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DEM在土地总体规划中的应用分析

范文

张淑娟

摘要：对DEM中的坡度信息以及海拔信息进行有效提取，以密度分析思路为基础，在Arc GIS环境中对试验区地貌进行生成，在土地规划利用土地、编制土地利用、土地划分中可以发挥巨大的作用。本文主要针对土地总体规划中DEM的应用进行分析。

关键词：土地利用；规划；DEM

中图分类号：P208 文献标识码：A

土地勘测定界是土地征收利用、土地划拨出让以及土地的流转、土地规划、土地整理、土地开发等工作中至关重要的技术工作，同时该项工作的技术难点又在于计算各类占地面积。在《土地勘测定界规程》中针对土地面积有着明确的规定，地表在平面的投影所占面积即土地面积，但在实际的土地利用规划中，土地所有权人往往对依照规程所划分的面积并不认可，尤其在农用地流转过程中，依照规程所得到的土地面积往往比农民认知的面积要少，因此农民会要求重新测量，但实际上这一测量精度是准确的。这种差距主要来自于农民所认知的土地面积为地表面积，而依照规程测量的土地面积为地表投影面积，并且坡度越大二者之间的差异也越大。为了减少甚至消除地表面积和投影面积的差异，则应当寻找一个方法计算地表面积。实际生活中地表往往是起伏不规则的，其表面积无法用确切的数学模型予以表达，因而就无法精确地利用数学公式计算出精确的地表面积。虽然采用一些其他的方式可以尽可能地对地表曲面进行模拟，提高计算结果的精确度，但是往往还是会存在一定的差距。

1. DEM概述

但是随着信息技术不断发展，测量技术也不断得到革新，数字化测图技术开始被应用于地形测图中。利用数字化测图技术可以有效弥补传统测量中的不足，提高测量计算精度，令局部地表面积的高精度计算成了可能。利用数字化测图进行地形数据以及地物数据的采集，其特征点利用三维坐标表述，相邻两点之间相互连接可以形成空间三角形，从而构成连续坡度，用以表述现实中地表的起伏，这种表述方式也是DEM的表示方法之一，而这些空间三角形面积的总和便可以对应相应地表面积，从而提高地表面积的精确度。

2.提出问题

数字地形模型作为一种数字表达形式，可以准确地表述地表形态属性，并且这种数字描述方式具有一定的空间位置特征以及地形属性特征。在该模型中，若地形属性作为高程，那么其是数字高程模型，即DEM。在地理空间中，高程作为第三位坐标存在，而在传统的地理信息中，以二维的形式构建地理信息，数据结构为二维结构，DEM则是三维地形模型构建的必要补充。通常情况下，DEM使用高程矩阵表示，而高程矩阵由地表规则的网格单元组成。广义上的DEM除了上述表示外，还包含了三角网、等高线等地面高程数字。DEM在地理信息系统构建DTM中起到了基础作用，为DTM的建立提供可靠的数据保障。而其他地形要素例如坡向、坡度等要素，则可以间接、直接通过DEM导出，这类地形要素一般称作“派生数据”。正是由于各类地形参数都可以从DEM中提取，因此该技术在土地规划利用中得到了广泛的认可。

对各区域、种类、行业用地进行统筹协调是土地利用规划编制的前提，土地利用規划的目的是合理调整土地利用布局及利用结构，其工作重点在于确定耕地、基本农田规模范围，掌握生态用地、城镇用地以及基础设施用地的分布和面积，对区域土地用途进行总体规划，并制定相关规则约束土地用途。自然环境下，土体用途会受到坡度因素、坡向因素以及海拔因素的影响。例如在界定生态保护区时，主要依据自然地貌特征划分，例如山脚线、山脊线等自然界线。而确定建设用地管制分区的扩展分区时，也需要综合考量自然地貌。DEM是可以最大程度地反应地表真实性的数字模拟手段，而在土地利用规划中应用DEM，可以有效提高土地总体规划的科学性、合理性。

3. DEM的实际应用

3.1 提取坡度

Arc GIS空间分析模块中的Slope的命令从DEM中提取实验区的坡度分布数据。在处理过程中应注意DEM高程数据的单位是否与水平距离的单位一致，如不一致应在坡度分析对话框的z参数中调整。坡度数据分布的范围理论上在0°～90°，但由于是以像元为单位进行计算，分析结果细节表现过于明显，某一等级坡度区内可能有破碎的其他等级坡度数据存在，不符合实地地貌情况。

3.2 处理高程数据处理

DEM数据中主要应用到的数据包括海拔和坡度，由于涉及高程数据与坡度数据的叠加，而实验区海拔在125m～685m，因此需将高程数据标准化到坡度分布数据范围内。采用线性变换的方法将高程数据标准化到坡度分布范围0°～90°之间。标准化公式为：

X=kx+b （1）

式中：x为原始数据；X为标准化后的数据；k、b为变换常数。

计算可知，k=9/56，b=-1125/56。

3.3 叠加栅格数据

DEM中的高程与坡度在一定程度上存在相关性，且两因素在土地利用总体规划的影响方式类似，因此在考虑两者的共同作用时可以用矢量距离方法（）来反映这两项因素对土地利用总体规划的共同作用。

在Arc GIS空间分析模块中用栅格计算器按上式对坡度和高程栅格进行叠加计算，得到栅格数据叠加结果。可以看出，叠加后的数据已能反应高程和坡度两因素的共同作用，海拔高、坡度大的地方栅格值大；海拔低、坡度小的地方栅格值小。但该数据由于是以像元为单位计算的，数据细节体现比较明显，而土地利用总体规划各类分区过程中应在考查地貌特征的基础上对地貌类型进行一定的概括。从这方面分析，该数据直观性较差，需要做进一步处理才能被利用，而不能直接应用。

栅格数据的单位为像元，而每一个像元存在特有的栅格值，所以在应用中可以将单独的像元视为矢量点，但是这个矢量点具有一定数值。分析像元点密度，继而生成密度图像。在Arc GIS中，点数据构成了密度地图。并且计算每个单元的过程中需要利用圆形搜索区或环形搜索区，而用于计算输出栅格数据的每个单元密度值所需要点的搜距则由搜索区决定。基于这一点，试验区从整体上被划分为等级不同的密度区，系统分析的过程中会在一定程度上对细节进行概括，从而更加直观地表述地表特征，应用土地规划。

将栅格数据进行转换，使之变为矢量点数据，利用density命令，在空间分析模块中分析密度。数据已进行了一定程度的概括，数值和坡度之间呈正比例关系，并且不同坡度之间具有较为明显的接线，可以直观地表述坡度区范围，对结果数据分级进行调整，则分区概括不同。

结语

通过实践分析可以总结，利用DEM可以较为准确地生成地貌分区，并且依照实际情况对结果数据分级数进行调整可以进一步提高土地总体规划编制的科学性，并对土地用途区的划分有着指导作用。此外，在实际应用中，最终结果还会受到密度分析参数设置以及栅格数据像元大小的影响，因此最终的结果数值需要经过多次实验才能得到最佳结果。目前，DEM数据主要应用于升级土地总体规划管理，而在市（县）级的土地总体规划编制中很少应用，地方应用DEM需要经过专门审批，这对于DEM数据的推广应用造成了一定的阻碍。

参考文献

[1]邬伦，刘瑜，张晶.地理信息系统-原理、方法和应用[M].北京：科学出版社，2001：1.

[2]李志林，朱庆.数字高程模型[M].武汉：武汉测绘科技大学出版社，2000：52.

[3]施金龙，吕洁.应用统计学[M].南京：南京大学出版社，2005：3.

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