基于坡度和耕作田块空间格局的土地整理决策支持系统

发布时间：2017-07-06 04:10

  本文关键词：基于坡度和耕作田块空间格局的土地整理决策支持系统

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【摘要】：土地整治分区是实现土地资源高效、持续利用和土地利用结构优化等问题的结合点和切入点。基于科学合理的思路和技术对土地整治进行分区具有重大意义。已有采用灰色星座聚类法进行土地整理分区的相关研究。并且有学者运用整数规划原理建立了耕作田块优化设计的数学模型,设计了基于“3S”技术的土地整理应用方法。利用GIS技术建立评价模型和信息系统,试图将该项工作模型化、信息化。同时,在管理信息系统(MIS)、决策支持系统(DSS)和人工智能与专家系统(AI/ES)的指导下,结合国家投资土地整理项目管理工作的实际需求,建立基于国土资源信息网络环境的土地整理项目决策支持系统,实现了项目决策与项目库管理的高度集成。但在土地整理决策系统的相关研究中,将地理条件与高新技术相结合,应用于土地整理的研究还比较薄弱。因此本文借助GIS技术,基于坡度与耕作田块的空间格局,构建土地整理决策支持系统,实现土地整理的分区功能,并且对土地平整工程的实施方案提供决策。本文首先从耕作田块修筑工程角度,选取5个土地整治项目中7个样区作为研究对象,以土地细碎化指数GLFIi表示研究区域耕作田块的土地细碎度,从耕作田块大小、耕作田块形状、耕作田块空间离散度以及耕作田块可达性4个方面对细碎程度进行综合评价。使用“定性评价”的方法为权重赋值,并且引入一个新的形状指数PSI,包括短边数量、锐角数量、反射角数量、边界点数量、紧凑性和规则性6个参数。定量分析与探讨耕作田块修筑工程对土地细碎化治理的作用,以期为土地细碎化的整治提供新思路;并以重庆市秀山县官庄镇张坝和望高2个村的耕作田块为例,提取研究区海拔、坡度、坡向、地形起伏度、地表粗糙度、地表切割深度、坡度变率(SOS)和坡向变率(SOA)8个地形因子,综合运用景观格局指数、Logistic回归模型,分析耕作田块空间格局与地形因子间的相关性;最后以这两部分研究所得出的结论为基础,基于研究区的坡度和集中连片面积,利用ArcGIS软件的数据处理和空间分析能力,借助模型构建器,为土地整理提供决策支持方案。主要研究结果和结论如下:(1)耕作田块修筑工程可以有效改善土地细碎化问题,土地细碎化指数GLFIi能定量地评价土地细碎化治理程度。耕作田块修筑工程分别使7个样区的耕作田块大小、耕作田块形状、耕作田块空间离散性、耕作田块可达性平均提高27%、9%、0.3%、34%,土地细碎整体改善7%~24%;利用不同赋权方案评价土地细碎化治理情况发现,耕作田块大小与耕作田块可达性是影响土地细碎化治理的关键指标,在均等、递增、递减、理性4种权重方案中贡献最大,其次为耕作田块形状和空间离散性。因此,以GLFIi表示的综合评价模型,对计量评价土地细碎化治理程度具有应用价值,并且经验证,形状指数psi其描述的耕作田块形状与便于农业耕作的耕作田块形状具有较高的正相关性,当耕作田块形状越适于耕作,该形状指数值越高。在每个耕作田块样区采取4种权重方案进行独立评价。结果表明,无论权重方案如何变化,最终结果的偏差均小于10%,表明该方法具有一定可靠性和稳定性。而治理效果很大程度上取决于耕作田块修筑工程能否据地形地貌,因“势”利导,更好地优化耕作田块空间布局以及更合理地利用道路等配套设施提升耕作田块通达性。(2)耕作田块主要在低地形位上有序分布,海拔、坡度和地形起伏度决定了土地利用的方向和方式,控制着土地利用空间分布格局。耕作田块由于其利用方向、方式和强度等具有特殊性,对地形、水源等自然条件的要求尤为严格。从空间数量结构来看,耕作田块优势区位位于海拔460m以下,坡度8°以下,地形起伏度1.0m以下以及地表切割深度0.5m以下;样区具有喀斯特地貌特征,其十分脆弱的生态地质环境,使耕作田块受到地形地貌以及经营方式的双重影响,造成土地破碎度的增加。从斑块景观格局来看,海拔460m以上,耕作田块聚集程度急剧下降,坡度2~5°时,耕作田块破碎度达到最大,耕作田块聚合度在地形起伏度和地表切割深度小于0.5m的梯度上达到最大;从斑块空间分布与地形因子的相关程度来看,地形起伏度、海拔、坡度和坡向与耕作田块空间分布显著相关,其回归系数分别为-0.957、-1.049、-0.187和0.038。海拔、坡度和地形起伏度基本上决定了土地利用的方向和方式,进一步控制着土地利用空间分布格局。(3)借助gis技术模型构建器,建立土地整理决策支持系统,实现了土地整理的分区功能,对土地平整工程的实施方式提供决策。样区1共筛选出7个片区可整治为条田,其中4个片区面积达到6.67hm2以上,最大面积达到40.2hm2,并筛选出3个片区可整治为缓坡地,其中最大片区面积为6hm2。样区2共筛选出4个片区可整治为条田,其中3个片区面积达到6.67hm2以上,最大面积达到20.33hm2,并且4个片区均处于样区2的南部,即河流阶地地貌区,筛选出1个片区可整治为缓坡地,其面积为3.4hm2。不难发现,对于不同地形地貌类型,可实施的土地平整工程类型存在差异。河流阶地地区由于其本身优良的地理条件,土地利用率较高,是土地平整工程中的重点设计区域。丘陵地区虽有一定的坡度起伏,但具有一定土地整治潜力,通过土地整理工程有效增加土地利用率、提高耕地生产力、改善生态环境并节约生产投资。而喀斯特地貌区域由于其地理环境的特殊性,不适用于一般土地整治工程,应寻求其他工程改造方案,进一步改良农业生产环境。综上所述,由于耕作田块对地形、水源等自然条件的要求尤为严格,主要分布在低地形位上,并且海拔、坡度和地形起伏度决定了土地利用的方向和方式,控制着土地利用空间分布格局。耕作田块修筑工程可以有效改善土地的细碎化问题,土地细碎化指数GLFIi能定量地评价土地细碎化治理程度。利用GIS技术模型构建器功能,基于坡度和耕作田块的空间格局建立土地整理决策支持系统,实现了土地整理的分区功能,对土地平整工程的实施方式提供决策。可以预见,根据不同区域各自的自然地理条件以及产业发展需求,运用可设置各项参数的模型来实现土地利用分区的自动化将变得越来越重要。模型化、信息化是土地整理项目决策分析的大趋势,是规范土地整理运作、提高项目管理效率和科学化水平的必由之路。
【关键词】：土地整理决策支持 空间格局 土地细碎化 GIS
【学位授予单位】：西南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：F301.2
【目录】：

• 摘要7-10
• ABSTRACT10-14
• 第1章 文献综述14-20
• 1.1 土地细碎化研究14-16
• 1.2 土地利用格局研究16-17
• 1.3 土地整理决策支持系统研究17-19
• 1.4 结语19-20
• 第2章 绪论20-24
• 2.1 选题背景20-21
• 2.2 研究意义21
• 2.3 研究目标21-22
• 2.4 研究内容22-23
• 2.5 技术路线23-24
• 第3章 土地细碎化治理综合评价24-38
• 3.1 数据来源与处理25-31
• 3.2 耕作田块修筑对田块大小、形状的影响31-32
• 3.3 耕作田块修筑对田块空间离散性以及田块可达性的影响32
• 3.4 耕作田块修筑对土地细碎度的影响32-33
• 3.5 改变指标权重对土地细碎度的影响33-36
• 3.6 结语36-38
• 第4章 耕作田块空间格局与地形因子的相关性分析38-50
• 4.1 数据来源与处理38-43
• 4.2 耕作田块数量结构的地形梯度分异效应43-45
• 4.3 斑块景观格局的地形梯度分异效应45-47
• 4.4 斑块空间分布与地形因子的相关性47-48
• 4.5 结语48-50
• 第5章 构建土地整理决策支持系统50-64
• 5.1 数据来源与处理51-56
• 5.2 研究区坡度分析56-58
• 5.3 条田规划方案58-60
• 5.4 缓坡地规划方案60-61
• 5.5 结语61-64
• 第6章 结论与展望64-68
• 参考文献68-78
• 致谢78-80
• 参与科研及论文发表情况80

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