王一澤，王 利，姚思琪，何 飛

（遼寧師范大學(xué) 地理科學(xué)學(xué)院，遼寧 大連116029）

引言

地形分析是通過(guò)地理信息系統(tǒng)對(duì)地形特征進(jìn)行分析和解釋[1]，這些特征包括坡度、坡向、視景高程[2]等高線、流量、上坡流線、下坡流線。其目的是建立地表地形的數(shù)學(xué)抽象即進(jìn)行數(shù)字地形（Digital Terrain Analysis，簡(jiǎn)稱(chēng)DTA）分析以勾畫(huà)或分層景觀。地形起伏度是反映地表高低起伏程度的指標(biāo)，在地表氣候資源評(píng)價(jià)，土地管理與利用，城市規(guī)劃等方面作為重要的參考指標(biāo)[3]。近年來(lái)，隨著RS、GIS、GPS 技術(shù)的蓬勃發(fā)展，利用數(shù)字高程模型（DEM）展開(kāi)對(duì)區(qū)域地形因子進(jìn)行分析成為普遍現(xiàn)象。自20 世紀(jì)50年代數(shù)字高程模型被首次提出后，國(guó)內(nèi)外眾多學(xué)者對(duì)自己的研究鄰域進(jìn)行地形分析。Koletsis[4]等利用NCAR 中尺度模型分析地形對(duì)墨西哥風(fēng)場(chǎng)的影響，討論出研究區(qū)域最強(qiáng)風(fēng)事件的天氣模型。王利[5]等以旅順口為例利用TIN 插值分析在國(guó)家地理標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上提出基準(zhǔn)地形起伏度并作證地形概念與模型在實(shí)際應(yīng)用中的可操作性。楊昕[6]等總結(jié)并歸納了數(shù)字地形分析（DTA）的主要內(nèi)容以及處理數(shù)據(jù)時(shí)的精度和尺度問(wèn)題，最后基于數(shù)字地形分析的現(xiàn)狀提出在各個(gè)學(xué)科領(lǐng)域的應(yīng)用情況。龍恩[7]等基于strm-DEM 和遙感對(duì)長(zhǎng)白山的研究實(shí)現(xiàn)對(duì)地貌類(lèi)型進(jìn)行劃分和提取。

隨著城市化的發(fā)展和急需的空間規(guī)劃編制，本文以大連市主城區(qū)為例，利用MapInfo 和ArcGIS 軟件對(duì)大連主城區(qū)及邊緣進(jìn)行海拔高程和坡度分析，并以海拔高程60 m 和坡度25%作為建設(shè)用地限制條件，研究大連主城區(qū)可開(kāi)發(fā)的建設(shè)用地，為大連市土地建設(shè)和街道布局提供合理的依據(jù)，對(duì)大連市國(guó)土空間規(guī)劃的編制具有一定的參考和借鑒意義。

1 研究區(qū)域與數(shù)據(jù)來(lái)源

1.1 研究區(qū)域

大連市（120°58＇E～123°31＇E，38°43＇N～40°12＇N），坐落于遼東半島遼寧省的南部，三面環(huán)海，東南瀕黃海，西北臨渤海，與山東半島隔海相望。研究區(qū)的氣候?qū)儆跍貛Т箨懶约撅L(fēng)氣候，平均氣溫24℃，年平均降水量在550～960 mm，具有四季分明的氣候特點(diǎn)，夏季極端溫度高達(dá)38℃，炎熱少雨，冬季寒冷干燥，降雪多以降雨形式進(jìn)行。

研究區(qū)地貌形態(tài)整體呈現(xiàn)中間高，北部高而寬南部低而窄，以中央為軸線向東南和西北兩側(cè)延伸至海濱，呈階梯狀逐漸降低，絕大部分為山地經(jīng)久剝蝕形成的緩坡丘陵，較小部分的平原低地分布在谷地之間和河流入海處；大多數(shù)山的海拔為400～800 m，少數(shù)山峰海拔1000 m 以上，最高山峰海拔1130 m。全市總面積12574 平方公里，本文選取的研究區(qū)以大連主城區(qū)（中山區(qū)、西崗區(qū)、沙河口區(qū)、甘井子部分）（圖1）為例進(jìn)行分析，占地面積約為434 平方公里。

圖1 研究區(qū)大連主城區(qū)

1.2 數(shù)據(jù)來(lái)源

本文的地形數(shù)據(jù)來(lái)源于地理空間數(shù)據(jù)云（http://www.gscloud.cn/）aster 傳感器獲取的空間分辨率為30m 的ASTGTM2 數(shù) 據(jù) 和2015年4月20日 的Landsat5 獲取的云量低于5%的遙感影像。ASGTM2數(shù)據(jù)是基于傳感器aster 獲取的立體像對(duì)所提取出來(lái)的數(shù)字高程模型，采用的是墨卡托投影（UTM），WGS84（World Geodetic System 1984）大地坐標(biāo)系，在不同橢球下WGS84 上的重力值略大于2000年國(guó)家大地坐標(biāo)系（UGSC2000）橢球面上的重力值[8]。

2 研究方法

利用開(kāi)放的空間分辨率為30 m 的DEM 數(shù)據(jù)和1：25萬(wàn)比例尺的國(guó)家基本比例尺矢量地形圖矢量化全要素標(biāo)準(zhǔn)地形圖對(duì)研究區(qū)進(jìn)行裁剪；提取矢量高程點(diǎn)和矢量高程線集成矢量高程點(diǎn)集。將高程點(diǎn)集文件轉(zhuǎn)變成不規(guī)則三角TIN 文件進(jìn)行插值分析，其中cellsize=5 m，最后將TIN 文件轉(zhuǎn)換為柵格數(shù)字高程模型（DEM）；利用ArcGIS 軟件的ArcToolbox 下的柵格轉(zhuǎn)點(diǎn)工具進(jìn)行柵格矢量化，在MapInfo 中使用vertical mappper 工具根據(jù)高程點(diǎn)集文件進(jìn)行坡度分析；根據(jù)高程模型圖和坡度分析圖分別提取規(guī)則海拔高程點(diǎn)集和坡度點(diǎn)集，利用MapInfo 的gridmkr 工具，創(chuàng)建50 米×50 米矢量格網(wǎng)并完成屬性字段維護(hù)[9]。具體處理流程如圖2。

圖2 處理流程圖

3 大連市主城區(qū)可建設(shè)用地區(qū)域的分析和統(tǒng)計(jì)

3.1 大連市主城區(qū)可建設(shè)用地區(qū)域的分析

參考大連市沿海地區(qū)建設(shè)用地選擇標(biāo)準(zhǔn)，大連市主城區(qū)可建設(shè)用地區(qū)域的判定標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)符合以下基本原則：第一，判定標(biāo)準(zhǔn)設(shè)定應(yīng)盡可能的進(jìn)行簡(jiǎn)化。基于50 m×50 m 格網(wǎng)，可建設(shè)區(qū)域的判定標(biāo)準(zhǔn)主要以海拔高程值和坡度為基本判定依據(jù)。第二，符合實(shí)際地貌地形的特點(diǎn)，例如灘涂、水域等區(qū)域以海拔高程和坡度為依據(jù)符合建設(shè)用地選擇標(biāo)準(zhǔn)，但實(shí)際不適宜進(jìn)行開(kāi)發(fā)建設(shè)。第三，盡可能滿足大連市主城區(qū)各街道開(kāi)發(fā)建設(shè)對(duì)可建設(shè)用地區(qū)域判定標(biāo)準(zhǔn)的需要。特別是側(cè)重于主城區(qū)各街道可建設(shè)用地區(qū)域面積統(tǒng)計(jì)與占有比例，兼顧各街道經(jīng)濟(jì)發(fā)展，社會(huì)穩(wěn)定，生態(tài)保護(hù)等方面。根據(jù)研究區(qū)地形位置特征，海拔高程值、坡度、統(tǒng)計(jì)受各個(gè)因素所限制建設(shè)的區(qū)域，并進(jìn)行進(jìn)一步并集運(yùn)算，具體測(cè)算公式如下：

可建設(shè)用地面積（S 可, constructible_area）=測(cè)算區(qū)域總面積（S 總, total area）- 限制建設(shè)用地區(qū)域面積（S 限，restricted_Area）

限制建設(shè)用地區(qū)域面積（S 限）=海拔高度閾界定值限制區(qū)域（S 海拔，elevation）∪坡度閾值界定的限制區(qū)域（S 坡度，slope）[9]

基于運(yùn)算結(jié)果把大連市主城區(qū)分為2個(gè)大類(lèi)和3個(gè)亞類(lèi)，見(jiàn)表1 與圖3。

限制建設(shè)用地區(qū)域，即大連市主城區(qū)因地形因素不適宜進(jìn)行建設(shè)開(kāi)發(fā)的區(qū)域。具體包括海拔高程限制建設(shè)區(qū)域與坡度限制建設(shè)區(qū)域2個(gè)亞類(lèi)。依據(jù)大連市沿海用地選擇標(biāo)準(zhǔn)，主城區(qū)海拔高程為60 m 以上，或坡度為25%以上的區(qū)域不可作為建設(shè)用地，設(shè)定海拔高程H≥60 m 或坡度i ≥25%的區(qū)域?yàn)橄拗平ㄔO(shè)用地區(qū)域。其中因海拔高程因素而受到限制，即H≥60 m 的區(qū)域設(shè)定為海拔高程限制建設(shè)區(qū)域。因坡度因素而受到限制，即i≥25%的區(qū)域?yàn)槠露认拗平ㄔO(shè)區(qū)域?？山ㄔO(shè)用地區(qū)域，即大連市主城區(qū)不受地形因素制約適宜進(jìn)行建設(shè)開(kāi)發(fā)的區(qū)域，海拔高程不超過(guò)60 m 且坡度低于25%。這片區(qū)域是大連主城區(qū)經(jīng)濟(jì)、文化、社會(huì)等領(lǐng)域發(fā)展的主要區(qū)域。如大連市市政府附近的市中心區(qū)域等，相比于大連市境內(nèi)其他地區(qū)經(jīng)濟(jì)較發(fā)達(dá)，建設(shè)開(kāi)發(fā)較完善的區(qū)域。

3.2 基于50 m×50 m 格網(wǎng)的可建設(shè)用地區(qū)域整體統(tǒng)計(jì)

基于以上對(duì)大連市主城區(qū)可建設(shè)用地區(qū)域與限制建設(shè)用地區(qū)域的分析，對(duì)整個(gè)主城區(qū)的可建設(shè)用地區(qū)域進(jìn)行并集統(tǒng)計(jì)，統(tǒng)計(jì)結(jié)果見(jiàn)表1，可建設(shè)用地區(qū)域的空間分布情況見(jiàn)圖3。從空間分布來(lái)看，大連市主城區(qū)可建設(shè)用地主要呈片狀集中分布在主城區(qū)西部的甘井子區(qū)東北部區(qū)域和沿海區(qū)域，主城區(qū)中部區(qū)域，沙河口區(qū)北部區(qū)域和沿海區(qū)域，以及西崗區(qū)和中山區(qū)的北部區(qū)域，并離散分布在甘井子區(qū)西北部的辛寨子街道以及主城區(qū)東南部區(qū)域。從統(tǒng)計(jì)結(jié)果來(lái)看，因海拔高程因素而限制建設(shè)的區(qū)域面積為202.545 km2，占整個(gè)主城區(qū)面積的46.629%。因坡度因素而限制建設(shè)的區(qū)域面積為130.147 km2，占主城區(qū)的29.962%。部分區(qū)域受二者共同作用，對(duì)于區(qū)域建設(shè)開(kāi)發(fā)的限制作用進(jìn)一步增強(qiáng)，整個(gè)限制建設(shè)用地區(qū)域?yàn)? 種亞類(lèi)的并集，經(jīng)過(guò)統(tǒng)計(jì)計(jì)算該區(qū)域面積為217.038 km2，占整個(gè)主城區(qū)面積的49.966%。而可建設(shè)用地區(qū)域面積為主城區(qū)總面積與限制建設(shè)用地面積之差，經(jīng)運(yùn)算該區(qū)域面積為217.334 km2，占主城區(qū)的50.034%。

表1 大連市主城區(qū)限制建設(shè)用地和可建設(shè)用地區(qū)域統(tǒng)計(jì)表

圖3 大連市主城區(qū)坡度與海拔高程限制建設(shè)區(qū)域分布圖

3.3 大連市主城區(qū)具體劃分與統(tǒng)計(jì)方案

為了使經(jīng)過(guò)分析與整體并集運(yùn)算的大連市主城區(qū)可建設(shè)用地區(qū)域統(tǒng)計(jì)結(jié)果更好地指導(dǎo)主城區(qū)乃至整個(gè)大連市地區(qū)的土地資源利用，建設(shè)開(kāi)發(fā)、經(jīng)濟(jì)發(fā)展以及生態(tài)保護(hù)等多個(gè)重要領(lǐng)域，對(duì)大連市地區(qū)尤其是主城區(qū)的土地規(guī)劃和資源評(píng)價(jià)起到重要的支撐作用，進(jìn)一步對(duì)大連市主城區(qū)進(jìn)行分市轄區(qū)與分街道統(tǒng)計(jì)顯得尤為必要。分市轄區(qū)與分街道統(tǒng)計(jì)在反映大連市主城區(qū)可建設(shè)用地區(qū)域空間分布以及統(tǒng)計(jì)的整體情況的同時(shí)，注重可建設(shè)用地區(qū)域分布與統(tǒng)計(jì)的連續(xù)性以及實(shí)用性，注重各個(gè)街道及其所屬市轄區(qū)可建設(shè)用地區(qū)域面積及其所占比例數(shù)據(jù)的真實(shí)性和客觀性，與目前社會(huì)領(lǐng)域正在應(yīng)用的分區(qū)統(tǒng)計(jì)，分街道統(tǒng)計(jì)方法相關(guān)聯(lián)，在應(yīng)用分市轄區(qū)與分街道統(tǒng)計(jì)二者相結(jié)合方法創(chuàng)新的同時(shí)，保持傳統(tǒng)的統(tǒng)計(jì)與調(diào)查方法的優(yōu)勢(shì)。劃分與統(tǒng)計(jì)結(jié)果見(jiàn)圖4 和表2。

圖4 大連市主城區(qū)分市轄區(qū)，分街道可建設(shè)用地與限制建設(shè)用地區(qū)域分布圖

3.3.1 中山區(qū)，從整體上看，該市轄區(qū)可建設(shè)用地區(qū)域總面積為24.513 km2，占整個(gè)中山區(qū)總面積的50.561%。從空間分布來(lái)看，可建設(shè)用地主要呈片狀集中分布在中山區(qū)人民路街道，青泥洼街道，以及海軍廣場(chǎng)北部區(qū)域。離散分布在中山區(qū)中部與南部區(qū)域。從統(tǒng)計(jì)結(jié)果來(lái)看，人民路街道的可建設(shè)用地區(qū)域占比最大，占街道總面積的99.041%。老虎灘街道和桃源街道的可建設(shè)用地區(qū)域占比最小，分別占各自街道面積的32.385%和35.962%。

3.3.2 西崗區(qū)，從整體上看，可建設(shè)用地總面積為16.882 km2，占全區(qū)總面積的64.509%。從空間分布來(lái)看，可建設(shè)用地主要呈片狀集中分布在香爐街道、日新街道、人民廣場(chǎng)街道和白云街道北部區(qū)域以及八一路街道南部區(qū)域。離散分布在西崗區(qū)中部區(qū)域。從統(tǒng)計(jì)結(jié)果來(lái)看，香爐礁街道與日新街道的可建設(shè)用地區(qū)域占比最大，分別占各自街道面積的99.958%和94.433%。白云街道的可建設(shè)用地區(qū)域占比最小，占街道總面積的28.571%。

3.3.3 沙河口區(qū)，從整體上看，可建設(shè)用地總面積為30.659km2，占全區(qū)總面積的73.570%。從空間分布來(lái)看，可建設(shè)用地占整個(gè)沙河口區(qū)主要部分，集中分布在沙河口區(qū)北部與中部區(qū)域。從統(tǒng)計(jì)結(jié)果來(lái)看，春柳街道與西安路街道的可建設(shè)用地區(qū)域占比最大，分別占各自街道面積的100.000%和99.880%。其他街道所占比例均超過(guò)50%，其中占比最小的街道是李家街道，占街道總面積的53.224%。

3.3.4 甘井子區(qū)，從整體上看，可建設(shè)用地總面積為145.280 km2，占全區(qū)總面積的45.679%。與沙河口區(qū)截然相反，從空間分布來(lái)看，限制建設(shè)用地占全區(qū)主要部分，可建設(shè)用地主要呈片狀集中分布在與沙河口區(qū)接壤的北部區(qū)域，紅旗街道中部以及南部沿海區(qū)域。從統(tǒng)計(jì)結(jié)果來(lái)看，周水子街道和泉水街道的可建設(shè)用地區(qū)域占比最大，分別占各自街道的100.000%和99.266%。紅旗街道的可建設(shè)用地區(qū)域占比最小，僅占街道的7.242%。

表2 大連市主城區(qū)分市轄區(qū)，分街道可建設(shè)用地區(qū)域統(tǒng)計(jì)表

4 結(jié)果和展望

采用ASTGTM2_N38E121 與ASTGTM2_N39E121數(shù)據(jù)，以50 m×50 m 格網(wǎng)為基礎(chǔ)，對(duì)遼寧省大連市主城區(qū)地形特點(diǎn)、海拔高程、坡度以及大連市主城區(qū)城市建設(shè)用地進(jìn)行了分析研究。基于分析和大連市沿海地區(qū)建設(shè)用地選擇標(biāo)準(zhǔn)，以海拔高程60 m 和坡度25%為基準(zhǔn)將大連市主城區(qū)分為限制建設(shè)用地區(qū)域和可建設(shè)用地區(qū)域，并綜合以上分類(lèi)研究分析得到了大連市主城區(qū)限制建設(shè)用地區(qū)域的分布情況以及各市轄區(qū)各街道限制建設(shè)用地區(qū)域所占比例。本研究多為柵格數(shù)據(jù)操作，采用矢量格網(wǎng)，圖形與屬性關(guān)聯(lián)更方便，便于統(tǒng)計(jì)、查詢(xún)和制圖，提供了完整的解決方案，對(duì)可比區(qū)域的可建設(shè)用地測(cè)算流程和技術(shù)方法提供了示范價(jià)值；同時(shí)滿足大連市國(guó)土空間規(guī)劃的需要，完成了可建設(shè)用地?cái)?shù)量測(cè)算，繪制了空間分布圖，對(duì)于編制大連市國(guó)土空間規(guī)劃提供了工作基礎(chǔ)。

基于大連市主城區(qū)目前的限制建設(shè)用地區(qū)域分布情況和大連整體的發(fā)展情況，大連市主城區(qū)不受地形因素制約的可建設(shè)開(kāi)發(fā)土地仍然占主城區(qū)總面積的50.034%，但實(shí)際上大部分可建設(shè)用地區(qū)域已經(jīng)被開(kāi)發(fā)利用，主城區(qū)的可利用土地資源依然稀缺，對(duì)大連市整體的發(fā)展起一定的制約作用。要減緩主城區(qū)土地資源稀缺所帶來(lái)的制約作用并突破大連市目前的發(fā)展瓶頸，淘汰占用大量土地的落后產(chǎn)業(yè)，并加快高新產(chǎn)業(yè)的更替，同時(shí)將大連市主城區(qū)仍能創(chuàng)造一定價(jià)值的傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)向北部地區(qū)轉(zhuǎn)移，加大對(duì)大連市北部地區(qū)的建設(shè)投入，可能對(duì)大連市的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、文化、土地利用、城市規(guī)劃、生態(tài)環(huán)境保護(hù)等方面起到積極的影響。