Geoway和ArcGIS在廣西水土保持普查中的應用技巧

蘇文靜，盧 遠

(廣西師范學院資源與環境科學學院，廣西南寧530001)

全國水土保持普查包括土壤侵蝕、侵蝕溝道和水土保持措施普查，其中土壤侵蝕的對象包括水力侵蝕、風力侵蝕和凍融侵蝕［1－2］，按照《土壤侵蝕分類分級標準》(SL 190—2007)規定的土壤侵蝕區劃，廣西屬西南土石山區，因此只涉及水力侵蝕普查。目前，廣西在第一次全國水利普查中的水土保持普查已進入收尾階段，在此就GIS 在水土保持普查中的應用技巧進行歸納和總結，僅供交流和學習。

在水土保持普查數據處理中，廣西使用的是Geoway 與ArcGIS。其中，Geoway 在精度方面，采用的是真實的大地坐標，能保證數據在存儲和輸出過程中不失真;在可靠性方面，高效的光柵識別算法能保證自動識別生成的矢量線與背景光柵線中心的垂直偏差不超過2 像素，還有一套齊全的矢量化數據質量檢查工具;在兼容性方面，處理的數據可存儲成不同格式的文件，方便不同平臺使用，能與ArcGIS 數據格式很好地兼容。廣西水土保持普查數據處理中選用Geoway 與ArcGIS 相結合，能使整個工作流程更加順暢，數據質量有保證，工作效率得到提高。

1 數據處理流程

數據處理流程主要包括數據準備、數據處理、成圖、成果整理、數據上報5 個階段，其中:數據準備階段主要是地形圖的獲取和掃描;數據處理階段包括掃描圖件的幾何糾正、野外調查單元范圍劃定以及等高線矢量化;成圖階段主要是輸出野外調查單元底圖;成果整理階段主要包括清繪圖矢量化、地塊屬性錄入、外業照片整理等。數據處理流程見圖1。

2 數據處理關鍵技術

Geoway 的專項軟件GeowayDRG 主要是進行地形圖幾何糾正和等高線矢量化并賦值。ArcGIS 的ArcMap 主要處理坐標定義、投影轉換、野外調查底圖成圖、清繪圖配準、地塊邊界矢量化、地塊屬性錄入等。

圖1 數據處理流程

2．1 地形圖幾何糾正

GeowayDRG 在數字柵格圖像上布設若干控制點，按照控制點的理論坐標與實際坐標的對應關系建立多項式方程，根據解算的幾何變換系數對掃描圖像進行重采樣即幾何糾正，重采樣后的圖像就同時具有了地理坐標。在GeowayDRG 幾何糾正過程中，地圖數據加工分為地圖信息設置、配準圖廓左下角、控制點采集(內圖廓點采集)、整體糾正4 個部分，其中:地圖信息設置主要是設置圖幅名稱、圖幅編號、掃描分辨率、坐標系統，在GeowayDRG 中根據國家標準分幅地形圖的圖幅編號便可解算出地形圖相應的4 個內圖廓點的理論坐標;配準圖廓左下角要手動找到圖廓左下角才能進行，以方便后續內圖廓點的自動搜索;內圖廓點采集時，軟件將會自動定位到內圖廓點附近;一般情況下，采集4 個內圖廓點后進行整體糾正就能滿足精度要求，如果精度達不到要求則需進行分格網糾正，以三角形為單元進行數字微分糾正可有效解決因圖紙伸縮引起的非均勻局部變形。將糾正后的圖像與理論圖廓線和網格線套合，可用于檢驗幾何糾正的精度。在菜單欄的加工→設置中可以設置糾正后自動生成DRG 文件，作為糾正后的成果圖像，方便在Geoway 中矢量化等高線;還可存儲成．TFW 文件，此文件帶有相應的坐標信息，在ArcGIS 中可與存儲的．TIFF 文件配套使用。

2．2 劃定野外調查單元

野外調查單元是在遵循國家普查辦選取原則［3］的基礎上，根據廣西的地形地貌，依照以下5 個原則進行劃定:①位置。調查單元應在地形圖中心方格網內或與中心方格網有關聯。②面積。與地形圖中心方格網相連的面積0．2～1．0 km2的小流域或0．25 km2的四方格網。③行政區內。小流域邊界不跨縣級行政區。④丘陵區、山區盡量以小流域的形式劃定野外調查單元。以小流域為調查單元，流域邊界與等高線垂直相交，沿山脊線延伸，在溝口處閉合，如果流域面積大于1 km2，則要進行適當調整，盡量避免地類單一。⑤平原區野外調查單元的確定。中心方格網一分為四，取其中1 個四方格網，地類盡量滿足多樣性原則。

2．3 等高線矢量化

地形圖矢量化是在Geoway 軟件中實現的，采用的算法及“所見即所得”技術在矢量化過程中能基本防止線的打折、重疊。在數據輸出前，Goeway 還提供了多種直觀的檢測手段，如圖形檢測、屬性檢測、矛盾檢測、拓撲檢測等，能消除錯誤隱患，保證數據質量。在Geoway 中新建工程，在工程管理器中加載勾繪的野外調查邊界，新建等高線層，在等高線層矢量化調查邊界范圍內的等高線。矢量化用到的工具欄包括編輯工具欄與輸入工具欄。編輯工具欄中的“專業功能”主要是設置線跟蹤參數和識別跟蹤顏色，其中線跟蹤參數主要是控制跟蹤步長、界址點容限誤差、捕捉容差，經過反復試驗，分別設置為3、2、2 時較合適;識別跟蹤顏色主要是識別要跟蹤等高線的顏色，可以是彩色底圖，也可以是二值圖，若將首曲線與計曲線分開，則顏色識別效果會更好，但一般單色選擇也可以。線跟蹤是矢量化作業的一個主要工序，交互跟蹤是最常用的跟蹤方法，在設置好線跟蹤參數與跟蹤顏色后，即可在背景圖上實現交互跟蹤。Geoway 的圖形編輯也有專門的工具條——矢量編輯，它能方便快捷地對所跟蹤的線條進行編輯，包括線的打斷、連接、延伸、局部移動和節點的增加、刪除、移動等。

2．4 等高線高程賦值

Geoway 中編輯工具欄“專業功能”下的高程賦值能完成等高線高程賦值，其中的自動高程標賦可對并排的多條矢量等高線批量標賦高程值。步驟是先選擇“輸入起始高程”，輸入起始高程值與等高距，然后選擇遞增或遞減模式，從起始等高線向要賦高程值的等高線拉線，在拉線范圍內，系統將根據助手中的設置，自動計算出等高線的高程值。為了方便檢查，還可以打開“Tip 提示”以及“高程譜顯示”開關，隨時檢查標賦過值的等高線。賦值完成后要在“專業功能”工具條下的“質檢”中進行檢測，檢測是否有0 值等高線、高程值是否矛盾等。確認無誤后輸出ArcView SHP(．SHP)格式文件，高程字段名稱可以按要求命名，方便在ArcMap 中使用。

2．5 定義坐標與投影轉換

GeowayDRG 中幾何糾正后的圖像和Geoway 中矢量化后的等高線，本身并沒有坐標系統，只是能夠在相應的坐標系統下顯示正確的位置，因此需要在ArcMap 的“Data Management Tools”工具下定義坐標并按一定要求進行投影轉換。本次普查中用到的1 ∶1 萬地形圖采用的是高斯克里格投影3°分帶，廣西的3°分帶包括35、36、37、38 四個帶號;坐標系統有高斯克里格的北京54 和西安80 坐標，要按照地形圖本身的坐標定義。國家對提交數據投影的要求:UTM 的WGS 1984;UTM 投影是6°分帶，廣西涉及的分帶包括48N 和49N 兩個帶號。3°分帶投影轉換到6°分帶需要參數轉換;北京54 投影轉換到WGS1984在ArcMap 中自帶轉換參數，即在“Geographic Transformation(optional)”選項中選擇屬于廣西所在的選項;西安80 投影轉換到WGS1984 在ArcMap 中沒有自帶轉換參數，要根據廣西的具體情況，按照dx、dy、dz 3 個參數進行轉換。

2．6 野外調查底圖編制

廣西的地形地貌復雜多變，采用國家普查辦推薦的等高線+調查邊界制作底圖信息量較小，也不利于野外調查，而利用地形圖做底圖不僅信息量豐富，而且能反映調查單元周圍的地物，對野外調查人員找到調查單元有參考作用，因此廣西在水土保持普查中采用經過投影轉換后的調查邊界及地形圖在ArcMap 中制作野外調查底圖。由于在野外需要用GPS 定點，而GPS 采用的是WGS84 坐標，因此在ArcMap 中應將“Table of Contents”的“Layers”中的“Coordinate System”設置為“GCS_WGS_1984”，在“General”中設置“Display”的單位為“Degree Minutes Seconds”，方便野外調查人員根據坐標定點。同時，根據調查單元的形狀，在“General”中的“Rotation”設置旋轉角度為0°或90°，使調查單元能夠更合理地分布在出圖版面上。用ArcGIS制圖的關鍵是前期設計，只要在前期把圖中需要表達的各要素考慮清楚，建好模板，后期成果圖輸出時只需把相關數據往模板里面添加，再局部修改即可，因此在ArcGIS 中建庫是相當方便的。

2．7 野外調查清繪圖配準，地塊屬性錄入

野外調查清繪圖配準使用的是ArcMap 的“Georeferencing”工具條，用投影轉換后的邊界線配準?？刂泣c一般選擇有代表性的特征點，如界線拐點、河流與等高線交點，如果是1/4 格網，4 個角點就是控制點，一般3～4 個控制點就能完成配準。配準完成后，用“Georeferencing”工具條的“Rectify”命令可以存儲校正后的圖像，也可在“Link Table”中保存控制點坐標。

地塊屬性錄入是根據清繪圖中劃定的地塊邊界，矢量化后將線要素轉成面要素。每個地塊有18 個屬性字段，如果在每個調查單元的地塊面圖層新建字段會非常浪費時間和精力，因此在實際操作中只需新建一個空的點要素圖層，在該圖層中新建屬性字段，包括地塊編號(DKBH)、土地利用名稱(TDLYMC)、土地利用代碼(TDLYDM)等，根據要求設置字段類型和字段長度，在ArcMap 的“Data Management Tools”→“Feature”→“Feature To Polygon”對話框中“Label features(Optional)”選項選擇建好的點要素圖層，轉出來的面圖層就會繼承點圖層的屬性結構，然后根據相應調查單元的水蝕野外調查表屬性按字段錄入即可。

3 結 語

Geoway 軟件具有柵格圖像糾正、矢量數據采集、數據格式兼容性等方面的優勢，與其他軟件相比，提供了更便捷、更強大的交互輸入方法，使矢量化工作效率大大提高，同時提供的質量檢查功能在很大程度上保證了成果質量。ArcGIS 的優勢是很多重復性的工作可以批量處理，只要設計好模板，后期制圖就可以批量完成。廣西在水土保持普查中將Geoway 與ArcGIS軟件配合使用，發揮它們速度快、精度高、可行性與實用性的優勢，為普查工作的順利完成提供了保證。

［1］郭索彥．第一次全國水利普查水土保持普查總體設計［J］．中國水利，2010(9):61－62．

［2］李智廣，劉憲春，劉建祥，等．第一次全國水利普查水土保持普查方案［J］．水土保持通報，2010，30(3):87－88．

［3］國務院第一次全國水利普查領導小組辦公室．第一次全國水利普查培訓教材之六——水土保持情況普查［M］．北京:中國水利水電出版社，2010:23－24，38－45．