ArcGIS在水土保持工作中的應用

韓立新 朱日清 牛帥帥

摘要：“天地一體化”監(jiān)管的日益加強，傳統(tǒng)的水土保持方案、監(jiān)測、驗收、規(guī)劃及小流域綜合治理實施方案的編制已不能滿足水土保持信息化建設的需要，對水土保持工作者提出了新要求。新形勢下，水土流失防治責任范圍矢量圖成為水土保持方案的重要組成部分，是生產(chǎn)建設項目水土保持監(jiān)測、驗收、信息化監(jiān)管的重要基礎數(shù)據(jù)之一。文章借助生產(chǎn)建設項目水土流失防治責任范圍矢量化的過程分析，對ArcGIS中水土保持工作常用到的CAD圖轉矢量化、地理坐標矢量化、柵格圖像矢量化和屬性數(shù)據(jù)錄入等關鍵技術進行介紹，為水土保持工作者提供參考和借鑒。

關鍵詞：ArcGIS? 水土保持? 防治責任范圍? 矢量化

中圖分類號： S157?? 文獻標識碼：A?? 文章編號：1672-3791（2022）05（a）-0000-00

1水土保持工作的現(xiàn)狀分析

1.1水土保持方案

傳統(tǒng)的“人、車、相機、設計資料”編制水土保持方案報告的方式已不能滿足新時代的編制要求。地面拍攝不能全方位的展示項目區(qū)概況，無人機航拍已成為水土保持方案匯報現(xiàn)場概況的主流。隨著全國水土保持信息管理上報系統(tǒng)的逐漸完備，水土流失防治責任范圍矢量化、拐點坐標提取將成為水土保持方案工作者的日常工作。水土保持方案階段，水土流失防治責任范圍及措施圖矢量化是水土保持信息化監(jiān)管的基礎[1-2]。

1.2水土保持監(jiān)測及驗收

在水土保持監(jiān)測及驗收工作中，無人機監(jiān)測已成為主要的監(jiān)測方法。傳統(tǒng)監(jiān)測方法中的皮尺、相機、測釬已不能滿足水土保持信息化監(jiān)測及驗收的需求，而無人機拍攝的正射影像、DEM數(shù)據(jù)可提取項目區(qū)的擾動面積、水土保持措施工程量、土方開挖堆存量，已成為新時代水土保持監(jiān)測及驗收的重要手段[3-4]。

1.3小流域綜合治理工程

小流域綜合治理工程中，CAD制圖不能滿足水土保持圖件的需求，不符合圖斑精細化管理的要求。利用ArcGIS軟件對小流域進行圖斑劃分，提取圖斑的地貌類型、坡度、植被覆蓋度、土壤侵蝕強度等基本信息，對確定治理范圍、治理工程、統(tǒng)計工程量具有方便、快捷、精準的特點[5]。

1.4水土保持規(guī)劃

在水土保持規(guī)劃中，ArcGIS應用更為廣泛。通過ArcGIS軟件，分析項目區(qū)的地勢地貌、自然水系的流向、進行小流域劃分，綜合分析土壤侵蝕等級等基本信息，便于進行重點工程布設安排[5-6]。

1.5第三方技術服務

水土保持信息化項目監(jiān)管往往是水行政主管部門與技術實力過硬的第三方技術服務單位協(xié)作完成。信息化項目監(jiān)管的流程為資料準備、遙感監(jiān)管、監(jiān)管信息現(xiàn)場采集、成果整編與審核評價這4個部分。其中資料準備包含資料收集整理及設計資料矢量化。設計資料矢量化是水土保持信息化監(jiān)管的前提，遙感監(jiān)管需要工作者根據(jù)遙感影像判別擾動范圍、水土保持措施布設情況，掌握合規(guī)性、水土保持方案落實情況及變更情況[2，7]。

綜上所述，水土保持方案、監(jiān)測、驗收、小流域治理及規(guī)劃、項目監(jiān)管的第三方技術服務等工作均需ArcGIS協(xié)助，日常水土保持工作使用的ArcGIS功能主要為將柵格圖像矢量化、坐標點生成shapefile文件、CAD轉為shapefile文件、提取拐點坐標、屬性錄入、小流域劃分、地形圖轉DEM數(shù)據(jù)，坡度提取、綜合統(tǒng)計分析等基本功能。小流域劃分、地形圖轉DEM數(shù)據(jù)等使用機率較小，可參考有關論文[8-9]，此處不再詳述。

該文以菏澤廣源陸港鐵路專用線工程為例說明水土流失防治責任范圍shapefile文件的制作，以介紹日常工作使用的ArcGIS關鍵技術。文章使用的軟件為漢化后的ArcGIS10.2，其他版本可參考。

2項目概況

菏澤廣源陸港鐵路專用線工程位于山東省菏澤市曹縣磐石街道，曹縣站東側、省道S350南側，曹縣站集裝箱貨區(qū)北側道岔為本工程出岔接口。

該工程為新建建設類項目，鐵路專用線等級為專用線，正線數(shù)目為單線。主要建設內(nèi)容為改造曹縣站相關設備設施;新建鐵路裝卸區(qū)，設貫通式裝卸線3條，延長曹縣站集裝箱貨區(qū)既有機回線390m，走行線末端設機回線50m。工程鋪軌里程4.572km，輔道岔5組，新建涵洞4座，接建框架涵1座，通站道路152m，股道兩側布設散雜貨作業(yè)區(qū)和集裝箱作業(yè)區(qū)。

該工程由站場路基工程、橋涵工程、站場作業(yè)區(qū)工程、通站道路以及附屬設施（電氣化、信號、通信、房建等）等組成?？傉嫉孛娣e24.95hm2，永久占地24.25hm2，臨時占地0.70hm2。新征用地23.26hm2，已征用地0.25hm2，永久占用國鐵范圍0.74hm2，臨時占用國鐵范圍0.70hm2。

3制作過程分析

方案編制過程中收集到的資料有新征用地范圍線CAD版，工程總平面布置圖PDF版。新征用地范圍線為2000國家坐標系工程建設用地勘測定界圖，界址點坐標為X：3854001.938，Y：39370213.349類型。根據(jù)坐標點、地理位置可判定，項目區(qū)位于3°分帶第39帶，中央子午線為東經(jīng)117°。

收集到的勘測定界圖可通過CAD圖轉矢量化直接導入ArcGIS中，作為防治責任范圍的組成部分。若未收集到CAD版定界圖，可人工提取界址點坐標表到Excel中，通過地理坐標點矢量化完成防治責任范圍的繪制。工程占用已征用地、國鐵工程、臨時占地范圍可通過柵格圖像矢量化的方式導入ArcGIS中。完成圖形的繪制后，進行必要信息的屬性錄入。

4 ArcGIS關鍵技術

4.1 CAD圖轉矢量化

首先需整理CAD文件，選擇定界范圍線復制，新建CAD文件，將其粘貼到原坐標，保存新文件命名為“新征用地.dwg”。新文件只保留必要信息，可減少加載時間，避免進入ArcGIS中，圖像混亂、疊加。導入ArcMap前，還需確保比例尺為1∶1000;核實X坐標是否含有帶號;范圍線應閉合。

打開Arcmap后，在標準工具條中，點擊以“+”為圖標的“添加數(shù)據(jù)”，選擇“新征用地.dwg”。點擊確定后即可看到文件圖形，左側“內(nèi)容列表”中選擇“新征用地.dwg Polygon”，“導出數(shù)據(jù)”為“新征用地”shapefile文件，彈出是否將導出的數(shù)據(jù)添加到地圖圖層中，選擇“是”，新征用地shapefile文件顯示在內(nèi)容列表中。

在標準工具條中，打開ArcToolbox，選擇“數(shù)據(jù)管理工具”下“投影和變換”中的“定義投影”。對話框中選擇“新征用地”，坐標系選擇“CGCS2000_3_Degree_GK_CM_117E”。完成定義投影后，利用“編輯器”中“移動”將圖形X偏移-39000000，保存編輯，完成新征用地范圍的矢量化。

4.2地理坐標點矢量化

人工提取界址點坐標表到Excel中，可將原坐標的帶號”39”直接去除，去除帶號的坐標列定義為X坐標，原X坐標列定義為Y坐標，因為AutoCAD和ArcGIS中坐標是反的。通過標準工具條中“添加數(shù)據(jù)”，將其加載到ArcMap中，右擊加載的sheet數(shù)據(jù)，選擇“顯示XY數(shù)據(jù)”。生成事件后將其輸出為shapefile點文件，利用ArcToolbox中“數(shù)據(jù)管理工具”下的“要素”中“點集轉線”將shapefile點文件轉為shapefile線文件。點擊編輯器下方的“開始編輯”，選擇新形成的shapefile線文件，然后選擇編輯器工具條最右側的“創(chuàng)建要素”，連接起點和終點，依次點擊編輯器下方的“保存編輯內(nèi)容”“停止編輯”。再利用ArcToolbox中“數(shù)據(jù)管理工具”下的“要素”中“要素轉面”將shapefile線文件轉為shapefile面文件，再定義坐標系。

4.3柵格圖像矢量化

工程總平面布置圖由pdf轉為柵格圖像（jpg、tiff等圖像格式），通過“添加數(shù)據(jù)”將其加載到ArcMap中，也可直接拖拉的形式加載。根據(jù)“新征用地”的界點為控制點進行“地理校準”。控制點至少要7個，且盡量均勻分布[3]。打開編輯器下拉框中選擇“開始編輯”新征用地shapefile，通過編輯器工具條右側“創(chuàng)建要素”，沿本工程占用已征用地、國鐵工程、臨時占地范圍進行勾繪，外邊界勾繪完成后，利用編輯器工具條右側的“剪裁面工具”，進行分區(qū)劃分，依次點擊編輯器下拉框的“保存編輯內(nèi)容”“停止編輯”。

占用已征用地、國鐵工程、臨時占地范圍的矢量化也可通過CAD版的水土流失防治責任分區(qū)圖通過CAD圖轉矢量化直接導入Arcmap中，但需要與勘測定界圖的位置、比例相匹配。

4.4屬性錄入

矢量圖不僅具有空間地理坐標信息，也須有屬性信息。新建的shapefile文件可在屬性表中，通過“添加字段”，添加面積、組成部分、備注等字段。面積的數(shù)據(jù)類型選擇Double，通過“計算幾何”完成數(shù)據(jù)的填寫，對于界限不明確的組成部分，可手動修改面積。組成部分、備注的數(shù)據(jù)類型選擇Text，通過手動錄入。

字段的添加也可使用程序欄中的“地理處理”中的“合并”命令將帶有字段屬性的文件與新文件合并，形成Merge新文件，打開其屬性表，選中需要的要素，導出新文件，其已帶有字段屬性。屬性的錄入也可選擇表選項中的關聯(lián)和連接Excel表格，通過字段計算器進行批量錄入。

4.5示意上圖

根據(jù)《生產(chǎn)建設項目水土保持信息化監(jiān)管技術規(guī)定（試行）》，防治責任范圍不明確的工程，可進行示意性上圖。點、面型項目，根據(jù)設計資料查找項目區(qū)中心點的坐標，將其矢量化后，利用“地理處理”中“緩沖區(qū)”命令，繪制直徑為100m的圓形。線型項目，根據(jù)主體設計提供的kml路徑圖，可利用ArcToolbox中“轉換工具”下的“由kml轉出”中“kml轉圖層”，將其轉化為shapefile線文件后，利用“地理處理”中“緩沖區(qū)”命令，形成面文件進行示意性上圖。適宜性上圖的屬性表中，應備注為示意性。

4.6其他經(jīng)常使用的關鍵技術

拐點坐標提?。菏紫刃枰獙⑻崛」拯c的文件轉化為shapefile點文件，利用ArcToolbox中“數(shù)據(jù)管理工具”下的“要素”中“要素折點轉線”。打開新形成的shapefile點文件的屬性表，添加X坐標、Y坐標字段，字段類型選擇浮點型，右擊字段名稱，選擇“幾何計算”，分別選擇“點的X坐標”、“點的Y坐標”，單位選擇m，輸出大地地理坐標值，選擇十進制，輸出經(jīng)緯度。然后將新文件的dbf文件導入Excel表格。

統(tǒng)計分析：Shapefile文件中的dbf文件可直接導入Excel表格，通過Excel表格進行統(tǒng)計分析。ArcMap屬性表中，字段名右擊可升序排列、降序排列、匯總、統(tǒng)計，表屬性中可“按屬性選擇”，根據(jù)屬性進行統(tǒng)計、匯總。

5最終成果

菏澤廣源陸港鐵路專用線工程水土流失防治責任范圍的矢量化成果（shapefile文件）包含6個文件，具體見圖1。其中主文件（*.shp）存儲勾繪的幾何圖形，表文件（*.dbf）可用Excel打開，記錄著圖形的屬性信息，索引文件（*.shx）存儲圖形要素與屬性信息索引，以上三個文件為必須文件。一般還包括空間參考文件（*.prj）、幾何體空間索引文件（*.sbn和*.sbx）。

6結語

目前水土保持方案編制工作已明確要求防治責任范圍矢量化成果，水土保持監(jiān)測、驗收小流域治理及規(guī)劃等工作均需要ArcGIS協(xié)助。該文雖只具體提到防治責任范圍矢量化的方法，但同樣適用于歷史遙感影像擾動圖斑的勾繪、小流域小班的劃分、水土保持措施矢量化。

GIS具有數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)、計算機輔助設計以及空間數(shù)據(jù)管理和分析功能，已廣泛應用在水土保持領域。該文僅介紹了ArcGIS軟件中防治責任范圍矢量化的方法，其各種使用技巧、強大的空間分析能力、輔助設計作圖能力需繼續(xù)探索學習。

參考文獻

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