利用ArcGIS 和衛(wèi)星圖片構(gòu)建退耕還林地理數(shù)據(jù)庫方法

徐禮來

（旌德縣俞村鎮(zhèn)人民政府，安徽 宣城 242600）

ArcGIS Desktop 是一套完整的專業(yè)GIS 應(yīng)用軟件，它包含了帶有用戶界面的Windows 桌面應(yīng)用程序，如ArcMap、ArcCatalog、ArcScene、ModelBuilder、ArcGlobe 和ArcToolbox等。通過對地理現(xiàn)象、事件及其關(guān)系進(jìn)行可視化表達(dá)，構(gòu)建特定的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)簡單到復(fù)雜的GIS 任務(wù)，如制圖、地理分析、數(shù)據(jù)編輯、數(shù)據(jù)管理、可視化和空間處理等，從而解決用戶的需求，提升工作效率，服務(wù)科學(xué)決策。受當(dāng)時(shí)條件限制，旌德縣退耕還林小班檢查驗(yàn)收數(shù)據(jù)和小班圖只是建立紙質(zhì)檔案，未能做到實(shí)時(shí)更新，與現(xiàn)代林業(yè)數(shù)字化管理要求不相適應(yīng)。

1 退耕還林工程建設(shè)現(xiàn)狀與存在問題

1.1 退耕還林工程建設(shè)現(xiàn)狀

旌德縣2002—2004 年實(shí)施退耕還林工程，涉及10 個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)68 個(gè)村居11 123 戶。全縣退耕還林工程建設(shè)總規(guī)模4 533.33 hm，其中坡耕地造林2 866.67 hm、荒山荒地造林1 666.66 hm，小班總數(shù)2 786 個(gè)。

1.2 存在問題

旌德縣退耕還林工程建設(shè)已近20 年，當(dāng)時(shí)辦公設(shè)備落后，技術(shù)條件有限，僅利用Excel 軟件簡單建立退耕還林小班檢查驗(yàn)收登記表，人工將小班檢查驗(yàn)收圖繪制在1∶25 000 紙質(zhì)地形圖上，小班圖勾繪精確度較低。2004 年旌德縣實(shí)施撤鄉(xiāng)并鎮(zhèn)行政區(qū)劃調(diào)整，由14 個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)合并為10 個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)，專業(yè)技術(shù)人員或調(diào)離或退休，退耕還林工程管理技術(shù)人員流動(dòng)調(diào)整面較大，加之電腦設(shè)備更新不及時(shí)，部分檔案數(shù)據(jù)因設(shè)備故障而丟失；而少數(shù)退耕還林小班因工程建設(shè)占用需異地調(diào)整置換，有些樹種已至主伐期需采伐更新，有些樹種不適應(yīng)需更換樹種。但原有退耕還林小班面積多為人工查數(shù)方格求算，數(shù)據(jù)信息查閱不便。因此，對退耕還林工程小班進(jìn)行矢量化處理和可視化數(shù)字管理顯得十分必要和迫切。

2 基本原則

2.1 尊重歷史的原則

鄉(xiāng)鎮(zhèn)基層林業(yè)站當(dāng)年開展退耕還林工程小班面積測量工具是羅盤儀或1∶25 000 紙質(zhì)地形圖?，F(xiàn)在，開展森林資源調(diào)查面積測量工具已廣泛采用可視化平板電腦GIS 測量或手持GPS。測量方法的不同，導(dǎo)致面積精確度受到一定影響，但只要在允許誤差范圍內(nèi)即可，不能簡單強(qiáng)求兩者完全一致。

2.2 實(shí)事求是的原則

退耕還林工程造林檢查驗(yàn)收起始面積標(biāo)準(zhǔn)為667 m以上。當(dāng)年技術(shù)條件較差，只能利用1∶25 000地形圖現(xiàn)場對坡勾繪退耕還林小班檢查驗(yàn)收。山區(qū)面積1 hm以下的退耕還林造林小班，地形圖勾繪小班位置和形狀比較困難，準(zhǔn)確性往往偏低。利用ArcGIS 和衛(wèi)星圖片勾繪退耕還林小班，可以保證小班位置和形狀的準(zhǔn)確性。本著實(shí)事求是的原則，對衛(wèi)星圖片難以分辨清楚的退耕還林小班，需現(xiàn)場采集小班地理信息數(shù)據(jù)，保證小班檢查驗(yàn)收圖準(zhǔn)確。

2.3 循序漸進(jìn)的原則

實(shí)際操作時(shí)，應(yīng)以鄉(xiāng)鎮(zhèn)為單位，按行政村，從上到下、從左到右、先易后難，循序漸進(jìn)，對照衛(wèi)星圖片和地形圖勾繪退耕還林小班，快速準(zhǔn)確地建立退耕還林小班檢查驗(yàn)收地理數(shù)據(jù)庫。

3 技術(shù)方法

3.1 試驗(yàn)材料

利用ArcGIS10.2 地理信息軟件開展退耕還林小班地理數(shù)據(jù)庫建立工作。利用圖新地球或91 衛(wèi)圖助手下載旌德縣衛(wèi)星圖片，下載級別18 以上，空間參考：WGS84 坐標(biāo)系Web 墨卡托投影。盡量選擇近年1至2 月份拍攝的衛(wèi)星圖片，杉類、松類、竹類、闊葉類影像對比明顯，易于判別區(qū)分，輔助運(yùn)用地形圖勾繪，可以保證小班比單純運(yùn)用地形圖勾繪更直觀、更準(zhǔn)確。以旌德縣最新1∶10 000 電子地形圖作為工作底圖，空間參考：CGCS2000_3_Degree_GK_CM_117E。

3.2 技術(shù)資料

依據(jù)2007 年退耕還林小班檢查驗(yàn)收Excel 表和小班檢查驗(yàn)收成果、1∶25 000 紙質(zhì)地形圖小班區(qū)劃成果，建立退耕還林小班地理數(shù)據(jù)庫。

3.3 操作流程

3.3.1 地圖文檔建立

利用ArcGIS Desktop 的ArcMap 應(yīng)用程序建立mxd 地圖文檔，添加旌德縣1∶10 000 電子地形圖和衛(wèi)星圖片，并保存“旌德縣退耕還林”地圖文檔。實(shí)踐應(yīng)用表明，下載的WGS84 坐標(biāo)系Web 墨卡托投影的衛(wèi)星圖片，不需要配準(zhǔn)移動(dòng)，就能與國家大地2 000 坐標(biāo)系旌德縣1∶10 000 電子地形圖疊加一致，下次直接雙擊“旌德縣退耕還林”地圖文檔即可打開。

3.3.2 地理數(shù)據(jù)庫創(chuàng)建

利用ArcGIS Desktop 的ArcMap 應(yīng)用程序，打開“旌德縣退耕還林”地圖文檔，在目錄窗口中，建立“退耕還林”個(gè)人地理數(shù)據(jù)庫。

選中“退耕還林”個(gè)人地理數(shù)據(jù)庫并右擊，在下拉菜單中點(diǎn)擊新建要素類，命名為“退耕還林檢查驗(yàn)收圖”，空間參考選擇CGCS2000_3_Degree_GK_CM_117E。根據(jù)旌德縣2007 年退耕還林小班檢查驗(yàn)收Excel 表頭，在excel 中新建退耕還林檢查驗(yàn)收圖英文縮寫字段名稱，注意與退耕還林小班檢查驗(yàn)收表Excel 表字段排列順序一致，并保存為“退耕還林圖字段”excel 文件，接著將其導(dǎo)入，檢查并修正字段名稱和數(shù)據(jù)類型。例如，將鄉(xiāng)鎮(zhèn)“xz”、行政村“xzc”、小地名“xdm”設(shè)為文本類型，將面積“mj”設(shè)為雙精度，檢查無誤后，再點(diǎn)擊完成。隨后，將“退耕還林檢查驗(yàn)收圖”矢量文件添加到內(nèi)容列表中，并保存到“旌德縣退耕還林”地圖文檔。下次打開此地圖文檔時(shí)，地形圖、衛(wèi)星圖片、退耕還林檢查驗(yàn)收圖等圖層全部一一添加，非常方便。

3.3.3 小班圖編輯

旌德縣退耕還林坡耕地造林面積共2 866.67 hm，榿木、楓香、楊樹等樹種面積占83.2%。在1 至2 月份拍攝的衛(wèi)星圖片上，榿木、楓香、楊樹等生態(tài)林樹種退耕還林小班呈現(xiàn)林木落葉后成行灰色的圖斑，退耕還林地周邊山場多為杉類、松類、竹類，呈現(xiàn)綠色的圖斑，能較好地分辨出來。在內(nèi)容列表中，右鍵選中“退耕還林檢查驗(yàn)收圖”圖層，點(diǎn)擊“編輯要素”→“開始編輯”，根據(jù)旌德縣2007 年退耕還林小班1∶25 000 地形圖檢查驗(yàn)收成果和退耕還林小班檢查驗(yàn)收數(shù)據(jù)表，參照衛(wèi)星圖片，點(diǎn)擊“編輯器”→“創(chuàng)建要素”，在對話框中選中“退耕還林檢查驗(yàn)收圖”圖層，逐一勾繪退耕還林小班，并輸入小班屬性字段內(nèi)容。

3.3.4 小班圖標(biāo)注

在內(nèi)容列表中右鍵選中“退耕還林圖”圖層，點(diǎn)擊“屬性”→“標(biāo)注”，勾選“標(biāo)注此圖層中的要素”。方法：勾選以相同方式為所有要素加標(biāo)注，點(diǎn)擊“表達(dá)式”，彈開標(biāo)注表達(dá)式下拉菜單，在表達(dá)式編輯框中，以半角英文輸入方式填入“[xbh]&”—“&[mj]&”畝“&vbnewline&”—“&vbnewline&[dl]&”—“&[jhnd]”，或點(diǎn)擊[保存]，將此標(biāo)注表達(dá)式另存為退耕還林檢查驗(yàn)收標(biāo)注表達(dá)式，下次可直接加載應(yīng)用，再點(diǎn)擊[確定]，完成標(biāo)注表達(dá)式編輯，在打開的ArcGIS 窗口上，以分子式標(biāo)注退耕還林小班。

3.3.5 小班面積求算

在ArcGIS 地理數(shù)據(jù)庫中，對退耕還林檢查驗(yàn)收圖斑進(jìn)行創(chuàng)建、編輯時(shí)，每個(gè)圖斑會(huì)自動(dòng)生成字段Shape_Area 屬性，隨著圖斑修改，屬性數(shù)據(jù)自動(dòng)發(fā)生變化。在小班圖標(biāo)注時(shí)，可在表達(dá)式編輯框中填入“round([Shape_Area]*0.0015，1)&"畝"”，小班注記直接顯示以畝為單位的面積，對修正小班圖形具有很好的參考作用。

3.3.6 小班圖形修正

在第一次繪圖成果基礎(chǔ)上，再根據(jù)退耕還林小班檢查驗(yàn)收圖表資料，參照衛(wèi)星圖片，對小班圖一一檢查修正。修正時(shí)，將小班圖標(biāo)注設(shè)為[XBH]&"—"&[mj]&"畝"&"a"&round([Shape_Area]*0.0015，1)&"畝"&vbnewline&"—"&vbnewline&[dl]&"—"&[jhnd]，可及時(shí)查看注記中“a”前小班圖檢查驗(yàn)收上報(bào)面積與“a”后求算面積大小關(guān)系。小班圖二次修正后，若求算面積大于或等于小班檢查驗(yàn)收上報(bào)面積，一般不需要現(xiàn)場核實(shí)；若求算面積小于小班檢查驗(yàn)收上報(bào)面積，需要進(jìn)行分析核對，現(xiàn)場補(bǔ)充調(diào)查核實(shí)后，再進(jìn)行小班圖形修正。

3.3.7 小班圖拓?fù)錂z查

在目錄中，右鍵選中退耕還林個(gè)人地理數(shù)據(jù)庫，新建要素?cái)?shù)據(jù)集，命名為退耕還林拓?fù)?，坐?biāo)系：CGCS2000_3_Degree_GK_CM_117E，垂直坐標(biāo)系不選，XY、Z、M容差都為0.001。右鍵選中剛建立的要素?cái)?shù)據(jù)集—退耕還林拓?fù)?，點(diǎn)擊[導(dǎo)入]→[要素類(單個(gè))]，在彈出對話框中，將退耕還林檢查驗(yàn)收成果圖層地址填入輸入要素類方框，默認(rèn)自動(dòng)生成輸出位置，在輸出要素類方框，命名為退耕還林拓?fù)錂z查，再點(diǎn)擊[確定]。右鍵選中剛建立的要素?cái)?shù)據(jù)集—退耕還林拓?fù)洌c(diǎn)擊[新建]—[拓?fù)鋆，自動(dòng)默認(rèn)拓?fù)涿Q和容差，點(diǎn)擊[下一步]，在彈出的對話框中，勾選退耕還林拓?fù)錂z查要素類，再點(diǎn)擊2 次[下一步]，在彈出的對話框中，點(diǎn)擊[添加規(guī)則]，選擇不能重疊作為規(guī)則，最后點(diǎn)擊[完成]。至此，完成新拓?fù)錂z查創(chuàng)建工作。將退耕還林拓?fù)鋉Topology 中的所有要素類添加到地圖，依據(jù)面錯(cuò)誤、線錯(cuò)誤、點(diǎn)錯(cuò)誤，對退耕還林檢查驗(yàn)收成果進(jìn)行檢查修改。

3.3.8 小班成果檢查

在內(nèi)容列表中右擊“退耕還林圖”圖層，點(diǎn)擊[數(shù)據(jù)]→[導(dǎo)出數(shù)據(jù)]，彈出對話框，導(dǎo)出：選擇[所有要素]，使用與以下選項(xiàng)相同的坐標(biāo)系：選擇[此圖層的源數(shù)據(jù)]，以shapefile 類型保存到文件夾。以Excel 打開同文件名的dbf 類型文件，另保存為Excel 文件，按鄉(xiāng)鎮(zhèn)、年度計(jì)劃、小班號等字段名稱進(jìn)行排序，從中查找是否有小班漏繪或查看小班面積填寫錯(cuò)誤。若漏繪，根據(jù)相關(guān)資料，在“旌德縣退耕還林”地圖文檔上進(jìn)行補(bǔ)繪；若小班面積填寫錯(cuò)誤，根據(jù)相關(guān)資料，在“旌德縣退耕還林”地圖文檔上對相應(yīng)小班面積屬性進(jìn)行修正。通過以上檢查和修正，一方面確保每個(gè)小班位置和屬性數(shù)據(jù)正確，另一方面確保各年度計(jì)劃的小班總數(shù)和面積正確。

4 結(jié)語

熟悉退耕還林工程和ArcGIS 業(yè)務(wù)的專業(yè)技術(shù)人員，利用ArcGIS 和衛(wèi)星圖片，可以快速準(zhǔn)確地構(gòu)建退耕還林地理數(shù)據(jù)庫。建立退耕還林地理數(shù)據(jù)庫對于實(shí)施退耕還林?jǐn)?shù)字化管理、鞏固退耕還林成果具有重要意義，為林業(yè)工程建設(shè)與管理開辟了一條科學(xué)有效的綠色通道，為林業(yè)信息化建設(shè)開啟了新的篇章。

旌德縣退耕還林工程，意楊林分已達(dá)過熟林，榿木等林分易受自然災(zāi)害影響而退化成低產(chǎn)低效林，退耕戶有意愿要求更新樹種造林。同時(shí)，其他工程建設(shè)項(xiàng)目占用退耕還林，根據(jù)占補(bǔ)平衡的原則，需異地置換調(diào)整，確保退耕還林造林面積不會(huì)減少。因此，退耕還林地理信息化管理是動(dòng)態(tài)的，需要及時(shí)設(shè)計(jì)和檢查驗(yàn)收，及時(shí)更新管理。建議參照上述方法，分別建立退耕還林采伐更新、工程建設(shè)項(xiàng)目占用退耕還林、工程建設(shè)項(xiàng)目占用退耕還林異地置換造林設(shè)計(jì)（檢查驗(yàn)收）等退耕還林動(dòng)態(tài)管理圖層，更加科學(xué)、規(guī)范、實(shí)時(shí)地實(shí)施退耕還林工程數(shù)字化管理。