運用ArcGis進行小班坡度計算的思考

陸理通

(福建省松溪縣林業(yè)規(guī)劃設(shè)計隊，福建 松溪 353500)

運用ArcGis進行小班坡度計算的思考

陸理通

(福建省松溪縣林業(yè)規(guī)劃設(shè)計隊，福建 松溪 353500)

以福建省松溪縣渭田鎮(zhèn)吳村村為例，探討運用ArcGis軟件的空間分析功能，將矢量地形圖轉(zhuǎn)換成數(shù)字高程模型(DEM)，再以DEM為基礎(chǔ)獲得林業(yè)區(qū)劃小班的平均坡度并與林業(yè)小班數(shù)據(jù)庫相關(guān)聯(lián)的方法與步驟，同時分析了具體應(yīng)用過程中矢量地形圖的提取方法以及地形轉(zhuǎn)柵格中DEM分辨率對坡度計算精度的影響。

ArcGis；小班坡度；計算方法

坡度是地表單元陡緩的程度，通常把坡面的垂直高度和水平距離比值的反tan值稱為坡度。在森林資源連續(xù)清查的小班調(diào)查中，小班坡度是重要的調(diào)查因子，也是辦理森林采伐中面積控制的重要依據(jù)。根據(jù)《福建省森林采伐技術(shù)規(guī)范》第二章第十一條：人工起源用材林可實施小班經(jīng)營法，坡度≤5°時皆伐面積≤30 hm2，5°<坡度≤30°時皆伐面積≤20 hm2，坡度31°～35°時皆伐面積≤5 hm2，超過35°的不得進行皆伐[1]。

在以往的一、二類調(diào)查中，小班坡度主要是通過人工計算的方法進行確定。具體步驟是通過測量地形圖上小班內(nèi)坡面的垂直高度與水平距離，計算它們的比值后求其反tan值，再綜合各個量測點在小班范圍內(nèi)的權(quán)重得出小班的平均坡度。人工方法計算小班的坡度受人為因素、主觀性成分的影響，其結(jié)果的客觀性與權(quán)威性變化較大。自2002年以來，隨著數(shù)字林業(yè)工作的推廣，地理信息軟件在福建省各縣市林業(yè)部門得到廣泛應(yīng)用。2014年以來，在福建省林業(yè)廳的推廣下，松溪縣林業(yè)局將原先使用的ViewGis地理信息軟件換成了功能更強大ArcGis軟件，從而利用數(shù)字化的地形圖對小班坡度的計算機自動求算提供了可能。

1 研究方法

考慮到普通辦公電腦的運算能力，建議按行政村為單位進行小班坡度分析。本文以松溪縣渭田鎮(zhèn)吳村村為例，分析如何對一個行政村進行小班坡度自動計算。

1.1項目區(qū)矢量地形圖的準(zhǔn)備

運用ArcGis軟件對紙質(zhì)地形圖進行掃描后矢量化獲得矢量地形圖。為了提高工作效率和準(zhǔn)確性，購買與二類建檔小班圖相同坐標(biāo)系(西安80三度帶)的DWG格式地形圖，運用ArcGis軟件將DWG格式的地形圖轉(zhuǎn)換成shp格式的矢量地形圖。

圖1 DWG格式地形圖

圖2 圖層目錄樹

轉(zhuǎn)換步驟：準(zhǔn)備好吳村村所坐落的G-50-10-(46)與G-50-10-(54)2個圖幅的DWG格式地形圖。運行ArcMap軟件，添加G-50-10-(46)圖幅的DWG格式地形圖(圖1)，只選擇Polyline圖層為可見(圖2)，選擇該圖層的圖層屬性→繪制圖層→只勾選首曲線和計曲線(圖3)，從而剔除等高線以外的信息，將該圖層導(dǎo)出shp格式文件，即得到含有高程數(shù)據(jù)的矢量地形圖(圖4)。

通過上述方法，生成G-50-10-(54)圖幅的矢量地形圖。將G-50-10-(46)與G-50-10-(54)2個圖幅的矢量地形圖通過復(fù)制粘貼方法合并成一個圖層，即G5010(46.54)矢量地形圖(圖5)，為后續(xù)地形轉(zhuǎn)柵格生成DEM做好準(zhǔn)備。

1.2用等高線生成DEM(數(shù)字高程)

運行ArcMap，選擇ArcToolbox→3D分析工具→柵格插值→地形轉(zhuǎn)柵格工具，將G5010(46.54)圖幅的矢量地形圖生成DEM圖(圖6)。

1.3對DEM進行裁剪

選擇ArcToolbox→空間分析工具→提取分析→按掩膜提取工具，以吳村村二類調(diào)查建檔小班圖(圖7)為要素掩膜數(shù)據(jù)，生成吳村村的DEM圖(圖8)。

圖3 圖層屬性對話框

圖4 矢量地形圖

1.4創(chuàng)建吳村村的坡度圖

選擇ArcToolbox→3D分析工具→柵格表面→坡度工具，以吳村村DEM圖為輸入柵格，生成吳村村的坡度圖(圖9)。

1.5提取吳村村小班平均坡度

利用吳村村二類調(diào)查建檔小班矢量圖與坡度柵格圖進行分類區(qū)統(tǒng)計，提取每個小班的平均坡度。選擇ArcToolbox→空間分析工具→區(qū)域分析→以表格顯示分區(qū)統(tǒng)計工具，以吳村村二類調(diào)查建檔小班矢量圖為要素區(qū)域數(shù)據(jù)，以小班矢量圖的關(guān)鍵字段“XBNO”為區(qū)域字段，統(tǒng)計類型選擇“MEAN”，輸出吳村村二類小班的平均坡度表。在此坡度表的基礎(chǔ)上，可以連接吳村村二類調(diào)查建檔小班矢量圖的數(shù)據(jù)庫，導(dǎo)出生成含有自動計算平均坡度的小班數(shù)據(jù)庫。

圖6 G5010(46.54)DEM圖

圖7 吳村村二類建檔小班圖

圖8 吳村村DEM圖

2 結(jié)果與分析

2.1地形轉(zhuǎn)柵格中像元大小的選擇對坡度計算精度的影響

在地形轉(zhuǎn)柵格操作中，需要對輸出像元大小進行賦值(圖10中箭頭所指選項)。該選項的賦值大小的選擇直接影響了輸出DEM的分辨率，進而影響小班坡度的計算結(jié)果。為了檢驗輸出像元大小的不同選擇對坡度計算結(jié)果的影響，以吳村村為例，將輸出像元大小分別設(shè)定成1、2、5、10、15，生成5種不同分辨率的DEM，再對這5種不同分辨率DEM進行坡度計算，對坡度計算結(jié)果進行比對分析。結(jié)果表明，輸出像元的值越小，同一小班范圍內(nèi)取樣越多，坡度計算結(jié)果越精確。特別是對于小班平均坡度大于35°的小班不得進行皆伐這一技術(shù)規(guī)定的情況下，輸出像元大小的選擇對于小班平均坡度計算結(jié)果具有很現(xiàn)實的意義。具體可以參考吳村村小班平均坡度在35°以上時，同一個小班在不同輸出像元大小情況下小班坡度計算結(jié)果的變化情況見圖11。

圖9 吳村村坡度圖

圖10 地形轉(zhuǎn)柵格對話框

輸出像元值越大，生成的DEM分辨率越小，從而生成的坡度圖越粗略。隨著DEM分辨率粗略化，許多地形細(xì)節(jié)被舍去，而客觀的地形起伏特征相對保留較多，平均坡度值會減小[2]。在低坡度地區(qū)，坡度隨分辨率降低變化不大；而在中高坡度上，坡度隨分辨率降低成衰減趨勢，且隨坡度等級的提高，衰減趨勢越明顯[3]。從圖11可以看出，在輸出像元值>5的情況下，小班平均坡度計算結(jié)果明顯偏小，因此在實際工作應(yīng)用中，為了保證對計算結(jié)果的客觀公正，對于輸出像元值一律選擇為1。

圖11 不同輸出像元值下小班平均坡度計算結(jié)果變化

2.2運用ArcGis軟件進行坡度計算的高效性與準(zhǔn)確性分析

本文以松溪縣渭田鎮(zhèn)吳村村為例，共涉及林業(yè)區(qū)劃小班234個。以傳統(tǒng)人工計算方法必須在逐個小班內(nèi)選3～5個點量取高程落差與水平距進行反tan值計算，再加權(quán)平均小班平均坡度，要完成整個行政村內(nèi)234個小班的坡度計算，工作量勢必十分龐大。而運用ArcGis軟件進行坡度計算，整個過程數(shù)分鐘內(nèi)即可完成，在工作效率上有著質(zhì)的飛躍。

其次，對運用ArcGis軟件進行坡度計算結(jié)果的準(zhǔn)確性評價。打開吳村村坡度計算表(圖11)，以35072410220103101020小班為例，可以看出該小班面積272827 m2(AREA字段)，坡度計算取了272827個樣本(COUNT字段)，意味著ArcGis軟件對每1 m2的范圍進行1次坡度計算，最終對小班范圍內(nèi)的計算結(jié)果進行取平均值。因此，如此龐大的取樣數(shù)量是用人工方法所無法達到精密程度，也最大限度地保證了計算結(jié)果的準(zhǔn)確性。

3 小結(jié)

采用ArcGis軟件進行小班平均坡度計算具有提高工作效率、保證計算結(jié)果公正、準(zhǔn)確等優(yōu)點，該方法具備在林業(yè)行業(yè)進行推廣的必要性。過去森林資源規(guī)劃設(shè)計調(diào)查(二類調(diào)查)的小班調(diào)查中，坡度計算一直沿用人工計算方法，其結(jié)果不能盡最大可能體現(xiàn)林地的真實情況，采用ArcGis軟件進行小班坡度計算對于二類調(diào)查中的小班調(diào)查具有推廣應(yīng)用價值。

[1]福建省林業(yè)廳.福建省森林采伐技術(shù)規(guī)范[Z].福州，2006.

[2]陳楠.DEM分辨率與平均坡度的關(guān)系分析[J].地球信息科學(xué)學(xué)報，2014，16(4)：524-530.

[3]牛亮.坡度與分辨率關(guān)系研究[D].西安：西北大學(xué)，2010.

StudyonCalculateSublotSlopeUsingArcGis

LULitong

(Songxiforestryplanninganddesignbrigade，Songxi353500，F(xiàn)ujian，China)

There is Fujian province Songxi County Weitian town Wucun village for cases in this article，discussion using ArcGis software of space analysis function.At first，transfer the vector topographic maps to digital elevation model (DEM)；the second，related the way that how to link the forestry sublot slope whoes get it from DEM into the forestry sublot data；also，the article focused analysis the method of extraction vector topographic map and the relationship between DEM resolution and average slope derived from DEM.

ArcGis；sublot slope；computing method

10.13428/j.cnki.fjlk.2017.03.025

2017-02-16；

： 2017-04-10

陸理通(1976—)，男，福建松溪人，福建省松溪縣林業(yè)規(guī)劃設(shè)計隊工程師，從事森林資源調(diào)查森林經(jīng)營管理工作。E-mail：lulitong126@126.com。

S757.2+7

： A

： 1002-7351(2017)03-0124-04