GIS技术在土地评价中的应用研究进展与展望_王子凌

地管理信息系统），到７０年代后的Ｃａｎｓｉｓ（加拿大土壤信息系统）、ＭＩＤＧＥ（新西兰微型计算机土地信息系统）和ＳＩＲＯ（澳大利亚土地利用规划信息系统）都为当时的土地评价做出过卓越贡献。之后，美国的农业部土壤保持局在研究了大量土地潜力分类的基础上研发了土地评价和立地评价系统，加拿大据此技术结合ＧＩＳ的发展提出了联合国粮农组织农业生态区划方法［１］。

至２０世纪９０年代，国际土壤参考与信息中心开发的ＳＯＴＥＲ（世界土壤与土地数据库系统）将土地规划、土地评价和土地资源数据库结合成一功能全面的信息系统。荷兰的国际航空调查与地学学院（ＩＴＣ）开发的ＡＰＬＥＰ（土地自动评价系统），可自动进行土地的适宜性评价［２］。自此，土地评价从定性描述进入到了

定量化研究的时代，利用ＧＩＳ技术与一般方法相比，评价的速度、效率和准确性都大大提高，有效避免了评价过程中人为因素的影响和人工操作误差，节省时间和人力，其强大的空间数据处理和分析功能，不仅可以成功地支持整个土地评价过程、实现指标的空间分布可视化，还可获得评价区深层次的信息。因此，在土地评价中引入ＧＩＳ系统可有效改善土地评价的效率和精度，随着计算机技术和“３Ｓ”技术的快速发展，基于ＧＩＳ技术的土地评价将逐渐成为主流。本文综述了近年来基于ＧＩＳ的土地评价研究进展，结合当前土地评价的实际情况，提出了ＧＩＳ辅助下土地评价的发展趋势。１基于ＧＩＳ的土地评价研究现状国内基于ＧＩＳ的土地评价起步较晚，但发展较快。自８０年代以来，新技术新方法不断涌现，并结合了国际上的新技术，使土地评价水平得到了提高。例如ＳＯＴＥＲ被应用到了土地评价中；王飞和邢世和［３］指出专家知识、数学模型与ＧＩＳ技术的结合广泛应用于土地适宜性评价；吕晓剑、冯长春［４］等在ａｒｃ／ｉｎｆｏ地理信息系统的支持下，选取了自然生态、社会经济和区位３个指标，建立了土地评价系统，对武汉市汉阳湖区的土地进行了科学评价，将土地分为５级，并提出各级土地未来的发展趋势。可以看出ＧＩＳ在土地评价中的应用无一不与土地评价模型密切相关。土地评价是预测土地利用潜力的一个过程，可根据功能机理，从定性到定量，从具体到一般，利用各种分析模型进行预测。由于各土地评价模型的计算程度不等，描述的复杂性、功能不同，研究的组织层次性间有差异，Ｒｏｓｓｉｔｅｒ［５］认为可依据８个影响因子对土地评价模型进行分类，这些因子是：静态资源基础和动态资源基础；静态和动态数据输入；静态和动态的评价成果；土地评价模型的区域为单一区域或多区域；是否基于土地质量评价；是否以经济价值、自然的限制因素或产量等表示的评价结果；土地利用类型为均一或复合；最小评价单元和空间尺度的大小。其中与ＧＩＳ紧密结合的是地理位置和空间这两个因子，即静态资源基础和动态资源基础以及单一区域、多区域这两种标准。静态和动态资源基础的主要区别在于ＧＩＳ在土地评价中的作用，在静态资源基础中主要进行空间分析，在动态资源基础中的主要作用是辅助成图；单一区域和多区域的主要区别是单一区域模型只为土地评价服务，多区域模型还要进行后续的土地资源优化配置，为决策提供依据。有学者据此对土地评价研究进行了分类，如徐梦洁［６］等依据土地评价单元之间的相互影响和评价区域的单一性与否，将基于ＧＩＳ的土地评价研究划分为单一区域非空间模型、单一区域空间模型以及多区域模型３类，比较具有代表性。本文依据待评价土地所在地理位置和空间的不同，将土地评价模型分为：单一区域静态模型、单一区域动态模型和多区域模型，以此作为分类依据对近年来基于ＧＩＳ的土地评价发展状况进行阐述。

文章编号：１００３－７８５３（２０１３）０４－００１３－０４基金项目：国土资源部公益性行业科研专项经费课题：“煤炭基地村庄土地复垦整理关键技术集成研究与示范”（２０１１１１０１５－０４）

ＧＩＳ技术在土地评价中的应用研究进展与展望

王子凌（中国地质大学土地科学技术学院，北京１０００８３）摘要：GIS应用于土地评价始于上世纪60年代，50多年来，GIS已成为进行土地评价的必备工作系统，在土地评价中发挥了重要的作用。本文依据土地单元是单一区域或多区域以及土地资源视为静态或动态为分类依据，将土地评价分成单一区域静态模型、单一区域动态模型和多区域模型，对GIS在土地评价的应用现状进行了分析。并总结了近年来应用于土地评价的数理方法，对其优缺点进行了比较研究。最后，借鉴吸收了各方面土地评价的先进理念，结合中国土地评价的实际，提出了基于GIS的土地评价今后的研究方向。关键词：土地评价；GIS；研究进展；评价方法；展望中图分类号：Ｆ３０１文献标识码：ＡAnOverviewandPerspectiveofGIS

TechnologyAppliedinLandEvaluation

WANGZi-ling(ChinaUniversityofGeosciencesSchoolOfLandScienceAndTechnology,Beijing100083,China)Abstract:TheapplicationofGISinlandevaluationbeganinthe1960s,whichhasbecomeaessentialsystemandplayedanimpor－tantroleinlandevaluationformorethan50years.Basedonthelandunitbeingasingleregionalormulti-regionalandlandresourcesbeingstaticordynamic,thepaperdividedlandevalua－tionintosingle-regionstaticmodel,single-regiondynamicmodelandmulti-areamodel,andanalyzedthestatusquoofGISappliedinlandevaluation.Thepapersummarizedthemathematicmethodsusedinlandevaluationandcomparedtheadvantagesanddisad－vantages.Finally,combinedwiththeactualoflandevaluationinChinaanddrawingonallaspectsoftheadvancedconcepts,thefutureresearchdirectionsoflandevaluationbasedonGISwasproposed.Keywords:landevaluation;GIS;overview;methodsofevaluation;perspective

土地评价的研究对象是一个综合性的系统，系统中各因子间存在着复杂的关系，为了探究系统内部的运动规律，就需要研究大量综合、基础全面准确的、随时变化的数据信息，通常的资料库很难做到，而地理信息系统中的数据库可有效解决这一问题，这使得土地评价从定性描述走向定量化研究。ＧＩＳ应用于土地评价自２０世纪６０年代起走过了５０余年的历程，五十多年来，随着土地信息产业的建立和地球数字化产品的普及应用，ＧＩＳ已成为许多土地管理机构必备的工作系统，发挥了重要的作用。ＧＩＳ应用于土地评价起源于国外，从最初的ＣＧＩＳ（加拿大的土地清查地理信息系统）、ＬＵＮＲ（美国纽约土地利用与自然资源信息系统）和ＭＬＭＩＳ（美国明尼苏达土

国土与自然资源研究２０１３Ｎｏ．４ＴＥＲＲＩＴＯＲＹ＆ＮＡＴＵＲＡＬＲＥＳＯＵＲＣＥＳＳＴＵＤＹ·１３·１．１单一区域静态模型单一区域静态模型在土地评价时不考虑每个土地单位的实际位置，评价结果只与每个土地单位的性质有关。该模型评价目的较简单，即在特定的土地用途下土地评价单元满足土地利用需求的程度。与ＧＩＳ结合的土地评价应用于这些研究时，通常将研究区域分成一定数量的网格，将网格作为评价单元，通过一系列的模型方法逐网格进行计算，根据计算结果对网格进行二次分类并描述，整个过程不涉及空间分析。ＧＩＳ在单一区域静态模型中的应用较为普遍，主要应用于土地适宜性评价、土地资源分等定级和土地潜力评价。其中，在土地适宜性评价中的应用最为普遍，如李蓉蓉［７］等在汉江平原湖区的监利县针对主要农作物进行了土地适宜性评价，得出农业种植结构的优化调整方案，为该县农业的高效可持续发展提供了科学的依据；潘红飞［８］等在贵州省安顺镇宁县丁旗镇针对土地开发项目区土地适宜性进行评价研究，得出了喀斯特山区的土地适宜性及适宜等级，并指出基于ＧＩＳ的土地适宜性评价方法对喀斯特山区的土地适宜性评价具有指导意义，为土地开发项目区设计实施方案提供了理论基础；王桂芝［９］在海南省三亚市针对热带作物进行看土地适宜性评价，根据地貌类型将三亚市分成４个区域，得出了这４个单元对５中作物的适宜性。应用于土地资源分等定级的研究也较为广泛，如孙文轩［１０］等在北京市密云县用ＡＥＺ法针对农用地进行了分等定级，并结合密云县农用地分等定级工作提出了今后农用地的应用方向，对农用地分等定级的突出问题提出了解决对策；张晋科［１１］在嵩县对农用地进行了分等，用ＧＩＳ构建数据库将农用地分割为八等五级，得出ＧＩＳ为农用地分等定级提供了技术基础，提高了工作速度和精度。此外，ＧＩＳ也应用于土地潜力评价研究，如杨广斌［１２］等在贵州花江喀斯特峰丛峡谷的土地潜力评价研究，将矢量因子层转化为栅格数据，采用综合评价方法对网格进行逐一评价后得出了整个项目区的土地潜力分级数据，大大提高了评价效率。土地潜力评价往往和土地治理或整理工作相结合，如朱雷［１３］等在浙江省仙居县进行的耕地开发整理潜力评价，在ＧＩＳ的支持下分析了全县土地资源情况，估算了开发整治潜力，为土地规划奠定了基础。１．２单一区域动态模型单一区域动态模型在上一模型的基础上考虑了土地单元的区位条件，评价结果与其地理位置相关。与上一模型相比，单一区域动态模型的研究相对较少，主要侧重于对土地单元之间客观影响的评价。在农用地分等定级中的应用，如李团胜［１４］等在泾阳县进行的耕地定级评价运用了美国的土地评价和立地评价系统（ＬＥＳＡ），将区位因素看做离地条件的一部分，整个定级过程分为两部分—土地的自然质量特征评价和土地的社会经济特征评价，后一部分为ＬＥＳＡ的立地条件分析。在土地生产力评价中的应用，如欧阳进良［１５］等在黄淮海平原集约化农业区县—曲周县的土地综合生产力评价研究中，用Ｄｉｓｔａｎｃｅ命令计算各个评价单元距道路、河流、县城和乡镇的距离，生成了距离图。在土地资源评价中也有应用，如吕晓剑［４］等在武汉汉阳湖区进行的土地资源评价研究，选取了自然环境因素、社会经济因素和区位因素３个指标，将商业服务影响度点状因子和道路通达度线状因子数据转换到Ａｒｃ／ｉｎｆｏ下，利用Ｂｕｆｆｅｒ模块进行缓冲区分析，以此确定各评价单元的因子分值。１．３多区域模型多区域评价模型在上一模型的基础上考虑了土地评价单元之间的联系，在评价过程中建立动态模型，依据研究区内各种土地用途的限制，对评价结果予以修正，对实现中长期土地资源优化配置提供科学依据。目前，在国内多区域模型的研究主要围绕系统动力学模型（ＳＤ模型）和多目标规划法进行。如国内首次利用仿真模型研究土壤变化的张汉雄［１６］，在晋陕黄土丘陵区运用ＳＤ模型模拟区域土地利用与土壤侵蚀的长期动态变化，提出了强化治理型、传统经营型和协调发展型３种治理模式，依据黄土丘陵区的地域特征，最终得出强化治理型是黄土丘陵区最优的发展模式；董秀茹［１７］等在进行基本农田划定方法的研究时，指出评定待选耕地质量时不仅要考虑耕地的自然条件，还要考虑其区位条件，最后根据耕地评定结果和基本农田数量要求确定其空间布局；王良健［１８］在新疆吐鲁番市开展的干旱区土地利用结构调整研究中，用ＳＤ模型建立了系统动力学仿真程序，得出吐鲁番市在规划期间应确保耕地林地面积稳中有升，保护水资源，加大交通用地面积；王爱萍［１９］等在无棣县利用系统动态学的方法对土地利用系统进行了分析，在此基础上构建了无棣县土地利用系统动态模型，并编制了土地利用总体规划基础方案。１．４关于三种模型的评析在单一区域静态模型中，ＧＩＳ只为土地评价服务，即得出在特定的土地用途下土地评价单元满足土地利用的需求程度，ＧＩＳ的功能是空间分析，评价结果与土地单元所在区位无关。单一区域动态模型考虑了土地的区位条件，ＧＩＳ的功能有了更大的发挥空间，如利用Ｂｕｆｆｅｒ模块进行缓冲区分析，评价结果与其所在区位有关，也反映出了土地单元与所在区位的联系。多区域模型将土地评价看做一个动态变化的过程，通常将ＧＩＳ与其他模型方法相结合实现土地资源优化配置，但目前国内应用较少，对ＧＩＳ的功能也提出了更高的要求。２数理方法的应用在ＧＩＳ不断更新的过程中，数理方法逐渐应用于土地评价中，使土地评价水平得到了提高。刘建军［２０］等在贵阳市选取自然生态、社会经济和农田污染系统３个指标将层次分析法（ＡＨＰ）与地理信息系统相结合用于土地评价模型的建立，并论证了与ＧＩＳ结合是进行土地资源评价的有效途径。杜红悦［２１］等在攀枝花进行的土地适宜性评价方法研究中，用模糊数学方法对ＦＡＯ的农业生态带土地评价方法进行了改进，将建立的土地农业适宜性评价信息系统应用到攀枝花市区的土地适宜性评价中，得出了该市９中主要作物的评价图和其他作物综合评价等级图。同时，一些土地资源适宜性评价的新做法不断涌现，如ＧＩＳ技术与数学模型的结合应用。张红旗［２２］在江西省泰和县进行的柑桔土地适宜性评价中，引入了土地适宜度的概念，并利用ＧＩＳ技术建立了县域柑橘土地的自然、经济、社会属性适宜性评价模型及综合评价模型，在单项土地适宜性评价理论与方法上有新突破。张萍［２３］等以山东省东营市为例对农业土地资源动态评价体系建立方法进行了探讨，与ＧＩＳ技术结合将“变权”的动态加权法作为土地评价模型，探讨了对农业土地进行动态评价的有效途径。数理方法与ＧＩＳ的结合会对土地评价产生深远的影响，充分认识这些方法和模型将有利于中国土地评价健康有序持续发展。常用的土地评价方法按照推理机制可分为两大类：一是基于知识和规则的数学模型，如层次分析法、模糊判据的方法；二是基于自学习、自适应系统的人工智能方法，如人工神经网络。２．１数学模型在过去的几十年里，大量数学模型在ＧＩＳ环境中得到应用，主要有灰色关联度分析法［２４］、多层次灰色评价法［２５］、模糊判