淺談?wù)憬∑露确旨?jí)圖的制作方法

施軍

摘要：本文介紹了利用GIS分析方法，在對(duì)浙江全省的DEM數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理的基礎(chǔ)上，制作完成按縣級(jí)行政區(qū)劃為單位的坡度分級(jí)圖。通過(guò)對(duì)坡度分級(jí)圖成果進(jìn)行的大量驗(yàn)證工作（包括地形圖驗(yàn)證和野外實(shí)地核查）表明成果中坡度級(jí)圖斑和耕地圖斑坡度級(jí)準(zhǔn)確率高，數(shù)據(jù)可靠。

關(guān)鍵詞：空間分析， DEM，坡度分級(jí)圖，第二次全國(guó)土地調(diào)查

1、引言

為克服第一次土地調(diào)查中存在的問(wèn)題，準(zhǔn)確地掌握耕地的分布及坡度類型情況，國(guó)務(wù)院第二次全國(guó)土地調(diào)查辦公室頒布了《利用DEM確定耕地坡度分級(jí)技術(shù)規(guī)定》（試行），要求各省、市、自治區(qū)統(tǒng)一制作坡度圖的方法，保證坡度數(shù)據(jù)和圖形規(guī)范、準(zhǔn)確，為第二次全國(guó)土地調(diào)查提供現(xiàn)勢(shì)性強(qiáng)和精度高的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

2、概述

坡度是地表單元陡緩的程度，地形以坡度的形式顯示出平原、丘陵、山地等地貌特征。在土地利用現(xiàn)狀調(diào)查中，準(zhǔn)確地掌握耕地的分布及坡度情況，是土地調(diào)查的一項(xiàng)重要工作。

坡度分級(jí)圖是利用DEM數(shù)據(jù)，通過(guò)數(shù)學(xué)模型公式計(jì)算DEM中每個(gè)格網(wǎng)的坡度值，生成坡度柵格數(shù)據(jù)，按照技術(shù)規(guī)程中的耕地坡度分級(jí)指標(biāo)，對(duì)地面坡度進(jìn)行分級(jí)。

3、資料收集與準(zhǔn)備

3.1 DEM數(shù)據(jù)

收集齊浙江全省的最新DEM，收集到的DEM原則上應(yīng)通過(guò)浙江省級(jí)以上測(cè)繪產(chǎn)品質(zhì)檢部門的驗(yàn)收。

3.2 行政境界資料

采用浙江省各縣（市、區(qū)）行政勘界數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)格式為shp，坐標(biāo)系統(tǒng)采用3度分帶，1980西安坐標(biāo)系。

3.3 軟件選取

采用ArcGIS 9.3 軟件為坡度分析和坡度分級(jí)圖制作的軟件平臺(tái)。

3.4 DEM的質(zhì)量檢查

DEM數(shù)據(jù)的質(zhì)量檢查包括對(duì)DEM精度和現(xiàn)勢(shì)性檢查及DEM接邊處等是否有漏缺等檢查。

4、坡度分級(jí)圖的技術(shù)要求

4.1 作業(yè)流程

4.2坡度計(jì)算

坡度計(jì)算公式：

公式中的 、 分別表示x，y方向的偏導(dǎo)數(shù)，P為坡度值。

4.3坡度分級(jí)圖主要內(nèi)容

主要內(nèi)容：

（1）對(duì)根據(jù)DEM計(jì)算生成的坡度柵格數(shù)據(jù)圖按照《第二次全國(guó)土地調(diào)查技術(shù)規(guī)程》中規(guī)定的耕地坡度分級(jí)要求和等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行分級(jí)，生成坡度分級(jí)柵格數(shù)據(jù)圖；

（2）對(duì)坡度分級(jí)柵格數(shù)據(jù)圖進(jìn)行矢量化處理，生成坡度分級(jí)矢量化數(shù)據(jù)；

對(duì)矢量化的數(shù)據(jù)按技術(shù)規(guī)程和設(shè)計(jì)書要求進(jìn)行圖斑綜合取舍、界線平滑、拓?fù)渲亟?、?shù)據(jù)裁切等一系列處理。

以縣級(jí)行政區(qū)域?yàn)榛締挝粚?duì)坡度分級(jí)矢量數(shù)據(jù)進(jìn)行裁切管理。

4.4確定耕地坡度分級(jí)

確定方法：

根據(jù)按照要求統(tǒng)一制作的坡度分級(jí)圖，在各個(gè)縣級(jí)農(nóng)村土地調(diào)查數(shù)據(jù)庫(kù)中，將坡度分級(jí)圖與地類圖斑疊加，確定每塊耕地圖斑的坡度等級(jí)，并在地類圖斑層中對(duì)耕地圖斑賦耕地坡度等級(jí)屬性。

編制耕地坡度分級(jí)圖基本方法：

以最新的縣級(jí)土地利用現(xiàn)狀圖為底圖，對(duì)耕地圖斑賦予確定的耕地坡度值，疊加生成耕地坡度分級(jí)圖。

5、坡度分級(jí)圖的具體制作流程

5.1、坡度分級(jí)圖制作流程

坡度分級(jí)圖基本流程如下（流程圖如圖1所示）：

（1）、首先對(duì)1：1萬(wàn)DEM數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)格式的轉(zhuǎn)換，將DEM（GeoTIN的*.dem）數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換為ArcGIS軟件平臺(tái)下的Grid柵格數(shù)據(jù)格式。

（2）、由于DEM數(shù)據(jù)是按照1：1萬(wàn)標(biāo)準(zhǔn)分幅進(jìn)行存儲(chǔ)和組織的，因此需要對(duì)分幅圖數(shù)據(jù)按照各個(gè)縣市的區(qū)域范圍進(jìn)行拼接處理，得到完整縣市區(qū)域的柵格數(shù)據(jù)。

（3）、在ArcGIS軟件平臺(tái)下進(jìn)行坡度分析和計(jì)算，應(yīng)用ArcGIS軟件的坡度計(jì)算算法生成每個(gè)柵格格網(wǎng)點(diǎn)的坡度信息，形成坡度柵格數(shù)據(jù)圖，將坡度柵格數(shù)據(jù)圖按照《第二次全國(guó)土地調(diào)查技術(shù)規(guī)程》的坡度分級(jí)規(guī)定進(jìn)行坡度分級(jí)并做矢量化處理，經(jīng)界線平滑、圖斑綜合、拓?fù)渲亟ǖ忍幚磉^(guò)程，形成矢量坡度分級(jí)圖。

（4）、把矢量坡度圖數(shù)據(jù)按縣級(jí)行政區(qū)域進(jìn)行裁切，接邊處理，得到縣級(jí)區(qū)域的坡度分級(jí)圖成果。

圖2 坡度分級(jí)圖制作流程

5.2、坡度分級(jí)圖制作具體步驟

5.2.1、ArcGIS軟件下DEM數(shù)據(jù)處理

5.2.1.1、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換

數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換包括對(duì)不符合要求的的數(shù)據(jù)格式、坐標(biāo)系統(tǒng)、高程基準(zhǔn)、投影帶等進(jìn)行轉(zhuǎn)換。

①數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換

1：1萬(wàn)DEM數(shù)據(jù)格式為*.dem，為GeoTIN軟件的數(shù)據(jù)格式，需要轉(zhuǎn)換為ARCGIS軟件平臺(tái)下的Grid格式。DEM數(shù)據(jù)格式的轉(zhuǎn)換采用程序工具批量自動(dòng)處理。

②數(shù)據(jù)坐標(biāo)系統(tǒng)轉(zhuǎn)換

浙江省第二次全國(guó)土地調(diào)查所采用的平面坐標(biāo)系為1980西安坐標(biāo)系，以東經(jīng)120度為中央經(jīng)線，3度分帶；高程系統(tǒng)采用1985國(guó)家高程基準(zhǔn)。坡度分級(jí)圖采用的1：1萬(wàn)DEM數(shù)據(jù)坐標(biāo)系統(tǒng)與高程基準(zhǔn)在118°30′—121°30′以內(nèi)的區(qū)域與《第二次全國(guó)土地調(diào)查技術(shù)規(guī)程》的要求一致，但118°30′—121°30′以外的區(qū)域需要進(jìn)行投影帶換帶處理，統(tǒng)一到120°中央經(jīng)線。

5.2.1.2、數(shù)據(jù)拼接

由于DEM數(shù)據(jù)為1：1萬(wàn)標(biāo)準(zhǔn)分幅文件，因此需要對(duì)分幅文件按照區(qū)域的范圍進(jìn)行拼接，形成覆蓋區(qū)域的完整的柵格數(shù)據(jù)文件，如圖3所示。DEM數(shù)據(jù)的拼接采用ArcGIS軟件或者ERDAS軟件的Mosaic命令工具批量處理。

圖3 DEM拼接

5.2.1.3、格網(wǎng)間距修改

坡度分級(jí)圖的制作經(jīng)過(guò)前期的試驗(yàn)和分析，表明類似浙江省地形地貌區(qū)域，計(jì)算耕地坡度最好采用比例尺為1：1萬(wàn)DEM，格網(wǎng)間距采用20米到30米間距為宜。因此需要對(duì)原始拼接后的DEM數(shù)據(jù)進(jìn)行格網(wǎng)間距的修改。下圖4是不同格網(wǎng)間距DEM數(shù)據(jù)生成的坡度分級(jí)圖。

圖4 不同格網(wǎng)間距DEM數(shù)據(jù)生成坡度圖比較

5.2.2、ArcGIS軟件下坡度分級(jí)圖的制作

在ArcGIS軟件平臺(tái)下，利用其坡度分析和數(shù)據(jù)處理功能，制作坡度分級(jí)圖，制作流程如下：（流程圖如圖5所示）

Ⅰ、計(jì)算柵格格網(wǎng)點(diǎn)坡度

Ⅱ、提取等值線

Ⅲ、等值線構(gòu)面

Ⅳ、坡度級(jí)別賦值

Ⅴ、界線平滑、圖斑綜合、拓?fù)渲亟?/p>

圖5 ArcGIS中坡度圖制作流程

5.2.3、矢量坡度分級(jí)圖裁切整理

對(duì)生成好的矢量坡度分級(jí)圖數(shù)據(jù)按縣級(jí)行政區(qū)域在ArcGIS軟件下用clip工具進(jìn)行裁切，并對(duì)相鄰區(qū)域的坡度分級(jí)圖進(jìn)行接邊處理，形成縣級(jí)坡度分級(jí)圖成果，如圖6所示。

圖6 坡度分級(jí)圖成果

6、遇到的問(wèn)題與處理方法

利用DEM可以自動(dòng)進(jìn)行圖斑的坡度計(jì)算和分析，但DEM的比例尺及格網(wǎng)間距大小對(duì)計(jì)算結(jié)果存在較大影響，因此究竟采用何種比例尺數(shù)據(jù)以及多大格網(wǎng)間距來(lái)進(jìn)行坡度分級(jí)圖制作對(duì)浙江省的第二次全國(guó)土地調(diào)查來(lái)說(shuō)是一個(gè)非常重要的問(wèn)題。經(jīng)過(guò)不斷的試驗(yàn)和分析，DEM數(shù)據(jù)宜采用1：1萬(wàn)DEM，格網(wǎng)間距采用20米到30米間距為宜。因此，制作坡度分級(jí)圖時(shí)采用數(shù)據(jù)源為1：1萬(wàn)DEM數(shù)據(jù)，格網(wǎng)間距采用25米。

7、結(jié)束語(yǔ)

利用DEM數(shù)據(jù)進(jìn)行自動(dòng)提取耕地坡度等級(jí)的圖幅數(shù)為浙江全省的DEM數(shù)據(jù)，檢查拼接等處理的工作量大，在生產(chǎn)作業(yè)初期不斷發(fā)現(xiàn)各種問(wèn)題，制作過(guò)程經(jīng)常出現(xiàn)反復(fù)，隨著項(xiàng)目深入，作業(yè)人員積累了一些經(jīng)驗(yàn)，對(duì)流程更加熟悉，通過(guò)編寫一些小軟件，提高了效率，使得數(shù)據(jù)獲取方法更科學(xué)，獲得的數(shù)據(jù)更準(zhǔn)確。

采用GIS空間分析技術(shù)利用DEM數(shù)據(jù)進(jìn)行自動(dòng)提取耕地坡度等級(jí)，由于使用的DEM精度高、現(xiàn)勢(shì)性強(qiáng)，能夠準(zhǔn)確描述地形結(jié)構(gòu)，通過(guò)程序自動(dòng)處理，提取耕地坡度等級(jí)，減少了人為誤差，保證了精度，效率較常規(guī)方法量算耕地坡度等級(jí)有了質(zhì)的提高。

參考文獻(xiàn)

[1]柯正誼，何建邦，池天河.數(shù)字高程模型[M].北京：中國(guó)科技文獻(xiàn)出版社，1995

[2] 胡紹永，王玉川，鄭進(jìn)軍，宋孟強(qiáng). 基于DEM的四川省坡度圖制作[J]. 《測(cè)繪》2010年第5期

[3]韋金麗，李啟賢.地理信息系統(tǒng)技術(shù)在土地坡度分析統(tǒng)計(jì)方面的應(yīng)用[J].中國(guó)土地科學(xué)，2003（8）：45—51.

[4] 張偉，王建弟，朱寧.土地利用調(diào)查中圖斑平均坡度的獲取方法[J].地理與地理信息科學(xué)，2005，22（6）：37-40

圖4 不同格網(wǎng)間距DEM數(shù)據(jù)生成坡度圖比較

5.2.2、ArcGIS軟件下坡度分級(jí)圖的制作

在ArcGIS軟件平臺(tái)下，利用其坡度分析和數(shù)據(jù)處理功能，制作坡度分級(jí)圖，制作流程如下：（流程圖如圖5所示）

Ⅰ、計(jì)算柵格格網(wǎng)點(diǎn)坡度

Ⅱ、提取等值線

Ⅲ、等值線構(gòu)面

Ⅳ、坡度級(jí)別賦值

Ⅴ、界線平滑、圖斑綜合、拓?fù)渲亟?/p>

圖5 ArcGIS中坡度圖制作流程

5.2.3、矢量坡度分級(jí)圖裁切整理

對(duì)生成好的矢量坡度分級(jí)圖數(shù)據(jù)按縣級(jí)行政區(qū)域在ArcGIS軟件下用clip工具進(jìn)行裁切，并對(duì)相鄰區(qū)域的坡度分級(jí)圖進(jìn)行接邊處理，形成縣級(jí)坡度分級(jí)圖成果，如圖6所示。

圖6 坡度分級(jí)圖成果

6、遇到的問(wèn)題與處理方法

利用DEM可以自動(dòng)進(jìn)行圖斑的坡度計(jì)算和分析，但DEM的比例尺及格網(wǎng)間距大小對(duì)計(jì)算結(jié)果存在較大影響，因此究竟采用何種比例尺數(shù)據(jù)以及多大格網(wǎng)間距來(lái)進(jìn)行坡度分級(jí)圖制作對(duì)浙江省的第二次全國(guó)土地調(diào)查來(lái)說(shuō)是一個(gè)非常重要的問(wèn)題。經(jīng)過(guò)不斷的試驗(yàn)和分析，DEM數(shù)據(jù)宜采用1：1萬(wàn)DEM，格網(wǎng)間距采用20米到30米間距為宜。因此，制作坡度分級(jí)圖時(shí)采用數(shù)據(jù)源為1：1萬(wàn)DEM數(shù)據(jù)，格網(wǎng)間距采用25米。

7、結(jié)束語(yǔ)

利用DEM數(shù)據(jù)進(jìn)行自動(dòng)提取耕地坡度等級(jí)的圖幅數(shù)為浙江全省的DEM數(shù)據(jù)，檢查拼接等處理的工作量大，在生產(chǎn)作業(yè)初期不斷發(fā)現(xiàn)各種問(wèn)題，制作過(guò)程經(jīng)常出現(xiàn)反復(fù)，隨著項(xiàng)目深入，作業(yè)人員積累了一些經(jīng)驗(yàn)，對(duì)流程更加熟悉，通過(guò)編寫一些小軟件，提高了效率，使得數(shù)據(jù)獲取方法更科學(xué)，獲得的數(shù)據(jù)更準(zhǔn)確。

采用GIS空間分析技術(shù)利用DEM數(shù)據(jù)進(jìn)行自動(dòng)提取耕地坡度等級(jí)，由于使用的DEM精度高、現(xiàn)勢(shì)性強(qiáng)，能夠準(zhǔn)確描述地形結(jié)構(gòu)，通過(guò)程序自動(dòng)處理，提取耕地坡度等級(jí)，減少了人為誤差，保證了精度，效率較常規(guī)方法量算耕地坡度等級(jí)有了質(zhì)的提高。

參考文獻(xiàn)

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[2] 胡紹永，王玉川，鄭進(jìn)軍，宋孟強(qiáng). 基于DEM的四川省坡度圖制作[J]. 《測(cè)繪》2010年第5期

[3]韋金麗，李啟賢.地理信息系統(tǒng)技術(shù)在土地坡度分析統(tǒng)計(jì)方面的應(yīng)用[J].中國(guó)土地科學(xué)，2003（8）：45—51.

[4] 張偉，王建弟，朱寧.土地利用調(diào)查中圖斑平均坡度的獲取方法[J].地理與地理信息科學(xué)，2005，22（6）：37-40

圖4 不同格網(wǎng)間距DEM數(shù)據(jù)生成坡度圖比較

5.2.2、ArcGIS軟件下坡度分級(jí)圖的制作

在ArcGIS軟件平臺(tái)下，利用其坡度分析和數(shù)據(jù)處理功能，制作坡度分級(jí)圖，制作流程如下：（流程圖如圖5所示）

Ⅰ、計(jì)算柵格格網(wǎng)點(diǎn)坡度

Ⅱ、提取等值線

Ⅲ、等值線構(gòu)面

Ⅳ、坡度級(jí)別賦值

Ⅴ、界線平滑、圖斑綜合、拓?fù)渲亟?/p>

圖5 ArcGIS中坡度圖制作流程

5.2.3、矢量坡度分級(jí)圖裁切整理

對(duì)生成好的矢量坡度分級(jí)圖數(shù)據(jù)按縣級(jí)行政區(qū)域在ArcGIS軟件下用clip工具進(jìn)行裁切，并對(duì)相鄰區(qū)域的坡度分級(jí)圖進(jìn)行接邊處理，形成縣級(jí)坡度分級(jí)圖成果，如圖6所示。

圖6 坡度分級(jí)圖成果

6、遇到的問(wèn)題與處理方法

利用DEM可以自動(dòng)進(jìn)行圖斑的坡度計(jì)算和分析，但DEM的比例尺及格網(wǎng)間距大小對(duì)計(jì)算結(jié)果存在較大影響，因此究竟采用何種比例尺數(shù)據(jù)以及多大格網(wǎng)間距來(lái)進(jìn)行坡度分級(jí)圖制作對(duì)浙江省的第二次全國(guó)土地調(diào)查來(lái)說(shuō)是一個(gè)非常重要的問(wèn)題。經(jīng)過(guò)不斷的試驗(yàn)和分析，DEM數(shù)據(jù)宜采用1：1萬(wàn)DEM，格網(wǎng)間距采用20米到30米間距為宜。因此，制作坡度分級(jí)圖時(shí)采用數(shù)據(jù)源為1：1萬(wàn)DEM數(shù)據(jù)，格網(wǎng)間距采用25米。

7、結(jié)束語(yǔ)

利用DEM數(shù)據(jù)進(jìn)行自動(dòng)提取耕地坡度等級(jí)的圖幅數(shù)為浙江全省的DEM數(shù)據(jù)，檢查拼接等處理的工作量大，在生產(chǎn)作業(yè)初期不斷發(fā)現(xiàn)各種問(wèn)題，制作過(guò)程經(jīng)常出現(xiàn)反復(fù)，隨著項(xiàng)目深入，作業(yè)人員積累了一些經(jīng)驗(yàn)，對(duì)流程更加熟悉，通過(guò)編寫一些小軟件，提高了效率，使得數(shù)據(jù)獲取方法更科學(xué)，獲得的數(shù)據(jù)更準(zhǔn)確。

采用GIS空間分析技術(shù)利用DEM數(shù)據(jù)進(jìn)行自動(dòng)提取耕地坡度等級(jí)，由于使用的DEM精度高、現(xiàn)勢(shì)性強(qiáng)，能夠準(zhǔn)確描述地形結(jié)構(gòu)，通過(guò)程序自動(dòng)處理，提取耕地坡度等級(jí)，減少了人為誤差，保證了精度，效率較常規(guī)方法量算耕地坡度等級(jí)有了質(zhì)的提高。

參考文獻(xiàn)

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[2] 胡紹永，王玉川，鄭進(jìn)軍，宋孟強(qiáng). 基于DEM的四川省坡度圖制作[J]. 《測(cè)繪》2010年第5期

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[4] 張偉，王建弟，朱寧.土地利用調(diào)查中圖斑平均坡度的獲取方法[J].地理與地理信息科學(xué)，2005，22（6）：37-40