕對(duì)值累計(jì)之和作為區(qū)位因素與定級(jí)單元的高差hi。

hj,j+1=Hj+1-Hj

(3)

hi=∑|hj,j+1|

(4)

b. 根據(jù)最短路徑樣本的水平距離li和對(duì)應(yīng)的高差hi，求取各條最短路徑樣本單位水平距離高差修正系數(shù)δi

c. 確定各個(gè)等值區(qū)的單位水平距離的高差修正系數(shù)。即以各等值區(qū)若干個(gè)樣點(diǎn)單位水平距離高差修正系數(shù)的平均值作為改等值區(qū)單位水平距離的高差修正系數(shù)δn

(6)

式中,n為等值區(qū)內(nèi)的最短路徑樣本數(shù)。

3)確定各條最短路徑的高差修正數(shù)L。由最短路徑l及單位水平距離高差修正系數(shù)δn，計(jì)算各條最短路徑的高差修正數(shù)L

L=l·δn

(7)

4)計(jì)算經(jīng)高差修正后的距離D，即為式(1)、(2)中的dc

D=L+l

(8)

五、結(jié) 論

1) 正確量化區(qū)位因素對(duì)定級(jí)單元的作用分值是定級(jí)結(jié)果合理化的依據(jù)，對(duì)提高農(nóng)用地定級(jí)成果精度尤為重要。

2) 區(qū)位因素屬于擴(kuò)散型因素，正確量算區(qū)位因素與定級(jí)單元的距離是正確量化區(qū)位因素作用分的關(guān)鍵。

3) 以緩沖區(qū)與區(qū)位因素之間空間連線距離作為該緩沖區(qū)內(nèi)所有定級(jí)單元與區(qū)位因素實(shí)際距離的傳統(tǒng)量化方法使定級(jí)結(jié)果與客觀事實(shí)不符，影響了定級(jí)成果的精度。

4) 在農(nóng)用地定級(jí)工作中，以定級(jí)單元為單位量化區(qū)位因素對(duì)定級(jí)評(píng)價(jià)單元的作用分值，顯化了同一緩沖區(qū)內(nèi)定級(jí)單元受到不同區(qū)位因素影響的差異。

5) 運(yùn)用最短路徑算法可計(jì)算區(qū)位因素到定級(jí)單元的水平距離，在此基礎(chǔ)上采用相應(yīng)的高差修正方法對(duì)水平距離進(jìn)行修正，可使求得的區(qū)位因素到定級(jí)單元的距離更符合實(shí)際距離，從而提高了定級(jí)成果的精度。

6) 基于ArcView軟件可快速實(shí)現(xiàn)最短路徑算法及高差修正法，從而提高了農(nóng)用地定級(jí)的工作效率。

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