ArcGIS在監(jiān)測林地地類變化中的應(yīng)用

劉姝穎

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

林地變更調(diào)查工作是近幾年開展的常規(guī)性基礎(chǔ)調(diào)查工作，是在林地“一張圖”基礎(chǔ)上，收集林業(yè)經(jīng)營區(qū)劃數(shù)據(jù)(包括：森林采伐、造林、撫育、新成林等)和林地變化(包括征占林地和新增林地)數(shù)據(jù)，通過上一年度和本年度兩期遙感影像地類判讀，結(jié)合現(xiàn)地補(bǔ)充調(diào)查核實(shí)等技術(shù)手段，更新林地“一張圖”數(shù)據(jù)庫圖斑空間分布與管理因子屬性信息，作為林地變更調(diào)查工作的成果[1]。其中，兩期遙感影像地類判讀是林地變更調(diào)查工作的基礎(chǔ)，對林地變更調(diào)查的成果質(zhì)量起著舉足輕重的作用。

兩期遙感影像地類判讀是利用最新遙感影像，對照上一年度林地數(shù)據(jù)庫和上一年度遙感影像判讀林地地類變化圖斑，重點(diǎn)判讀林地范圍內(nèi)新增建設(shè)用地、新增耕地的圖斑，并利用計算機(jī)直接進(jìn)行界線勾繪和判讀屬性的填寫。要求圖斑區(qū)劃的最小面積為0.0667 hm2，界線誤差現(xiàn)地不超過10 m。影像判讀主要采用人工目視判讀的方法。每個判讀圖斑要按照一定規(guī)則進(jìn)行編號，作為唯一識別標(biāo)志。判讀時按圖斑逐一填寫判讀因子。判讀因子包括：判讀圖斑地類、疑似變化原因、變化前地類、備注等。其中，判讀圖斑地類劃分為有林地、灌木林地、無立木林地、其他林地及非林地等5類；疑似變化原因劃分為造林更新、森林采伐、規(guī)劃調(diào)整、占用征收、毀林開墾、災(zāi)害因素、自然因素、調(diào)查因素8個一級變化原因，16個二級變化原因。判讀地類疑似變化原因要求調(diào)查填寫到一級變化原因。本文以ArcGIS 10.3為例，具體講述利用ArcGIS監(jiān)測林地地類變化的方法和步驟。

1 需要準(zhǔn)備的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和軟件

1.1 最新林地變更成果數(shù)據(jù)庫

本文以沈陽市沈北新區(qū)2016年林地“一張圖”數(shù)據(jù)為例。采用1985國家高程基準(zhǔn)，Gauss Kruger(高斯-克呂格)投影(即橫圓柱正形投影)，6度分帶不加帶號，西安1980平面直角坐標(biāo)系統(tǒng)。

1.2 前后兩期遙感影像數(shù)據(jù)

本文以2016年和2017年2個年度的遙感影像為例。同樣采用1985國家高程基準(zhǔn)，Gauss Kruger(高斯-克呂格)投影(即橫圓柱正形投影)，6度分帶不加帶號，西安1980平面直角坐標(biāo)系統(tǒng)。由國家林業(yè)草原局統(tǒng)一下發(fā)，分辨率不低于5 m，采用當(dāng)?shù)厣L季節(jié)(一般北方地區(qū)為6—10月，南方地區(qū)為6—12月)接收的遙感影像數(shù)據(jù)(本文中舉例的沈北新區(qū)采用的是國家測繪局資源三號衛(wèi)星拍攝的6、7月的遙感影像數(shù)據(jù))。經(jīng)正射校正、影像增強(qiáng)、波段融合等處理，并以行政縣為單位進(jìn)行鑲嵌、裁切等操作處理為各縣全域的影像。

1.3 軟件

本文以ArcGIS 10.3版本為例。ArcGIS 10作為一個可伸縮的GIS平臺，它的產(chǎn)品線家族涉及桌面、服務(wù)器、移動和Web應(yīng)用等多個方面[2]。ArcCatalog能夠識別不同的GIS數(shù)據(jù)集，如ArcInfo Coverage、Esri Shapefile、Geodatabase、INFO表、圖像、Grid、TIN、CAD、地址表、動態(tài)分段事件表等[2]。ArcMap不僅是一個地圖制作和分析的工具，同時也是ArcGIS的數(shù)據(jù)編輯工具，提供了強(qiáng)大的數(shù)據(jù)編輯功能，可以編輯ArcGIS中任何矢量數(shù)據(jù)格式，如Shapefiles、Geodatabase、Feature Database[3]。

ArcToolbox功能模塊內(nèi)嵌在ArcCatalog、ArcMap、ArcScene及ArcGlobe中，ArcInfo提供了大約250種工具，是地理處理工具的集合。其中的工具能夠很好地處理各種空間操作，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[2]。

ArcView、ArcEditor和ArcInfo是三級桌面軟件ArcGIS desktop的三級產(chǎn)品，功能逐漸由弱到強(qiáng)、由簡單到全面[4]。ArcInfo不僅包含ArcView和ArcEditor中的所有功能。除此以外，它在ArcToolbox中提供了一個支持高級空間處理的工具集合。ArcInfo還包括傳統(tǒng)的由ArcInfo WorkStation提供的應(yīng)用和功能，通過增加高級空間處理功能，使ArcInfo成為一個完整的GIS數(shù)據(jù)創(chuàng)建、更新、查詢、制圖和分析系統(tǒng)[2]。

1.4 地類變化判讀圖層

通過ArcCatalog創(chuàng)建的Shapefiles(個人地理數(shù)據(jù)庫要素類)文件，初始為空的面要素圖層(Polygon Features)。采用1985國家高程基準(zhǔn)，Gauss Kruger(高斯-克呂格)投影(即橫圓柱正形投影)，6度分帶不加帶號，西安1980平面直角坐標(biāo)系統(tǒng)。

2 監(jiān)測林地地類變化應(yīng)用的工具及操作步驟

2.1 準(zhǔn)備工作

由于遙感影像覆蓋范圍廣，特別對于小班分布零散或者小班數(shù)量大的縣區(qū)，極容易出現(xiàn)漏看漏判的情況。為避免這一情況，可添加輔助判讀的漁網(wǎng)。

2.1.1 創(chuàng)建漁網(wǎng) 創(chuàng)建漁網(wǎng)工具(Create Fishnet)又名創(chuàng)建規(guī)則網(wǎng)格要素類工具，用來創(chuàng)建指定格子大小、行數(shù)、列數(shù)的要素類[5]。

打開ArcMap，添加需要判讀的縣行政面和兩期遙感影像，2017年遙感影像放在2016年遙感影像上層(圖1)。在ArcToolbox(工具箱)中找到并雙擊創(chuàng)建漁網(wǎng)工具(Create Fishnet)(圖2)：在Output Feature Class(輸出要素集)中選擇輸出文件的保存路徑并填寫文件名稱，Template Extent(optional)(模板范圍(可選))中選擇之前加進(jìn)去的縣行政面，Cell Size Width(單元格寬)中輸入欲創(chuàng)建漁網(wǎng)單元格的寬的值(根據(jù)需要調(diào)整，創(chuàng)建1∶5000屏幕能顯示完整的方格，此處以2000為例)，Cell Size Height(單元格高)中輸入欲創(chuàng)建漁網(wǎng)單元格的高的值(根據(jù)需要調(diào)整，創(chuàng)建1∶5000屏幕能顯示完整的方格，此處以1000為例)，在Geometry Type (optional) (幾何類型(可選))中選擇POLYGON(面)，點(diǎn)擊OK(確定)即可生成漁網(wǎng)。

2.1.2 裁切漁網(wǎng) 數(shù)據(jù)裁剪(Clip)工具是將輸入要素與裁剪要素重疊的部分提取出來，并形成一個新的數(shù)據(jù)文件的過程[5]。用縣行政面裁切漁網(wǎng)是為了將漁網(wǎng)范圍縮小至所需判讀的行政范圍內(nèi)，減少不必要的工作量。

在ArcToolbox(工具箱)中找到并雙擊數(shù)據(jù)裁剪(Clip)工具(圖3)：Input Features(輸入要素)選擇剛才生成的漁網(wǎng)，Clip Features(裁切要素)選擇縣行政面，Output Feature Class(輸出要素集)中選擇輸出文件的保存路徑并填寫文件名稱。處理結(jié)果見圖4。

圖1 沈北新區(qū)行政面和2個年度的遙感影像圖2 創(chuàng)建漁網(wǎng)參數(shù)設(shè)置界面

圖3 數(shù)據(jù)剪裁(Clip)工具參數(shù)設(shè)置界面圖4 縣行政面裁切漁網(wǎng)后效果圖

2.1.3 利用Field Calculator(字段計算器)給每個漁網(wǎng)網(wǎng)格編號 Field Calculator(字段計算器)可很方便的對單條記錄甚至是所有記錄執(zhí)行數(shù)學(xué)計算[5]。

打開裁切后漁網(wǎng)的屬性表(圖5)：鼠標(biāo)右擊Id字段，選擇Field Calculator(字段計算器)，賦值為[FID]+1。其中，[FID]是軟件自動生成的序列號，從0開始。賦值為[FID]+1是為了方便統(tǒng)計記錄工作量。

2.1.4 漁網(wǎng)顯示設(shè)置

1)將漁網(wǎng)填充色設(shè)置為空。為了使?jié)O網(wǎng)圖層不遮擋遙感影像，需將漁網(wǎng)圖層填充色設(shè)置為空；為與遙感影像的色彩形成較大反差便于判讀，通常將漁網(wǎng)邊框色設(shè)置為黃色，并將漁網(wǎng)邊框?qū)挾仍谀J(rèn)值的基礎(chǔ)上適當(dāng)調(diào)高(圖6)。

2)給漁網(wǎng)做標(biāo)注。打開漁網(wǎng)屬性表，切換到Labels(標(biāo)注)界面(圖7)：勾選Label features in this layer(在此圖層標(biāo)注要素)，Label Field(標(biāo)注字段)選擇Id，即顯示每個漁網(wǎng)網(wǎng)格的編號。

2.1.5 將漁網(wǎng)圖層設(shè)置為不可選擇 為避免操作失誤將漁網(wǎng)圖層設(shè)置為不可選擇(圖8)，全部操作完成后效果見圖9。

圖5 Field Calculator(字段計算器)賦值圖6 漁網(wǎng)填充色置空

圖7 標(biāo)注設(shè)置界面圖8 漁網(wǎng)不可選擇設(shè)置界面

2.2 兩期遙感影像判讀

2.2.1 設(shè)置數(shù)據(jù)驅(qū)動頁面 數(shù)據(jù)驅(qū)動頁面(Data Driven Pages)是通過設(shè)置索引圖層生成多個輸出頁面的方法。索引圖層用于通過單個布局生成多個輸出頁面，每個頁面顯示不同范圍的數(shù)據(jù)，范圍由索引圖層中的要素定義[2]。

點(diǎn)擊Data Driven Pages(數(shù)據(jù)驅(qū)動頁面)(圖10)里的第一個工具Data Driven Pages Setup(數(shù)據(jù)驅(qū)動頁面設(shè)置)，彈出Set Up Data Driven Pages(設(shè)置數(shù)據(jù)驅(qū)動頁面)窗口，勾選Enable Data Driven Pages(啟動數(shù)據(jù)驅(qū)動頁面)，然后在Layers(圖層)下拉列表里選擇漁網(wǎng)圖層。點(diǎn)擊確定后，漁網(wǎng)會自動跳到第一個網(wǎng)格。

2.2.2 卷簾效果設(shè)置 效果(Effects)工具具有調(diào)節(jié)亮度(Contrast)、對比度(Brightness)、透明度(Transparency)、swipe(卷簾)功能[5]。在Effects(效果)工具條的下拉列表里選擇2017年遙感影像。點(diǎn)選Effects工具條里的swipe(卷簾)工具，鼠標(biāo)指針會變?yōu)槿切?，按住鼠?biāo)后，通過上下或左右卷簾對比2017年與2016年遙感影像之間發(fā)生的林地地類變化(圖11)。

一個網(wǎng)格內(nèi)的影像判讀完成后，點(diǎn)擊Data Driven Pages工具條上的Next Page(下一頁)按鈕，即可跳轉(zhuǎn)到下一個網(wǎng)格進(jìn)行判讀。亦可指定跳轉(zhuǎn)到某一指定編號的網(wǎng)格(圖12，以編號24的網(wǎng)格為例)。

圖9 漁網(wǎng)設(shè)置完成效果圖10 數(shù)據(jù)驅(qū)動頁面設(shè)置界面

圖11 卷簾效果設(shè)置界面

圖12網(wǎng)格跳轉(zhuǎn)界面

2.3 區(qū)劃地類變化圖斑

打開Editor(編輯器)，在其下拉菜單中選擇Start Editing(開始編輯)，編輯圖層選擇地類變化判讀圖層。如果通過前后期遙感影像對比判讀出林地圖斑地類有變化，則需要在地類變化判讀圖層中將地類發(fā)生變化的圖斑區(qū)劃出來。具體操作(圖13)：點(diǎn)擊Editor(編輯器)工具條里中的Create Features(創(chuàng)建要素)工具，出現(xiàn)Create Features(創(chuàng)建要素)設(shè)置界面，編輯圖層選擇地類變化判讀圖層，在Construction Tools(構(gòu)建工具)中選擇Auto Complete Polygon(自動完成面，即畫閉合的線時生成面狀圖形)。然后沿著影像變化的界線區(qū)劃地類變化圖斑(圖14)，如果需要修改調(diào)整已區(qū)劃完成的地類變化圖斑界線，可以用Editor(編輯器)工具條里的Reshape Feature Tool(重畫要素工具)修改調(diào)整。

圖13 創(chuàng)建要素設(shè)置界面圖14 區(qū)劃完成的圖斑

圖15 判讀圖斑信息

2.4 地類變化圖斑判讀屬性填寫

點(diǎn)擊Editor(編輯器)工具條里的Attributes(屬性)可填寫判讀圖斑的屬性信息。其中PAN_DILEI為判讀地類，即2017年圖斑地類；YS_BHYY為疑似變化原因；BHQ_DILEI為變化前地類，即2016年圖斑地類；BEIZU為備注，根據(jù)需要填寫(圖15)。

3 監(jiān)測方法在其他工作中的應(yīng)用

在已有2個不同時相的遙感影像的基礎(chǔ)上，此方法可對比監(jiān)測出基礎(chǔ)設(shè)施、行政區(qū)劃、地貌等信息的變化，可廣泛應(yīng)用到滿足條件的工作中去，例如：林地變更調(diào)查、青山保護(hù)、國土監(jiān)測等，是一種通用的方法。

4 小結(jié)

利用文中介紹的方法，通過ArcGIS工具箱(ArcToolbox)中創(chuàng)建漁網(wǎng)(Create Fishnet)和數(shù)據(jù)裁剪(Clip)、數(shù)據(jù)驅(qū)動頁面(Data Driven Pages)以及效果(Effects)等工具做遙感判讀監(jiān)測林地地類變化，為林地變更調(diào)查工作提供了基礎(chǔ)成果及外業(yè)核實(shí)的重要方向。文中介紹的監(jiān)測方法可廣泛地應(yīng)用到滿足條件的各領(lǐng)域不同時期的數(shù)據(jù)對比監(jiān)測工作中。