森林資源數(shù)據(jù)與林業(yè)專題圖制作和分幅

范忠興，宮銀利，薛柏橋，寇書宏

（1.延安市橋山林業(yè)局，陜西黃陵 727300；2.隴縣八渡林場，陜西隴縣 721203）

林業(yè)專題圖是承載一種或數(shù)種林業(yè)專題信息的圖幅，是二類調(diào)查的主要提交成果，也是森林經(jīng)營管理業(yè)務(wù)工作中應(yīng)用最多、最普遍的基礎(chǔ)圖面資料。常見的林業(yè)專題類型有林相圖、基本圖、森林資源分布圖、林種分布圖及分類區(qū)劃圖，還可以根據(jù)自己需要制作各種專題圖等［1］。20世紀(jì)90年代，許多研究人員開始探討利用GIS軟件制作林業(yè)專題圖的技術(shù)方法，通過操作GIS軟件將林業(yè)專題制圖所需的林業(yè)專題信息經(jīng)過外部導(dǎo)入、格式轉(zhuǎn)換等步驟進(jìn)入GIS系統(tǒng)，然后利用GIS軟件完成林業(yè)專題圖的制作［2］。2000 年初，隨著GIS軟件技術(shù)的發(fā)展，研究人員開始將林業(yè)專題圖的制作過程集成到森林資源信息管理系統(tǒng)中，林業(yè)專題數(shù)據(jù)能夠以專題圖的方式顯示和查詢，并將顯示在屏幕上的地圖直接以圖片方式輸出并打印。已有的在森林資源管理信息系統(tǒng)中制作專題圖的方法需要現(xiàn)場操作軟件完成專題圖的樣式制作，但制作的專題圖樣式簡單，不具備預(yù)先定制專題圖的類型和功能，而且沒有靈活的定制分幅功能?；谏鲜鰡栴}，重點(diǎn)討論林業(yè)專題圖在制圖中的一些常用方法和分幅的技術(shù)，通過對(duì)整個(gè)林業(yè)專題制圖過程的分析，提出了一套較為通用的專題圖分幅制作流程，即將專題圖制作的數(shù)據(jù)和樣式分離，各種專題樣式統(tǒng)一用樣式模板控制，不同的分幅方式統(tǒng)一用分割模板控制。在GIS組件基礎(chǔ)上，開發(fā)出一套林業(yè)專題制圖模塊，并將其應(yīng)用在森林資源管理信息系統(tǒng)中。

1 林業(yè)專題圖的制圖與分幅

1.1 制圖

從科學(xué)數(shù)據(jù)可視化的角度來看，林業(yè)專題地圖是林業(yè)專題數(shù)據(jù)以圖形方式的可視化表現(xiàn)。林業(yè)專題圖可分為地圖數(shù)據(jù)本體部分和專題樣式部分，數(shù)據(jù)本體部分是存儲(chǔ)在信息系統(tǒng)中的數(shù)值或文字記錄，是林業(yè)地理要素的定性或定量描述；專題樣式部分則是數(shù)據(jù)本體的可視化表現(xiàn)形式，將地理信息以一種象形、感觀的形式傳遞給地圖使用者。林業(yè)專題制圖過程可概括為選取指定數(shù)據(jù)本體內(nèi)容，即指定專題類型、指定地理范圍的林業(yè)地理數(shù)據(jù)，并以指定的符號(hào)系統(tǒng)、樣式表達(dá)的過程。通過控制數(shù)據(jù)本體的類型、地理范圍以及專題圖符號(hào)系統(tǒng)和樣式即可控制林業(yè)專題制圖過程［3］。

1.1.1 建立或者選擇專題圖制圖要素 利用Arcmap工具欄內(nèi)Arccatalog工具，新建shapcfic，在名稱里輸入數(shù)據(jù)名稱，如“小班圖層”的面層。一般有3種類型：即點(diǎn)（poine）、線（polinc）、面（polygon）。并將新建的數(shù)據(jù)圖層數(shù)據(jù)添加到Arcmap窗口中，或者是根據(jù)專題圖模板中的圖層數(shù)據(jù)從森林資源數(shù)據(jù)庫中加載相應(yīng)的基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)和二類調(diào)查小班因子數(shù)據(jù)。

1.1.2 數(shù)據(jù)編輯 打開“編輯器”工具欄，在“編輯器”下拉菜單中執(zhí)行“開始編輯”命令，確認(rèn)編輯工具欄中：任務(wù)為—新建要素，目標(biāo)為—要編輯的圖層數(shù)據(jù)即小班圖層，根據(jù)地形圖顯示的地形地貌勾繪小班圖形并停止和保存編輯。

1.1.3 輸入屬性數(shù)據(jù) 圖形繪制完成后，需要用相應(yīng)的屬性對(duì)圖形進(jìn)行說明、描述才構(gòu)成完整的圖形數(shù)據(jù)。即在左邊內(nèi)容列表中選擇對(duì)應(yīng)的圖層，在下拉菜單列表中雙擊打開屬性表，添加相應(yīng)的屬性字段，選擇合適的字段類型并保存編輯。然后再次打開屬性表，輸入相應(yīng)的屬性值，點(diǎn)狀小班可查詢點(diǎn)小班的坐標(biāo)屬性，線小班可計(jì)算線狀小班的長度，面小班可計(jì)算出面狀小班的周長和面積。

1.1.4 圖形版面設(shè)置 圖形版面設(shè)置包括頁面設(shè)置和版面設(shè)計(jì)。頁面設(shè)置是進(jìn)行輸出頁面設(shè)置，即定義紙張大小、打印機(jī)屬性等；版面設(shè)計(jì)時(shí)將要輸出的位置放在版面視圖上。數(shù)據(jù)框是版面的主體，在版面視圖中可以調(diào)整數(shù)據(jù)框的大小和位置，改變數(shù)據(jù)框中圖層的顯示比例、設(shè)置邊框等。同時(shí)還可插入標(biāo)題或者文本、圖例、指北針、比例尺、比例文字等要素，設(shè)置對(duì)齊方式，同時(shí)也可根據(jù)需要插入圖片和ole對(duì)象等，完成一幅完整的林業(yè)專業(yè)圖制作。

1.2 分幅

傳統(tǒng)的紙質(zhì)地圖受圖幅大小的限制，一張圖紙往往難以承載整個(gè)區(qū)域內(nèi)的地理信息，于是產(chǎn)生了地圖分幅的概念，即按照一定的規(guī)則，將一幅完整的地圖分割成若干區(qū)域范圍大小相同或相近的圖幅的方法。常用的林業(yè)專題圖的分幅方式有：經(jīng)緯線分幅、矩形分幅和按區(qū)域分幅等［4］。

1.2.1 經(jīng)緯線分幅 又稱梯形分幅，是將經(jīng)緯線作為每幅圖的內(nèi)圖廓，遵照相關(guān)的國家標(biāo)準(zhǔn)或國際標(biāo)準(zhǔn)，利用固定的經(jīng)緯線網(wǎng)格對(duì)地圖進(jìn)行分幅。經(jīng)緯線分幅的比例尺范圍通常在1∶100萬和1∶5000之間，每種比例尺的經(jīng)緯線分幅方式是固定不變的，便于圖幅檢索和使用?；颈壤?∶1萬地形圖分幅就是一種經(jīng)緯線分幅，這種分幅方式在林業(yè)工作中大量使用。

1.2.2 矩形分幅 是按照矩形區(qū)域劃分圖幅范圍的分幅方式，其中矩形區(qū)域的指定較為靈活，按照實(shí)際情況因地制宜指定合適的矩形網(wǎng)格，比例尺范圍大于或等于1∶5000的大比例尺地形圖圖幅通常采用矩形分幅。

1.2.3 區(qū)域分幅 按區(qū)域分幅的分幅邊界沒有指定的外形限制，較為隨意。例如：按照用戶劃定的區(qū)域分幅、將整個(gè)區(qū)域作為單個(gè)圖幅、按照行政區(qū)劃范圍分幅等，按照縣、鄉(xiāng)、村或林場、管護(hù)區(qū)、林班等區(qū)劃邊界的分幅方式就屬于這種。專題圖分幅是將版圖過大的圖幅分割成大小適宜、圖上位置合適的小圖幅，分割網(wǎng)格遵照共同的國家標(biāo)準(zhǔn)或著按照具體需要因地制宜劃分區(qū)域，即按標(biāo)準(zhǔn)分幅和自定義分幅。無論哪種分幅方式都需要預(yù)先準(zhǔn)備圖幅的分割模板。在林業(yè)專題制圖模塊中，圖幅分割模板控制著林業(yè)專題圖數(shù)據(jù)的地理區(qū)域，間接決定著分割后內(nèi)圖框的長寬比樣式。在森林資源信息管理系統(tǒng)中集成專題圖制圖模塊需要解決以下兩項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)：其一是林業(yè)專題圖樣式的定制，即能夠按照林業(yè)標(biāo)準(zhǔn)定制專題圖樣式；其二是地圖的分幅技術(shù)，即按照林業(yè)信息管理工作的要求輸出指定區(qū)域的地圖，可以將其概括為對(duì)林業(yè)專題數(shù)據(jù)的樣式和內(nèi)容的控制。

2 林業(yè)專題制圖模塊

2.1 模塊的開發(fā)環(huán)境

林業(yè)專題制圖模塊集成在已有的森林資源信息管理系統(tǒng)中。森林資源管理信息系統(tǒng)采用Arcgis Engine 9.3 地理信息系統(tǒng)開發(fā)組件和Visual Studio 2005 開發(fā)環(huán)境，運(yùn)用C＃語言開發(fā)，具有林業(yè)信息管理所需的諸多功能模塊。在該系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫中包括基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)、森林資源數(shù)據(jù)等。其中，基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)包括行政區(qū)劃境界（縣／鄉(xiāng)／村）、按基本比例尺（1∶1萬）地形圖分幅標(biāo)準(zhǔn)制作的圖幅分割網(wǎng)格、水系與道路；1∶1萬地形圖等，都以圖層的形式保存在數(shù)據(jù)庫中。森林資源數(shù)據(jù)則包括小班基本因子信息、森林經(jīng)營活動(dòng)信息在內(nèi)的森林資源數(shù)據(jù)庫完整信息。這些記錄是制作林業(yè)專題圖的主要數(shù)據(jù)來源。林業(yè)專題制圖模塊屬于眾多模塊之一，設(shè)計(jì)功能為輸出基本圖、資源分布圖、林種分布圖、分類區(qū)劃圖等林業(yè)專題地圖，各專題類型可按基本比例尺（1∶1萬）分幅輸出和按行政區(qū)劃分幅輸出。林業(yè)專題制圖模塊主要利用了Arcgis Engine的Map Control和Page Layout Control兩個(gè)控件，以及IActiveview、I Fill Symbol、I Feature Layer等接口。利用Map Control控制地圖數(shù)據(jù)的加載、地圖符號(hào)的渲染、林業(yè)專題要素的注記、調(diào)整地圖的顯示區(qū)域等，是林業(yè)專題圖分幅中用到的主要調(diào)控部件；利用Page Layout Control控制地圖的版式、文字說明、圖例、指南針、比例尺等地圖的附屬部分，以及地圖的整飾、專題圖幅的輸出等［5］。

2.2 工作流程

專題制圖模塊啟動(dòng)后，系統(tǒng)根據(jù)專題圖的類型從專題圖模板庫中獲取對(duì)應(yīng)的專題圖模板，即MXD 文檔。然后按照MXD 文檔中記錄的圖層組合信息，從森林資源數(shù)據(jù)庫中加載對(duì)應(yīng)的專題數(shù)據(jù)，并以專題圖模板中規(guī)定的樣式渲染地圖。系統(tǒng)接收到分割區(qū)域的指令后，從圖幅分割模板中查找出分割幾何要素，然后將版式地圖中的地圖調(diào)整到分割要素所在的區(qū)域，并以最大比例尺居中顯示。重新渲染專題地圖以后，就可以將當(dāng)前范圍的專題圖輸出或者打印，這樣就完成了指定專題類型、指定分幅方式的專題圖輸出。專題制圖模塊的具體工作流程如下：

2.2.1 準(zhǔn)備基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)和林業(yè)專題數(shù)據(jù) 林業(yè)專題制圖所需要的數(shù)據(jù)已存儲(chǔ)在森林資源管理信息系統(tǒng)的森林資源數(shù)據(jù)庫中。林業(yè)專題圖中的內(nèi)容包括：基本圖主要用到的林班注記、小班注記、面積、地類、行政區(qū)劃界線、道路、居民點(diǎn)、河流、山脈等；林相圖用到的地類、優(yōu)勢樹種、齡組、面積等；資源分布圖主要用到的地類；林種分布圖主要用到的林種；分類區(qū)劃圖主要用到的地類、林種等信息。

2.2.2 制作林業(yè)專題圖模板 林業(yè)專題圖模板是林業(yè)數(shù)據(jù)的表現(xiàn)樣式，如專題地圖的圖層組合、排列順序、地圖投影方式、經(jīng)緯網(wǎng)、圖幅布局、地圖要素的專題符號(hào)樣式、注記樣式、渲染方式、圖例、指北針、比例尺、地圖標(biāo)題、相關(guān)文字說明等。林業(yè)專題圖模板使用ArcMap定制，制作的專題圖模板樣式保存在MXD 地圖工程文檔中。在MXD 文檔中，保存了地圖數(shù)據(jù)源的位置、地圖樣式、版式地圖樣式等信息。對(duì)于同一種專題圖，按行政區(qū)劃分幅和按照1∶1萬比例尺分幅需要分別制作專題圖模板。比例尺分幅模板的圖幅大小、地理坐標(biāo)系、地圖投影方式、內(nèi)圖廓矩形的長寬比、經(jīng)緯線網(wǎng)格的設(shè)置和標(biāo)注等應(yīng)遵照本行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和慣例。

2.2.3 準(zhǔn)備專題圖分割模板 專題圖分割模板以面要素圖層類型保存在森林資源信息管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫中，在Geo－data Base中的視圖是一張shapefile格式的矢量圖層，其中每一個(gè)面要素為一個(gè)切割區(qū)域。信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫中已有各級(jí)行政區(qū)劃如縣、鄉(xiāng)、村（或林場、工區(qū)、林班）和國家標(biāo)準(zhǔn)1∶1萬地形圖分幅網(wǎng)格，可以直接作為分幅用的分割模板。

2.2.4 數(shù)據(jù)加載與專題地圖渲染 這部分的工作是由林業(yè)專題制圖模塊完成。運(yùn)行系統(tǒng)后，用戶選擇林業(yè)專題圖類型、分幅的方式，系統(tǒng)從專題圖模板庫中選擇對(duì)應(yīng)的林業(yè)專題圖模板（MXD文件）；根據(jù)專題圖模板中的圖層信息從森林資源數(shù)據(jù)庫中加載相應(yīng)的基礎(chǔ)地理地圖和小班因子圖層；根據(jù)分幅方式加載對(duì)應(yīng)的分割模板面圖層；最后根據(jù)林業(yè)專題圖模板（MXD 文件）中的專題圖符號(hào)信息渲染專題圖，渲染結(jié)果在Map Control和Page Layout Control控件中顯示。

2.2.5 圖幅分割與重渲染 這一步驟是實(shí)現(xiàn)圖幅分割的關(guān)鍵。系統(tǒng)接收到分幅區(qū)域的指令后，首先從分割模板數(shù)據(jù)中檢索分幅區(qū)域，得到該分幅區(qū)域面要素，以最大比例尺將該面要素范圍內(nèi)的專題圖居中顯示在Pagel ayout Control中。然后重新渲染地圖，即分幅區(qū)域以內(nèi)的林業(yè)專題要素和所有基礎(chǔ)地理要素按照原有樣式渲染，分幅區(qū)域以外的專題要素渲染為不可見樣式。

2.2.6 地圖版式微調(diào) 在Page Layout Control中生成的版式地圖，具有與專題圖模板完全一致的地圖符號(hào)系統(tǒng)和圖幅版式。為了進(jìn)一步增強(qiáng)專題圖的可定制性，滿足用戶多樣化需求，還可以利用GIS組件中函數(shù)與控件實(shí)現(xiàn)在定制模版樣式基礎(chǔ)上進(jìn)行微調(diào)的功能。例如重設(shè)專題圖的符號(hào)類型、顏色、注記，以及圖幅整飾（設(shè)置標(biāo)題、圖例、比例尺、指南針、圖框線、圖廓樣式、地圖文字說明）等。

2.2.7 地圖輸出 地圖輸出是將Page Layout－Control中渲染好的版式地圖輸出為柵格格式文件。在這里可以通過設(shè)置柵格數(shù)據(jù)像素的大小來調(diào)整輸出圖像的清晰度，輸出的數(shù)據(jù)格式有BMP、JPEG、PNG、TIFF、GIF和PDF文件等類型。

2.3 實(shí)現(xiàn)與運(yùn)行

林業(yè)專題制圖模塊在原有的森林資源管理信息系統(tǒng)的基礎(chǔ)上編碼實(shí)現(xiàn)，用到了Arcgis Engine SDK 中的部分接口和類，以及ESRI提供的幫助文檔中的類。其中重要的接口和類有①Controls Synchronizer，用于Map Control與Page Layout Control控件間的聯(lián)動(dòng)；②I Map Document，用于專題圖模板的讀、寫、修改；③ISymbol、I Geofeature Layer，用于專題符號(hào)的渲染；④IActive View，用于分割區(qū)域的居中顯示、版式地圖的輸出等。

3 小結(jié)

專題制圖模塊的開發(fā)充分利用了Arc GIS Engine的接口和控件，實(shí)現(xiàn)了專題圖的分幅與輸出。專題制圖的工作步驟分為差異顯著的若干階段，每階段的工作內(nèi)容、實(shí)現(xiàn)方法及功能可適度伸縮。專題制圖模塊具有可擴(kuò)展性，通過更換專題圖模板即可實(shí)現(xiàn)林業(yè)中其他專題圖的制作，通過更換分幅模板即可實(shí)現(xiàn)其他比例尺分幅方式的輸出。

此方法為在森林資源管理信息系統(tǒng)開發(fā)中嵌入林業(yè)圖面資料輸出功能提供技術(shù)參考，林業(yè)其他方面的專題圖如土壤分布圖、病蟲害分布圖、野生動(dòng)植物分布圖、立地類型圖同樣可以利用該方法方便快速地添加到制圖模塊中，提高森林經(jīng)營管理和林業(yè)業(yè)務(wù)工作效率。專題制圖模塊僅需少量控制性代碼，即可實(shí)現(xiàn)專題圖的批量分幅輸出，進(jìn)一步提高專題制圖的自動(dòng)化水平。

［1］ 李滿春，任建武，陳剛，等.GIS設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)［M］.科學(xué)出版社，2004：1－6.

［2］ 呂風(fēng)琴.ViewGIS在林業(yè)制圖中的應(yīng)用［J］.陜西林業(yè)科技，2005（1）：25－26.

［3］ 陳曉.應(yīng)用ArcGIS 制作林業(yè)專題圖［J］.林業(yè)建設(shè)，2009（4）：43－45.

［4］ 石文華.應(yīng)用ArcGIS制作林業(yè)專題圖方法探析［J］.現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技，2013（11）：197－199.

［5］ 馬克西，張敏中.林業(yè)專題圖的計(jì)算機(jī)制作［J］.陜西林業(yè)科技，1999（1）：48－50.