基于DEM的农用地分区研究——以宜兴为例开题报告

1. 研究目的与意义、国内外研究现状（文献综述）

一、本课题的意义

土地利用分区是土地利用区域差异性的客观反映，是土地利用规划的关键内容，也是实行土地用途管制的重要手段，对于科学制定土地利用方向，合理确定土地利用结构，提高土地利用集约化程度，促进区域协调发展具有重要意义。

我国目前的农用地分区工作在理论上，拥有一些定量性研究的探索，但实践中仍以定性为主，缺少定量化分区成果，分区的精度有待提高。随着分区中gis技术的应用，对于农用地分区的定量化以及精确度会日趋完善。在农用地定量化分区研究中，确定定量分类依据是农用地定量分区的重要环节。地貌要素是土地利用分区中重要的因素之一，地貌要素是自然地理要素的重要组成部分，与国民经济建设关系十分密切，发展农、林、牧、渔业等生产，进行城镇和交通建设以及开采矿山、修筑水库等都离不开对区域地貌条件的分析。

2. 研究的基本内容和问题

1.研究的目标

本文通过对江苏省无锡市宜兴市农用地地貌的研究和dem数据的分析，利用arcgis软件绘制出宜兴市农用地地貌类型分区图，并结合各分区社会经济状况、生态气候条件等对分区进行修正，最终得到宜兴市农用地分区图。同时，根据制图过程中各分区由于区域内相同或相近因素所导致对太湖流域水污染相近程度影响，根据该区域的地貌等各方面特征予以水污染防治建议。

2.研究的内容

3. 研究的方法与方案

4.研究方法

（1）文献综述法

最初课题相关研究背景和成果的学习方面，采用文献综述法查阅国内外相关文献了解该方向的理论研究成果，对于农用地分区现状、土地利用分区方法、地貌分类分类方案、DEM地貌划分、地貌制图、宜兴土地利用现状等研究都进行了一定的学习，储备了相关理论基础。

（2）主成分分析法

第一步，选择合适的分区指标。可以用一组地形因子指标来刻划每个地理单元，也就是说地理单元之间的差异完全反映在这组指标的不同数值上。本文主要是地貌类型方面的分区，选定的指标主要包括微观坡面因子、宏观坡面因子两方面，共计12个指标变量。

第二步，建立n个区域p个指标（p=12）的原始数据矩阵Mij（i=1，2，，i；j=1，2，，p）；

第三步，计算指标的相关系数矩阵Rjk；

第四步，求特征值λk（k=1，2，，p）和特征向量Lk（k=1，2，，p）；

第五步，计算贡献率和累积贡献率。

称λk/(λ1 λ2 λp)为第k个主成分Yk的方差贡献率，即主成分方差占总的方差的比例。这个值越大，表明第i个主成分综合信息的能力越强。

称λi/λi为主成分Y1，Y2，，Ym的累积贡献率，即表明取前几个主成分基本包含了全部测量指标所具有信息的百分率；通常以所取m使得累积贡献率达到85%以上为宜，即λi/λi≥85%；

第六步，计算主成分指标的权重Wj；

第七步，计算主成分得分矩阵Yij（i=1，2，，n；j=1，2，，m）；

第八步，根据多指标加权综合评价模型Fi=WjYij（i=1，2，，n；j=1，2，，p），计算综合评价值；

第九步，结合主成分对研究问题进行分析并深入研究。

（3）海拔直方图分析法

频率直方图是显示某一种属性值落在一定区间中的频率的一种柱状图，反映统计变量的频率分布特征。它通过位置指标（均值、中值、分位数等）、分布指标（方差、标准差）、形状指标（偏度、峰度）等反映数据的分布特征。

海拔指地面上的某一点与大地水准面的高差，它反映高出陆地地貌发育最终基准面的高度。海拔高度不仅反映地貌总能量的大小，且在一定程度上反映了内外应力强度的总体对比。海拔频率直方图反映了不同的高程带所占的频率及其组合特征，可以有效地表达海拔集中的几个范围，海拔频率直方图分析方法的目标就是让各级别中的变异总和达到最小，以达到同一组数据内部最大的一致性、组与组之间最大的异质性，为三种地貌类型的划分提供了依据。

（4）中值滤波法

中值滤波是由图基（Turky）在1971年提出的，是一种非线性图像平滑技术。它将每一象素点的灰度值设置为该点某邻域窗口内的所有象素点灰度值的中值。其实现方式是首先通过从图像中的某个采样窗口取出奇数个（一般情况下）数据进行排序，接着用排序后的中值取代要处理的数据即可。中值滤波法对消除椒盐噪音非常有效，在图像处理中，常用于保护边缘信息，是经典的平滑噪声的方法。

一维中值滤波的数学定义如下：

若为一组序列，先把其按大小顺序排列为，则该序列的中值y为

=

（5）面积阈值法

面积阈值法的基本思想是判别每个图斑的面积是否大于给定的阈值，如果是，则认为该图斑属于低山丘陵，否则舍弃。其求解过程需要首先将栅格结果转换为矢量数据，方可计算面积。同时面积阈值法具有一定的人为因素，需要反复比较晕渲图，并结合已有的资料或成果方可确定面积阈值。

（6）多边形聚合法

多边形聚合的基本思想将两个在一定距离阈值内的多边形合并为一个更大的多边形。如果是不规则多边形聚合，则结果仍为不规则多边形，如果多边形所有的角都是直角，则聚合后的多边形依然为直角。

5.技术路线图

技术路线图如图1所示，本研究在主要通过资料获取的宜兴市农用地现状图的基础上，结合已有的研究和宜兴市的实地状况，制定出农用地定性分区的方案。结合对宜兴市DEM数据的选择性使用，对定性分区的方案划分出定量的指标范围，根据根据定量分区指标制作出农用地地貌分区图。对社会经济、生态气候、流域状况等因素加以综合考虑，根据实际情况对农用地地貌分区图进行调整，以获得最终的农用地分区图。此外，本研究在分析农用地分区因素的同时，分析地形因子和社会经济、生态气候、流域状况等对于水环境的影响，由此针对不同农用地区域的特点，给出对于宜兴流域水污染防治的对策建议。

6.可行性分析

（1）研究对象合理：宜兴市地理环境独特，地貌形态多样，山、平、圩兼有；同时，宜兴市农用地分布集中，便于制图研究；

（2）数据来源可靠：研究所需实验数据来自导师和相关部门，研究所需要理论材料均来自期刊网以及出版文献资料；

（3）研究方法科学：研究利用相关数据，采用主成分分析法确定所需的数据因子，利用ArcGIS软件结合海拔直方图分析法、中值滤波法、面积阈值法、多边形聚合法等多种方法不断修正数据可能存在的瑕疵，并结合地貌以外其他影响因素对地貌分类结果进行调整，以得到合理的农用地分类图。

4. 研究创新点

（1）分区标准创新。现有对土地利用分区的定量分区是仅从地貌类型角度或社会经济、生态等指标角度分类，本课题对宜兴市农用地分区中，首先从地貌类型角度对农用地进行初步分区划分，再结合社会经济、生态等多种因素，对地貌分类角度不合理的分类进行调整，实现更为合理的综合分区；

（2）对策视角新颖。对于太湖水污染治理提出对策并非从水污染本身来看，而是将农用地分区结果与宜兴段太湖流域水污染防治结合，针对农用地可能带来的水污染，从地貌等可能出现污染源的成因处寻找水污染治理办法。

5. 研究计划与进展

1.3月上旬，完成资料准备、定性分类方案的建立；

2.3月下旬，完成地貌类型图的绘制和修正；

3.4月上旬，完成初稿，提交指导老师批改；