淺談第三次全國國土調(diào)查坡度圖制作

杜蕾

（遼寧省基礎(chǔ)測繪院，遼寧錦州 121003）

根據(jù)《國務(wù)院第三次全國國土調(diào)查領(lǐng)導小組辦公室關(guān)于進一步核實第三次全國國土調(diào)查坡度數(shù)據(jù)的通知》，和遼寧省第三次全國國土調(diào)查領(lǐng)導小組辦公室（省三調(diào)辦)下達的通知，由遼寧省基礎(chǔ)測繪院承擔本次遼寧省第三次全國國土調(diào)查坡度圖制作工作。

此次任務(wù)按照統(tǒng)一的技術(shù)標準，參照《利用DEM確定耕地坡度分級技術(shù)規(guī)定》，以縣級區(qū)劃為單位，制作全省坡度圖，坡度圖成果一定要保障真實性和準確性。

一、數(shù)據(jù)來源和使用原則

1.數(shù)據(jù)主要來源

經(jīng)省級檢查合格的5米格網(wǎng)1:1萬數(shù)字高程模型（DEM），DEM產(chǎn)品生年代分布在2012-2017年之間。為了保證現(xiàn)勢性，本次共收集了兩種類型DEM數(shù)據(jù)成果。第一部分是1:1萬數(shù)字航空攝影測量制作的DEM數(shù)據(jù)，第二部分是機載機光雷達制作的DEM數(shù)據(jù)。

2.數(shù)據(jù)使用原則

由于時間年度跨度大，并且存在兩種類型DEM數(shù)據(jù)，個別區(qū)域的接邊不是完全吻合。為了保證坡度圖的準確性和真實性，DEM圖幅接邊處按照現(xiàn)勢性強的覆蓋現(xiàn)勢性差的數(shù)據(jù)，雷達數(shù)據(jù)覆蓋航測數(shù)據(jù)的原則進行。

二、基于ArcGIS制作坡度圖及注意事項

坡度圖制作就是將DEM柵格數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成坡度柵格數(shù)據(jù)，然后按照坡度分級標準進行坡度分級，最后形成坡度分級矢量數(shù)據(jù)的過程。由于此次坡度圖制作時間緊任務(wù)重，因此完全用人工方式制作坡度圖已經(jīng)不能滿足現(xiàn)階段任務(wù)要求，這就需要通過對數(shù)據(jù)源與成果的分析，編制算法，對部分工序?qū)崿F(xiàn)計算機自動化，來代替繁重、重復的人工操作。

ArcGIS軟件是地理信息系統(tǒng)中應(yīng)用較為廣泛的一種軟件，它有強大的運算能力和分析功能，可高速、成熟地處理各種數(shù)據(jù)，因此倍受青睞。本次坡度圖制作過程中用的自動化算法，就是基于ArcGIS平臺實現(xiàn)的。

坡度圖制作可以分為以下幾個階段：資料收集整理、數(shù)據(jù)預處理、DEM拼接、坡度計算、坡度分級、坡度分級矢量化、坡度分級矢量化數(shù)據(jù)后處理、元數(shù)據(jù)制作、質(zhì)檢、成果匯交。

本文主要介紹從DEM單幅數(shù)據(jù)拼到縣區(qū)坡度分級矢量化數(shù)據(jù)后處理的過程。

1.DEM拼接

由于三調(diào)數(shù)據(jù)是以縣區(qū)為單位，1：10000DEM數(shù)字高程模型是分幅數(shù)據(jù)，這里就必須對DEM進行拼接處理。拼接DEM圖幅時，以國家下發(fā)的縣級行政區(qū)范圍為準。為了保證縣區(qū)邊緣處的坡度圖精度，將縣區(qū)界線外擴1000米緩沖區(qū)，做為單個縣區(qū)坡度圖范圍。如涉及省界、國界處，不能滿足縣區(qū)外擴1000米要求時，則只需保證縣區(qū)內(nèi)部數(shù)據(jù)的完整。

拼接時利用ArcGIS軟件下的鑲嵌功能，保證成果在2000坐標系統(tǒng)下，按現(xiàn)勢性強的覆蓋現(xiàn)勢性差的數(shù)據(jù)，雷達數(shù)據(jù)覆蓋航測數(shù)據(jù)的原則進行。

此次作業(yè)范圍根據(jù)高斯投影劃分，共涉及三個投影帶，所涉及跨帶的縣區(qū)，將DEM成果利用ArcGIS軟件下的投影轉(zhuǎn)換功能，將其轉(zhuǎn)換到與第三次全國國土調(diào)查成果數(shù)據(jù)庫一致的投影帶。

2.坡度計算

坡度是反映地形的重要因子，是地形描述中常用的參數(shù)，是一個具有方向與大小的矢量。坡度圖計算模型有二階差分、三階不帶權(quán)差分、三階反距離平方權(quán)差分等。我們將拼好的以縣區(qū)為單位的DEM成果，利用ArcGIS工 具“坡度”，Spatial Analyst→表面分析→坡度，進行坡度計算，計算模型選擇三階反距離平方權(quán)差分horn算法。

3.坡度分級矢量化

按照耕地坡度分級的要求，對耕地坡度分為五個級別，從1級至5級分別 為≤2°，2°~ 6°， 6°~ 15°，15°~ 25°，＞25°。

利用ArcGIS工具“坡度”，3D Analyst工具→柵格重分類→重分類，進行手動分類，生成1至5類坡度級別。

4.坡度分級矢量化和坡度分級矢量化數(shù)據(jù)后處理

利用ArcGIS下“柵格轉(zhuǎn)面”工具，將坡度數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)為矢量數(shù)據(jù)，然后進入到坡度分級矢量化數(shù)據(jù)后處理階段，這個時間較長，需要進行圖斑綜合、拓撲構(gòu)建、裁切、接邊等處理。

(1)矢量坡度綜合

為滿足第三次國土調(diào)查數(shù)據(jù)庫中最小上斑面積的要求，本次坡度分級矢量數(shù)據(jù)綜合面積參照《利用DEM確定耕地坡度分級技術(shù)規(guī)定》中1:5000比例尺要求進行，最小矢量坡度面積保留為實地750平方米。利用融合工具，將小于750 m2的矢量坡度跟相鄰矢量合并，以滿足要求。

坡度分級圖斑按就低不就高的原則逐級并入臨近圖斑，如果鄰近圖斑等級沒有小于本圖斑的，就與鄰近高級的圖斑逐級合并，以保證消除小圖斑，同時將寬度小于1個格網(wǎng)尺寸的線狀圖斑合并至相臨圖斑中。

綜合矢量坡度過程較為復雜，工作量巨大，依靠人工操作，不僅時間長，而且主觀干預較多，真實性與準確性無法保證。為避免人工操作出現(xiàn)錯誤，提高生產(chǎn)效率，根據(jù)綜合原理，技術(shù)人員自行研發(fā)了一套程序，實現(xiàn)計算機自動化，用來代替繁重、重復的人工操作。與人工操作對比，效率可提高幾十倍。為檢驗自動綜合的準確性，又編制算法，通過人機交互，將綜合后的成果與原始數(shù)據(jù)進行對比，對于跨度超過兩級、面積綜合過大、差異率較高或超差等問題進行改正，并對綜合成果進行拓撲檢查。

(2)裁切

綜合后的成果除境界周圍，其他地方不應(yīng)有小于750m2的矢量圖斑。最后將綜合后的矢量成果，按1000米外擴緩沖區(qū)進行裁圖。

注意坡度矢量圖裁切時一定要在融合后的基礎(chǔ)上進行。裁切后要通過ArcGIS工具進行數(shù)據(jù)分解處理，“數(shù)據(jù)管理工具要素多部件至單部件”，分解的原因是防止境界周圍的矢量有復雜鏈，影響坡度圖的使用。

(3)縣區(qū)接邊

為了保證各縣區(qū)之間坡度圖矢量成果的連續(xù)性，各縣區(qū)坡度矢量成果必須進行接邊處理，接邊包括圖形接邊和屬性接邊，即要保證圖形一致，又要保證坡度等級接邊。接邊限差不超過2個格網(wǎng)，不能出現(xiàn)尖角，保持過渡合理，不能出現(xiàn)小于750 m2的矢量。特別注意換帶處縣區(qū)間接邊，分別要在兩個投影帶上進行接邊，以保證接邊精度。

三、結(jié)束語

本次生產(chǎn)過程中經(jīng)過我們不懈努力，解決了很多實際生產(chǎn)中遇到的問題、難題，利用ArcGIS軟件、技術(shù)人員程序的研發(fā)、通過人機交互的合作方式完成了坡度圖的制作，我們的成果推動了遼寧省三調(diào)坡度圖工作的順利進行，并得到了好評，坡度圖成果的制作使我們各方面能力得到提升，同時也為以后相似的工作提供參考。