GIS空间分析技术在葡萄园选址中的应用

翟海翔，张丽娜，卜晓东，焦彩菊

（山西省农业科学院农业科技信息研究所，山西太原030031）

GIS空间分析技术在葡萄园选址中的应用

翟海翔，张丽娜，卜晓东，焦彩菊

（山西省农业科学院农业科技信息研究所，山西太原030031）

随着地理信息系统（Geographic Information System，GIS）技术的迅速发展，其强大的空间分析技术愈来愈受到关注。在农业开发项目中，将GIS空间分析技术应用于农业开发项目选址中，可形象直观量化地展示项目选址结果。以清徐县马峪乡土地利用现状图、土壤图及气象图叠加形成评价葡萄园选址的图，选取对葡萄生长影响较大的9个因子，使用层次分析法确定权重，建立评价指标体系，通过累计分析计算得出选址结果；对研究区897个地块图斑进行评价，将研究区葡萄园选址划分为5个等级（最适宜区、高适宜区、中等适宜区、低适宜区、不适宜区），等级越高越适宜葡萄种植。将GIS空间技术与层次分析法有效结合，可以对葡萄园选址进行科学评价，并直观展示选址结果，为葡萄项目建设提供科学依据，大大提高选址的效率。

GIS空间分析；葡萄园；选址

葡萄是世界四大果品之一，鲜食美味可口，营养价值高，有利于人体新陈代谢和治疗心脑血管疾病等，医疗保健功效尤为突出，已成为国际上公认的重要保健果实，享有水果皇后的美誉[1-2]。山西清徐葡萄栽培种植历史悠久，近年来种植面积不断增大，选择较好的葡萄种植地址以确保产量最大化越来越重要[3-4]。GIS空间分析可以帮助确定地理要素之间新的空间关系，将同一地区不同图层的特征相叠合，不仅建立了新的空间关系，而且能够将输入的属性特征予以合并，易于进行多因素的查询和分析[5]。将GIS空间分析技术应用于葡萄园项目选址中，叠合多个影响因子，以找出最优葡萄种植地址，因此，将GIS空间技术应用于葡萄园项目选址中具有重要的现实意义。已有关于GIS技术应用在建设用地生态适宜性评价[6]、河南省烟草生态适宜性综合评价[7]、SEFFIN等利用基于GIS的作业流式空间决策支持系统对巴西圣保罗的甘蔗种植进行了生态适宜性的评价[8]、宁夏酿酒葡萄种植区划[9]等方面的研究，但是针对山西省葡萄园项目选址的定量研究较少。

在借鉴前人相关性研究的基础上，本研究从地形、气候和土壤3个方面确定评价因子，建立研究区葡萄园选址的评价体系，采用层次分析法[10-11]确定评价因子权重，使用ArcGIS软件进行空间数据处理和分析，对研究区进行葡萄园选址综合评价。利用GIS技术进行空间数据提取、矢量转栅格、栅格转矢量等处理，多因子加权叠加计算和评价选址，从而为葡萄园项目选址提供科学指导。

1 材料和方法

1.1 研究区概况

研究区设在太原市清徐县马峪乡。该地位于清徐县城西北，距县城3 km，全乡辖32个行政村，人口为1.98万，占地总面积为101 km2，山区面积为0.88万hm2，占87.4%，森林总面积达0.17万hm2，全乡葡萄种植面积超过0.2万hm2[12]。该区依山面川，具有西高东低的缓坡，背风向阳，聚光聚热性能好，光照充足，土壤通透性好、偏碱性，6—9月是区域内热量资源充足、降水量集中的季节，具有悠久的葡萄种植历史，素有“中国葡萄之乡”的美称[13]。

1.2 方法

1.2.1 选择影响因子开辟一块葡萄园，不是简单地选取一块地皮，需要综合考虑多方面因素如土壤、地形地貌、气候等。通过搜集资料、征求意见确定葡萄园选址影响因子为：（1）地形地质：地形、坡度、坡向；（2）气候因素：温度、光照、降水、供水保证率；（3）土壤因素：土壤质地、pH值。

1.2.2 葡萄园选址评价的数学模型葡萄园选址的数学模型选择使用最广泛的层次法分析数学模型——加权求和模型，依据每个影响因子的权重和分值加权叠加，得出评价因子指数和，从而做出等级评定。

A＝Σ AiPi（i的取值为1，2，3，…，n，n为评价因子的总个数）

式中，A为加权叠加值，即最终的评价结果；Ai为各影响因子的评价值；Pi为各影响因子的权重值；i为因子编号。

根据各影响因子对选址的影响，收集各位专家的评价，依据专家和数据资料的平衡分析确定各因子的影响作用及相应的权重，利用葡萄园选址的数学模型计算出评价结果。

1.2.3 葡萄园选址流程葡萄园的的选址需要考虑多方面的因素，通过广泛收集资料、实地调研以及征求有关专家意见，确定影响因子和权重，利用数学模型评价选址。葡萄园项目选址流程如图1所示。

1.2.4 空间分析技术

1.2.4.1 空间数据处理方法搜集的数据可以分为2种，一种是纸质图形数据，一种是电子图形数据。纸质图形数据首先将图形扫描为栅格数据，然后进行栅格数据转矢量数据，拓扑纠错检查，投影变换，形成标准化图件。电子数据首先转为SHAPE数据，然后比对现有的数据，矫正到相应的位置，投影变换，形成标准化图件[14]。

1.2.4.2 空间建模空间建模是在地理处理框架的基础上，使用“模型构建器”将地理处理语言中的各个空间分析工具按顺序连接在一起，建立合适的空间分析模型，从而将地理处理模型转变为软件，有助于二次开发，实现编程语言的可视化。空间建模也可称为“地图模型”，对分析过程使用图形或者符号表示[15]。葡萄园选址的空间建模流程如图2所示。

1.2.4.3 空间分析操作

1.2.4.3.1矢量数据转栅格数据为了方便矢量数据能直接与多种栅格数据进行叠加分析，需要将矢量数据的形式转变为栅格数据的形式。在ArcGIS中使用空间分析工具中的矢量数据转栅格数据工具（Conversion Tools—To Raster—Feature to Raster）。1.2.4.3.2表面分析之坡度及坡向坡度是指过地表面任意一点的切平面与水平面之间的夹角，用来计算任一单元和领域单元间变化的最大比率，坡度值较低则说明地势较平坦，反之则地势较陡峭。坡向指地表面上一点的切平面的法线矢量在水平面的投影与过该点的正北方向的夹角，坡向表示这点高程值改变量的最大方向[14]。在ArcGIS中使用空间分析工具中的坡度工具和坡向工具，利用高程图分析出相应的坡度值和坡向。

1.2.4.3.3.重分类对原有栅格像元值重新分类得出一组新值，并输出。在重分类中使用“按相同等级对一组栅格的值进行分类”和“将特定值设置为NoData或者NoData像元设置某个值”的方法[16]。

1.2.4.3.4栅格计算器栅格计算是栅格数据空间分析中进行数学处理和分析的最常用的方法。ArcGIS中的栅格计算器，可以进行数学运算符栅格计算、数学函数的栅格计算和ArcGIS自带的栅格数据空间分析函数的栅格计算。

2 结果与分析

葡萄园选址评价主要以ArcGIS软件为平台进行空间分析和建立数据库。以马峪乡的土地利用现状图斑为基本单元，抠除公路用地、村庄、农村道路等不能用于种植的属性用地后共为897个单元。对897个单元进行分析评价，最终以等级反映出来，葡萄园选址的因子包括地形、坡度、坡向、温度、光照、降水、土壤质地、pH值和供水保证率。

使用ArcGIS模型构建器建立马峪乡葡萄园选址的模型（图3）。依次进行1.2.4.3节操作，将葡萄园项目的土地利用类型数据进行矢量数据转栅格数据后得出栅格数据；依据高程数据分析出葡萄园的高程、坡度、坡向、温度、光照、降水、土壤质地、土壤pH值和供水保证率数据进行重分类，之后对重分类数据进行栅格计算，得出总结果。高程数据重分类具体情况如表1所示。

表1 高程重分类及适宜性评价

以马峪乡的土地利用现状图斑为基本单元，共897个地块（研究区共有1 796个地块，抠除公路用地、村庄、农村道路等不能用于种植的属性用地），运行模型得出定量分析结果如图4所示，共划分5个等级，即最适宜区、高适宜区、中等适宜区、低适宜区、不适宜区，等级越高，栅格像元值颜色越深，越深越适宜葡萄种植。

3 讨论

本研究针对研究区葡萄生长的现状，从地形地质因素、气候因素、土壤因素、水文条件4个方面选择9个影响因子建立了研究区葡萄园项目选址的评价体系，采用层次法的数学模型，利用ArcGIS叠加分析对研究区进行区域划分，分析结果可以定量、直观、可视化地展示结果。结合研究区的实际，葡萄种植区涉及马峪乡西迎南风、李家楼、后塞、黄土坡、枣坪等32个行政村，种植面积约867 hm2，涉及163个图斑，经过对比这些区域都包含在图4分析结果中的最适宜区和高适宜区范围内。

以往的选址调查结果只是语言性表述，各个选址因子没有相互关联地分析，对于选址决策缺乏一定量的分析[17]。本研究表明，GIS和数学模型的有效结合，可以对葡萄园项目选址进行科学的评价，与传统的方法相比，可节省大量的人力、物力和财力资源，其也为农业开发项目选址提供了一种新的方法，提高了选址效率和准确性，具有广泛的应用价值；同时能够更加合理地利用和管理好有限土地资源，实现土地资源的可持续利用，同时科学决策依据也有助于提高产品的经济价值[18-20]。

4 结论

除去研究区抠除的部分（5 931.5 hm2），根据研究区葡萄园选址的等级划分，研究区最适宜区面积为1 546.8 hm2，占研究区总面积的15.78%；高适宜区面积620.1 hm2，占研究区总面积的6.39%；中等区面积157.7 hm2，占研究区总面积的1.61%；低适宜区面积1 513.3 hm2，占研究区总面积的15.44%；不适宜区面积58.1 hm2，占研究区总面积的0.59%。

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Application of GIS Spatial Analysis Technology in the Vineyard Location

ZHAI Haixiang，ZHANGLina，BOXiaodong，JIAOCaiju
（Institute ofAgricultural Sciences and Technology Information，Shanxi Academy ofAgricultural Sciences，Taiyuan 030031，China）

As the Geographic Information System（GIS）technology has developed quickly,people pay more attention to the spatial analysis.Applying GIS spatial analysis technology to agricultural development project location,it is easy to provide a scientific estimate and display project location results intuitively.The evaluation index system of the vineyard location was established by choosing 9 evaluation indexs from 3 respects oflandform,soil and climate in Mayu town.The result was used to determine the weight ofcalculated by superposition analysis.The 897 plots in the study area were evaluated,and the vineyard location in the study area was divided into 5 grades（the most suitable area,the high suitable zone,the middle suitable zone,the lowsuitable zone and the unsuitable zone）.It can be conducted rapidly and quantitatively by membership function supported by GIS.The result can show the location result intuitively and make the scientific decision and improve the efficiency ofthe locate greatly.

GIS spatial analysis;vineyard;location

S663.1

：A

：1002-2481（2017）07-1165-04

10.3969/j.issn.1002-2481.2017.07.31

2017-02-04

山西省科技攻关项目（20140313020-4）

翟海翔（1972-），男，山西翼城人，副研究员，硕士，主要从事农业信息分析和规划工作。