ArcGIS在林業(yè)制圖中的應(yīng)用

劉姝穎

(遼寧省林業(yè)調(diào)查規(guī)劃院，遼寧 沈陽 110122)

ArcGIS在林業(yè)制圖中的應(yīng)用

劉姝穎

(遼寧省林業(yè)調(diào)查規(guī)劃院，遼寧 沈陽 110122)

闡述在現(xiàn)有森林資源二類調(diào)查的資源數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上，利用ArcGIS繪制森林資源基本圖的方法和步驟。同時，對應(yīng)用的工具進行系統(tǒng)地介紹，并對功能相近的工具選擇進行分析。

ArcGIS；森林資源基本圖；ArcGIS Desktop；ArcToolbox

利用3S技術(shù)(GPS，全球定位系統(tǒng)；GIS，地理信息系統(tǒng)；RS，遙感遙測系統(tǒng))制作一張林相圖或林業(yè)規(guī)劃圖，從勾繪草圖、小班求積、清樣、標注、描色、數(shù)據(jù)分析、統(tǒng)計等都可以實現(xiàn)計算機化，與人力相比在總體上可節(jié)省50倍的經(jīng)費。提高了內(nèi)業(yè)制圖速度[1]。也在很大程度上提高了數(shù)據(jù)的精確性[2]。其與傳統(tǒng)手工制作地圖和表格相比效率提高幾倍甚至上百倍[3]。ArcGIS是ESRI公司的GIS產(chǎn)品體系的總稱。ArcGIS Desktop是高級GIS應(yīng)用程序的集合，有ArcCatalog、ArcMap、ArcScene、ArcGlobe等應(yīng)用程序。ArcToolbox是地理處理工具的集合。其中的工具能夠很好處理各種空間操作，涵蓋數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、矢量數(shù)據(jù)分析、柵格數(shù)據(jù)分析、統(tǒng)計分析等多方面的功能[4]。森林資源基本圖，是林業(yè)各部門從事勘測、規(guī)劃、設(shè)計及管理所提供的基礎(chǔ)資源圖件，在森林資源調(diào)查和管理中有著舉足輕重的地位[5]。本文以ArcGIS 9.3為例，具體講述利用ArcGIS繪制森林資源基本圖的方法和步驟。

1 繪制森林資源基本圖所需要準備的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、軟件和設(shè)備

森林資源二類調(diào)查資源數(shù)據(jù)庫、地形圖或衛(wèi)星遙感影像圖、安裝ArcGIS 9.3版本的Windows操作系統(tǒng)電腦，ArcToolbox安裝ArcInfo License工具使用許可。

2 繪制森林資源基本圖應(yīng)用的工具及繪圖步驟

2.1 小班面拓撲

ArcGIS中的拓撲(Topology)是指地理要素間的空間關(guān)系，是一系列用于確保數(shù)據(jù)質(zhì)量的空間數(shù)據(jù)的行為規(guī)則[4]。在繪制森林資源基本圖之前，為了修正由于工作人員操作失誤所造成的小班面重疊或小班之間存在細微縫隙等錯誤，先對森林資源二類調(diào)查的小班資源數(shù)據(jù)圖層進行拓撲。創(chuàng)建拓撲的方法為：①打開ArcCatalog應(yīng)用程序，右鍵點擊數(shù)據(jù)庫，選擇新建(New)要素數(shù)據(jù)集(Feature Dataset)(圖1，以2010年度遼寧省丹東市寬甸縣二類調(diào)查資源數(shù)據(jù)為例)。②將小班面要素拷貝到要素數(shù)據(jù)集中。③右鍵點擊要素數(shù)據(jù)集，選擇新建(New)拓撲(Topology)(圖2)。④彈出圖3所示的對話框，在Rule(規(guī)則)下拉菜單中選擇拓撲規(guī)則。一般選擇“Must Not Overlap(必須無重疊)”和“Must Not Have Gaps(必須無缺口)”2個規(guī)則。

圖1 新建要素數(shù)據(jù)集界面圖2 新建拓撲界面

2.2 生成界線

2.2.1 制圖綜合(Generalization)工具集和要素融合(Dissolve)工具 制圖綜合(Generalization)是在地圖用途、比例尺和制圖區(qū)域地理特點等條件下，通過對地圖內(nèi)容的選取、化簡、概括和關(guān)系協(xié)調(diào)，建立能反映區(qū)域地理規(guī)律和特點的新的地圖模型的一種制圖方法[6]。要素融合(Dissolve)工具用來按照指定的某個屬性字段對要素進行融合[4]。

打開ArcMap應(yīng)用程序，用拓撲之后的小班面圖層，分別融合出縣面、鄉(xiāng)面、村面、林班面，為下一步生成界線和點注記做準備。在Input Features(輸入要素)中添加拓撲后的小班面圖層，在Output Feature Class(輸出要素類)中添加融合后圖層的存儲位置，在Dissolve_Field(s)(optional)(可選融合字段)中選擇按哪個字段值進行融合。例如：融合縣面時，選擇縣名(C_XIAN)字段；融合鄉(xiāng)面時，選擇鄉(xiāng)名(C_XIANG)字段；融合村面時，選擇村名(C_CUN)字段；融合林班面時，選擇林班號(C_LB)字段。操作如圖4所示(以融合縣面為例)。

圖3 選擇拓撲規(guī)則界面圖4 融合工具界面

2.2.2 面轉(zhuǎn)線(Polygon To Line)工具和要素到線(Feature To Line)工具 面轉(zhuǎn)線(Polygon To Line)工具可以由輸入的面要素來創(chuàng)建線，同時在結(jié)果中記錄該線的左多邊形和右多邊形?？梢允褂迷摴ぞ邅慝@取多邊形要素的邊界；要素到線(Feature To Line)工具可以由輸入的線要素或面要素來創(chuàng)建線，在要素交叉閉合的地方生成新的線要素，輸入的屬性可以被保留[4]。由此可見，為避免生成的界線產(chǎn)生重疊，應(yīng)該選用面轉(zhuǎn)線工具。

用面轉(zhuǎn)線(Polygon To Line)工具將融合所得的縣面、鄉(xiāng)面、村面、林班面分別轉(zhuǎn)成縣線、鄉(xiāng)線、村線、林班線，并將拓撲后的小班面轉(zhuǎn)成小班線，為下一步生成界線做準備。在Input Features(輸入要素)中添加需要轉(zhuǎn)換成線的面圖層，在Output Feature Class(輸出要素類)中添加換轉(zhuǎn)后線圖層的存儲位置。操作如圖5所示(以把縣面轉(zhuǎn)換成縣線為例)。

2.2.3 分析(Analysis)工具箱、疊加(Overlay)工具集和擦除(Erase)工具 分析(Analysis)工具箱用于地理數(shù)據(jù)的處理和分析，包括4個工具集：提取(Extract)、疊加(Overlay)、鄰近性(Proximity)、統(tǒng)計(Statistics)。疊加(Overlay)工具集包括了一系列基于要素的疊加進行分析處理的工具。利用這些工具，可以基于多個要素類/圖層的空間關(guān)系進行一些空間分析和處理。Erase工具計算輸入要素和擦除要素的疊加，把輸入要素中與擦除要素重合的部分擦除，保留擦除要素之外的部分[4]。

生成界線時，為了避免界線彼此重復(fù)，應(yīng)保留高級界線(按行政界限級別高低劃分，行政級別較高的為高級界線，行政級別較低的為低級界線)，并將低級界線刪除。因此需要用高一級的界線擦除低一級的界線。例如：用縣線擦除鄉(xiāng)線得出鄉(xiāng)界；用鄉(xiāng)線擦除村線得出村界；用村線擦除林班線得出林班界；用林班線擦除小班線得出小班界。操作如圖6所示(以用縣線擦除鄉(xiāng)線生成鄉(xiāng)界為例)：在Input Features(輸入要素)中添加要生成界線的線圖層(鄉(xiāng)線)，在Erase Features(擦除要素)中添加比其高一級的線圖層(縣線)，在Output Feature Class(輸出要素類)中添加擦除后生成界線圖層的存儲位置。

圖5 面轉(zhuǎn)線工具界面圖6 擦除工具界面

2.3 生成注記：要素到點(Feature To Point)工具

要素到點(Feature To Point)工具可以由輸入的線要素、面要素或多點要素創(chuàng)建點要素，可以使用該工具來獲取多邊形要素的重心或者線要素的中點，輸入要素的屬性信息將會保留[4]。通過工具的參數(shù)Inside(optional)(可選居中)，確定生成的點是否必須在多邊形內(nèi)部或線上。默認為CENTROID(不勾選Inside)，對于多點要素，得到的是所有點的一個平均的X、Y坐標值；對于線要素，得到的是所有線中點帶權(quán)重的平均值，權(quán)重與線的長度有關(guān)；對于面要素，得到的是多邊形的重心[4]。若勾選Inside(optional)，則：對于多點要素，結(jié)果必須是其中的某個點；對于線要素，結(jié)果必須是其中某條線的中點；對于面要素，結(jié)果必須強制落在多邊形內(nèi)部[4]。由此可見，為了保證生成的注記在面圖層內(nèi)部顯示，使用此工具時應(yīng)勾選Inside(optional)。

用要素到點工具將縣面、鄉(xiāng)面、村面、林班面、小班面分別轉(zhuǎn)成縣名、鄉(xiāng)名、村名、林班注記、小班注記等點圖層。操作如圖7所示(以用小班面圖層創(chuàng)建成小班注記圖層為例)：在Input Features(輸入要素)中添加用來創(chuàng)建點圖層的原圖層，在Output Feature Class(輸出要素類)中添加創(chuàng)建后點圖層的存儲位置，勾選Inside(optional)。

2.4 保存工程文件

將圖幅索引、拓撲后的小班面、生成的縣界、鄉(xiāng)界、村界、林班界、小班界和縣名、鄉(xiāng)名、村名、林班注記、小班注記保存成一個工程文件。

2.5 設(shè)置顯示屬性

設(shè)置顯示屬性，可以使工作人員在森林資源基本圖上更加直接地看到小班的具體屬性。默認狀態(tài)下，ArcGIS不顯示圖層屬性信息，需要人為設(shè)置。

2.5.1 面圖層顯示設(shè)置 面圖層包括：圖幅索引和拓撲后的小班面圖層。設(shè)置方法是：雙擊面圖層名稱下方顯示的小方格(圖8中箭頭指向的部分)，彈出如圖8所示對話框(以圖幅索引為例)，在右側(cè)Options(選項)中，選擇填充顏色(Fill Color)，此處選擇透明，即無填充顏色。邊線寬度(Outline Width)和邊線顏色(Outline Color)，根據(jù)具體制圖要求設(shè)置。在右上角Preview(預(yù)覽)視圖中，可以查看設(shè)置效果。

圖7 要素到點工具界面圖8 面圖層顯示設(shè)置界面

2.5.2 界線圖層顯示設(shè)置 界線圖層包括：縣界、鄉(xiāng)界、村界、林班界和小班界圖層。設(shè)置方法是：雙擊界線圖層名稱下方顯示的直線(圖9中箭頭指向的部分)，彈出如圖9所示對話框(以縣界為例)，在左側(cè)選擇相應(yīng)線型(縣界選擇線型為一杠一點)。在右側(cè)Options(選項)中，根據(jù)具體制圖要求選擇界線顏色(Color)和寬度(Width)。在右上角Preview(預(yù)覽)視圖中，可以查看設(shè)置效果。

2.5.3 注記圖層顯示設(shè)置 注記圖層包括：縣名、鄉(xiāng)名、村名、林班注記和小班注記圖層。設(shè)置方法是：右鍵點擊圖層，選擇Properties(屬性)。彈出如圖10所示對話框(以小班注記為例)：在圖層屬性對話框中，選擇顯示字段并設(shè)置字體、字號、顏色等屬性。例如：設(shè)置顯示縣名、鄉(xiāng)名、村名、林班注記、小班注記時，顯示字段分別選擇：縣、鄉(xiāng)、村、林班號、小班號。具體操作如下(以設(shè)置顯示小班注記為例)：勾選Label features in this layer(顯示此圖層要素標注)；在Label Field(標注字段)下拉菜單選項中選擇小班號；在Text String(文本串)中設(shè)置字體、字號、顏色等屬性，可根據(jù)具體需要選擇。詳見圖10。

圖9 界線圖層顯示設(shè)置界面圖10 注記圖層顯示設(shè)置界面

設(shè)置后的工程文件即為完成的森林資源圖，效果見圖11(圖中顯示的是2010年度遼寧省丹東市寬甸縣森林資源數(shù)據(jù)更新(變檔)圖)。

圖11 森林資源圖效果圖

2.6 單幅森林資源基本圖的制作

在實際工作中，為了便于外業(yè)調(diào)查人員到現(xiàn)地調(diào)查使用，通常將按上訴步驟做好的森林資源圖按圖幅號進行1∶10000比例尺裁切，疊加地形圖或衛(wèi)星遙感影像圖，打印成紙質(zhì)圖。單幅森林資源基本圖制作步驟如下。

2.6.1 裁切 提取(Extract)工具集和裁剪(Clip)工具，提取(Extract)工具集主要用于在要素類或表格中根據(jù)屬性或空間條件提取所需要的內(nèi)容。這些工具將生成新的要素類或表格，根據(jù)條件選擇出來的數(shù)據(jù)就放在新生成的要素類或表格中。裁剪(Clip)工具將輸入要素類中于裁剪要素類重合的部分提取出來，生成新的要素類。簡單地說，就是按照矢量多邊形的邊界來裁剪另一個矢量數(shù)據(jù)。此工具的輸出結(jié)果要素類屬性字段與輸入要素的一致，也就是說，裁剪后屬性字段不發(fā)生變化[4]。

裁切方法：①按圖幅號依次選擇每個單幅圖幅索引，右鍵點擊圖幅索引圖層，將選中的單幅圖幅索引轉(zhuǎn)存(Data→Export Data)成一個新圖層“裁切圖幅”。②用clip工具，分別將所有面圖層、界線圖層和注記圖層按裁切圖幅進行裁切。在Input Features(輸入要素)中添加要進行裁切的圖層，在Clip Features(裁切要素)中添加裁切圖幅，在Output Feature Class(輸出要素類)中添加裁切后圖層的存儲位置，見圖12(以裁切小班面圖層為例)。由于以上步驟較為繁瑣，裁圖時推薦使用基于ArcGIS設(shè)計的第三方軟件(如：ForeStar軟件等)進行批量裁切。

2.6.2 添加地形圖或衛(wèi)星遙感影像圖 逐一將裁切好的所有圖層添加，按對應(yīng)的圖幅號添加相應(yīng)的地形圖或衛(wèi)星遙感影像圖，保存成一個新的工程文件。地形圖在傳統(tǒng)制圖中經(jīng)常選用。隨著科技的發(fā)展，衛(wèi)星遙感影像圖越來越多的應(yīng)用到林業(yè)制圖中。與地形圖相比，遙感影像更具有直觀和易用性[7]。制圖時，可根據(jù)具體調(diào)查需要選擇。

2.6.3 打印 首先確認電腦上已經(jīng)安裝打印機驅(qū)動。操作步驟為：①在File下拉菜單里選擇Page and Print Setup(頁面和打印設(shè)置)，彈出圖13所示的對話框。②在Name下拉菜單中選擇打印機；在Standard Sizes(標準尺寸)下拉菜單中選擇Custom(自定義)；設(shè)置紙張大?。篧idth(寬)、Height(高)皆為60 cm(萬分之一圖)。至此，森林資源基本圖的制作過程全部完成。

圖12 裁切工具界面圖13 頁面和打印設(shè)置界面

3 小結(jié)

本文詳細介紹了利用ArcToolbox中的拓撲工具、要素融合工具、面轉(zhuǎn)線工具、要素到線工具、擦除工具以及要素到點工具等對森林資源二類調(diào)查資源數(shù)據(jù)庫進行處理并和地形圖或衛(wèi)星遙感影像圖結(jié)合起來，制作森林資源基本圖的過程和方法。直觀反映現(xiàn)地小班具體情況的森林資源基本圖可以應(yīng)用在沙化荒漠化監(jiān)測、森林資源一類及二類調(diào)查、公益林資源監(jiān)測、林地保護利用規(guī)劃等基本工作中。

[1]孫紅波.淺談精確林業(yè)[J].云南林業(yè)生態(tài)，2012(1)：42.

[2]林茂昌.基于“3S”技術(shù)的林地落界“一張圖”與二類資源數(shù)據(jù)融合[J].林業(yè)勘察設(shè)計，2013(1)：65.

[3]艾光梅.淺論GIS技術(shù)在丘北縣林業(yè)工作中的應(yīng)用[J].云南林業(yè)生態(tài)，2012(2)：34.

[4]邢超，李斌，唐華秀.ArcGIS學(xué)習(xí)指南——ArcToolbox[M].北京：科學(xué)出版社，2010.

[5]陸曉輝.應(yīng)用ArcGIS Engine實現(xiàn)森林資源基本圖批量處理[J].遼寧林業(yè)科技，2014(3)：73.

[6]王家耀.普通地圖制圖綜合原理[M].北京：測繪出版社，1992.

[7]鄭興.免費衛(wèi)星遙感影像在林業(yè)調(diào)查設(shè)計中的運用[J].中南林業(yè)調(diào)查規(guī)劃，2014(2)：22.

The Application of ArcGIS in Forestry Drawing

LIU SHu-ying

(LiaoningForestryInvestigationPlanningInstitute，Shenyang110122，Liaoning，China)

The method and steps for drawing the forest resource underlying graph by ArcGIS on the basis of resource data of the existing inventory of forest resource management are stated.Meanwhile，applied tools are systematically introduced，and the selection of tools similar in function is analyzed.

ArcGIS；forest resource basic maps；ArcGIS desktop；ArcToolbox

2014-07-09；

2014-08-28

劉姝穎(1983—)，女，遼寧沈陽人，遼寧省林業(yè)調(diào)查規(guī)劃院林業(yè)工程師，從事林業(yè)信息化工作。E-mail：venus0721@163.com。

10.13428/j.cnki.fjlk.2015.02.051

S758.61

A

1002-7351(2015)02-0247-06