基于物元模型的高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)條件評價(jià)

基于物元模型的高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)條件評價(jià)

0高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)條件等級關(guān)聯(lián)度分析高標(biāo)準(zhǔn)耕地建設(shè)對發(fā)展現(xiàn)代農(nóng)業(yè)，保障食品安全，促進(jìn)農(nóng)村可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。這是確保國家食品安全的不可避免前提，也是推進(jìn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和結(jié)構(gòu)調(diào)整的重要組成部分。國內(nèi)眾多學(xué)者已經(jīng)從土地整治潛力分析本文以河北省涿州市為例,通過構(gòu)建高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)條件評價(jià)指標(biāo)體系并依此劃分建設(shè)條件等級,同時(shí)通過物元模型等對影響高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)的限制因子條件進(jìn)行關(guān)聯(lián)度綜合計(jì)算,根據(jù)計(jì)算結(jié)果劃分隸屬度和統(tǒng)計(jì)限制因素等級及個數(shù),并與建設(shè)條件等級進(jìn)行疊加對比分析,從而得到最終優(yōu)先區(qū)劃分結(jié)果。1一般研究區(qū)域和數(shù)據(jù)1.1緯坐標(biāo)范圍河北省涿州市位于河北省中部,保定市北部,太行山東麓平原,經(jīng)緯坐標(biāo)范圍分別是:115°44'~116°15'E、39°21'~39°36'N,東西相距36.5km,南北相距25.5km,總面積742.5km1.2耕地圖斑的通達(dá)度研究數(shù)據(jù)主要包括:2014年涿州市1∶10000耕地質(zhì)量等別數(shù)據(jù);涿州市土地利用現(xiàn)狀數(shù)據(jù)和部分行政區(qū)邊界數(shù)據(jù),主要用來計(jì)算道路、溝渠等距離耕地圖斑的通達(dá)度;《涿州市土地利用總體規(guī)劃(2010—2020年)》、《河北省涿州市2014年度耕地質(zhì)量等別年度更新評價(jià)分析報(bào)告》、GB/T28407—2012《農(nóng)用地質(zhì)量分等規(guī)程》(以下簡稱《規(guī)程》)為確保數(shù)據(jù)的真實(shí)性、有效性和一致性,首先檢查數(shù)據(jù)來源及格式,以及數(shù)據(jù)屬性表是否完整;其次進(jìn)行計(jì)量單位的統(tǒng)一和規(guī)范,并進(jìn)行地圖投影和坐標(biāo)轉(zhuǎn)換等操作;分類提取線狀地類數(shù)據(jù)中的道路以及溝渠等作為后續(xù)指標(biāo)計(jì)算的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。2學(xué)習(xí)的概念和方法2.1提高耕地綜合質(zhì)量的優(yōu)點(diǎn)以網(wǎng)格為評價(jià)單元具有打破行政單元約束、易于空間定位、提高信息檢索與更新效率、切實(shí)反映耕地綜合質(zhì)量狀況,相對更加準(zhǔn)確,指標(biāo)獲取和衡量相對容易等優(yōu)點(diǎn)2.2評價(jià)指標(biāo)的選取首先嚴(yán)格按照高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)要求中提到的地面坡度大于25°的區(qū)域?yàn)榻箙^(qū)域,對研究區(qū)進(jìn)行坡度分析,結(jié)合研究區(qū)實(shí)際情況,涿州市耕地起伏較小,因此忽略地形坡度方面的因素。其次,綜合考慮影響高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)條件的各類影響因素,盡量彌補(bǔ)前人研究中評價(jià)指標(biāo)體系遺漏以及剔除冗余的指標(biāo)。標(biāo)準(zhǔn)中提到:全國農(nóng)用地質(zhì)量分等成果中的優(yōu)等、高等、中等級耕地是高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田的重要組成部分,因此本文的耕地立地條件通過選取平均自然等指數(shù)這一指標(biāo)進(jìn)行評判;空間布局條件通過選取耕地面積比、分維數(shù)兩個指標(biāo)進(jìn)行表征,依次反映建設(shè)區(qū)的土地利用結(jié)構(gòu)與地塊形狀復(fù)雜度;高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田須具備建設(shè)必需的水利、交通等骨干工程設(shè)施,同時(shí)還需耕作條件便利,耕作距離適中,本文選取灌溉保證率、排水條件、道路通達(dá)度3個指標(biāo)反映田間基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)條件;農(nóng)田防護(hù)與生態(tài)環(huán)境保持工程也是高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)內(nèi)容之一,本文的生態(tài)保護(hù)條件包括景觀破碎度和防護(hù)林比率,綜合反映生態(tài)環(huán)境和抗災(zāi)能力大小;然后利用AHP法計(jì)算各指標(biāo)權(quán)重,結(jié)果如表1所示。2.3計(jì)算和確定優(yōu)先順序的指標(biāo)2.3.1耕地自然等別指數(shù)由于耕地立地條件代表了耕地的自然稟賦屬性,耕地整體質(zhì)量越高,越有利于高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè),已有的耕地自然等別數(shù)據(jù)能很好地反映每個地區(qū)的耕地自然質(zhì)量,因此本研究選取涿州市耕地自然等別數(shù)據(jù),采用面積加權(quán)法計(jì)算每個評價(jià)單元內(nèi)的平均自然等指數(shù),以此反映耕地自然條件的高低。計(jì)算公式為式中TR2.3.2基礎(chǔ)設(shè)施條件灌溉保證率T排水條件T式中D道路通達(dá)度T2.3.3空間布局條件耕地面積比T式中A———評價(jià)單元的面積,m分維數(shù)T式中AL2.3.4環(huán)境保護(hù)條件景觀破碎度T防護(hù)林比率T式中F———評價(jià)單元內(nèi)的防護(hù)林面積,m2.4模型構(gòu)建及計(jì)算過程物元的概念是將事物的質(zhì)和量完美的結(jié)合在一起,當(dāng)可拓集合的元素是物元時(shí),構(gòu)成的可拓集合就是可拓物元集,在可拓物元集上建立的模型就是物元模型。本文利用物元模型對影響高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)的4個條件進(jìn)行分析,通過計(jì)算關(guān)聯(lián)函數(shù)確定各評價(jià)單元的隸屬度,根據(jù)隸屬度高低劃分各評價(jià)單元等級。具體計(jì)算過程如下:(1)建立待判物元矩陣給定事物的名稱M、特征C及特征向量X,以有序三元組R=(M,C,X)作為描述該事物的基本物元。如果該事物有多個特征,M以n個特征C式中R———待判物元矩陣(2)確定經(jīng)典域矩陣和節(jié)域矩陣為式中RRaba其中式中ρ(X,Xρ(X,XK若K(4)計(jì)算綜合關(guān)聯(lián)度并確定等級式中wK若K2.5高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)條件等級二次修正通過建立高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)條件評價(jià)指標(biāo)體系計(jì)算綜合得分并劃分等級的方法存在一定的誤差和局限性,比如等級劃分依據(jù)不合理、缺乏對限制因素的考慮等情況,因此本研究從限制條件的限制程度角度對高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)條件評價(jià)等級結(jié)果進(jìn)行二次修正。即以2.4節(jié)中物元分析結(jié)果為基礎(chǔ),通過統(tǒng)計(jì)分析每一評價(jià)單元4個準(zhǔn)則層建設(shè)條件中1級、2級、3級的個數(shù),其中1級代表建設(shè)條件為高限制性,2級代表建設(shè)條件為中等限制水平,3級代表低限制性水平,采用限制因素組合法,按照順序?qū)€數(shù)進(jìn)行組合,如表2所示,“004”表示評價(jià)單元4個建設(shè)條件中包含0個高限制條件,0個中限制條件,4個低限制條件,從而依據(jù)評價(jià)單元內(nèi)各限制因素占高、中、低限制條件的個數(shù)并結(jié)合建設(shè)條件評價(jià)等級進(jìn)行涿州市高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)優(yōu)先區(qū)最終劃定,具體劃分規(guī)則如表2所示。3結(jié)果與分析3.1建設(shè)條件等級劃分通過ArcGIS10.2中的FishNet工具創(chuàng)建網(wǎng)格,并經(jīng)網(wǎng)格和耕地?cái)?shù)據(jù)的空間連接、空間疊加,依據(jù)表3所示的指標(biāo)賦分規(guī)則進(jìn)行打分,根據(jù)建設(shè)條件綜合得分,采用自然間斷點(diǎn)法將涿州市高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)條件等級由低到高依次劃分為1級、2級、3級3個等級,等級分值區(qū)間分別為[48,64),[64,80),[80,92),空間可視化結(jié)果如圖3所示。3.2護(hù)條件物元分析計(jì)算通過對耕地立地條件、基礎(chǔ)設(shè)施條件、空間布局條件、生態(tài)保護(hù)條件這4類綜合指標(biāo)進(jìn)行物元分析計(jì)算,經(jīng)典域矩陣和節(jié)域矩陣設(shè)置為然后按照式(10)~(12)進(jìn)行綜合關(guān)聯(lián)度計(jì)算,并對結(jié)果進(jìn)行等級劃分,結(jié)果如表4所示。3.3立地條件和基礎(chǔ)設(shè)施條件均為3個月的個數(shù)根據(jù)3.2節(jié)計(jì)算結(jié)果,對涿州市838個評價(jià)單元的立地條件、空間布局、基礎(chǔ)設(shè)施、生態(tài)保護(hù)4個限制因素進(jìn)行分析,分別統(tǒng)計(jì)每個單元隸屬于1級、2級、3級不同限制程度等級的因素個數(shù),例如表4中的評價(jià)單元1:生態(tài)保護(hù)條件等級為1,空間布局條件為2,耕地立地條件和基礎(chǔ)設(shè)施條件均為3,則1、2、3級(高、中、低)個數(shù)分別為1、1、2。然后統(tǒng)計(jì)得到所有單元的限制因素等級個數(shù)組合,經(jīng)統(tǒng)計(jì),涿州市限制因素等級個數(shù)組合一共有14種類型,如表2所示,其中004、013、022、031、040高限制因素均為0個,說明開展高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)難度不高,應(yīng)優(yōu)先考慮進(jìn)行劃定,301、310高限制因素均為3個,代表建設(shè)難度較大,應(yīng)最后考慮。最后,結(jié)合限制因素等級個數(shù)情況和建設(shè)條件評價(jià)等級兩方面考慮,經(jīng)修正后的涿州市高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)優(yōu)先區(qū)劃定結(jié)果如圖4所示。為了將最終劃分結(jié)果落實(shí)到耕地圖斑上,本文通過ArcGIS10.2中的分類導(dǎo)出數(shù)據(jù)、疊加分析等操作,通過一一對應(yīng)關(guān)系,將評價(jià)網(wǎng)格單元內(nèi)的耕地圖斑按照面積占優(yōu)法、堅(jiān)持保留圖斑原始邊界的原則分別賦以相應(yīng)的等級,最后顯示結(jié)果如圖5所示。3.4尺身份證鎮(zhèn)是否在尺干鎮(zhèn)西部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)先劃入?yún)^(qū)是涿州市整體建設(shè)條件最佳區(qū)域,建設(shè)條件綜合得分在80以上,總面積8008.72hm適宜調(diào)入?yún)^(qū)分布范圍較為廣泛,主要分布在百尺竿鎮(zhèn)東部、東城坊鎮(zhèn)、義和莊鄉(xiāng)西部、刁窩鄉(xiāng)以及涿州市南部大部分地區(qū)。該地區(qū)耕地自然本底質(zhì)量較高,且灌溉排水、道路通達(dá)度等田間基礎(chǔ)設(shè)施完善,建設(shè)條件得分在64~92之間,具有理想的高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)條件基礎(chǔ),且限制因素以中低限制水平為主,部分地區(qū)有1個高限制因素,稍加整治就可達(dá)到高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田標(biāo)準(zhǔn),該地區(qū)總面積22145.34hm土地整治重點(diǎn)地區(qū)總面積為14907.20hm后備調(diào)控區(qū)耕地面積共506.10hm4建設(shè)條件綜合得分(1)以網(wǎng)格為評價(jià)單元對涿州市進(jìn)行了高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)條件評價(jià),打破了行政邊界的限制,通過網(wǎng)格計(jì)算影響高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)條件的評價(jià)指標(biāo)使計(jì)算結(jié)果更加客觀合理,并且將最后優(yōu)先區(qū)劃定結(jié)果落實(shí)到耕地圖斑上,可視化效果更為直觀、逼真。通過引用物元模型對影響建設(shè)條件的因素進(jìn)行限制因素等級個數(shù)組合分析,并將分析結(jié)果應(yīng)用到優(yōu)先區(qū)時(shí)序劃分上,建設(shè)條件綜合得分結(jié)合限制性因素難度個數(shù)組合的劃分優(yōu)先區(qū)方法,使耕地?cái)?shù)量、質(zhì)量、生態(tài)以及整治難度4個特性結(jié)合在一起,使劃分結(jié)果更加科學(xué)合理。(2)涿州市高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)條件整體較高,其中適宜劃定為高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)區(qū)(優(yōu)先劃入?yún)^(qū)和適宜調(diào)入?yún)^(qū))的面積之和占了涿州市耕地總面積的66.18%,耕地自然質(zhì)量以及田間基礎(chǔ)設(shè)施、空間布局、生態(tài)保護(hù)等條件均處于中上水平,優(yōu)先區(qū)等級呈現(xiàn)中部高、四周偏低,東部南部高、西部低的規(guī)律。其中優(yōu)先劃入?yún)^(qū)以中等生態(tài)條件限制因素為主,今后應(yīng)在現(xiàn)有優(yōu)越農(nóng)田質(zhì)量的基礎(chǔ)上加強(qiáng)環(huán)境保護(hù)和生態(tài)建設(shè)工程為主,促進(jìn)可持續(xù)發(fā)展;適宜調(diào)入?yún)^(qū)以高限制生態(tài)保護(hù)條件和中高限