全 文 ：贵州省安顺市土地资源信息空间数据库
的建立与应用*
周 斌1* * 杨柏林2 林沁园3
( 1 浙江大学农业遥感与信息技术应用研究所, 杭州 310029; 2 中国科学院地球化学研究所,贵阳 550002;
3 浙江省嘉善县地籍测定会队 ,嘉善 314100)
Establishment and applications of the spatial database of land resources information in Anshun, Guizhou
Province. ZHOU Bin1 , YANG Bailin2 , L IN Q inyuan3( 1 I nstitute of Agr icultural Remote Sensing and App lica
tion of I nf ormation Technology , Zhej ing Univer sity , Hangzhou 310029; 2I nstitute of Geochemistry , Chinese A
cademy of Sciences , Guiyang 550002) . Chin . J . A pp l. Ecol . , 2002, 13( 5) : 632~ 634.
For the purpose of manag ing and processing land resources and environment information, a spatial database of
land info rmat ion in Anshun City , Guizhou Province, w hich involved present data and the invest igated informa
tion by remote sensing, was established under the support ing of PAMAP GISTM 4 2. T he spatial database could
pro vide the functionality of query ing for spatial data and its associated attr ibutes, conversion between the differ
ent data formats, mapping the digital terr ain, fast and accurate analysis on soil resources, land assessment and
management applicat ion, and soil erosion risk mapping . The establishment of t his spatial database was expected
to play an impor tant role in territor ial planning, agricultural sustainable development, spatial assessment o f eco
logical env ironment, and so on.
Key words Land resources, Spatial database, GIS applicat ion.
文章编号 1001- 9332( 2002) 05- 0632- 03 中图分类号 F301 文献标识码 A
* 贵州省科学技术基金资助项目( 993095) .
* * 通讯联系人.
2000- 06- 30收稿, 2000- 10- 13接受.
1 引 言
要制订不会危及环境的土地资源开发和保护计划, 必须
首先掌握可靠的、较新的有关土地资源的时空信息[ 3] . 近年
来,以 GIS 和遥感技术为主的现代信息科学技术在土地覆盖
/利用调查与填图[ 2, 6]、土地资源动态变化监测[ 13]、土地质量
退化与土壤侵蚀监测[ 5 , 8]、土地资源评价[ 12]与管理[ 10]中得
到了广泛应用.这些技术可以较好地解决以往传统方法在获
取、分析和处理大量、复杂土地信息中的众多限制,使我们得
以动态地、综合地分析土地资源环境信息[ 4, 7] .
贵州省安顺市地处我国西南岩溶山区, 生态环境脆弱,
土地资源相对不足, 人地矛盾突出, 存在耕地推进、林草减
退、土地石化等生态环境劣化的趋势. 为响应我国西部大开
发的战略, 使岩溶地区走上经济与生态协调发展的道路, 科
学合理地开发和利用土地资源就显得十分迫切.建立安顺市
土地资源信息空间数据库的设计思想是利用研究区最新的
常规和遥感调查数据、相关图件等资料, 以 GIS 为数据存贮、
操作和管理的工具,对空间数据进行处理、评价和开展各种
专题分析.
2 研究方法
21 空间数据库的总体设计
土地资源信息空间数据库用于研究区内与土地有关的
空间信息、属性信息及统计数据的存贮和管理, 是在 PC/
Win98 环境下, 以 Pamap GIS( V4. 2)为软件工作平台, 进行
数据的采集、修改、存贮和管理等建库工作.
基于 Pamap GIS( V4. 2)的土地资源信息空间数据库的
总体设计具有如下特点: 1)具有同时支持矢量格式和栅格格
式的混合数据结构; 2)按空间数据逻辑或专业属性将数据划
分为不同的数据层, 以 层 作为矢量、栅格和属性数据库的
数据组织、存贮和管理的基本单元; 3)属性数据以关系表形
式存贮,通过标识码与其相对应空间单元相链接; 4)存贮图
形注记及一些相应的属性描述文件; 5)建立地图库, 用于管
理空间图形文件, 空间数据库比例尺为 1/ 5 万; 地理坐标系
统和投影方式可根据需要进行变换.
2 2 空间数据库的构建
2 2 1 数据构成及来源 数据库主要包括基础地理、土地资
源信息专题和统计 3 类数据. 基础地理类数据中, 水系、等高
线、高程控制点等从地形图上采集,行政界线、交通网络、居
民点等均从最新的行政区划图中获取. 专题类数据有两种来
源,一是已有的专题图件, 包括土壤类型图、土地利用现状
图、区域地质图、岩溶地貌图、岩组图、农业气象等, 这些资料
大多来源于 1988年底由贵州省地质矿产局所编制的安顺市
城市环境地质系列图件和贵州省第二次土壤普查的测量结
果和图件资料; 二是通过本次研究所获得的遥感专题信息.
社会经济等附属统计资料均来源于!贵州年鉴∀、!贵州统计
年鉴∀等政府公开出版的统计数据.
2 2 2 已有图件的输入 对于已有图件, 主要采取手扶数字
化的方式进行输入. 对手扶数字化工作而言, 正确的地图定
应 用 生 态 学 报 2002 年 5 月 第 13 卷 第 5 期
CHINESE JOURNAL OF APPLIED ECOLOGY, May 2002, 13( 5)#632~ 634
位是至关重要的.如果定位准确,则数字化地图与原始纸图
具有极好的对应关系,从而确保各层空间数据之间相互迭加
分析的准确性和可靠性. 为此, 需选择至少 4 个均匀分布的
地面控制点, 并且定位偏差必须小于规定的允许值. Pamap
GIS 推荐的允许值是偏斜误差小于 0. 1%和比例尺偏差小于
0. 3% .定位后输入专题图件中各类型间的边界线,然后编辑
这些线段,最后生成多边形拓扑关系, 并赋多边形属性值.
数字高程模型( DEM )是地理信息系统数据库最基本的
空间数据之一[ 11] . 研究区的等高线是通过手扶数字化 1/ 5
万地形图输入的,尽管这些地形图大部分成图于 20 世纪 50
~ 70 年代,但除了新建的水库外, 研究区整个地形依旧, 故
仍用其建DEM. 在输入时采用20m 等高距 ,等高线较稀疏处
还输入了 10m 的间曲线. 各幅地形图的数字化定位误差均
被严格地控制在系统所要求的范围内. 经过反复检查, 并最
终确定无误后,将输入的等高线转换成栅格模式的数字高程
模型.这一转换是通过 Pamap GIS 的 Topographer 模块中的
Create DEM Surface程序来进行的. 为了能与 TM 遥感影像
的空间分辨率相统一,将 DEM 的栅格大小定为 30m ∃ 30m.
生成的 DEM 还可进一步派生出坡度图和坡向图. 其余基础
地理数据如行政界线、水系、交通网络等的输入较为简单, 不
再赘述.
223 遥感专题信息的输入 研究区的遥感专题信息是通
过工作站版 ER MAPPER( 5. 1)遥感图像处理软件对 TM 数
据进行处理和分类后所得到的,包括 1987 年和 1995 年的土
地覆盖遥感分类图,以及土地覆盖变化图等.
224 数据结构 Pamap GIS 能接受和处理的数据类型基
本有 3种, 即矢量、栅格和属性数据.每种数据格式都分别有
64 个数据层位可供操作.
3 结果与分析
31 研究区地形信息提取与查询
根据生成的 DEM 图层,我们可以对研究区的地形信息
进行分类统计和查询.结果显示, 研究区地势北高南低, 境内
高程主要分布在海拔 1300~ 1500m 之间, 其中 2/ 3 的面积
高程为 1350~ 1450m.研究区的坡度分布主要表现为陡坡面
积较大,大于 15%的面积占全区总面积的 45. 5% ,而其中 25%
以上的就占了 31. 8% .从坡度的空间分布来看, 研究区西部
和北部虽然地势较高,但坡度较缓, 在地貌上属丘陵台地区;
而南部、东部以及西南部的坡度较陡, 属山地区.
32 数字地貌类型图的派生
人工目视圈定出的地貌类型图往往较为粗略,通过上述
生成的数字地形信息,我们对研究区的地貌单元进行了重新
划分.根据当地实情, 将研究区的地貌类型定为平坝地、槽谷
洼地、岩溶高原、丘陵和山地,并建立了各种地貌类型的划分
规则(表 1) .从结果来看, 由于我们是以 30m ∃ 30m 的栅格
像元为评价单元,并综合考虑了绝对高程、相对高程和地形
坡度等多源信息,因此所得到的研究区地貌类型图更加精细
和准确. 通过对该数字地貌类型图进行统计分析, 就可以获
得有关研究区各种地貌类型的空间分布、面积、平均高程、坡
度以及相对高差等信息.
表 1 研究区的地貌类型划分规则
Table 1 Criteria of landform classification in study area
地貌类型
Landform
高程范围
Absolute
elevat ion
( m)
相对高差
Relat ive
elevation
difference
( m)
平均坡度
Average
slope
(%)
平坝地 Basin 1340~ 1400 < 50 < 5
槽谷洼地 Bot tomland < 1340 < 50 &5
岩溶高原 Karst plateau > 1400 < 50 < 5
丘陵H illy 1340~ 1520 &50和 ∋ 150 15~ 35
山地 Upland 1200~ 1540 > 150 25~ 45
3 3 研究区土地覆盖类型的地理分布及动态变化
3 3 1 地理分布特点 根据 1995 年 Landsat TM 影像的遥
感分类信息, 我们对研究区土地资源的空间分布状况进行了
调查,主要分析了各种土地覆盖类型在不同高程、坡度以及
地貌上的分布特征. 例如, 研究区的耕地主要分布在海拔
1300~ 1450m 的地段, 合计占各自总面积的 87. 08% ( 水
田)、86. 54% (旱地)和 96. 08% (菜地 ) . 相比之下, 林地、草
地和未利用地的高程分布要高一些, 有 16% ~ 24% 分布在
1450m 以上.研究区的耕地多数分布在小于 6 度的缓坡地
段,合计占各自总面积的 70. 2% ( 水田 )、33. 5% (旱地) 和
62. 9% (菜地) ,但分布在大于 25%的坡地上的耕地仍占相当
的比例, 如水田占 6. 9%、旱地32. 7%和菜地 10. 7% . 林草地
和裸岩则主要分布在大于 25%的山地和丘陵上,特别是在山
地区,占据了大约 70% ~ 90% , 而在地势较平坦的盆地、高
原和槽谷洼的分布仅占 5% ~ 15% .
3 3 2 动态变化 利用多时相 TM 遥感数据, 对研究区
1987~ 1995 年间的土地覆盖变化进行了监测. 再分别将
1987 和 1995年的遥感分类数据与研究区的坡度数据进行
迭加统计, 获得了研究区土地覆盖的坡度分带变化数据.
3 4 土壤侵蚀的定量评价
水土流失是困扰岩溶山区可持续发展的主要因素之一.
由于其过程复杂, 控制因子繁多, 故依靠传统的人为划定流
失等级和遥感目视解译的方法往往费时、费力[ 1] .在该空间
数据库的支持下, 我们综合数据库中的土壤、地形、植被覆盖
状况和降雨等资料, 对研究区各土壤侵蚀因子进行了评
价[ 15] .首先, 根据研究区土地信息 GIS 空间数据库中土壤理
化数据(机械组成、有机质含量等)作出了研究区的土壤可蚀
性因子( K)值图,再结合降水(雨量及其分布)资料计算出研
究区的降雨侵蚀力因子 ( R )值图、由 DEM 派生出的地形因
子 LS 值和利用遥感数据分类得到的 C、P值, 最后采用修正
的通用土壤流失模型( RUSLE) [ 9]对研究区土壤侵蚀现状和
潜在危险进行了定量评价. 估算的结果表明, 研究区的平均
年土壤流失总量为 86777t, 平均侵蚀模数为 409. 4t(km- 2(
a- 1, 其平均侵蚀模数与以往实测调查结果相比较为吻合, 表
明该方法在研究区的水土流失监测中具有较高的可靠性.
4 讨 论
4 1 研究区土地资源状况
根据分析结果, 发现研究区有相当一部分耕地资源分布
在山地环境中, 特别是山地区的旱地, 竟占旱地总面积的
49. 5% .由于旱地的水土保持能力较差, 一直被公认为是导
6335 期 周 斌等:贵州省安顺市土地资源信息空间数据库的建立与应用
致山区水土流失的主要原因[ 14] , 因此研究区陡坡旱地的大
量分布是一个急需认真对待并加以解决的问题.除山地外,
研究区的旱地还广布在研究区北部的岩溶高原上,水源的相
对缺乏,致使在这片分水岭台地上出现了研究区内最集中的
旱地作物区.
研究区的城镇主要分布在盆地和岩溶高原上,这部分面
积占了 72. 6% .另外的近 1/ 3 依次是分布在丘陵、山地和槽
谷洼地中. 研究区的城镇与菜地、水田等耕地具有相似的地
貌分布, 这导致了城镇的扩展必定是以侵占耕地为代价的.
人口在不断增长,城镇也需不断扩张, 而可耕地资源却日益
减少,这种人地矛盾正是摆在人们面前的一大难题.
坡度分析表明,研究区的土地覆盖类型的坡度分布呈 3
种不同的分布态势.第一类是直接受人为控制的类型, 如居
民用地、耕地中的水田和菜地, 其分布状况基本上是随着坡
度的增加而逐渐减少;第二类是以林草地为主的自然植被和
以裸岩为主的未利用地, 其分布特征是坡度越大, 则比重越
大;第三类则属于 平坦型 , 如旱地的分布特征与该地区的
坡度自然分带趋势大体一致.这使其具有了一种类似 过渡
(在上述人为利用类型和自然覆盖类型之间 )性质的坡度分
布特征.事实上, 由于旱地的易开发性和易管理性,往往使其
作为人类对未利用地区开发利用的一种先遣利用类型 .
42 研究区土地资源的变化
421 耕地 尽管面积均有所减少,但旱地与水田却具有不
同的坡度分布变化方式. 与 1987 年相比, 1995 年的水田面
积在各个坡度带上都有所减少; 而旱地、菜地却表现为在缓
坡地、平地上面积的减少和在陡坡地上面积的增加, 特别是
大于 25%的陡坡旱地, 其比重从 1987 年的 30. 6% 增长到
1995 年的 32. 6% .很明显, 这种自发性的耕地减少缓解措施
事实上将会带来更多的资源环境问题, 陡坡耕地不仅产量
低,而且会造成水土流失, 破坏生态.
422 林草地 封山育林措施使得研究区内的林、草地面积
在近些年来有所增加,这些增加的林草地主要位于坡度大于
15%的山地、丘陵区, 而位于平地和缓坡地带的林草地却减少
了,这使得林草地的分布向着更陡的山地区退缩.
423 建设用地 从绝对数来讲,平地上的建设用地增长得
最快, 8 年间新增了 386hm2, 但其比重却还降低 1. 5% , 原因
在于来自坡地上的城镇扩展幅度更大.
424 未利用地 尽管面积全面减少了,但研究区的未利用
地在 6 ~ 25%的坡度带上的比重却呈现出增加的趋势, 从
25 8%增长为 27. 5% .
根据前面的分析,我们知道研究区的土地覆盖类型具有
2 种截然不同的坡度分布特征.一些与人的日常生活直接相
关的建设用地、耕地、菜地等地类的比重,随坡度增加呈明显
下降趋势, 而其它的如林地、草地、未利用地等则呈增加趋
势. 2 种分布类型在 6~ 25%之间呈交叉状态,表明该坡度带
在微观上呈现出一种类似地理过渡带的性质. 近些年来, 尤
其是建设用地在该坡度带的比重增长幅度非常大,暗示着人
类活动的领域正在逐步跨越这一过渡地带.这种变化趋势将
导致林、草地等后备可用地资源的进一步减少 .
4 3 研究区的土壤侵蚀防治
对研究区各种土地覆盖类型的土壤侵蚀模数进行的估
算结果表明, 研究区 92%的土壤流失量来自旱地, 其次是菜
地和水田. 上述 3 种地类的土壤流失量之和占整个流失量的
98. 3% ,表明农作区是最主要的土壤侵蚀来源.因此,对农作
区采取的适当的水土保持措施都将有助于从根本上改善这
一地区的土壤流失状况. 通过将模型计算的潜在流失量图与
实际流失量图进行对比发现, 岩溶地区对土壤侵蚀是极其敏
感的, 但已造成毁坏的地区(裸岩区)和一些人工、天然的地
面覆盖方式使得实际的流失量大大减少了.
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Acta Miner S in(矿物学报) , 20( 1) : 13~ 21( in Chinese)
作者简介 周 斌, 男, 1972 年生, 博士后, 副教授, 主要从
事资源环境遥感与 GIS 应用, 发表文章 15 篇. Email:
zhoubin@ zju. edu. cn.
634 应 用 生 态 学 报 13卷