基于AcrGIS利用遙感數(shù)據(jù)進(jìn)行林業(yè)數(shù)據(jù)分析的探討

摘要 AcrGIS是各行各業(yè)常用的地理信息系統(tǒng)軟件，在林業(yè)中的應(yīng)用也十分廣泛，近年來越來越多地被運(yùn)用于數(shù)據(jù)分析與統(tǒng)計。應(yīng)用AcrGIS軟件對各種林業(yè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析統(tǒng)計，能夠節(jié)省廣大林業(yè)工作者大量的時間與精力。以林地質(zhì)量等級評價為例，研究通過AcrGIS軟件對遙感數(shù)據(jù)的提取分析，取得以往必須現(xiàn)地采集的一些數(shù)據(jù)，如坡向、坡度、坡位等因子的一系列方法，以及通過AcrGIS軟件對柵格數(shù)據(jù)進(jìn)行空間分析的具體應(yīng)用，旨在發(fā)掘AcrGIS地理信息系統(tǒng)對林業(yè)數(shù)據(jù)分析的潛力，并探索林業(yè)工作中遙感數(shù)據(jù)與AcrGIS地理信息系統(tǒng)的相互應(yīng)用。

關(guān)鍵詞 AcrGIS地理信息系統(tǒng)；林業(yè)數(shù)據(jù)；遙感數(shù)據(jù)空間分析

中圖分類號：S127 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B 文章編號：2095–3305（2023）02–0049-03

在各種林業(yè)調(diào)查規(guī)劃工作中，林業(yè)各項(xiàng)資源數(shù)據(jù)的分析研究工作是工作人員經(jīng)常要做且比較繁瑣的。以往，進(jìn)行數(shù)據(jù)分析大多以手工或各種不同的軟件相互穿插完成，現(xiàn)在各種數(shù)據(jù)量越來越大，信息越來越多，以往的分析手段已不能滿足日常工作的要求。

AcrGIS軟件以前大多數(shù)時間被用來制作圖件，但實(shí)際上，AcrGIS的功能遠(yuǎn)不止于此。它有著強(qiáng)大的數(shù)據(jù)空間分析與統(tǒng)計功能。既可以用它對遙感數(shù)據(jù)（包括遙感影像和DEM數(shù)據(jù)）進(jìn)行各種數(shù)據(jù)的提取和分析，也可以用它對各種矢量數(shù)據(jù)和柵格數(shù)據(jù)進(jìn)行空間

分析。

下面以XX縣為研究區(qū)域，以遙感數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，用AcrGIS軟件進(jìn)行一個林地質(zhì)量等級評價分析的探索。

林地質(zhì)量根據(jù)林木生長相關(guān)的地貌特征、土壤、氣候等各種自然環(huán)境因素和森林資源可用程度等條件，對林地質(zhì)量進(jìn)行綜合評定。等級劃分為Ⅰ級（1）、Ⅱ級（2）、Ⅲ級（3）、Ⅳ級（4）、Ⅴ級（5）5個質(zhì)量等級。需要具備一定的土壤質(zhì)地、地形等條件，一般選取林地土壤厚度、土壤類型、坡度、坡向、坡位和交通區(qū)位等6項(xiàng)因子（表1），采用層次分析法，用下列公式計算林地質(zhì)量綜合評分值[1]。

EEQ＝Vi×Wi? （i＝1，2，3，…n）

式中，EEQ代表林地質(zhì)量綜合評分值（0～10）；Vi代表各項(xiàng)指標(biāo)評分值（0～10）；Wi代表因子的權(quán)重（0～1）。

現(xiàn)在已有的數(shù)據(jù)是土壤厚度、土壤類型的矢量數(shù)據(jù)?，F(xiàn)在分析提取地形地貌主要基于柵格數(shù)據(jù)DEM（Digital Elevation Model，數(shù)字高程模型）數(shù)字地形分析技術(shù)（Digital Terrain Analysis，DTA）。按照DEM特征提取所使用的基本分析方法，分為基于地形分析的地形特征分析方法和基于水系分析的提取方法2類分析方法[2]。此次研究選用基于地形分析的地形特征分析方法（表面分析法），通過計算研究區(qū)域的幾何屬性，利用坡度、高程、平面曲率等幾何因子進(jìn)行空間分析，提取坡位、坡向等地貌特征。

先用DEM數(shù)據(jù)計算提取坡向、坡度、坡位等。下載的DEM數(shù)據(jù)是地理坐標(biāo)系，需要將其轉(zhuǎn)為投影坐標(biāo)。

1 提取坡度

（1）打開ArcGIS，打開ArcToolbox

→Spatial Analyst工具→表面分析→坡度→添加DEM數(shù)據(jù)，計算出坡度，輸出坡向柵格數(shù)據(jù)。

（2）用 “重分類”工具進(jìn)行坡度分級：打開ArcToolbox→Spatial Analyst工具→重分類→重分類→加入剛才計算出的坡度柵格數(shù)據(jù)→分類→分為5類→中斷值為5°、15°、25°、35°，把坡度分為平坡（0～5°）、緩坡（6°～15°）、斜坡（16°～25°）、陡坡（26°～35°）、急險坡（≥36°）5級。

2 提取坡向

（1）打開ArcToolbox→Spatial Analyst工具→表面分析→坡向→添加DEM數(shù)據(jù)，計算出坡向，輸出坡向柵格數(shù)據(jù)。

（2）用重分類工具進(jìn)行坡向分級：中斷值為-1、45、135、225、315，把坡向分為：無坡向（-1）、陰坡（0～45、315～360）、半陰坡（45～135）、陽坡（135～225）、半陽坡（225～315）5級。

3 提取坡位

3.1 首先提取上、中、下3個坡位

（1）打開ArcToolbox→Spatial Analyst工具→表面分析→坡向→添加DEM數(shù)據(jù)，計算出坡向；用“重分類”工具進(jìn)行坡向分級：將坡向分為8個坡向和1個平坡：平地（-1）、北（0～22.5、337.5～360）、東北（22.5～67.5）、東（67.5～112.5）、東南（112.5～157.5）、南（157.5～202.5）、西南（202.5～247.5）、西（247.5～292.5）、西北（292.5～337.5）、北（337.5～360）類。將重分類的坡向柵格數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)為SHP文件。

（2）用“分區(qū)統(tǒng)計”工具提取每個坡面的最大高程值和最小高程值：統(tǒng)計類型選擇MAXIMUM和MINIMUM。

（2）用柵格計算器計算每個坡面上、中、下坡位的臨界值，以確定各個坡面的坡位，輸入公式：Con（"ASTGTM_N22E099X.img" <（ （"MAX.tif" - "MIN.tif"） * 0.33+ "MIN.tif"），2，Con（（"ASTGTM_N22E099X.img" >= （（"MAX.tif" - "MIN.tif"） * 0.33 + "MIN.tif"）） & （"ASTGTM_N22E099X.img" < （（"MAX.tif" - "MIN.tif"） * 0.66+ "MIN.tif"）），3，Con（"ASTGTM_N22E099X.img" >= （（"MAX.tif" - "MIN.tif"） * 0.66 + "MIN.tif"），4）））其中：2代表下坡，3代表中坡，4代表上坡，生成上、中、下坡位柵格數(shù)據(jù)。

3.2 提取山脊線

3.2.1 提取沒有誤差的DEM坡向變率SOA（平面曲率Slope of Aspect） 先用“坡向”工具計算出坡向，再用坡度工具→添加計算出的坡向數(shù)據(jù)，計算出坡向的坡度，記為soa1；求反地形的數(shù)據(jù)：柵格計算器→輸入公式：”DEM的最高海拔”－”DEM”得到反地形數(shù)據(jù)F_DEM；用F_DEM柵格數(shù)據(jù)計算出坡向，再用坡度工具計算出反地形坡向的坡度，記為soa2；用柵格計算器→輸入公式：（（soa1＋soa2）－Abs（soa1－soa2））/2，計算得出坡向變率SOA。

3.2.2 求正負(fù)地形柵格數(shù)據(jù) 求取

MEAN（平均值）：打開ArcToolbox→SpatialAnalyst工具→鄰域分析→焦點(diǎn)統(tǒng)計→添加DEM柵格數(shù)據(jù)，統(tǒng)計類型為MEAN，鄰域分析為矩形或圓形，鄰域設(shè)置為11，11，得到一個MEAN（平均值）圖層。

柵格計算器→輸入公式：”DEM”－”dem”，求得ZFDX（正負(fù)地形）圖層。

柵格計算器→輸入公式：ZFDX＞0&SOA＞40? ?提取出山脊線，value值記為5。

3.3 提取平坡

打開柵格計算器→輸入公式：InList（"Aspect（坡向）"，[-1]） ，提取出平坡，value值記為1。

3.4 計算坡位柵格數(shù)據(jù)

用柵格數(shù)據(jù)集中的 “鑲嵌至新柵格”工具，依次添加平坡、脊部以及上、中、下坡3個柵格圖層，鑲嵌運(yùn)算符選擇FIRST，生成一個新的柵格圖層：坡位柵格數(shù)據(jù)圖層。

4 提取交通區(qū)位

按照交通區(qū)位分級標(biāo)準(zhǔn)，將整個研究區(qū)域分成5個等級（表2）。

該研究區(qū)域以公路運(yùn)輸為主要運(yùn)輸方式。用“歐氏距離”工具以公路為起點(diǎn)，按不同運(yùn)輸距離生成各級分析數(shù)據(jù)，提取出歐氏距離柵格數(shù)據(jù)；用“重分類”工，添加上面計算出的歐氏距離柵格數(shù)據(jù)→分為5類，中斷值為1 000、3 000、5 000、10 000，把數(shù)據(jù)分為1（0～1 000）、2（1 000～3 000）、3（3 000～5 000）、4（5 000～10 000）、5（＞10 000）5個等級。最后提取出交通區(qū)位分級圖層。

5 提取土壤類型和土壤厚度分級柵格數(shù)據(jù)

首先，為土壤類型和土壤厚度按等級賦值，將要素圖層的土壤類型和土壤厚度轉(zhuǎn)為柵格圖層；用重分類工具將轉(zhuǎn)為柵格數(shù)據(jù)的土壤類型和土壤厚度進(jìn)行分級，得到土壤類型和土壤厚度的分級圖。

至此，評價林地質(zhì)量等級的6項(xiàng)因子全部被提取和分級完畢（圖1）。

6 計算林地質(zhì)量等級

按各因子權(quán)重計算林地質(zhì)量等級，土壤厚度、土壤類型、坡度、坡向、坡位和交通區(qū)位等6項(xiàng)因子的權(quán)重值見表3。

ArcToolbox→Spatial Analyst工具→疊加分析→加權(quán)總和→添加6項(xiàng)因子的分級圖層，輸入各項(xiàng)因子的權(quán)重值，通過將柵格各自乘以指定的權(quán)重并合計在一起，疊加多個柵格計算出林地質(zhì)量等級數(shù)據(jù)（圖2）。用“重分類”工具將林地質(zhì)量等級數(shù)據(jù)進(jìn)行分級，得到林地質(zhì)量等級的分級圖。

7 統(tǒng)計林地質(zhì)量等級的面積占比

用轉(zhuǎn)換工具中“柵格轉(zhuǎn)面”將林地質(zhì)量分級柵格數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)為矢量數(shù)據(jù)，放置在文件數(shù)據(jù)庫中；打開ArcToolbox→分析工具→統(tǒng)計分析→匯總統(tǒng)計數(shù)據(jù)→添加文件數(shù)據(jù)庫中的“林地質(zhì)量分級矢量數(shù)據(jù)”，統(tǒng)計字段選擇Shape_Area；統(tǒng)計類型選擇SUM；案例分組字段選擇gridcode，最后統(tǒng)計出該研究區(qū)域的林地質(zhì)量等級評價的結(jié)果（圖3）。

8 結(jié)束語

利用AcrGIS地理信息系統(tǒng)還可以做更多的事情。例如，用于整合林草數(shù)據(jù)與國土數(shù)據(jù)、對地類的概念、界定存在的差異進(jìn)行對比分析、對林地變更前后數(shù)據(jù)空間進(jìn)行對比分析等。AcrGIS地理信息系統(tǒng)的空間分析功能能夠更快速地進(jìn)行多數(shù)據(jù)、多層次、不同空間的數(shù)據(jù)對比分析，利用遙感數(shù)據(jù)與AcrGIS地理信息系統(tǒng)提取分析得到的數(shù)據(jù)，節(jié)省了大量的人力物力，且更科學(xué)、快速，還能避免人為的錯漏和失誤。本研究對“林地一張圖”與森林督查以及許多林業(yè)工程建設(shè)都具有一定的借鑒意義。

在信息時代下，林業(yè)也已進(jìn)入數(shù)字林業(yè)時代。為保障林業(yè)工程建設(shè)的新要求和高標(biāo)準(zhǔn)，提高數(shù)據(jù)的科學(xué)性和準(zhǔn)確性，實(shí)現(xiàn)林草工程建設(shè)的可持續(xù)發(fā)展，可以以數(shù)字化為基礎(chǔ)，充分利用遙感數(shù)據(jù)和地理信息系統(tǒng)，為生態(tài)林業(yè)工程的建設(shè)提供更好的服務(wù)。

參考文獻(xiàn)

[1] 國家林業(yè)局.縣級林地保護(hù)利用規(guī)劃編制技術(shù)規(guī)程： LY/T 1956—2011[S].

[2] 湯國安，楊瑋瑩，楊昕，等.對DEM地形定量因子挖掘中若干問題的探討[J].測繪科學(xué)，2003，28（1）：28-32，1.

責(zé)任編輯：黃艷飛

Discussion on Forestry Data Analysis Using Remote Sensing Data Based on AcrGIS

Zhang Hong （Kunming Branch of Yunnan Forestry Survey and Planning Institute， Kunming， Yunnan 650200）

Abstract AcrGIS is a commonly used geographic information system software in all walks of life. It is also widely used in forestry. In recent years， more and more people have used it in data analysis and statistics. The application of AcrGIS software to the analysis and statistics of various forestry data also saves a lot of time and energy of forestry workers. Taking the evaluation of forest land quality grade as an example， this paper studies a series of methods to extract and analyze remote sensing data through AcrGIS software to obtain some data that must be collected in the past， such as slope aspect， slope， slope position and other factors， as well as the specific application of some tools of AcrGIS software to spatial analysis of grid data， It also explores the mutual application of remote sensing data and AcrGIS in forestry work.

Key words AcrGIS system; Forestry data; Spatial analysis of remote sensing data

作者簡介 張虹（1970—），女，遼寧桓仁人，工程師，主要從事林業(yè)調(diào)查規(guī)劃、林業(yè)工程制圖研究。

收稿日期 2022-12-08