基于ArcGIS的縣級古樹名木地理分布圖制作

張智慧

(陜西省佳縣綠化委員會辦公室，陜西 佳縣 719299)

2016-12-18

張智慧(1979-),男,林業(yè)工程師,主要從事林業(yè)建設工程管理、林業(yè)調查規(guī)劃設計及制圖，古樹名木保護。E-mail:1356649271@qq.com。

基于ArcGIS的縣級古樹名木地理分布圖制作

張智慧

(陜西省佳縣綠化委員會辦公室，陜西 佳縣 719299)

以佳縣古樹名木調查信息和地理分布為依據，利用古樹名木普查技術、GPS信息采集技術和ArcGIS制圖方法，在ArcGIS10.0平臺下建立地理數(shù)據庫并繪制出縣級古樹名木地理分布圖，突破了傳統(tǒng)紙質檔案管理模式，為古樹名木監(jiān)測、查詢、管理和保護提供基礎數(shù)據，也為其他縣區(qū)提供參考。

ArcGIS；古樹名木；數(shù)據庫；制圖

古樹名木作為自然界和前人留下的珍貴遺產，不僅具有獨特的自然價值，更具有豐富的人文價值，蘊含著悠久的歷史文化內涵[1]。保護、管理和開發(fā)利用古樹名木資源是建設生態(tài)文明的有機組成部分。然而隨著時間的推移古樹名木正在加速消亡，除了生物學自然因素外，遭到嚴重的人為破壞，濫砍亂伐、非法移栽倒賣現(xiàn)象頻發(fā)，因此迫切需要加強保護管理工作。目前全國多個試點省份正在進行或已經完成了古樹名木資源普查和建檔工作，研究制定了保護管理方案。應用現(xiàn)代互聯(lián)網和地理信息技術構建監(jiān)測、查詢、管理和保護體系是當前縣級古樹名木保護中亟待解決的問題。據了解，各地林業(yè)主管部門在古樹名木檔案管理中仍以紙質圖表和照片為主，缺乏空間地理信息，不能全面、直觀、準確的反映古樹遺存現(xiàn)狀。本文重點闡述了基于ArcGIS10.0制作縣級古樹名木地理分布圖的步驟和方法，目的是為縣級古樹名木信息監(jiān)測、查詢、管理和保護提供基礎數(shù)據，也為其他縣區(qū)提供參考。

1 外業(yè)調查和GIS數(shù)據采集

1.1 前期準備工作

開展外業(yè)調查工作需要購置的儀器設備主要有GPS手持機(集思寶G330)、激光測距儀(徠卡D810)、數(shù)碼相機、測樹圍尺等，準備的紙質材料包括已有古樹名木調查資料、《古樹名木每木調查表》、《古樹名木樹種鑒定表》和《古樹群調查表》。測量前應設置好GPS手持機所使用的坐標系統(tǒng)。國內主流坐標系統(tǒng)有WGS84、北京54、西安80和國家2 000四種，古樹名木資源普查使用西安80坐標系。而設置不同的坐標基準需要獲取準確的參數(shù)，這給實際生產應用帶來了一系列困難，所以本例使用通用WGS84世界坐標系，以方便數(shù)據共享和投影轉換。

1.2 單株古樹名木GIS數(shù)據采集

在樹木的生長位置近距離采集三維GIS數(shù)據。打開GPS手持機，切換到衛(wèi)星視圖，把采集器固定到古樹旁等待5～10 min，當捕捉衛(wèi)星數(shù)量達到4顆以上，精度≤3 m，且坐標顯示穩(wěn)定后，再將界面切換到點采集視圖，單擊“記錄”-“保存”，點數(shù)據采集完成。重復點采集操作完成其他單株古樹GIS數(shù)據采集。單株古樹名木調查的主要屬性因子有調查號、編號、樹種、樹齡、樹高、胸徑或地徑、平均冠幅、古樹等級、經度、緯度、高程、生長位置、管護人等13項，經過認定樹種、估算樹齡、激光測距儀測量樹高和冠幅、測樹圍尺量胸徑、拍照等調查環(huán)節(jié)，將獲取的屬性信息記錄在《古樹名木每木調查表》中。

1.3 古樹群GIS數(shù)據采集

GPS手持機設置為步行模式，界面切換到線采集視圖，單擊“記錄”按鈕開始測量；沿林分邊緣勻速繞行一周， 回到起始位置時單擊“保存”按鈕，結束古樹群線采集。用相同的方法采集其他古樹群的邊界線。古樹群調查因子有調查號、編號、主要樹種、面積、株數(shù)、平均樹齡、林分平均高度、林分平均胸徑或地徑、生長地點、管護人等10個項目。經過認定主要樹種、統(tǒng)計株數(shù)、估算平均樹齡、激光測距儀測量林分平均高度和平均胸徑、拍照等工序，將調查結果詳細登記在《古樹群調查表》中[2]。

2 采集GIS數(shù)據的導出

野外采集回來的GIS數(shù)據文件，機器自動按日期命名，以“.gmt”文件格式保存，要用采集器自帶的GIS Office軟件導出為SHP文件格式，才能被ArcMap識別和加載。

2.1 導出GMT文件

GPS手持機通過數(shù)據線連接至電腦，打開GPS手持機，屏幕顯示為數(shù)據傳輸狀態(tài)。啟動GIS Office，菜單欄單擊“文件”-“從手持機接收...”打開Transfer Tool界面，菜單欄單擊 “文件”-“連接”，接收到采集器傳送的文件列表。在Transfer Tool界面的右側窗口中設置好存放GMT文件的路經；左側窗口文件列表中右擊GMT文件，選擇“復制”，GMT文件就被直接拷貝到右側窗口(預設的文件夾下)，用復制粘貼的方法把所有GMT文件導出至PC端，如圖1所示。菜單欄單擊“文件”-“斷開”，切斷PC端與采集器的連接，關閉Transfer Tool界面。

圖1 GIS Office TransferTool界面

2.2 導出SHP文件

在GIS Office菜單欄單擊“文件”-“打開”，在預設的存放路徑中查找GMT文件，單擊“打開”按鈕加載GMT文件。工具欄點擊“導出”，在“請選擇導出類型”下拉菜單中選擇“形狀文件(*.SHP)”選項，單擊“OK”；設置保存路徑、重命名后單擊“保存”按鈕。重復操作導出其余的SHP文件。

3 創(chuàng)建古樹名木個人地理數(shù)據庫

啟動ArcMap10.0，在標準工具條中選擇點擊“目錄窗口”按鈕，打開ArcCatalog10.0目錄窗口，單擊“文件夾連接”，設置文件夾連接如“E:佳縣2017年作業(yè)設計佳縣古樹名木地理信息系統(tǒng)”。在目錄樹中右擊“佳縣古樹名木地理信息系統(tǒng)”文件夾，右鍵菜單選擇點擊“新建”-“個人地理數(shù)據庫”，命名為“佳縣古樹名木個人地理數(shù)據庫”。繼續(xù)在數(shù)據庫中新建“佳縣古樹名木”(點)和“佳縣古樹群”(面)要素類。右擊“佳縣古樹名木個人地理數(shù)據庫”，在右鍵菜單中選擇點擊“新建”-“要素類”，彈出新建要素類窗口，輸入名稱“佳縣古樹名木”，類型下拉列表中選擇“點要素”，幾何屬性復選“坐標包括Z值”，單擊“下一步”；選擇預定義地理坐標系“Geographic Coordinate SystemsWorldWGS1984”，單擊“下一步”-“下一步”；設置X、Y容差為默認值，單擊“下一步”；設置Z容差為默認值，單擊“下一步”；依次添加調查號、編號、樹種、樹齡、樹高、胸徑或地徑、平均冠幅、古樹等級、L、D、H、生長位置、管護人、簡單編號等字段，輸入字段名稱并正確選擇數(shù)據類型，注意數(shù)值字段要設為雙精度類型，單擊“完成”，建立單株古樹名木的點要素類。用類似的操作方法再建立“佳縣古樹群”要素類。完成建庫后，新建的要素類自動加載為ArcMap圖層。標準工具條中單擊“保存”按鈕，設定保存路徑，輸入地圖文檔名稱為“佳縣古樹名木地理分布圖”，單擊“確定”[3]。(見圖2)

圖2 新建古樹名木個人地理數(shù)據庫

4 采集GIS數(shù)據編輯和導入

由GIS Office導出的SHP文件，經過編輯處理后生成古樹名木目標圖層的要素，完成采集GIS數(shù)據的入庫工作。采集SHP文件雖然同屬于WGS1984地理坐標系，但不能被ArcGIS完全識別，因此首先要重新定義坐標系。啟動ArcCatalog10.0，在文件夾連接中查找并右擊采集SHP文件，右鍵菜單選擇點擊“屬性...”，打開“shapefile屬性”窗口，“XY坐標系”選項卡中單擊“選擇...”，選擇“Geographic Coordinate SystemsWorldWGS1984”坐標系，單擊“添加”-“確定”。

4.1 單株古樹名木采集數(shù)據處理

打開“佳縣古樹名木地理分布圖”地圖文檔，加載古樹名木采集SHP文件。為點采集SHP數(shù)據圖層添加一個調查號字段，以便與“佳縣古樹名木”圖層的調查號字段相匹配。右擊點采集SHP數(shù)據圖層，在右鍵菜單中選擇點擊“打開屬性表”-“表選項”-“添加字段...”，彈出添加字段對話框，輸入名稱“調查號”，類型選“文本”，精度“10”，單擊“確定”。然后激活編輯器，工作空間選擇shapefile文件夾，輸入相應的調查號，保存并停止編輯。重新開始編輯，工作空間選地理數(shù)據庫，在點采集SHP數(shù)據圖層屬性表中選中所有點要素，標準工具條單擊“復制”-“粘貼”，彈出粘貼對話框，選擇目標圖層為“佳縣古樹名木”，單擊“確定”，點要素及其調查號屬性一同被復制過去。其他點采集SHP文件的處理方法與此相同。

4.2 古樹群采集數(shù)據處理

在地圖文檔中加載古樹群采集線SHP文件，在編輯狀態(tài)下檢查每一條線的路線軌跡是否與古樹群的實際情況相符，利用拓撲檢查或使用編輯折點工具修改線要素，調整偏離線路的折點，刪除多余的線段，使曲線完全閉合，保存并停止編輯。在地理數(shù)據庫工作空間開始編輯，鼠標框選或者在屬性表中全部選擇采集線，拓撲工具條中單擊“構造面”，打開構造面對話框，目標圖層選擇“佳縣古樹群”圖層，拓撲容差保留默認值，單擊“確定”，生成古樹群圖層的面要素。打開古樹群圖層屬性表，直接輸入對應的調查號。用相同的方法完成其他采集線SHP文件的編輯和導入。

5 錄入屬性數(shù)據

5.1 錄入單株古樹名木圖層的屬性值

編輯狀態(tài)下，右鍵菜單選擇打開“佳縣古樹名木”圖層的屬性表，按調查號順序，將《古樹名木每木調查表》中的編號、樹種、樹齡、樹高、胸徑或地徑、平均冠幅、古樹等級、生長位置、管護人等信息輸入對應的點要素的屬性欄。右鍵單擊經度字段名稱“L”，右鍵菜單選擇點擊“計算幾何...”命令，打開計算幾何對話框，屬性欄選擇“點的X坐標”，坐標系單選“使用數(shù)據源的坐標系”，單位選“十進制度”，單擊“確定”，計算出古樹所處位置點的經度。用類似的操作方法計算出緯度“D”和高程“H”的字段值，D、H分別對應點的Y坐標和點的Z坐標(見圖3)。佳縣境內未發(fā)現(xiàn)名木，所以只有古樹的屬性信息。

圖3 錄入古樹名木圖層屬性

5.2 錄入古樹群圖層的屬性值

為了實現(xiàn)面積求算，在錄入屬性前，把數(shù)據框坐標系設置為WGS 1984 UTM Zone 49N投影坐標系。在編輯狀態(tài)下，右鍵菜單選擇打開“佳縣古樹群”圖層的屬性表，根據《古樹群調查表》記錄的信息，按調查號順序輸入編號、樹種、株數(shù)、平均樹齡、林分平均高度、林分平均胸徑、生長位置、管護人等字段值。右鍵點擊“面積_ha”字段名，右鍵菜單選擇“計算幾何...”彈出對話框，在其屬性下拉列表中選擇“面積”，坐標系單選“使用數(shù)據框坐標系”，單位下拉列表選“公頃[ha]”，單擊“確定”，計算出古樹群的面積。

5.3 連接Excel表批量錄入屬性值

如果能獲得記錄屬性信息的Excel工作表，或者需要追加屬性信息時，可以利用ArcGIS的連接和關聯(lián)表功能，批量導入屬性值，提高屬性數(shù)據的錄入速度，但前提是保證Excel表的列標題和圖層屬性表的字段名一致，且基于的某一字段的值和順序完全匹配。具體操作方法是在地圖文檔中先加載Excel表，再打開圖層屬性表，在屬性表窗格的菜單欄選擇點擊“表選項”-“連接和關聯(lián)”-“連接...”，彈出連接數(shù)據對話框。在“要將那些內容連接到該圖層？”下拉列表選“某一表的屬性”；在“選擇該圖層中連接將基于的字段”下拉列表中選“OBJECTID”；在“選擇要連接到此圖層中的表，或者從磁盤中加載表”下拉列表中選擇已加載的目標Excel表；在“選擇此表中要作為連接基礎的字段”下拉列表中選“OBJECTID”；在連接選項欄單選“保留所有記錄”，單擊“確定”建立連接。右擊圖層屬性表中的字段名，右鍵菜單選擇點擊“字段計算器”，輸入表達式單擊“確定”，計算出與Excel表對應的圖層屬性值，完成Excel表屬性的批量導入。最后在屬性表菜單欄單擊“表選項”-“連接和關聯(lián)”-“移除連接”-“移除所有連接”[4]。

6 圖層符號化

6.1 單株古樹名木圖層符號化與標注

圖層符號化是一個將GIS數(shù)據可視化的過程，可以使地理信息更加直觀易讀。根據《陜西省古樹名木保護條例》的規(guī)定，按樹齡大小把古樹分為四個保護級別，即特級(樹齡≥1 000年)、一級(500年≤樹齡<1 000年)、二級(300年≤樹齡<500年)、三級(100年≤樹齡<300年)[5]，不同等級古樹的位置點用不同顏色的圓點來表示。在內容列表窗口單擊古樹名木圖層下方的標記符號，打開符號選擇器，三級古樹符號樣式選擇ESRI標準樣式中的“Circle2”，顏色選“Olivenite Green”，大小8磅，另存為自定義樣式“3”；二級古樹顏色選“Raw Umber”，另存為自定義樣式“2”；一級古樹顏色選“Cherry Cola”，另存為自定義樣式“1”；特級古樹顏色選“Dark Umber”，另存為自定義樣式“0”。雙擊古樹名木圖層打開圖層屬性窗口，點擊“符號系統(tǒng)”選項卡，顯示欄選擇“類別”-“與樣式中的符號匹配”；值字段下拉列表選“古樹等級”；“與樣式中的符號匹配”下拉列表選“Administrator.stylle”用戶自定義樣式，單擊“匹配符號”-“應用”按鈕，查看圖層顯示效果。單擊“標注”選項卡，勾選“標注此圖層中的要素”，標注字段選“簡單編號”，文本符號設為宋體8號，顏色選“Purple Heart”，加下劃線，單擊“確定”。

6.2 古樹群圖層符號化與標注

雙擊古樹群圖層打開圖層屬性窗口，選擇“符號系統(tǒng)”選項卡，顯示欄選“要素”-“單一符號”，單擊填充符號按鈕打開符號選擇器，設置填充顏色為“Spruce Green”，輪廓寬度1磅，輪廓顏色“Spruce Green”，點“確定”。單擊“標注”選項卡，勾選“標注此圖層中的要素”，標注字段選“簡單編號”，文本符號設為宋體8號，顏色“Dark Navy”，加下劃線，點擊“確定”，見圖4效果。

圖4 圖層要素的符號化和標注

7 頁面布局和輸出地圖

古樹名木地理分布圖頁面設置為A4紙，外圖框邊距1 cm，內圖框邊距1.4 cm，主要布局元素包括圖框、經緯網、圖名、指北針、圖例和比例尺，如圖5所示。在ArcMap布局視圖菜單欄單擊“文件”-“打印...”，設置輸出圖像質量和打印份數(shù)，單擊“打印”，輸出精確的紙質地圖；菜單欄單擊“文件”-“導出地圖”，彈出導出地圖對話框，“保存在”欄選擇保存路徑，保存類型欄選擇圖片格式，輸入文件名，常規(guī)選項中的分辨率設置在200 dpi以上，單擊“保存”導出圖片。

圖5 頁面布局設置

8 小結

以佳縣古樹名木調查信息和地理分布為依據，利用古樹名木普查技術、GPS信息采集技術和ArcGIS制圖方法，基于ArcGIS10.0制作縣級古樹名木地理分布圖，在古樹名木檔案管理工作中突破了傳統(tǒng)的紙質檔案管理形式，科學、精確、完整的記錄了古樹名木信息，為古樹名木監(jiān)測、查詢、管理和保護提供基礎數(shù)據。繪制縣級古樹名木地理分布圖的重要作用體現(xiàn)在以下幾個方面：(1)建立縣級古樹名木資源數(shù)據庫，提高古樹信息管理質量；(2)為構建古樹名木信息管理系統(tǒng)提供數(shù)據源，實現(xiàn)網絡化管理和實時動態(tài)監(jiān)測；(3)支持開發(fā)移動GIS技術，實現(xiàn)導航定位功能，提高古樹名木實地調查和抽檢工作效率；(4)應用地圖數(shù)據，開展古樹名木學術研究，開發(fā)生態(tài)旅游資源，制定科學的保護管理方案。

[1] 王寶華.中國古樹名木文化價值研究[D].南京農業(yè)大學,2009.

[2] 國家林業(yè)局.LY/T2738-2016古樹名木普查技術規(guī)范[S].2016-10-19

[3] 連玉紅,馬林峰,劉延芳.基于ArcGIS的森林撫育設計制圖[J].陜西林業(yè)科技,2016,(5):65-69.

[4] ESRI.ArcGIS幫助庫[DB/OL].http://help.arcgis.com.

[5] 陜西省人大常委會.陜西省古樹名木保護條例[L].2010-07-29.

MakingGeographicalDistributionMapofAncientandFamousTreesatCountyLevelBasedonArcGIS

ZHANG Zhi-hui

(JiaxianGreeningCommitteeOffice,Jiaxian,Shaanxi719299)

Based on the information of ancient and famous trees investigated in Jiaxian and their geographical distribution, GPS technology and ArcGIS mapping method were applied to establish a geographic database under the ArcGIS10.0 platform and draw the distribution map of ancient and famous trees, which break through the traditional paper file management mode and provide the basic data for monitoring, management and protection.

ArcGIS; ancient and famous trees; database; map-making

S759.95

A

1001-2117(2017)03-0040-06