专利名称：基于空间数据场的土地评价指标分类量化方法
技术领域：
本发明涉及一种土地评价指标自动量化方法，具体地说是一种基于空间数据 场的土地评价指标分类量化方法，属于土地调査与评价领域。
技术背景土地评价指标量化是实现土地评价由定性向定量化转变的关键，需综合考虑 评价指标自身特性及其对评价地理空间的影响。分析、理清土地评价影响因素的 空间作用机制是选择合理的土地评价指标量化方法的基础。国外土地评价指标量 化和评价单元划分方法研究经历了三个发展阶段，上世纪50-70年代，以定性指标的量化为主，形成定量指标的分级量化方法，如莫斯提出的土地潜力指标量化 的分级方法。80年代开始，开始探索计算机技术在土地评价中应用，相应地形 成了一批定量化土地评价指标统计量化方法，如美国农业部土壤保持局1981年 在计算机环境下构建的"土地评价和立地评价"系统中，建立了分区统计指标量 化的数理统计方法。进入90年代以来，围绕土地评价的空间指标量化开展了广 泛研究，形成了以作用距离衰减规律为指导的空间指标距离衰减量化方法，如基 于GIS缓冲区分析的直线距离分级衰减量化方法。我国土地评价指标量化研究经 历了如国际上类似的发展轨迹，在70年代以前，评价指标量化方法主要考虑定 性指标的量化问题，多是基于语言量的描述为主，如潜力评价中土壤侵蚀指标量 化为"有"或"无"等。到80年代后，数学方法开始在土地评价指标量化中得 到应用，如极值量化方法、众数量化方法等得以应用，评价单元也根据应用需求 引入了土地利用类型单元。90年代后，特别是第一次全国土地详査实施后，土 地评价指标量化方法得到扩展，形成了在GIS环境下进行数理统计和空间分析相 结合的量化方法。总体上，传统的土地评价影响因素的作用量化方法缺乏对土地 利用需求和土地特征属性之间的作用机制分析，表现为①对不同类型、不同尺 度的评价指标量化缺乏统一的测度空间；②己有的量化方法多以假想、理想和均 匀的地理空间来确定因素作用区域、最大影响半径，忽略了诸如道路、河流、山 体以及人口密度等自然、社会经济因素等对区位的非均匀性影响(各向异性)③ 多采用影响因素与评价单元之间的直线距离来度量因素的辐射与衰减，缺乏考虑因素影响的发生的媒介如道路等在地理空间的实际分布，欧氏几何空间距离不能 反映因素影响辐射传递的实际路径；④因素作用的大小统一无量纲化为无任何物 理意义的数值，难以揭示因素影响的实质；⑤采用统一的加权方法度量因素重要 性，忽略了因素空间分布分布的地域差异。研究建立土地评价指标量化的统一测 度空间、并在这一统一的测度空间中根据各评价指标的类型和影响方式的不同， 建立土地评价指标分类量化方法是实现土地评价指标自动量化和土地评价定量 化、自动化的基础。 发明内容本发明的目的是克服上述现有技术的不足而提供一种土地评价指标自动量 化方法，该方法将影响地价的因素(评价指标体系)以及地价分布构成的系统看 作是一个特定的地理空间数据场(地价场)，不同类型评价指标即为地价数据场 的不同场源，并根据数据场场源的辐射特征，提出了一套基于地价数据场的土地 评价指标体系量化方法，为定量化、自动化土地评价提供基础技术支持。实现本发明目的采用的技术方案是 一种基于空间数据场的土地评价指标分 类量化方法包括以下步骤(1) 土地评价空间数据场的构建。土地评价空间数据场是以土地质量与土地利用影响因素的互动关系为核 心，描述土地质量在地理空间系统中的实物载体、相互作用、经济关系、空间运 动和场态特征的时空组态，是统一刻画土地质量和空间经济系统依存状态的系统 功能结构。在此基础上，指出土地评价空间数据场的有源性、独立性与距离衰减 性、叠加性等基本特性。系统分析了等势线、梯度线、场域、平衡点、平衡线、 竞争线、作用域等图示方法描述土地评价空间数据场源势能场的空间特征。土地评价空间数据场的场强与场强函数(场强函数分为指数衰减函数和线性 衰减函数两种)、场势与势函数为线性函数 乂-巧(l-。指数函数乂=《(")，r=d / D(当d〉D时r=l) di为场源实体i与定级单元之间的距离；Fi为场源实体 i的存在量，即土地评价数据场源的数据能量；D为该场源实体的作用半径，即场域。地价空间数据场在空间上数据能量叠加的两种基本方式竞争效应和累积效 应，其核心是空间数据场作用域的分割和能量辐射叠加。 (2) 土地评价空间数据场场源分类。土地评价数据场场源是具有外部作用特征的特殊的土地利用。与土地利用空 间对应，按照其实体目标的空间几何形状主要可以分为点状、线状和面状场源三 类。点状场源点状场源主要指提供物流中转或商业服务等功能的基础或公用设 施，相对于整个城市范围而言为点状分布，如长途汽车站、医院、中学、小学等。 点状场源对土地利用单元的影响结果用单元的势能场级度量，在其影响范围内具 有以该点状场源实体作为中心、向外随实体与地价载体之间的相对距离增加而减 小的衰减分布特征。线状场源线状场源被认为是呈线状分布的道路、管网等自然的或人工地物， 主要指如作为人流、信息流载体和传递媒介的城市道路。线状场源对土地利用单 元的影响结果也为单元的势能场级，在其影响范围内具有以线状场源作为中轴 线，向外随场源与地价载体之间的相对距离增加而减小的衰减分布特征。面状场源面状场源被认为是承载大气污染、噪声污染、用地规划等呈片状 均匀分布、具有覆盖性质的空间载体。面状场源实体只对覆盖区域的地价载体产 生影响，其对地价载体的作用度量通过空间叠加计算获取，数值上等于面状场源 实体的场级。(3)基于土地评价空间数据场的土地评价指标分类量化。 (一)点状场源量化 空间点目标对外辐射数据能量，可类比静电场中的点电荷产生的电场，假设 数域空间为均质空间，顾及其各向同性及距离衰减特性，其数据场形态附图4 所示，即各向同性数据场。它以空间点目标为圆心，向外辐射形成同心圆结构， 随着距离的增大，数据辐射强度(场强)逐渐减弱。 ①辐射数据能量方式点状因子辐射数据能量的方式主要有二种空间距离依赖场和路径距离依赖场。i)空间距离依赖场。数据对象通过土地定级数据场对定级单元的土地利用产生的影响。场强随二者之间的空间直线距离的增加而递减。ii)路径依赖场。其对定级单元的影响是主要通过路径距离的远近，从心理 上、经济上和时间上来影响人们的工作、生产和生活活动，从而影响土地的价值。 路径距离衰减场源实体通过势能场对定级单元土地利用产生的影响，场强随二者 之间的路径距离的增加而递减。因为势能传递主要与路径距离有关，沿道路呈梯 度变化，其势能场具有各向异性的特征，故此类场源为路径距离依赖场源。② 场衰减特性根据土地评价数据对象辐射数据能量的方式的不同，场强衰减函数中的距离 的di计算方法不同。对于空间距离依赖类场源，其衰减距离直接计算场源数据 对象到地价单元之间的欧氏距离。而对于路径依赖场和道路汇聚扩散场其距离计 算则要计算其路径距离，当路径距离计算遇到障碍物时，则要采用最短路径距离 计算方法。③ 场域土地评价空间数据场源的场域即传统土地评价中的影响因子作用范围，点状 空间距离衰减场源的势能是以该场源实体目标的几何中心，向外随场源与地价载 体之间的空间距离增加而减小，等势线是以场源实体目标的几何中心为圆心的同心圆，距离最远的、势能等于O的圆形等势线就是点状场源的场域，可利用GIS 缓冲区分析方法，得到点状场源的场域，其缓冲半径要根据不同场源的辐射特征 进行分析确定，如市级商服中心场域确定为整合城市范围。 (二)线状场源量化同样地，线状空间目标周围形成的数据场如同载流导线周围形成的电磁场， 可认为是沿着导线分布的梯度场，随着距离导线距离的增加场强减小，其场强形 态和衰减模式可表达为如附图5所示。当然，若考虑线的两端点往往是一些关键 的节点，如两条道路的交叉点，这是的线状效应场可能在两端点处，由于不同线 状效应场的叠加而发生变形，形成一种似纺锤形形态。①辐射数据能量方式线状影响因子形成的数据场其能量辐射方式，理论上应该同样具有空间距离 依赖、路径距离依赖两种基本数据能量辐射方式，但在实际操作中，为简化计算 一般认为它是空间距离依赖方式。② 场强函数及其衰减特性
线状场源的场强函数也需根据实际情况，采用线性函数和指数函数两种基本函数形式，其衰减仍然是随距离衰减。
③ 场域
线状要素场源的势能是以该场源实体目标为中轴线，向外随着到中轴线的垂线距离的增加而减小，等势线是以场源实体目标为中轴线的、哑铃形区域，其中距离最远的、势能等于0的环形等势线就是线状场源的场域边界。可采用GIS
缓冲区分析功能实现，即以场源线为目标，以场源的作用半径为缓冲半径作带状缓冲区得到场域范围。(三)面效应场分析
若面状空间目标为内部均匀的空间对象，其对外辐射数据能量的方式和特征
应与点状目标类似，其数据场形态如附图6所示。
① 数据能量辐射方式
由于面状场源实体只对覆盖区域的地价载体产生影响，其对地价载体的作用度量通过空间叠加计算获取，数值上等于面状场源实体的场级即相当于传统土地评价中的影响因子功能分。因此，在地价场中对面状因子认为它内部均匀，并且不考虑其对外部辐射的数据能量。
② 场强函数及衰减特征
在假定面状数据场源不对外辐射数据能量的前提下，面状场源的场强函数就是它自身的数据能量，且在面状区域内容均匀分布，在内部不产生数据能量的衰减。
(D场域
由于面状影响因子形成的数据场不对面状区域外部辐射数据能量，场域可确定为面状因子自身覆盖的区域。
本发明具有以下优点U)定义了土地评价空间数据场，为多类型、多尺度土地评价指标体系量化建立了统一的测度空间，解决了传统土地评价指标量化缺乏统一量化测度的问题。
(2)根据土地评价指标对土地评价单元影响的特点和方式的不同，将土地评价指标分为点状、线状和面状因子，为土地评价指标量化提供了分类指导。
(3)提出了土地评价指标分类量化思想，根据点状、线状和面状指标的不同特点，在土地评价空间数据场内，研究提出了具体的量化实施技术方法，实现了土地评价指标自动量化，为土地评价的定量化、自动化提供了基础。
图1是土地评价空间数据场空间描述示意图。
图2是场强函数衰减示意图，其中a为线性衰减示意图，b为指数衰减示意图。图3作用域分割示意图。
图4点效应场源，其中a为点状效应数据场形态图，b为场强衰减示意图。图5线效应场源，其中a为线状效应数据场形态图，b场强衰减示意图。图6面效应场源，其中a为面状效应数据场形态图，b场强衰减示意图。图7城镇土地定级流程。
图8商服中心影响等值线图，其中a为基于直线距离衰减，b为基于路径距离衰减。
具体实施例方式
下面结合附图和具体实施例对本发明方法做进一步的说明。一种基于空间数据场的土地评价指标分类量化方法，包括以下步骤-(1) 土地评价空间数据场的构建，土地评价空间数据场是以土地质量与土地利用影响因素的互动关系为核心，描述土地质量在地理空间系统中的实物载体、相互作用、经济关系、空间运动和场态特征的时空组态，是统一刻画土地质量和空间经济系统依存状态的系统功能结构。如附图1所示，场源(a)、矢量线(b)、等势线(c)、梯度线(d)、场域、平衡点(e)、平衡线(f)、竞争线(g)、作用域(h)等图示方法描述土地评价空间数据场源势能场的空间特征。地评价空间数据场的场强为
场强函数为线性衰减函数时为/;=^(1-。)，如附图2—a。
场强函数为指数衰减函数时为/ =《(")，r=d / D (当d〉D时r=l) d
为场源实体i与定级单元之间的距离；Fi为场源实体i的存在量，即土地评价数据场源的数据能量，D为该场源实体的作用半径，即场域，如附图2—b。地价空间数据场在空间上数据能量叠加的两种基本方式竞争效应和累积效应，其核心是空间数据场作用域的分割和能量辐射叠加，如附图3所示。
(2) 土地评价空间数据场场源分类；土地评价数据场场源按照其实体目标的空间几何形状主要可以分为点状、线状和面状场源三类，其中点状场源指提供物流中转或商业服务等功能的基础或公用设施，相对于整个城市范围而言为点状分
布，其数据场形态附图4所示，其中a为点状效应数据场形态图，b为场强衰减
示意图。线状场源是呈线状分布的道路、管网等自然的或人工地物，主要指如作为人流、信息流载体和传递媒介的城市道路，线状场源对土地利用单元的影响结
果也为单元的势能场级，其场强形态和衰减模式可表达为如附图5所示，其中a为线状效应数据场形态图，b场强衰减示意图。面状场源是承载大气污染、噪声污染、用地规划等呈片状均匀分布、具有覆盖性质的空间载体。点状场源量化是以空间点目 标为圆心，向外辐射形成同心圆结构，随着距离的增大，数据辐射强度逐渐减弱，其中辐射数据能量方式为空间距离依赖场和路径距离依赖场，空间距离依赖场的场强随二者之间的空间直线距离的增加而递减；路径距离依赖场的场强随二者之间的路径距离的增加而递减，其数据场形态如附图6所示，其中a为面状效应数据场形态图，b场强衰减示意图。
(3) 基于土地评价空间数据场的土地评价指标分类量化。上述点状场源的场域即土地评价中的影响因子作用范围，点状空间距离衰减
场源的势能是以该场源实体目标的几何中心，向外随场源与地价载体之间的空间距离增加而减小，等势线是以场源实体目标的几何中心为圆心的同心圆，距离最远的、势能等于O的圆形等势线就是点状场源的场域。
上述的线状场源具有空间距离依赖和路径距离依赖两种能量辐射方式，其衰减是随距离的增加而衰减；线状要素场源的势能是以该场源实体目标为中轴线，向外随着到中轴线的垂线距离的增加而减小，等势线是以场源实体目标为中轴线的、哑铃形区域，其中距离最远的、势能等于0的环形等势线就是线状场源的场域边界。
上述的面状场源实体只对覆盖区域的地价载体产生影响，其对地价载体的作用度量通过空间叠加计算获取，数值上等于面状场源实体的场级即相当于传统土地评价中的影响因子功能分，面状场源的场强函数就是它自身的数据能量，且在面状区域内容均匀分布，在内部不产生数据能量的衰减，场域为面状因子自身覆盖的区域。
利用本发明提出的基于土地评价空间数据场的土地评价指标量化方法，在城镇土地定级中进行了成功应用，其定级流程如附图7所示，首先根据城镇土地定级影响因素及其对城镇土地级别影响的特征，建立了土地评价定级数据场；然后，在该定级数据场空间中分别进行了点状要素商服中心、线状要素道路通达度和面状要素环境污染进行了分类量化，建立每一个影响因子的对评价单元影响的等值线图。附图8为点状因子商服中心基于直线距离衰减(8 — a)和基于路径距离衰减(8—b)两种方式下对评价单元影响作用分等值线图。
权利要求
1.一种基于空间数据场的土地评价指标分类量化方法，其特征在于包括以下步骤(1)构建土地评价空间数据场；(2)对土地评价空间数据场场源分类；(3)基于土地评价空间数据场的土地评价指标分类量化。
2. 根据权利要求1所述基于空间数据场的土地评价指标分类量化方法，其特征在 于土地评价空间数据场是以土地质量与土地利用影响因素的互动关系为核心， 描述土地质量在地理空间系统中的实物载体、相互作用、经济关系、空间运动和 场态特征的时空组态，是统一刻画土地质量和空间经济系统依存状态的系统功能 结构。
3. 根据权利要求1或2所述基于空间数据场的土地评价指标分类量化方法，其特 征在于土地评价空间数据场的场强为场强函数为线性衰减函数时为/ =《(l -o ，场强函数为指数衰减函数时为/; = ， r=d / D (当d〉D时r=l) d为场源实体i与定级单元之间的距离，Fi为场源实体i的存在量，D为该场源实 体的作用半径。
4. 根据权利要求1所述基于空间数据场的土地评价指标分类量化方法,其特征在于土地评价数据场场源按照其实体目标的空间几何形状分为点状、线状和面状场源三类，其中点状场源指提供物流中转或商业服务功能的基础或公用设施，相对于整个城市范围而言为点状分布；线状场源是呈线状分布的道路、管网等自然 的或人工地物；面状场源是承载大气污染、噪声污染或用地规划呈片状均匀分布、具有覆盖性质的空间载体。
5. 根据权利要求4所述基于空间数据场的土地评价指标分类量化方法,其特征在于点状场源量化是以空间点目标为圆心，向外辐射形成同心圆结构，随着距离的增大，数据辐射强度逐渐减弱，其中辐射数据能量方式为空间距离依赖场和路 径距离依赖场，空间距离依赖场的场强随二者之间的空间直线距离的增加而递减；路径距离依赖场的场强随二者之间的路径距离的增加而递减。
6. 根据权利要求4或5所述基于空间数据场的土地评价指标分类量化方法,其特征在于点状场源的场域即土地评价中的影响因子作用范围，点状空间距离衰减 场源的势能是以该场源实体目标的几何中心，向外随场源与地价载体之间的空间 距离增加而减小，等势线是以场源实体目标的几何中心为圆心的同心圆，距离最远的、势能等于o的圆形等势线就是点状场源的场域。
7. 根据权利要求4所述基于空间数据场的土地评价指标分类量化方法,其特征在 于线状场源有空间距离依赖和路径距离依赖两种能量辐射方式，其衰减随距离 的增加而衰减；线状要素场源的势能是以该场源实体目标为中轴线，向外随着到 中轴线的垂线距离的增加而减小，等势线是以场源实体目标为中轴线的、哑铃形 区域，其中距离最远的、势能等于O的环形等势线就是线状场源的场域边界。
8. 根据权利要求4所述基于空间数据场的土地评价指标分类量化方法,其特征在 于面状场源实体对地价载体的作用度量通过空间叠加计算获取，数值上等于面 状场源实体的场级即相当于传统土地评价中的影响因子功能分，面状场源的场强 函数就是它自身的数据能量，且在面状区域内容均匀分布，在内部不产生数据能 量的衰减，场域为面状因子自身覆盖的区域。
全文摘要
本发明公开了一种土地评价指标自动量化方法，该方法包括(1)构建土地评价空间数据场；(2)对土地评价空间数据场场源分类；(3)基于土地评价空间数据场的土地评价指标分类量化。本发明将影响地价的因素以及地价分布构成的系统看作是一个特定的地理空间数据场，不同类型评价指标即为地价数据场的不同场源，并根据数据场场源的辐射特征，提出了一套基于地价数据场的土地评价指标体系量化方法，为定量化、自动化土地评价提供基础技术支持。
文档编号G06Q50/00GK101599142SQ200910063038
公开日2009年12月9日 申请日期2009年7月7日 优先权日2009年7月7日
发明者刘耀林, 旭 唐, 洪晓峰 申请人:武汉大学