基于ArcGIS的耕地坡度等级分析

周羽佳，朱大明



基于ArcGIS的耕地坡度等级分析

周羽佳，朱大明

（昆明理工大学国土资源工程学院，云南 昆明 650093）

耕地坡度等级分析在土地适宜性与生产能力调查和土地质量评价的占有重要地位,同时实现了应用GIS技术来处理土地利用现状数据的需求。本文利用ArcGIS软件，根据云南省托姑村和黑土村耕地所处地势的坡面坡度，按对耕地利用的影响限制程度而划分级别，从坡度分级、数据拓扑等方面分析ArcGIS在耕地坡度分级中的应用。本文实例区耕地中以旱地为主，耕地的坡度分为五个级别，每个坡度级别中耕地都占有一定的比重。基于本文中的操作，也可考虑耕地整理在土地综合生产能力提高、生态环境改善、景观优化方面的潜力，这也是一项重要的研究。

耕地；坡度分级；土地规划；ArcGIS

0 引言

随着第三次全国土地调查的开展，为了保证我国的土地资源实现可持续利用，增加土地利用率，提高耕地面积，将ArcGIS引入到土地整理规划中已是一种必然的趋势。在多种地类中，耕地，是人类赖以生存的基本资源和条件。进入21世纪，人口不断增多，耕地逐渐减少，要维持农业可持续发展首先就要确保耕地的数量和质量。在全国土地调查中，不仅要查清土地的地类、面积、权属等，对土地利用现状为耕地的地类进行耕地坡度分级，统计耕地面积也是极其重要的。由于坡度是描述地形特征信息的重要指标，也是分析地表物质运动、土壤侵蚀量、土地利用是否合理的重要数据，所以对耕地的调查中实施坡度分级可以更直观地反映耕地地表形态、耕地质量、生产条件、水土流失，也是制定耕地保护和生态退耕政策的主要依据，并且可以衡量土地利用是否合理[1-2]。本文以托姑村和黑土村为例，对此区域进行耕地调查及坡度分级。在坡度分级的过程中，采用数字高程模型（DEM），利用GIS平台，生成坡度图，并结合土地利用现状图，生成耕地坡度分级图，由内业进行耕地坡度级标注，对不同坡度级的耕地面积进行量算、统计汇总，以表格显示分区统计的结果，并构建模型运行此过程，对调查结果进行分析[3]。

1 耕地坡度

坡度表示地表面该点在特定区域内倾斜程度的一个量，定义为水平面与局部地表面之间的夹角。地面中坡度是比较重要的地形定量指标，它可以衡量水土流失、江河泥沙等。

1.1 耕地坡度在土地规划中的作用

地面坡度信息数据是农、林、水利、交通、城市规划等国民经济建设活动的基础数据。同时坡度对土壤侵蚀也有很大的影响，在其它条件相同的情况下，不同的坡度会产生不同的土壤侵蚀量。现如今，国家正加大力度推行退耕还林还草政策，明确规定不可以对坡度＞25°的地面进行开垦[4]。由此可见坡度对实施耕地保护、保持水土流失、研究土壤侵蚀有着重要参考意义。在土地规划建设中，坡度主要是指耕地的坡度级别，主要是为实施耕地保护、退耕还林提供数据依据[5]。

1.2 获取耕地坡度级别的方法

在土地更新中，耕地坡度的获取传统的方法是通过对纸质的地形图或者是电子地形图的量测得出，但仍存在很多缺点。比如现势性较差，基本上不能直观明了地反映现有地表形态，由此得出的耕地坡度也是不准确的。其次由于传统方法获取的耕地坡度基本上手工完成，这就造成工作效率低，准确度不高等问题，使土地更新调查数据库的成果[6]。除此之外，还有根据图斑的范围线，在DEM上查找对应的高程值，取图斑中心点等方法。本文采用的是从数字高程模型（DEM）生成耕地坡度图的方法，基本不用人工干涉，受客观因素的影响较少。但需要注意的是，采用DEM计算耕地坡度对DEM有很高的要求[7-9]。

1.3 耕地坡度分级要求

按照《第三次全国土地调查技术规程》中规定的耕地坡度分级要求进行分级。耕地分为小于或等于2°、大于2°小于或等于6°、大于6°小于或等于15°、大于15°小于或等于25°、大于25°五个坡度级。每个坡度级再分为梯田和坡地两种地类型[10]。

2 实例分析

2.1 试验区介绍

本文以拖姑村和黑土村为例分析说明耕地坡度分级方法的实施流程。二者分别隶属于云南省昆明鸡街乡和红河州建水县。拖姑村，又称拖姑村委会，国土面积14.73平方公里，海拔2400米，年平均气温12摄氏度，耕地1157亩，人均耕地1.25亩。黑土村，国土面积3.84平方公里，海拔1536米，年平均气温19摄氏度，耕地413亩，人均耕地1.29亩。

2.2 技术路线

耕地坡度分级的实施流程具体步骤如图1：

图1 操作流程图

2.3 耕地坡度分级具体过程

2.3.1 计算坡度

（1）用ArcMap加载原始数据；将数据中的地类图斑进行融合；将等高线和融合后的地类图斑转为栅格，生成DEM图。工具：地形转栅格；

（2）计算坡度，工具：3D Analyst Tools—栅格表面—坡度，得到坡度图；坡度重分类，将坡度图进行分类，依照《第三次全国土地调查技术规程》中的分级要求，≤2°、2°～6°平耕地，6°～15°、15°～25°缓坡耕地，≥25°陡坡耕地，结果如图2。

2.3.2 制作坡度分级图

制作坡度分级图的过程中，为了更直观美观地显示耕地坡度分级的情况，要对坡度分级栅格数据图进行矢量化，生成坡度分级矢量化数据；对矢量化数据进行图斑综合、界线平滑、拓扑重建、数据裁切等处理[11]。具体步骤如下：

（1）栅格转面，将分级后得到的坡度图进行转面；（由于会出现许多小面积的地块，需要进行处理）

（2）融合转面后得到的结果，工具：融合；（不创建多部件要素）

（3）将融合后的结果进行属性查找，查找面积小于1000的进行合并消除，结果如图3（图中蓝色部分为面积小于1000的地块）；平滑面处理，容差设置为10米。

图2 坡度重分类图

图3 合并后的坡度图

2.3.3 耕地坡度分级的确定

（1）确定耕地坡度分级要求

1）原则上不能打破调查的耕地图斑界线，每个耕地图斑确定一个坡度级；

2）当调查的耕地图斑涉及两个以上坡度级时，面积最大的坡度级为该耕地图斑的坡度级；

3）当耕地图斑面积较大（如从山顶到山底为一个图斑）、含有两个以上坡度级时，且各坡度级耕地面积相当时，可参照坡度分级界线，依据调查底图（DOM）上明显地物界线，可将该耕地图斑划分为两个以上不同坡度级的图斑；

4）对于破碎耕地，其整体视为一个图斑，按上述要求确定坡度分级；

5）当DEM存在缺陷时，应通过其他手段补充、完善，确定耕地图斑坡度级；

（2）操作步骤：

1）在DLTB属性表中找到标识码这一字段，使用字段计算器更新为OBJECTED；

2）以表格显示分区统计；（Majority—确定值栅格中与输出像元同属一个区域的所有像元中最常出现的值，就是面积最大。）

3）将表格连接到DLTB中，连接结果Majority也出现在属性表中；

4）按属性查询耕地，过程如图4、图5（浅蓝色部分为查询结果）[12]。

3 成果分析

从提取出的坡度分级图以及耕地的坡度图中，我们可以看出黑土村和拖姑村的耕地面积占有一定的比重。通过查询属性表的内容，确定这些耕地都为旱地，没有水田与水浇地。对于耕地的坡度分级，它在耕地面积中的统计以及上述操作过程可以在ArcGIS中建立相应的模型进行运行，如图6、图7。

4 结论

本文利用ArcGIS10.2软件，对云南省黑土村与拖姑村的土地进行坡度分级以及耕地的提取，并对耕地进行坡度分级，制作坡度分级图。在研究过程中，采用了数字高程模型（DEM）生成耕地坡度图的方法，并建立对应的模型。在操作的过程中，需要注意栅格的像元大小要设置合适，这样在地类图斑的属性表中Majority的字段就不会出现空值，使查询更准确。耕地在土地调查及整理中有着重要的地位，耕地的坡度分级进一步诠释了ArcGIS在土地中的应用，除了文中提到的操作，也可以进行耕地中某种坡度的提取，可以根据相关的研究操作，考虑耕地整理在土地综合生产能力提高、生态环境改善、景观优化方面的潜力，这也是一项重要的工作[13-15]。

图4 按属性查询耕地的结果图

图5 耕地分布图

图6 坡度分级模型图

图7 提取耕地模型图

[1] 范巍, 刘惠, 卢少雄. 浅谈如何利用 DEM制作耕地坡度分级图[J]. 地理空间信息, 2009, 7(S1): 42-45.

[2] 简承渊. 五年内坡度25度以上的耕地将全部还林[J]. 云南农业, 2015(08): 74.

[3] 宋博洋. 影响坡耕地调查的技术因素研究[D]. 吉林大学, 2009.

[4] 王康. 基于GIS的黄土丘陵沟壑区耕地整理潜力评价[D]. 长安大学, 2016.

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[15] 刘海飞, 杨敏华, 周军, 钟耀武. 基于ArcGIS平台的坡度分级图快速制作[J]. 山西建筑, 2014, 40(03): 262-264.

Grade Analysis of Cultivated Slope Based on ArcGIS

ZHOU Yu-jia, ZHU Da-ming

(College of Land Resources Engineering, Kunming University of Science and Technology, Kunming, Yunnan 650093)

The grade analysis of cultivated land slopes occupies an important position in land suitability and production capacity surveys and land quality assessments, and at the same time it realizes the application of GIS technology to deal with land use status data needs. In this paper, ArcGIS software is used to classify the slope gradient of cultivated land according to the degree of influence on the use of cultivated land in TuoGu and HeiTu countries of Yunnan. The application of ArcGIS in slope grade of cultivated land is analyzed from slope classification and data topology. The cultivated land in this example area is dominated by dry land, and the slope of cultivated land is divided into five levels. The cultivated land in each slope class occupies a certain proportion. Based on the operations in this paper, the potential of arable land consolidation in the improvement of comprehensive land production capacity, improvement of ecological environment, and landscape optimization can also be considered, which is also an important research.

Cultivated land; Slope grade; Land planning; ArcGIS

P208

A

10.3969/j.issn.1003-6970.2018.11.043

周羽佳(1995-)，女，研究生，主要研究方向：GIS与地理信息技术；朱大明(1970-)，男，副教授，主要研究方向：3S集成，土地规划。

周羽佳，朱大明. 基于ArcGIS的耕地坡度等级分析[J]. 软件，2018，39（11）：207-211