（土地资源管理专业论文）基本农田划定自动化成图中图斑分割决策模型应用研究.pdf

中国农业大学硕士学位论文 摘要 耕地图斑定积分割是利用计算机技术合理进行基本农田保护区划定的主要步骤之一，同 时也是实现基本农田保护区划定成图自动化的一个重要技术环节。通常的图斑定积分割仅是 人工在需定积分割的图斑上任意输入一条分割线进行分割，在此之前缺乏对分割线方向的判 断、选择决策，主观性和随意性较强，缺乏对基本农田保护区划定内在要求的合理分析，容 易导致分割划入的基本农田只是在数量上满足要求，而不能满足定位需要；同时，图斑定积 分割的最终实现一般都是由人工手动调用g i s 中的分割模块进行，准确率低、费时长，没有 实现真正意义上的成图自动化。因此，对如何科学地进行图斑定积分割及实现其成图自动化 作进一步研究。使图斑定积分割能更加合理、高效、自动地进行，对于提高基本农田保护区 划定的整体科学性有其理论意义和实用价值。 为此，本文针对摹本农田划定自动化成豳中必须进行图斑定积分割的决策问鹰运用动 态规划原理和相关几何知识，分别建立了连片性因素、区位困紊、行政因素以及综台因素下 的耕地图斑定积分割决策模型。并在此基础上，以实现图斑定积分削的自动化为目的，选择 将v c + + 的面向对象编程技术与m a p g i s 的二次开发技术有机结合。并采用紧耦合的方式进 行了决策模型和m a p g i s 系统平台的有机集成。最后结合山西省太原市万柏林区圪镣沟村的基 本农田划定工作，进行了耕地图斑定积分割决策模型的实证研究，结果表明，本文建立的模 型能有效地达到基本农田保护区划定自动化成图中图斑分割定位、定量的要求，从而为实现 基本农田保护区划定成图自动化提供技术支持，也为区域土地利用优化奠定技术基础 本文对耕地图斑定积分割决策模型的建立理论和方法进行了分析，并对这些决策模型的 g i s 实现技术和集成方式进行了探讨，在一定程度上拓宽了决策理论和面向对象技术、二次 开发技术以及集成技术的应用领域。 关键词：成图自动化，图斑分割，动态规划，决策模型，集成二次开发 中国农业大学硕士学位论文 a b s t r a c t p o l y g o n - p a r t i t i o no ff a r m l a n di so n eo ft h em a i ns t e p sd u r i n gp r i m ef a r m l a n dp r o t e c t i o np l a n n i n gb y u s i n gc o m p u t e r , a n di ti sa l li m p o r t a n tt h n o l o g yo fm a p p i n ga u t o m a t i c a l l yo fp r i m ef a r m l a n d p r o t e c t i o np l a n n i n g u s u a l l y , p o l y g o n - p a r t i t i o nw a sa c c o m p l i s h e db yd r a w i n gar a n d o mp a r t i t i o n - l i n eo n t h ep a r t i t i o n e dp o l y g o nu n i tb yh a n d ，w h i l et h er a t i o n a la n a l y s i so fe s s e n t i a lr e q u i r e m e n t so fp r i m e f a r m l a n dp r o t e c t i o nw a si g n o r e d s ot h ep o l y g o n p a r t i t i o nw o aa l w a y sa r b i t r a r ya n dr a n d o ma n dc o u l d n o tm e e tt h ed e m a n do fo r i e n t a t i o n o nt h eo t h e rh a n d ，t h ec o m p l e t i o no fp o l y g o n - p a r t i t i o nu s u a l l y r e l a y so np o l y g o n - p a r t i t i o nm o d e lo fg i sw h i c hw a ss e l e c t e db yh a n d ，s om a p p i n ga u t o m a t i c a l l yw u s n o ta c h i e v e d t h e r e f o r e , i ti sn e c e s s a r yt or c s e a m ht h es c i e n t i f i cp o l y g o n - p a r t i t i o na n dm a p p i n g a u t o m a t i c a l l y , a n dt h i sr e s e a r c hi so f t h e o r e t i ca n dp r a c t i c a ls i g n i f i c a n c e i nt h i sp a p e f s o m ed e c i s i o n - m a k i n gm o d e l so f p o l y g o n - p a r t l t i o nw e r eb u i rt os o l v et i 砖d e c i s i o w m a k i n g p r o b l e mo f p o l y g o np a r t i t i o nd u r i n gt h em a p p i n ga u t o m a t i c a l l yo fp r i m ef a r m l a n dp r o t e c t i o np l a n n i n g a p p l y i n gt h ep r i n c i p l eo fd y n a m i cp r o g r a m m i n ga n dg e o m e t r yk n o w l e d g em l a t n d ，t h em o d e l sw c m k b e dr e s p e c t i v e l yo nf a c t o ro fc o n n e c t i v i t y , l o c a t i o na n dp o l i c y t h e nt h e s em o d e l sw e 他i m p l e m e n t e d b yt h r o ek e yt e c h n o l o g i e s ：o b j e c t - o r i e n t e dt e c h n o l o g yo fv c + + s e c o n d - d e v e l o p e dt e c h n o l o g yo f m a p g i sa n di n t e g r a t i o nm e t h o do fc l o s ec o u p l i n g f i n a l l y , t h e s em o d e l sw e r et e s t e di nt h ep r i m e f a r m l a n dp r o t e c t i o np l a n n i n go fa v i l l a g eo fw a n b a i l i nd i s t r i c lt a i y u a nc i t y , s h a n x ip r o v i n c e t h e r e s u l t ss h o w e dt h a tt h em o d e l sm e e tt h ed e m a n d so f o r i e n t a t i o na n dq u a n t i t y - f i x i n go f p o l y g o np a r t i t i o n d u r i n gp r i m ef a r m l a n dp r o t e c t i o np l a n n i n gm a p p i n ga u t o m a t i c a l l y 1 1 弛r e s e a r c hc a np r o v i d et e c h n i c a l s u p p o r t sf o rm a p p i n ga u t o m a t i c a l l yd u r i n gp r i m ef a r m l a n dp r o t e c t i o np l a n n i n ga n dt h eo p t i m a l a l l o c a t i o no f t e r r i t o r i a ll e n du s e t h i sp a p e ra n a l y z e dt h eb u i l d i n gt h e o r i e sa n dm e t h o d s o f d e c i s i o n m a k i n gm o d e l so f p o l y g o n - p a r t i t i o n o ff a r m l a n d ，a n dd i s c u s s e dt h et e c h n o l o g i e so fh o wt oi m p l e m e n tt h em o d e l sb yg i sa n di n t e g r a t i o n m o d e s t h e s ew i l le n l a r g ei t sa p p l i c a t i o nf i e l d so fd e c i s i o n - t h e o r y , o b j e c t - o r i e n t e dt e c h n o l o g y , s e c o n d d e v e l o p e dt e c h n o l o g ya n di n t e g r a t i o nt e c h n o l o g y k e y w o r d s ：m a p p i n ga u t o m a t i c a l l y ，p o l y g o np a r t i t i o n ，d y n a m i cp r o g r a m m i n g ，d e c i s i o n m a k i n g - m o d e l ，s e c o n dd e v e l o p m e n t 独创性声明 s s 6 7 s ； 本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研 究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他 人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得中国农业大学或其它教育机构 的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均 已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 研究生签名：石莨 时闯：如用；年f 月哆日 关于论文使用授权的说明 本人完全了解中国农业大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权 保留送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅，可以采用影印、缩印或 扫描等复制手段保存、汇编学位论文。同意中国农业大学可以用不同方式在不同 媒体上发表、传播学位论文的全部或部分内容。 ( 保密的学位论文在解密后应遵守此协议) 研究生签名 导师签名 杏荔 时讯伽年只扣， 时间： 珈乡 年f 月2 妇 中国农业大学硕士学位论文 第一章前言 第一章前言 1 1 研究背景与意义 基本农田是指按照一定时期人口和社会经济发展对农产品的需求，依据土地利用总体规 划确定的不得占用的耕地。基本农田保护区就是为对基本农田实行特殊保护而依据土地利用 总体规划和依照法定程序确定的特定耕地保护区域( 基本农田保护条例，1 9 9 9 ) 。划定基本 农田保护区是合理利用和配置有限耕地资源的重要手段，同时也是土地利用总体规划中的一 项重要工作内容。 为了确保我国社会经济发展中，实现农业的可持续发展和农产品的基本安全供给，在耕 地后备资源十分贫乏的条件下，客观上需要采取硬措旋，把高产优质的耕地划入基本农田保 护区对其进行特殊保护。 有关如何对耕地实行特殊保护的问题我国予1 9 8 8 年就开始探索耕地的特殊保护途径。 并于1 9 8 9 年1 1 月在湖北省荆州地区率先开展了基本农田保护区划定的县级试点工作( 农 业部基本农田保护l ：作领导小组办公室。1 9 9 7 ) 。1 9 9 9 年l 片，新实行的中华人民共和国 士地管理法及该法的实施条例对划入基本农田保护区内的耕地数量进行了限定。要求 将全国8 0 以上的耕地划入基本农田保护区。划定基本农田保护区的工作已经取得了较大的 成就，到2 0 0 1 年为止，全国已划入基本农田保护区的耕地面积为1 6 _ 3 1 5 亿亩占全国耕地 总面积的8 4 ( 田凤山，2 0 0 2 ) 。随着我国基本农田保护工作的深入开展，特别是加入w t o 以后，耕地保护将面临新的挑战，需要不断地修改、调整或重新划定基本农田保护区，而传 统的基本农田保护区划定方法日趋显现出它的不足，迫切需要新的技术与方法支持。 传统方法划定基本农田保护区的工作程序一般是：在县级以上行政区都是根据上一级政 府下达的基本农田保护指标，考虑当地耕地现状、后备耕地潜力、国民经济状况等，将基本 农田保护指标分解f 达至下一级行政区，在村级行政区则把要保护的耕地面积，通过基本农 田的划区定界，落实到地块。并编制基本农田保护区图。划定基本农田保护工作程序见图 1 i ( 农业部基本农田保护工作领导小组办公室，1 9 9 7 ) 。 这些年来的基本农田保护区划定实践中也存在一些问题：在其划定过程中，由于缺乏对 耕地的空间分析过程和将耕地的自然质量、区位等影响因素综合考虑的决策判断过程，导致 各种划定方案的形成多以行政干预为主，人的主观因素影响较大，而且在实际划定过程中容 易只注重数量而忽视质量，存在严重的“划劣不划优、划远不划近”的问题，从而使基本农田 保护流下形式( 展瑰琦，1 9 9 7 ：邓红蒂，1 9 9 7 ；聂庆华，1 9 9 9 ：唐赤眉，1 9 9 8 ) 。 同时，传统的基本农田保护区划定方法，其技术手段基本还是采用传统的手r 方法效 率低、费时长，即使是运用了g i s 技术，但在具体划定过程中对耕地的选择决策，仍然以人 1 ：为主，自动化程度较低，并没有实现真正意义上的人机交互。由于采取这样的方法不能保 证划入基本农田保护区内的耕地质量，因此也不可能达到划定基本农田保护区要求的定量、 定质和定位需要。且在基本农田保护区划定中涉及剑的自然条件、政策等这样的半结构化决 中国农业大学硕士学位论文 第一章前言 策问题只能用定性的方法对这些因素进行必要的描述，不能定量地解决，因此也不能实现 对基本农田保护区划定进行科学、快速、准确的评估和决镱。以上这些都决定了传统的划定 方法不能满足耕地保护的要求。 划 区 定 界 围1 - 1 划定基本农田保护区工作程序 为了避免因经济发展的地区差异、时间差异及行政干预对基本农田保护区划定方向和评 判尺度的影响，有必要在基本农田保护区划定中运_ j 科学有效的决策方法及决策模型。将其 与兼有管理空间数据和属性数据能力的g i s 结合，开发一套可操作的科学辅助决策技术系 统，为更科学地定量、定位、定质地划定与管理基本农田保护区内的耕地提供技术支持与保 障。 利用计算机技术合理进行基本农田保护区划定主要包括三个步骤： ( d 首先是根据划定基本农田保护区的要求( 中华人民共和国士地管理法，1 9 9 8 ) ，对 2 一 基 本 农 田 保 护 区 规 划 中国农业大学硕士学位论文第一章前言 区域内的耕地图斑按综合质量进行排序： 其次是按照划定基本农田保护区的耕地条件将耕地图斑逐个选入基本农田( 基本农 田保护条例。1 9 9 9 ) ； 晟后是当所有入选的图斑累加面积超过区域内的基本农田保护指标时，对最后入选的 图斑进行定积分割( 朱德海等，2 0 0 0 ) ，将其部分入选为基本农田，使最终划定的基本农田保 护区面积与区域内的基本农田保护指标相符( 基本农田保护条例，1 9 9 9 ；中华人民共和国 土地管理法，1 9 9 8 ) 。 其中，合理进行图斑定积分割受多种因素的制约，如分割划入的图斑到交通线路、城镇、 村庄等距离的远近以及与其它基本农田田块之间连片程度的高低等，此外，还受行政因素的 干扰，因此科学合理地进行图斑定积分割。是在区位和行政等决策因素共同作用下的一个决 策过程，包括两部分：一是决策确定图斑分割线方向二是在此基础上进行定积分割。 通常的圈斑定积分割仅是人工在特分割圈斑上任意输入一条分割线进行分割。在此之前 缺乏对分割线方向的判断、选择决策，主观性和随意性较强，缺乏对基本农田保护区蹙i 定内 在要求的合理分析，容易导致分割划入的基本农田只是在数量上满足要求，丽不能满足定位 需要：同时，图斑定积分割的最终实现一殷都是由人_ 1 ：手动调用g i s 中的分割模块进行准 确率低、费时长，没有实现真正意义上的成图臼动化。因此，有必要对如何科学地确定圈斑 的分割线方向及实现成图自动化作进一步研究，使图斑定积分割能更加合理、高效、自动地 进行，从而提高基本农田保护区划定的整体科学性。 基于上述考虑，本文结合山西省太原市万柏林区东社乡的基本农田保护规划以实现耕 地图斑定积分割科学化、自动化为目的，研究建立适用于基本农田保护区划定中的耕地图斑 定积分割决策模型，并运用g i s 和计算机技术进行基本农田保护区划定的耕地图斑定积分割 的空间模拟，并在一定程度上实现耕地圈斑定积分割的自动化，以期为实现基本农田保护区 划定工作的自动化提供技术支持，并为区域土地利用优化奠定技术基础。 1 2 我国基本农田保护概况 基本农田保护并非中国独创，却是中国国情所必需。中国资源保护的首要重点是耕地保 护。因为耕地是国家最重要的基础资源，由耕地供养的人口总量及其派生的社会生产总值， 是其它任何资源不能比拟的。我国政府已把“承认维持生产所需要拥有的起码的土地面积， 并抑制进一步分割土地和限制具有生产力的可耕地转向其它用途”列入中国2 i 世纪议程( 中 国2 l 世纪议程，1 9 9 4 ) 。所以，我国十分重视耕地保护，尤其是基本农田保护工作。 我国对基本农田问题的重视，是源于二年自然灾害。根据基本农田保护背景和目标，我 国基本农田保护进程，分为三个阶段： 第一阶段：刨建旱涝保收高产稳产农田时期 主要在六、七十年代，以建设基本农田，提赢农田质量为中心。其目标是建设旱涝保收， 高产稳产农田。手段上主要是依靠修造梯田、兴修水利、改良土壤等农田工程措施，改造中 低产田。 中国农业大学硕士学位论文第一章前言 1 9 6 3 年1 2 月，邓小平在关于制定农业长期规划的指示中，有“关于农田基本建设问题， 第三个五年中可先搞5 亿亩稳产高产农田。第二步再搞5 亿亩”。1 9 6 4 年1 月，全国农业工 作会议着重讨论了建设早涝保收，高产稳产农田问题。认为逐步扩大早涝保收，高产稳产农 田面积，是全国最重要的建设任务。1 9 6 4 年3 月，国务院全国农业长期规划会议确定，农业 是第三个五年计划首要任务，建成5 亿亩旱涝保收，高产稳产农田。1 9 7 7 年7 月，全国农田 基本建设会议提出目标到1 9 8 0 年，实现人均一亩旱涝保收，高产稳产农田。 围绕着基本农田建设，一些学者对高产稳产农田建设对象的自然条件( 黄秉维1 9 6 4 ) ， 基本农田类型的形成条件、划分指标，基本农田建设规划以及高产稳产农田地图编制等问题 进行了探讨。基本农田建设，以工程方式保护农田，在我国一些地区，如黄土高原、南方红 黄壤丘陵地区实际上延续到现在。 第二阶段：基本农田保护与建设时期 主要在八十年代，人口增加。耕地减少，人地关系逐渐趋予紧张，国家开始重视基本农 田数鼙保护并开始了基本农田保护县级试点1 = 作。 这一时期，一方面包产到户粮食单产上升，导致误判粮食生产形势和农业内部比较效 箍，不适当地调籀农业内部结构，大鼙耕地被改变为渔塘或果园等。另一方面，非农建设占 用耕地鬣剧增，耕地浪费严重；加上环境恶化。农田自然损毁；以及农民大量建房等原因。 我国耕地面积减少严重( 王先进，1 9 8 9 ) 。 与此同时，国家逐渐重视耕地保护。1 9 8 2 年1 月，中共中央、国务院发出了关于切实 解决滥占耕地建房问题的报告。1 9 8 6 年3 月，再次发出关于加强土地管理，制止乱占耕 地的通知。1 9 8 7 年4 月，国务院公布中华人民共和国耕地占用税暂行条例。根据人均占 有耕地量将全国划分为四类不同地区。并按非农占用耕地的用途，分别规定税额。1 9 8 9 年 9 月，江泽民明确指出“l l 亿人口的吃饭问题，只有依靠我国自己采取正确的方针，进行持久 努力，不能依靠任何别人代替我们解决。任何时候都不能忘记这个最基本国情”( 江泽民， 1 9 8 9 ) 。1 9 8 9 年1 1 月，湖北荆州地区率先开展了基本农田保护区划定县级试点工作。 随着耕地流失，一些学者逐渐重视现有农田面积保护及耕地后备资源开发。他们就我国 耕地资源分布与合理利用( 方如康，1 9 8 2 ；赵松乔。1 9 8 4 ：黄自立，1 9 8 5 ) ，农田资源利用与 生产力提高( 石玉林，1 9 8 5 ) ，耕地面临的威胁及保护措施( 陈玉舟，1 9 8 4 ) ，耕地可能 变化趋势( 陈国南，1 9 8 7 ) ，和宜农荒地资源( 石玉林等，1 9 8 4 ) 、矿山土地复垦( 汪维恭， 1 9 8 8 ) 、土地抛荒( 周登科，1 9 8 8 ) 等专题进行了研究。 第三阶段：基本农田保护与管理时期 九十年代，以划定基本农田保护区为主要形式，我国全面展开基本农田保护工作。它以 保护基本农田面积为目标，并开始重视基本农田质量保护。 1 9 9 1 年1 月，国家颁布中华人比共和国土地管理实施条例，开始依法管理土地。1 9 9 4 年8 ，f j ，国务院义颁布基本农田保护条例，明确了基本农田内涵、分等定级办法及地力监 测等内容。1 9 9 6 年5 月，国家进一步f 达划定基本农田保护区技术规程，从基本农田保 护区规划、划定、监测和管理角度，规范基本农田保护_ 1 ：作过程。1 9 9 9 年1 月新修订的( 基 本农田保护条例正式实施，新条例在基本农田划定数量、区位、监督管理以及占用审 一d 一 中国农业大学硕士学位论文 第一章前言 批等方面的规定更加明确、到位，标志着我国的基本农田保护进入更加规范化、法制化的轨 道。 根据国家要求，各地陆续开展基本农田保护工作。截至1 9 9 6 年底，全国大部分地区都已 开展基本农田保护工作，划定基本农田保护面积1 3 2 亿亩，约占全国耕地总面积的6 5 ( 国 土资源部耕地保护司，1 9 9 9 ) 。这期间，许多学者、专家就基本农田保护保护区规划和部分省 市基本农田保护区划定进行了论述和总结( 郭海旭等。1 9 9 2 ：何守成等，1 9 9 2 ；宋祥彬等 1 9 9 3 ) 。1 9 9 9 年1 月，新实行的中华人民共和国土地管理法 及该法的实施条例对划 入基本农田保护区内的耕地数量进行了限定，要求将全国8 0 以上的耕地划入基本农田保护 区。划定基本农田保护区的工作已经取得了较大的成就，到2 0 0 1 年为止，全国已划入基本农 田保护区的耕地面积为1 6 _ 3 1 5 亿亩，占全国耕地总面积的8 4 ( 田凤山，2 0 0 2 ) 。这期间， 规划方法，经历了由定性到定性与定量相结合，由静态规划向动态规划方向的发展，并已逐 步向规划模型化、信息化、系统化过渡同时随着相关学科领域及计算机技术应用领域的进 一步拓展，以及为适应新一轮基本农田保护区划定t 作的要求，很多学者在基本农田保护规 划与管理的技术方法上寻求新的突破( 聂庆华。1 9 9 7 ；张兆瑞等，2 0 0 0 ：林文鹏2 0 0 1 ) i 3 当前基本农田保护区划定中存在的问题 纵观国内各个时期的基本农田保护工作，它们的共同点是： ( 1 ) 强调立法、规划在农田保护中的地位； ( 2 ) 农田保护的背景均是人地关系紧张和自然环境保护本身的要求； ( 3 ) 农田保护在内容上涉及农田数量和质量两个方面，强调行政干预和协调。 总之j ，对耕地中优质农田的保护既是我国长期共同的目标。也是可持续发展的必然趋势。 归纳起来，当前我国在基本农田保护_ 作中尚存在以下一些主要问题： ( 1 ) 概念体系模糊，缺乏可操作性 基本农田保护是一项操作性工作，但它作为科学意义上的主题，仅是近2 0 年的事情，它 的出现完全是由于社会发展需求。至今基本农田保护概念没有完全澄清。如基本农田界定上， 强调基本农田保护目标是满足人口所需，对基本农田自身特征却缺乏规定。与保护相关的农 田评价、定位、监测、管理等也没有明确解释，基本农田划定、利用、监测和管理等保护指 标，没有合理评定标准，进而影响实际保护的操作。 ( 2 ) 划定强调行政任务缺乏科学论证 基本农田保护不仅是一项紧迫的政府工作，也具有严肃的科学内容。当前基本农田保护 以上级r 达保护数量指标，乡镇为具体指标落实单位的方式进行。上级政府要求县、乡基本 农田划定在规定 l | ! | 限，作为行政任务完成。而数量指标分解、保护区界定等具体工作，没有 明了的科学论据。地方出于经济利益考虑，往往难以接受上级指标，常是凑足面积甚至优 先把苇塘等荒地考虑到基本农田保护区内，致使基本农田保护流于形式。 ( 3 ) 偏重数量指标，忽视质量标准 中国农业大学硕士学位论文第一章前言 当前，国内基本农田保护主要侧熏于面积指标。对已划入保护区的农田纵使必须征用， 也要用“占一补一”维护农田的数量指标达到农田面积的“动态平衡”。没有充分注意基 本农田自身肥力及总体生态条件，而单纯维持农田面积，难以保护赶田。而且“占一补一” 的范围不明确，“占一补一”是否有足够的农田后备资源来保障，均影响数量动态平衡的维持。 忽视质量标准的数量平衡，也将为个别地方非农建设占用农田，提供一种借口；或者使地方 在眼前经济利益驱动下，以次充好，甚至把荒地划入基本农田。 ( 4 ) 保护区农田利用规划滞后整体性差 划定基本农田保护区的目标是保护现有农田生产功能，保护的归宿是合理利用农田资源。 当前基本农田保护工作则主要停滞在保护区划定阶段，对保护区农田合理利用缺乏具体规划， 结果使农田监测和管理没有全面的参照系。 ( 5 ) 农田监测手段满足不了土地利用变更和士地质量变化的要求 农田监测是基本农田保护的重要环节和基础工作。由于农田利用在相当程度上，已深受 市场经济影响出于赢利目的，地方或个人并不愿把所有农田用于基本农产品生产；另一方 面，环境污染也波及农田质量，损害基本农产品生产。因此保护区农田管理必须以及时监测 农田变化为基础，丽现行农田监测手段仍是以人员实地观测为主，无论是时效还是准确性都 难以满足农田保护的要求。 ( 6 ) 规划方法滞后，满足不了新时期基本农田保护区规划的要求 常规的基本农田保护规划所采用的方法基本上是沿用计划经济时期的传统方法，即定性 研究的方法( 许坚等2 0 0 1 ) 。由于这种方法本身所具有的静态性特点，使得规划判断与现实 之间的误差较大。而且在实际操作中规划都是由长期从事土地科学和农业科学的工作人员通 过实地调查，结合经验分析的方法进行，不仅调查工作量大，标准难统一，而且空间定位精 度差，有一定的主观随意性，不容易进行定量研究，所以规划成果的可靠性较差，其科学性 受到质疑。同时，传统的基本农田保护区划定方法，其技术手段基本还是采用传统的手工方 法，效率低、费时长，既不能满足划定基本农田保护区要求的定量、定质和定位需要，也难 以保证规划的实时性和现势性，这种传统的规划技术与方法已难以满足新一轮基本农田保护 规划的要求。 因此，综观基本农田保护概况及其中存在的主要问题，我们可以看出，伴随着数据通讯 与计算机技术的发展。基本农田保护技术及规划方法的革新是目前制定起宏观指导作用的基 本农田保护规划之前必须解决的首要问题。其将是以g i s 进行基本农田数据分析、处理为基 础，以备类专业决策模型为核心，结合决策支持系统( d s s ) 和专家系统( e s ) 作为基本农 田保护操作的智能支持，从而实现基本农田划定技术的智能化、自动化和科学化。 1 4 相关领域研究现状 1 4 1 地理信息系统( g i s ) 的研究现状 6 中国农业大学硕士学位论文第一章前言 1 4 1 1 地理信息系统( g i s ) 简介 地理信息系统( g e o g r a p h i c a li n f o r m a t i o ns y s t e m ，简称g i s ) 是在计算机软硬件支持下的 与采集、存储、管理、描述及分析地球表面与空间地理分布有关的数据的空间信息系统。它 是以地理空闻数据库为基础，采用地理模型分析方法，适时提供多种空间的和动态的地理空 间信息，用于管理和决策过程的计算机技术系统。是一门介于地球科学与信息科学之间的交 叉学科，已在城市规划、管理、监测、建设和决策支持等方面得到了广泛运用。 现代高新技术( 计算机技术、空间技术和自动化技术) 和现代科学方法( 系统论、信息 论、控制论) 的形成与应用预示了信息时代的到来，也为g i s 的产生提供了先决条件。信息 时代以信息资源的科学管理和充分利用为特征，它必将要求地理学的高度现代化，既要求为 国土整治、流域开发、区域规划等提供宏观的辅助决策信息，又要为地学工程提供微观辅助 设计的具体数据，因此，对地理信息或资源环境信息( r - e ) 采集、管理和分析。提出了更 高的要求，可以说，地理决策的科学性，取决予对地理信息获取和分析的技术水平这就是 地理信息系统必然产生的历史背景。 地理信息系统晟早的萌芽就是诞生于十地资源的管理与应用部门。以1 9 6 3 年由加拿大测 量学家r f t o m l i n s o n 提出并建立的地理信息系统( c g i s c a n a d ag e o g r a p h i ci n f o r m a t i o n s y s t e m ) 为标志( 吴信才，2 0 0 2 ) ，地理信息系统作为一门科学而正式诞生。随后，地理信息 系统的发展是与许多和g i s 有关的组织和机构纷纷建立为代表。1 9 6 6 年美国成立城市和区域 信息系统协会( u r i s a ) ，1 9 6 9 年又建立起州信息系统全国协会( n a s i s ) 。这些组织和机构 的建立，为传播g i s 知识和推动g i s 技术的发展，起到了重要的作用。7 0 年代以后g i s 开 始得到迅速发展和普遍应用，世界上许多发达国家，如美国、日本、澳大利亚、法国、德国、 荷兰、意大利等，都花了大量的人力与物力从事土地资源信息系统的研究建立起一些有影 响的土地资源信息系统，如美国明尼苏达州的土地管理信息系统、日本的国家土地资源数据 库系统、法国国土地理院建成的国土信息系统、澳大利_ 垭c s i r o 计划的土地利用规划信息系 统( 王人潮。2 0 0 0 ) 。9 0 年代以后，随着地理信息系统技术的不断完善以及土地科学研究领 域的不断深入，建立了越来越多的更专业的土地资源信息系统，如土地评价信息系统( c a r o l a f e r g u s o n ，e ta 1 ，1 9 9 1 ：k o l l i a sv j ，e t a l ，1 9 9 8 ) 、土地利用规划决策系统( b r a z i e r a m ， 1 9 9 8 ) 、以及专门用于农村土地利用规划的空间决策支持系统等( k e i t hb m a t t h c w s ，e t a 1 ，1 9 9 9 ) 。 我国地理信息系统的研究起步较晚，从8 0 年代初开始，经过近二十年的发展，已由最初 的实验研究阶段进入产业化阶段的发展时期。九十年代以来，我国g i s 发展基本上已与国际 同步，且有许多较为成功的范例，如中国农业人学信息管理系研制开发的土地管理信息系统 ( 涂真等1 9 9 7 ) 、中国土地勘测规划院建立的县级地籍管理信息系统( 吴敏等，1 9 9 7 ) 、福 建师范大学地理系建立的县级土地评价信息系统( 陈逢珍等，1 9 9 8 ) 等等。随着信息技术尤 其是计算机技术的快速发展、数字地球( d i g i t a le a r t h ) 的提出与实施，以及g i s 应用程度的 不断深入和应厢范围的逐渐扩人，g i s 总体上呈现出厝终化、开放性、虚拟现实、集成化、 空间多维性等发展趋势。目前主要是加紧同遥嬉技术的密切结合和加强智能化的研究，面向 1 一 中国农业大学硕士学位论文 第一章前言 国民经济和社会发展中的重大资源环境危机以及全球变化研究所提出的挑战、重大自然灾害 监测、预警以及灾情评估与减灾对策，城市和区域社会经济发展以及各种资源的规划，开发 与管理等方面，逐步发挥遥感与地理信息系统的综合优势和作用。 地理信息系统具有一系列优点。由于其数据便于维护和提取，处理数据量大，且成本低， 速度快，利于短期内对大范围地区进行科学的评价；可以有效地对两个或两个以上时期的变 化进行动态监测；可以有效地进行用手工方法很难完成的某些分析如数字地形分析、图形 或图像的叠加分析等；可以将数据采集、空间分析和决策过程综合为一个信息处理过程，大 大提高了效益和效率( 黄杏元等，1 9 8 9 ) 。地理信息系统现已广泛应用于自然资源的清查与评 估- 土地资源适宜性评价和潜力评价，环境灾害动态监测与预报，作物播种面积估算城市 和区域发展及资源的规划与管理等方面充分展示了地理信息系统广阔的应用前景( 何建邦 等，1 9 9 3 ) 。但在基本农田管理方面，建立适于基本农田信息的专业数据库和分析模型。以及 建立一整套管理系统的内容至今尚不完善。 i 4 1 2 g i s 与相邻学科的关系 地理信息系统技术的创立与发展是与地理空间信息的表示、处理、分析和应用手段的不 断发展分不开的。从6 0 年代开始，由计算机自动制图系统基础上逐渐发展起来的g i s 技术 在发展和应用中不断吸取了其相邻研究领域的先进技术与方法，包括数据库与信息系统技术、 系统工程方法、决策科学及专家系统技术、地图学、图像处理技术及计算机图形学等。其中。 数据库与信息系统技术是g i s 数据管理的基本理论和方法：系统工程方法使g i s 的设计与实 现过程规范化、标准化，并与决策科学及专家系统技术一起指导了g i s 建模、进行模型运算， 是用来解决复杂的管理和规划问题的理论依据；地图学是g i s 空间数据组织与空间数据操作 的基本框架；图像处理技术和计算机图形学则是g i s 中算法设计的基础。g i s 正是在这些相 关学科与地理学相结合的基础上不断完善发展起来的。 1 4 i 3 成图自动化一一g i s 的瓶颈问题 随着g i s 在各应用领域的不断深入，以及数字地球概念的提出，现有g i s 数据处理技术 己不能满足空间时代与信息社会的需要。特别是在自动成图方面，现有的方法己不能满足它 的数字化、信息化要求。 但是，自动成图方法的发展却不容乐观，在所面临的大量挑战中，自动化问题，即如何 在g i s 环境f 自动地实现成图综合，一直是地图学的瓶颈问题，近年来又成为国际g i s 领域 内的热点和前沿问题。目前国内g i s 成图综台仍停留在专业人员手： 数字化采编阶段，这样 不但影响了空问信息的定位及表达f l 勺精度，而且极大地限制了空间数据的处理速度，无法满 足地学领域中不同专业要求的g i s 信息快速综合成图自动化的需要。 1 4 - 2 相关决策模型的研究现状 决繁是对某一事物所采取的对策和策略，是人对系统进行调控或者人为地安捧一个系 统使之能对自身或其他系统进行调节。以冯诺曼摩根斯坦( j o h n c o i ln e u m a m o s k a r 中图农业大学硕士学位论文 第一章前言 m o r g e n s t e r n ) 的期望效用值理论为标志。决策理论作为一门学科已有近5 0 年的历史。从决 策的描述性和规范性研究到决镱技术的应用性研究，都取得了许多成果，并在管理实践中发 挥了重要的作用( 张跃。1 9 9 9 ：卫民堂等，2 0 0 0 ) 。决策方法和决策模型作为决策理论不可 分割的组成部分，也随之发展。决策方法和模型作为一种工具在解决工程技术、经济、管理、 军事和系统工程等问题时越来越显示出它的强大生命力。 在现代决策体系中决策问题的复杂性程度不断加深决策行为受到众多因素的制约， 决策辅助的作用日显突出。决策辅助的方式概括起来有两种：数据形式、模型和方法形式。 其中以模型和方法的形式辅助决策是一种更为有效的决策辅助途径，可提高决策的准确性、 科学性。 决簟模型是决策者将系统的各个要素，通过适当的筛选，用一定的表现规则描写出来的 简明的影像。它通常表达了某个系统的发展过程或发展结果根据定量的程度决策模型可分 为：概念型决策模型( 如框圈形式) 、物理型模型( 如各种实物横型) 和数学型模型兰类通 常g i $ 中决策模型所描述的现象或过程往往与时问、空间位置、分布以及差异有密切关系 同时这些0 i s 决策模型通常会涉及瓢自然、社会、经济、技术等多种因素，如地理环境、资 源条件、人口状况、经济发展、政策法规等，并且由于g i s 所需要处理的问题较复杂，且往 往存在人为的干预与影响，很难用单纯的数学方法全面、准确、定量地加以描述所以g i s 决策模型时常采用定量与定性相结合的形式。 近年来，随着计算机和信息技术的发展，以及它们和数学方法的结合，使得决策模型和 决策方法呈数学化、计算机化的发展趋向( 王君家等，1 9 9 6 ) 。对决策模型和方法的研究也随 着对与之相关的决策支持系统的研制向更深层次的方向发展，且随着地理信息系统( g i s ) 的广泛应用，将决策方法和模型结合于g i s 技术的研究得以广泛开展。如l a l 与i o n e s 等人( l a l h ，j o n e sj w e ta 1 ，1 9 8 5 ) 利用g i s 、遥感技术( r s ) 和c e r e s r i c e 模型建立了台中市 水稻生产的农业土地使用决策支持系统加拿大m o n m s 和m a d r a m o o t o o 等人( m o n t a sh m a d r a m o o t o o c a ，1 9 8 5 ) 开发了水土保持决策支持系统。这些决策支持系统的涌现促进了 决策模型和方法在农业方面的发展。2 0 世纪9 0 年代初，美国夏威夷州开展的基于g 1 s 农田 土地质量评价与立地分析( l e s a ) ( c a r o la f e r g u s o n ，e ta 1 ，1 9 9 1 ) ；加拿大g u e l p h 大学 提出的农田评价g u e l p h 模型( b a r r ys m i t ，1 9 8 1 ) ，均是利用计算机技术于农田保护上的实 例。 基于g i s 支持下我国对决策方法和模型的研究主要体现在对决策支持系统的研究上。 开始于2 0 世纪7 0 年代末，经过2 0 多年的发展在农业、工业等方面已经研制出了许多较 成功的应用范例( 魏一呜等，1 9 9 7 ：乇宏伟等，1 9 9 7 ) 。在土地资源方面，决策方法和模型 同样得到了厂泛的应用( 手建弟等，2 0 0 l ：陈崇成等，2 0 0 0 ) 。张光宇等在关于十地控制计 算机决策支持系统的总体设计与实现的研究中运用同归分析、层次分析及主成份分析等决策 方法分别建立动态仿真模型、模糊综合评价模型及模糊聚类模型和模糊识别模型，井有机集 成从而实现了对土地的宏观控制、微观控制、状态控制及效益评价，为十地资源的合理利 用和管理提供了一种新的方法和手段( 张光宁等，1 9 9 8 ) 。涂平等在研制土地适宜性评价与 利用决策支持系统时充分利用g i s 和空间应用分析模型集成技术，开发了土地适宜性评价与 q 一 中国农业大学硕士学位论文 第一章前言 利用空间决策集成系统。为区域土地管理、规划和合理开发土地资源提供了空间分析和模拟 预测工具( 涂平等，1 9 9 9 ) 。这些决策方法和模型的应用以及决策支持系统的开发与实现 不仅可以完成常规的数据库管理系统可以完成的任务，而且可以进行各种空间分析，以及空 间要素和属性要素的复合分析从而为土地管理等政府部门进行决策提供必要的数据支持与 信息支持，为动态管理土地，提供了强有力的决策技术保障。 综合国内外的研究成果可见，对决策方法和模型在农业资源方面的应用研究虽有很多， 但总的来说，其研究尚处于起步阶段。理论、方法和技术诸方面都需要进一步完善，且它们 都主要集中在对土地利用和土地评价决策方法和模型的研究，关于基本农田保护区划定决策 方法和模型的研究还没有系统开展。 本项研究正是在这样的背景下，以g l s 支持下的基本农田划定自动化成图中的耕地图斑 定积分割为研究对象将耕地田块之间的连片程度、耕地区位、耕地保护政策因素等作为影 响图斑定积分割的因子，在分析这些因子是如何影响图斑定积分割的基础上，研究建立适用 于基本农田制定自动化成图中的图斑定积分割决策模型，井运用g 1 s 和计算机技术进行蒸本 农田划定豳斑定积分割的系统模拟，在实践上为基本农田保护区划定提供新的技术支持，实 现基本农田保护区划定工作的自动化，从而提高基本农田保护区划定工作的效率和质量。在 理论上通过该项研究不仅可以丰富基本农田保护与管理的科学理论，拓宽决策理论的应用 领域，而且为提高基本农田保护区划定的复杂管理系统的分析、决策提供新的手段和方法， 并将决策