DEM在土地總體規劃中的應用分析

張淑娟

摘 要：對DEM中的坡度信息以及海拔信息進行有效提取，以密度分析思路為基礎，在Arc GIS環境中對試驗區地貌進行生成，在土地規劃利用土地、編制土地利用、土地劃分中可以發揮巨大的作用。本文主要針對土地總體規劃中DEM的應用進行分析。

關鍵詞：土地利用；規劃；DEM

中圖分類號：P208 文獻標識碼：A

土地勘測定界是土地征收利用、土地劃撥出讓以及土地的流轉、土地規劃、土地整理、土地開發等工作中至關重要的技術工作，同時該項工作的技術難點又在于計算各類占地面積。在《土地勘測定界規程》中針對土地面積有著明確的規定，地表在平面的投影所占面積即土地面積，但在實際的土地利用規劃中，土地所有權人往往對依照規程所劃分的面積并不認可，尤其在農用地流轉過程中，依照規程所得到的土地面積往往比農民認知的面積要少，因此農民會要求重新測量，但實際上這一測量精度是準確的。這種差距主要來自于農民所認知的土地面積為地表面積，而依照規程測量的土地面積為地表投影面積，并且坡度越大二者之間的差異也越大。為了減少甚至消除地表面積和投影面積的差異，則應當尋找一個方法計算地表面積。實際生活中地表往往是起伏不規則的，其表面積無法用確切的數學模型予以表達，因而就無法精確地利用數學公式計算出精確的地表面積。雖然采用一些其他的方式可以盡可能地對地表曲面進行模擬，提高計算結果的精確度，但是往往還是會存在一定的差距。

1. DEM概述

但是隨著信息技術不斷發展，測量技術也不斷得到革新，數字化測圖技術開始被應用于地形測圖中。利用數字化測圖技術可以有效彌補傳統測量中的不足，提高測量計算精度，令局部地表面積的高精度計算成了可能。利用數字化測圖進行地形數據以及地物數據的采集，其特征點利用三維坐標表述，相鄰兩點之間相互連接可以形成空間三角形，從而構成連續坡度，用以表述現實中地表的起伏，這種表述方式也是DEM的表示方法之一，而這些空間三角形面積的總和便可以對應相應地表面積，從而提高地表面積的精確度。

2.提出問題

數字地形模型作為一種數字表達形式，可以準確地表述地表形態屬性，并且這種數字描述方式具有一定的空間位置特征以及地形屬性特征。在該模型中，若地形屬性作為高程，那么其是數字高程模型，即DEM。在地理空間中，高程作為第三位坐標存在，而在傳統的地理信息中，以二維的形式構建地理信息，數據結構為二維結構，DEM則是三維地形模型構建的必要補充。通常情況下，DEM使用高程矩陣表示，而高程矩陣由地表規則的網格單元組成。廣義上的DEM除了上述表示外，還包含了三角網、等高線等地面高程數字。DEM在地理信息系統構建DTM中起到了基礎作用，為DTM的建立提供可靠的數據保障。而其他地形要素例如坡向、坡度等要素，則可以間接、直接通過DEM導出，這類地形要素一般稱作“派生數據”。正是由于各類地形參數都可以從DEM中提取，因此該技術在土地規劃利用中得到了廣泛的認可。

對各區域、種類、行業用地進行統籌協調是土地利用規劃編制的前提，土地利用規劃的目的是合理調整土地利用布局及利用結構，其工作重點在于確定耕地、基本農田規模范圍，掌握生態用地、城鎮用地以及基礎設施用地的分布和面積，對區域土地用途進行總體規劃，并制定相關規則約束土地用途。自然環境下，土體用途會受到坡度因素、坡向因素以及海拔因素的影響。例如在界定生態保護區時，主要依據自然地貌特征劃分，例如山腳線、山脊線等自然界線。而確定建設用地管制分區的擴展分區時，也需要綜合考量自然地貌。DEM是可以最大程度地反應地表真實性的數字模擬手段，而在土地利用規劃中應用DEM，可以有效提高土地總體規劃的科學性、合理性。

3. DEM的實際應用

3.1 提取坡度

Arc GIS空間分析模塊中的Slope的命令從DEM中提取實驗區的坡度分布數據。在處理過程中應注意DEM高程數據的單位是否與水平距離的單位一致，如不一致應在坡度分析對話框的z參數中調整。坡度數據分布的范圍理論上在0°～90°，但由于是以像元為單位進行計算，分析結果細節表現過于明顯，某一等級坡度區內可能有破碎的其他等級坡度數據存在，不符合實地地貌情況。

3.2 處理高程數據處理

DEM數據中主要應用到的數據包括海拔和坡度，由于涉及高程數據與坡度數據的疊加，而實驗區海拔在125m～685m，因此需將高程數據標準化到坡度分布數據范圍內。采用線性變換的方法將高程數據標準化到坡度分布范圍0°～90°之間。標準化公式為：

X=kx+b （1）

式中：x為原始數據；X為標準化后的數據；k、b為變換常數。

計算可知，k=9/56，b=-1125/56。

3.3 疊加柵格數據

DEM中的高程與坡度在一定程度上存在相關性，且兩因素在土地利用總體規劃的影響方式類似，因此在考慮兩者的共同作用時可以用矢量距離方法（）來反映這兩項因素對土地利用總體規劃的共同作用。

在Arc GIS空間分析模塊中用柵格計算器按上式對坡度和高程柵格進行疊加計算，得到柵格數據疊加結果。可以看出，疊加后的數據已能反應高程和坡度兩因素的共同作用，海拔高、坡度大的地方柵格值大；海拔低、坡度小的地方柵格值小。但該數據由于是以像元為單位計算的，數據細節體現比較明顯，而土地利用總體規劃各類分區過程中應在考查地貌特征的基礎上對地貌類型進行一定的概括。從這方面分析，該數據直觀性較差，需要做進一步處理才能被利用，而不能直接應用。

柵格數據的單位為像元，而每一個像元存在特有的柵格值，所以在應用中可以將單獨的像元視為矢量點，但是這個矢量點具有一定數值。分析像元點密度，繼而生成密度圖像。在Arc GIS中，點數據構成了密度地圖。并且計算每個單元的過程中需要利用圓形搜索區或環形搜索區，而用于計算輸出柵格數據的每個單元密度值所需要點的搜距則由搜索區決定。基于這一點，試驗區從整體上被劃分為等級不同的密度區，系統分析的過程中會在一定程度上對細節進行概括，從而更加直觀地表述地表特征，應用土地規劃。

將柵格數據進行轉換，使之變為矢量點數據，利用density命令，在空間分析模塊中分析密度。數據已進行了一定程度的概括，數值和坡度之間呈正比例關系，并且不同坡度之間具有較為明顯的接線，可以直觀地表述坡度區范圍，對結果數據分級進行調整，則分區概括不同。

結語

通過實踐分析可以總結，利用DEM可以較為準確地生成地貌分區，并且依照實際情況對結果數據分級數進行調整可以進一步提高土地總體規劃編制的科學性，并對土地用途區的劃分有著指導作用。此外，在實際應用中，最終結果還會受到密度分析參數設置以及柵格數據像元大小的影響，因此最終的結果數值需要經過多次實驗才能得到最佳結果。目前，DEM數據主要應用于升級土地總體規劃管理，而在市（縣）級的土地總體規劃編制中很少應用，地方應用DEM需要經過專門審批，這對于DEM數據的推廣應用造成了一定的阻礙。

參考文獻

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