一種基于gis的耕地功能評價方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種利用GIS技術(shù)進行耕地功能評價的方法，包括步驟：a.確定區(qū)域耕地功能評價目標，分別選取耕地功能具有代表性的單因子評價指標；b.利用Excel對單因子評價指標進行定量評價計算，同時利用GIS軟件對計算所得數(shù)據(jù)進行矢量化；c.將計算所得數(shù)據(jù)劃分等級，賦予相應(yīng)分值，GIS軟件將矢量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成柵格數(shù)據(jù)，形成評價因子圖；d.GIS軟件將評價因子?xùn)鸥駭?shù)據(jù)進行空間疊加分析，將柵格數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成矢量數(shù)據(jù)，得到耕地功能的綜合分值；e.將綜合分值進行劃分功能等級；f.根據(jù)劃分結(jié)果作出耕地功能分布圖。該評價方法通過定量分析區(qū)域耕地功能的時空演變分異規(guī)律，明確區(qū)域耕地功能的分布特征，實現(xiàn)對耕地多功能的綜合評價，能夠生成客觀的耕地功能評價結(jié)果。
【專利說明】一種基于GIS的耕地功能評價方法
【【技術(shù)領(lǐng)域】】
[0001]本發(fā)明涉及土地調(diào)查與評價領(lǐng)域，具體是指利用GIS技術(shù)進行耕地功能定量評價的方法。
【【背景技術(shù)】】
[0002]國內(nèi)外土地科學(xué)領(lǐng)域很早就有關(guān)于土地功能的描述，但一直缺乏對土地利用多功能的綜合研究。為重建耕地資源價值，國內(nèi)外在近年的耕地保護利用研究中開始對耕地功能展開了相關(guān)的研究。
[0003]從定義來看，耕地功能是指耕地系統(tǒng)提供滿足人類生存與發(fā)展所需產(chǎn)出的能力，是聯(lián)系耕地系統(tǒng)產(chǎn)出及耕地利用相關(guān)活動的紐帶。
[0004]隨著經(jīng)濟的快速發(fā)展，耕地的功能趨向于多元化，但是耕地資源的基本屬性是具有生產(chǎn)功能、社會保障功能和生態(tài)功能。其中生產(chǎn)功能和社會保障功能都是以農(nóng)業(yè)產(chǎn)出為載體的，生產(chǎn)功能指的是耕地產(chǎn)出糧食滿足區(qū)域內(nèi)人口需求，實現(xiàn)區(qū)域糧食安全；社會保障功能指的是農(nóng)業(yè)人口通過種植業(yè)獲取一定的經(jīng)濟收入，滿足生活需要；生態(tài)功能是耕地資源固有的附屬功能。
[0005]生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價值的計算自20世紀90年代后期取得了突破性進展。國際上以Costanza等在Nature上發(fā)表的論文最為引人注目，對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值評估研究產(chǎn)生了深遠影響。國內(nèi)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值評估研究開展較晚，但近年來發(fā)展較快，歐陽志云、陳仲新、謝高地等做了大 量的研究。其中謝高地在Costanza等提出的評價模型的基礎(chǔ)上,對國內(nèi)200多位生態(tài)學(xué)學(xué)者進行了問卷調(diào)查，提出了“中國不同陸地生態(tài)系統(tǒng)單位面積生態(tài)服務(wù)價值表”。
[0006]然而，國內(nèi)外有關(guān)耕地功能的計算方法尚未統(tǒng)一。黃賢金和曲福田等人在核算方法上多采用“折現(xiàn)”的收益還原方法，從耕地資源的生態(tài)服務(wù)功能和價值的影響分值評價層面對個別因素進行權(quán)重調(diào)整，以計算總價值。而蔡運龍等人則是全面的對耕地的經(jīng)濟，生態(tài)，社會功能價值進行核算，但是只是進行簡單修正之后測算資源的價值，并未提出具體耕地資源生態(tài)服務(wù)功能價值和社會功能價值的算法。劉沛在分析耕地功能的基礎(chǔ)上，以湖南省邵東縣為例，選擇十個評價因子，采用層次分析法來確定評價因子的權(quán)重值，運用多指標綜合得分評價法，對耕地功能進行單項與綜合評分，但是某些功能評價指標沒有反映耕地功能系統(tǒng)的價值，因而說服力不強；沒有采用GIS技術(shù)進行空間分析，評價因子和評價結(jié)果沒有實現(xiàn)地理空間表達，全縣每年僅一個評價值，無法顯示區(qū)域的差異性。
[0007]綜上所述，耕地功能研究已經(jīng)在國內(nèi)外有相關(guān)開展，并取得一定成果。我國學(xué)者對于耕地功能價值核算的探索目前逐步從單一的土地產(chǎn)出收益還原算法走向多因素、多功能的價值核算。而且國內(nèi)也有將其應(yīng)用于城鎮(zhèn)化與耕地利用的互動關(guān)系分析及土地利用規(guī)劃中。研究證明，鑒于耕地利用系統(tǒng)的復(fù)雜性，對耕地功能分類的設(shè)計方案還不夠完善，今后需要更加全面系統(tǒng)地建立一個能被廣泛接受的耕地功能分類體系，采用科學(xué)合理的技術(shù)方法，開展耕地功能定量評價研究，反應(yīng)耕地功能時空演變規(guī)律。但是目前尚未有對這一研究進行系統(tǒng)歸納并將其制定為一套完備的方法體系的。
[0008]隨著城鎮(zhèn)化和工業(yè)化的不斷加劇，人們環(huán)境與生態(tài)保護意識的不斷增強，以及對生活環(huán)境質(zhì)量要求的不斷提高，嚴格建設(shè)占用耕地，加強耕地多功能保護成為當(dāng)前各級政府的重要任務(wù)，促使耕地功能評價這一新研究領(lǐng)域急待豐富，充實與完善。因此，在前人研究的基礎(chǔ)上采用GIS技術(shù)開發(fā)一種科學(xué)全面的耕地功能評價方法，并且使之能夠高效、經(jīng)濟、便捷、快速的適用于我國耕地利用管理，具有非常重要的現(xiàn)實意義。
【
【發(fā)明內(nèi)容】
】
[0009]本發(fā)明針對現(xiàn)有耕地功能的定量評價方法所存在的不足，提供一種運用GIS技術(shù)，能夠根據(jù)耕地功能的形成機制，分析區(qū)域耕地功能時空演變分異規(guī)律，明確特定區(qū)域耕地功能的分布特征，實現(xiàn)對耕地多功能的綜合評價。
[0010]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
[0011]一種基于GIS的耕地功能評價方法，包括如下步驟:
[0012]a.根據(jù)耕地經(jīng)濟產(chǎn)出功能、生態(tài)功能及社會承載功能的綜合評價目標，結(jié)合區(qū)域自然、經(jīng)濟、社會條件，確定評價單元，選取各耕地功能具有代表性的單因子評價指標；
[0013]b.利用Excel對單因子評價指標進行所在區(qū)域單位耕地面積評價指標的平均值計算或者所在區(qū)域人均評價指標的平均值計算，同時利用GIS軟件對計算所得到的數(shù)據(jù)進行矢量化；
[0014]c.將步驟b計算得到的矢量化數(shù)據(jù)在Excel中采取求中位數(shù)的方法為劃分依據(jù)，劃分四個等級(優(yōu)、良、中、差)，賦予相應(yīng)的分值4、3、2、1，同時利用GIS軟件將各分值由矢量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成柵格數(shù)據(jù)，形成評價因子等級圖，圖例可設(shè)置為優(yōu)、良、中、差四級；
`[0015]d.利用GIS軟件將步驟c的評價因子?xùn)鸥駭?shù)據(jù)進行空間疊加計算，并將該計算結(jié)果的柵格數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成矢量數(shù)據(jù)，得到研究區(qū)域耕地功能的綜合分值；
[0016]e.利用GIS軟件將步驟d中的綜合分值進行劃分功能等級；
[0017]f.利用GIS軟件根據(jù)步驟e中的劃分功能等級的結(jié)果作出耕地功能分布圖。
[0018]進一步的，所述步驟b中利用Excel對單因子評價指標進行平均值計算時，包括在Excel中新建工作表*.xls文件，建立一對多關(guān)系數(shù)據(jù)表，其中第一列為評價單元名稱，其余各列為各單因子評價指標的計算值，將文件另存為*.dbf文件。
[0019]進一步的，所述步驟b中利用GIS軟件對數(shù)據(jù)進行矢量化的過程包括:在GIS軟件中打開ArcMAP模塊,點擊Add Data命令添加區(qū)域行政區(qū)劃圖，點擊Open Attribute Table打開屬性表，依據(jù)*.dbf文件中的數(shù)據(jù)表，點擊Add Field新增6個字段，名稱與評價指標相同，字段類型符合數(shù)據(jù)類型要求，點擊Joins and Relates以行政區(qū)劃名稱為公共字段鏈接*.dbf文件中的數(shù)據(jù)表,點擊Field Calculator根據(jù)各字段名稱計算各評價指標等于對應(yīng)關(guān)系表中的數(shù)值，完成評價指標的矢量化。
[0020]進一步的，所述步驟c中利用GIS軟件將各分值由矢量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成柵格數(shù)據(jù)的過程包括:在GIS軟件中點擊Add Field新增5個字段，將賦予的分值添加進去，在SpatialAnalyst模塊中，點擊Convert命令,選擇Features to Raster將各新增字段矢量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成柵格數(shù)據(jù)。
[0021]進一步的,所述步驟d中利用GIS軟件進行空間疊加計算的過程包括:在SpatialAnalyst模塊中，點擊Raster Calculator命令,采用直接疊加法或加權(quán)疊加法的計算方法，將步驟c的評價因子?xùn)鸥駭?shù)據(jù)進行空間疊加計算；所述步驟d中柵格數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成矢量數(shù)據(jù)的過程包括:點擊Convert命令,選擇Raster to Features將該計算結(jié)果的柵格數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成矢量數(shù)據(jù)。
[0022]進一步的,所述步驟e中利用GIS軟件進行劃分功能等級的過程包括:在SpatialAnalyst模塊中，點擊Reclassify命令,將步驟d中的綜合分值進行劃分功能等級,選擇Manual法劃分四個級別。
[0023]進一步的,所述步驟f中利用GIS軟件作出耕地功能分布圖的過程包括:在LayoutView窗口點擊Insert命令,分別選擇添加標題、指北針、比例尺、圖例，根據(jù)步驟e中的劃分功能等級的結(jié)果輸出耕地功能分布圖。
[0024]進一步的，所述步驟a中耕地經(jīng)濟產(chǎn)出功能具有代表性的單因子評價指標為單位耕地面積糧食總產(chǎn)量和糧食單產(chǎn)，各地相差各異，無規(guī)定上下限；所述步驟a中耕地生態(tài)功能具有代表性的單因子評價指標為人均耕地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價值，各地相差各異，無規(guī)定上下限；所述步驟a中耕地社會承載功能具有代表性的單因子評價指標為單位耕地面積農(nóng)業(yè)總產(chǎn)值和人均耕地占有量，各地相差各異，無規(guī)定上下限。
[0025]進一步的，所述步驟c的等級劃分是根據(jù)各單因子指標數(shù)據(jù)的正態(tài)分布特征，同時考慮各因子對耕地功能的影響方式與影響強度作為參考依據(jù)。
[0026]進一步的，所述步驟e中的功能等級劃分為較低型、一高型、兩高型和三高型，依據(jù)綜合分值最大值與最小值之差，均分四等分，從低到高依次劃分相應(yīng)等級。
[0027]由于上述計算得到的評價因子的分值是根據(jù)具體區(qū)域的自然、經(jīng)濟、社會條件，按照各類評價因子在Excel中計算結(jié)果從高到底排序，并征詢有關(guān)專家的意見確定，故能夠?qū)崿F(xiàn)對區(qū)域耕地系統(tǒng)進行綜合、科學(xué)、全面的評價。
`[0028]本發(fā)明的耕地功能評價方法根據(jù)耕地功能的形成機制，確定特定的功能類型，選擇相應(yīng)的評價指標，運用GIS技術(shù)建立綜合的評價指標體系，通過分析區(qū)域耕地功能的時空演變分異規(guī)律，明確特定區(qū)域耕地功能的分布特征，實現(xiàn)對耕地多功能、多評價因子的綜合評價。
[0029]本發(fā)明的評價方法能夠廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)布局調(diào)整、景觀生態(tài)設(shè)計、基本農(nóng)田保護區(qū)劃定、土地利用、土地整治及生物多樣性保護等規(guī)劃，具有綜合、全面、科學(xué)、適用范圍廣、適用于任何區(qū)域耕地功能評價等優(yōu)點。
【【專利附圖】

【附圖說明】】
[0030]圖1是本發(fā)明評價方法的流程圖；
[0031]圖2-a是1973年的耕地功能分布圖；
[0032]圖2-b是1988年的耕地功能分布圖；
[0033]圖2-c是1998年的耕地功能分布圖；
[0034]圖2-d是2008年的耕地功能分布圖。
【【具體實施方式】】
[0035]以下結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明進行詳細的描述說明。[0036]實施例1
[0037]參照圖1所示，
[0038]本發(fā)明一種基于GIS的耕地功能評價方法，包括如下步驟:
[0039]a.在“耕地功能識別”步驟中，根據(jù)耕地功能評價目標，確定耕地多功能評價，從生產(chǎn)、社會保障和生態(tài)三方面功能全面進行綜合評價，即為功能識別。也可根據(jù)評價目標的不同任意選擇單功能評價或其中的兩個方面進行多功能評價。本發(fā)明確定為對珠海市香洲區(qū)、斗門區(qū)、金灣區(qū)耕地的生產(chǎn)功能、社會保障功能和生態(tài)功能進行耕地多功能定量評價。
[0040]b.在“評價指標選擇”步驟中，針對上述三個耕地功能類型，分別選取具有代表性的單因子評價指標，其中:
[0041]耕地生產(chǎn)功能選取了 “單位耕地面積糧食總產(chǎn)量”和“糧食單產(chǎn)”作為其單因子評價指標；耕地社會保障功能選取了 “單位耕地面積農(nóng)業(yè)總產(chǎn)值”和“人均耕地占有量”作為其單因子評價指標；耕地生態(tài)功能選取“人均耕地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價值”作為其單因子評價指標。
[0042]c.在“評價指標體系”的步驟中，Excel將評價指標體系的三方面單因子評價指標進行單位耕地面積評價指標的平均值或者人均評價指標的平均值的計算，得到表I的1973-2008年珠海市耕地功能指標。
[0043]其中，“生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價值”是引用【背景技術(shù)】中謝高地提出的“中國不同陸地生態(tài)系統(tǒng)單位面積生態(tài)服務(wù)價值表”中的農(nóng)田的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值單價6114.3元/hm2作為評價參數(shù)。
[0044]d.在“等級標準劃分”的步驟中，將上述三類單因子評價指標的功能指標按照從高到低的順序分別依次劃分四個等級，賦予相應(yīng)分值4、3、2、1，得到表2的不同耕地功能指標分值劃分，GIS軟件將步驟c中的矢量圖轉(zhuǎn)換成柵格圖，得到評價因子分級圖。
[0045]其中，等級劃分的依據(jù)是根據(jù)各指標數(shù)據(jù)的正態(tài)分布特征，同時要考慮各因子對耕地功能的影響方式與影響強度。劃分分值越高的等級代表耕地利用發(fā)揮的生產(chǎn)功能、社會保障功能和生態(tài)服務(wù)功能綜合效果越強大。
[0046]e.在“基于GIS的評價因子圖層疊加計算”的步驟中，根據(jù)各個單因子評價指標的權(quán)重不同，在GIS平臺進行圖層計算、疊加，將上述三大類單因子評價指數(shù)的評價因子?xùn)鸥駡D用直接疊加法或加權(quán)疊加法的計算方法進行空間疊加，然后將柵格圖轉(zhuǎn)換成矢量圖，得到珠海市香洲、斗門、金灣三個區(qū)的耕地功能指標的綜合分值，即表3的不同時期耕地功能指標分值。
[0047]其中，“生產(chǎn)功能”和“社會保障功能”兩個指標對其單因子指標是采用各取50%加權(quán)疊加法計算綜合分值的；“生態(tài)功能”僅選擇一個指標，采用直接疊加法計算綜合分值的。
[0048]f.將上述的綜合分值劃分為較低型、一高型、兩高型和三高型四個功能等級，得到表4的不同等級耕地功能指標綜合分值。
[0049]g.在“耕地功能等級圖“步驟中，GIS平臺根據(jù)上述綜合分值劃分結(jié)果作出圖2a_d的耕地功能分布圖。
[0050]表I為1973年-2008年珠海市耕地功能指標:
[0051]
【權(quán)利要求】
1.一種基于Gis的耕地功能評價方法，其特征在于: 包括如下步驟: a.根據(jù)耕地經(jīng)濟產(chǎn)出功能、生態(tài)功能及社會承載功能的綜合評價目標，結(jié)合區(qū)域自然、經(jīng)濟、社會條件，確定評價單元，選取各耕地功能具有代表性的單因子評價指標； b.利用Excel對單因子評價指標進行所在區(qū)域單位耕地面積評價指標的平均值計算或者所在區(qū)域人均評價指標的平均值計算，同時利用GIS軟件對計算所得到的數(shù)據(jù)進行矢量化； c.將步驟b計算得到的矢量化數(shù)據(jù)在Excel中采取求中位數(shù)的方法為劃分依據(jù)，劃分四個等級(優(yōu)、良、中、差)，賦予相應(yīng)的分值4、3、2、1，同時利用GIS軟件將各分值由矢量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成柵格數(shù)據(jù)，形成評價因子等級圖，圖例可設(shè)置為優(yōu)、良、中、差四級； d.利用GIS軟件將步驟c的評價因子?xùn)鸥駭?shù)據(jù)進行空間疊加計算，并將該計算結(jié)果的柵格數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成矢量數(shù)據(jù)，得到研究區(qū)域耕地功能的綜合分值； e.利用GIS軟件將步驟d中的綜合分值進行劃分功能等級； f.利用GIS軟件根據(jù)步驟e中的劃分功能等級的結(jié)果作出耕地功能分布圖。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于GIS的耕地功能評價方法，其特征在于:所述步驟b中利用Excel對單因子評價指標進行平均值計算時,包括在Excel中新建工作表*.xls文件，建立一對多關(guān)系數(shù)據(jù)表，其中第一列為評價單元名稱，其余各列為各單因子評價指標的計算值，將文件另存為*.dbf文件。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于GIS的耕地功能評價方法，其特征在于，所述步驟b中利用GIS軟件對數(shù)據(jù)進行矢量化的過程包括:在GIS軟件中打開ArcMAP模塊，點擊AddData命令添加區(qū)域行政區(qū)劃圖，點擊Open Attribute Table打開屬性表,依據(jù)*.dbf文件中的數(shù)據(jù)表，點擊Add Field新增6個字段，名稱與評價指標相同，字段類型符合數(shù)據(jù)類型要求，點擊Joins and Relates以行政區(qū)劃名稱為公共字段鏈接*.dbf文件中的數(shù)據(jù)表，點擊Field Calculator根據(jù)各字段名稱計算各評價指標等于對應(yīng)關(guān)系表中的數(shù)值，完成評價指標的矢量化。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種基于GIS的耕地功能評價方法，其特征在于，所述步驟c中利用GIS軟件將各分值由矢量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成柵格數(shù)據(jù)的過程包括:在GIS軟件中點擊AddField新增5個字段,將賦予的分值添加進去,在Spatial Analyst模塊中，點擊Convert命令，選擇Features to Raster將各新增字段矢量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成柵格數(shù)據(jù)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種基于GIS的耕地功能評價方法，其特征在于，所述步驟d中利用GIS軟件進行空間疊加計算的過程包括:在Spatial Analyst模塊中，點擊RasterCalculator命令，采用直接疊加法或加權(quán)疊加法的計算方法，將步驟c的評價因子?xùn)鸥駭?shù)據(jù)進行空間疊加計算；所述步驟d中柵格數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成矢量數(shù)據(jù)的過程包括:點擊Convert命令，選擇Raster to Features將該計算結(jié)果的柵格數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成矢量數(shù)據(jù)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種基于GIS的耕地功能評價方法，其特征在于，所述步驟e中利用GIS軟件進行劃分功能等級的過程包括:在Spatial Analyst模塊中，點擊Reclassify命令,將步驟d中的綜合分值進行劃分功能等級,選擇Manual法劃分四個級別。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種基于GIS的耕地功能評價方法，其特征在于，所述步驟f中利用GIS軟件作出耕地功能分布圖的過程包括:在Layout View窗口點擊Insert命令，分別選擇添加標題、指北針、比例尺、圖例，根據(jù)步驟e中的劃分功能等級的結(jié)果輸出耕地功能分布圖。
8.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3或4或5或6或7所述的一種基于GIS的耕地功能評價方法，其特征在于:所述步驟a中耕地經(jīng)濟產(chǎn)出功能具有代表性的單因子評價指標為單位耕地面積糧食總產(chǎn)量和糧食單產(chǎn)，各地相差各異，無規(guī)定上下限；所述步驟a中耕地生態(tài)功能具有代表性的單因子評價指標為人均耕地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價值，各地相差各異，無規(guī)定上下限；所述步驟a中耕地社會承載功能具有代表性的單因子評價指標為單位耕地面積農(nóng)業(yè)總產(chǎn)值和人均耕地占有量，各地相差各異，無規(guī)定上下限。
9.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3或4或5或6或7所述的一種基于GIS的耕地功能評價方法，其特征在于:所述步驟c的等級劃分是根據(jù)各單因子指標數(shù)據(jù)的正態(tài)分布特征，同時考慮各因子對耕地功能的影響方式與影響強度作為參考依據(jù)。
10.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3或4或5或6或7所述的一種基于GIS的耕地功能評價方法，其特征在于:所述步驟e中的功能等級劃分為較低型、一高型、兩高型和三高型，依據(jù)綜合分值最大值 與最小值之差，均分四等分，從低到高依次劃分相應(yīng)等級。
【文檔編號】G06Q50/02GK103824226SQ201410079691
【公開日】2014年5月28日 申請日期:2014年3月5日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月5日
【發(fā)明者】吳大放, 吳志峰, 劉艷艷, 劉毅華, 馮艷芬, 宋小青 申請人:廣州大學(xué)