淺談浙江省坡度分級圖的制作方法

施軍

摘要：本文介紹了利用GIS分析方法，在對浙江全省的DEM數據進行預處理的基礎上，制作完成按縣級行政區(qū)劃為單位的坡度分級圖。通過對坡度分級圖成果進行的大量驗證工作（包括地形圖驗證和野外實地核查）表明成果中坡度級圖斑和耕地圖斑坡度級準確率高，數據可靠。

關鍵詞：空間分析， DEM，坡度分級圖，第二次全國土地調查

1、引言

為克服第一次土地調查中存在的問題，準確地掌握耕地的分布及坡度類型情況，國務院第二次全國土地調查辦公室頒布了《利用DEM確定耕地坡度分級技術規(guī)定》（試行），要求各省、市、自治區(qū)統一制作坡度圖的方法，保證坡度數據和圖形規(guī)范、準確，為第二次全國土地調查提供現勢性強和精度高的基礎數據。

2、概述

坡度是地表單元陡緩的程度，地形以坡度的形式顯示出平原、丘陵、山地等地貌特征。在土地利用現狀調查中，準確地掌握耕地的分布及坡度情況，是土地調查的一項重要工作。

坡度分級圖是利用DEM數據，通過數學模型公式計算DEM中每個格網的坡度值，生成坡度柵格數據，按照技術規(guī)程中的耕地坡度分級指標，對地面坡度進行分級。

3、資料收集與準備

3.1 DEM數據

收集齊浙江全省的最新DEM，收集到的DEM原則上應通過浙江省級以上測繪產品質檢部門的驗收。

3.2 行政境界資料

采用浙江省各縣（市、區(qū)）行政勘界數據，數據格式為shp，坐標系統采用3度分帶，1980西安坐標系。

3.3 軟件選取

采用ArcGIS 9.3 軟件為坡度分析和坡度分級圖制作的軟件平臺。

3.4 DEM的質量檢查

DEM數據的質量檢查包括對DEM精度和現勢性檢查及DEM接邊處等是否有漏缺等檢查。

4、坡度分級圖的技術要求

4.1 作業(yè)流程

4.2坡度計算

坡度計算公式：

公式中的 、 分別表示x，y方向的偏導數，P為坡度值。

4.3坡度分級圖主要內容

主要內容：

（1）對根據DEM計算生成的坡度柵格數據圖按照《第二次全國土地調查技術規(guī)程》中規(guī)定的耕地坡度分級要求和等級標準進行分級，生成坡度分級柵格數據圖；

（2）對坡度分級柵格數據圖進行矢量化處理，生成坡度分級矢量化數據；

對矢量化的數據按技術規(guī)程和設計書要求進行圖斑綜合取舍、界線平滑、拓撲重建、數據裁切等一系列處理。

以縣級行政區(qū)域為基本單位對坡度分級矢量數據進行裁切管理。

4.4確定耕地坡度分級

確定方法：

根據按照要求統一制作的坡度分級圖，在各個縣級農村土地調查數據庫中，將坡度分級圖與地類圖斑疊加，確定每塊耕地圖斑的坡度等級，并在地類圖斑層中對耕地圖斑賦耕地坡度等級屬性。

編制耕地坡度分級圖基本方法：

以最新的縣級土地利用現狀圖為底圖，對耕地圖斑賦予確定的耕地坡度值，疊加生成耕地坡度分級圖。

5、坡度分級圖的具體制作流程

5.1、坡度分級圖制作流程

坡度分級圖基本流程如下（流程圖如圖1所示）：

（1）、首先對1：1萬DEM數據進行數據格式的轉換，將DEM（GeoTIN的*.dem）數據格式轉換為ArcGIS軟件平臺下的Grid柵格數據格式。

（2）、由于DEM數據是按照1：1萬標準分幅進行存儲和組織的，因此需要對分幅圖數據按照各個縣市的區(qū)域范圍進行拼接處理，得到完整縣市區(qū)域的柵格數據。

（3）、在ArcGIS軟件平臺下進行坡度分析和計算，應用ArcGIS軟件的坡度計算算法生成每個柵格格網點的坡度信息，形成坡度柵格數據圖，將坡度柵格數據圖按照《第二次全國土地調查技術規(guī)程》的坡度分級規(guī)定進行坡度分級并做矢量化處理，經界線平滑、圖斑綜合、拓撲重建等處理過程，形成矢量坡度分級圖。

（4）、把矢量坡度圖數據按縣級行政區(qū)域進行裁切，接邊處理，得到縣級區(qū)域的坡度分級圖成果。

圖2 坡度分級圖制作流程

5.2、坡度分級圖制作具體步驟

5.2.1、ArcGIS軟件下DEM數據處理

5.2.1.1、數據轉換

數據轉換包括對不符合要求的的數據格式、坐標系統、高程基準、投影帶等進行轉換。

①數據格式轉換

1：1萬DEM數據格式為*.dem，為GeoTIN軟件的數據格式，需要轉換為ARCGIS軟件平臺下的Grid格式。DEM數據格式的轉換采用程序工具批量自動處理。

②數據坐標系統轉換

浙江省第二次全國土地調查所采用的平面坐標系為1980西安坐標系，以東經120度為中央經線，3度分帶；高程系統采用1985國家高程基準。坡度分級圖采用的1：1萬DEM數據坐標系統與高程基準在118°30′—121°30′以內的區(qū)域與《第二次全國土地調查技術規(guī)程》的要求一致，但118°30′—121°30′以外的區(qū)域需要進行投影帶換帶處理，統一到120°中央經線。

5.2.1.2、數據拼接

由于DEM數據為1：1萬標準分幅文件，因此需要對分幅文件按照區(qū)域的范圍進行拼接，形成覆蓋區(qū)域的完整的柵格數據文件，如圖3所示。DEM數據的拼接采用ArcGIS軟件或者ERDAS軟件的Mosaic命令工具批量處理。

圖3 DEM拼接

5.2.1.3、格網間距修改

坡度分級圖的制作經過前期的試驗和分析，表明類似浙江省地形地貌區(qū)域，計算耕地坡度最好采用比例尺為1：1萬DEM，格網間距采用20米到30米間距為宜。因此需要對原始拼接后的DEM數據進行格網間距的修改。下圖4是不同格網間距DEM數據生成的坡度分級圖。

圖4 不同格網間距DEM數據生成坡度圖比較

5.2.2、ArcGIS軟件下坡度分級圖的制作

在ArcGIS軟件平臺下，利用其坡度分析和數據處理功能，制作坡度分級圖，制作流程如下：（流程圖如圖5所示）

Ⅰ、計算柵格格網點坡度

Ⅱ、提取等值線

Ⅲ、等值線構面

Ⅳ、坡度級別賦值

Ⅴ、界線平滑、圖斑綜合、拓撲重建

圖5 ArcGIS中坡度圖制作流程

5.2.3、矢量坡度分級圖裁切整理

對生成好的矢量坡度分級圖數據按縣級行政區(qū)域在ArcGIS軟件下用clip工具進行裁切，并對相鄰區(qū)域的坡度分級圖進行接邊處理，形成縣級坡度分級圖成果，如圖6所示。

圖6 坡度分級圖成果

6、遇到的問題與處理方法

利用DEM可以自動進行圖斑的坡度計算和分析，但DEM的比例尺及格網間距大小對計算結果存在較大影響，因此究竟采用何種比例尺數據以及多大格網間距來進行坡度分級圖制作對浙江省的第二次全國土地調查來說是一個非常重要的問題。經過不斷的試驗和分析，DEM數據宜采用1：1萬DEM，格網間距采用20米到30米間距為宜。因此，制作坡度分級圖時采用數據源為1：1萬DEM數據，格網間距采用25米。

7、結束語

利用DEM數據進行自動提取耕地坡度等級的圖幅數為浙江全省的DEM數據，檢查拼接等處理的工作量大，在生產作業(yè)初期不斷發(fā)現各種問題，制作過程經常出現反復，隨著項目深入，作業(yè)人員積累了一些經驗，對流程更加熟悉，通過編寫一些小軟件，提高了效率，使得數據獲取方法更科學，獲得的數據更準確。

采用GIS空間分析技術利用DEM數據進行自動提取耕地坡度等級，由于使用的DEM精度高、現勢性強，能夠準確描述地形結構，通過程序自動處理，提取耕地坡度等級，減少了人為誤差，保證了精度，效率較常規(guī)方法量算耕地坡度等級有了質的提高。

參考文獻

[1]柯正誼，何建邦，池天河.數字高程模型[M].北京：中國科技文獻出版社，1995

[2] 胡紹永，王玉川，鄭進軍，宋孟強. 基于DEM的四川省坡度圖制作[J]. 《測繪》2010年第5期

[3]韋金麗，李啟賢.地理信息系統技術在土地坡度分析統計方面的應用[J].中國土地科學，2003（8）：45—51.

[4] 張偉，王建弟，朱寧.土地利用調查中圖斑平均坡度的獲取方法[J].地理與地理信息科學，2005，22（6）：37-40

圖4 不同格網間距DEM數據生成坡度圖比較

5.2.2、ArcGIS軟件下坡度分級圖的制作

在ArcGIS軟件平臺下，利用其坡度分析和數據處理功能，制作坡度分級圖，制作流程如下：（流程圖如圖5所示）

Ⅰ、計算柵格格網點坡度

Ⅱ、提取等值線

Ⅲ、等值線構面

Ⅳ、坡度級別賦值

Ⅴ、界線平滑、圖斑綜合、拓撲重建

圖5 ArcGIS中坡度圖制作流程

5.2.3、矢量坡度分級圖裁切整理

對生成好的矢量坡度分級圖數據按縣級行政區(qū)域在ArcGIS軟件下用clip工具進行裁切，并對相鄰區(qū)域的坡度分級圖進行接邊處理，形成縣級坡度分級圖成果，如圖6所示。

圖6 坡度分級圖成果

6、遇到的問題與處理方法

利用DEM可以自動進行圖斑的坡度計算和分析，但DEM的比例尺及格網間距大小對計算結果存在較大影響，因此究竟采用何種比例尺數據以及多大格網間距來進行坡度分級圖制作對浙江省的第二次全國土地調查來說是一個非常重要的問題。經過不斷的試驗和分析，DEM數據宜采用1：1萬DEM，格網間距采用20米到30米間距為宜。因此，制作坡度分級圖時采用數據源為1：1萬DEM數據，格網間距采用25米。

7、結束語

利用DEM數據進行自動提取耕地坡度等級的圖幅數為浙江全省的DEM數據，檢查拼接等處理的工作量大，在生產作業(yè)初期不斷發(fā)現各種問題，制作過程經常出現反復，隨著項目深入，作業(yè)人員積累了一些經驗，對流程更加熟悉，通過編寫一些小軟件，提高了效率，使得數據獲取方法更科學，獲得的數據更準確。

采用GIS空間分析技術利用DEM數據進行自動提取耕地坡度等級，由于使用的DEM精度高、現勢性強，能夠準確描述地形結構，通過程序自動處理，提取耕地坡度等級，減少了人為誤差，保證了精度，效率較常規(guī)方法量算耕地坡度等級有了質的提高。

參考文獻

[1]柯正誼，何建邦，池天河.數字高程模型[M].北京：中國科技文獻出版社，1995

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[3]韋金麗，李啟賢.地理信息系統技術在土地坡度分析統計方面的應用[J].中國土地科學，2003（8）：45—51.

[4] 張偉，王建弟，朱寧.土地利用調查中圖斑平均坡度的獲取方法[J].地理與地理信息科學，2005，22（6）：37-40

圖4 不同格網間距DEM數據生成坡度圖比較

5.2.2、ArcGIS軟件下坡度分級圖的制作

在ArcGIS軟件平臺下，利用其坡度分析和數據處理功能，制作坡度分級圖，制作流程如下：（流程圖如圖5所示）

Ⅰ、計算柵格格網點坡度

Ⅱ、提取等值線

Ⅲ、等值線構面

Ⅳ、坡度級別賦值

Ⅴ、界線平滑、圖斑綜合、拓撲重建

圖5 ArcGIS中坡度圖制作流程

5.2.3、矢量坡度分級圖裁切整理

對生成好的矢量坡度分級圖數據按縣級行政區(qū)域在ArcGIS軟件下用clip工具進行裁切，并對相鄰區(qū)域的坡度分級圖進行接邊處理，形成縣級坡度分級圖成果，如圖6所示。

圖6 坡度分級圖成果

6、遇到的問題與處理方法

利用DEM可以自動進行圖斑的坡度計算和分析，但DEM的比例尺及格網間距大小對計算結果存在較大影響，因此究竟采用何種比例尺數據以及多大格網間距來進行坡度分級圖制作對浙江省的第二次全國土地調查來說是一個非常重要的問題。經過不斷的試驗和分析，DEM數據宜采用1：1萬DEM，格網間距采用20米到30米間距為宜。因此，制作坡度分級圖時采用數據源為1：1萬DEM數據，格網間距采用25米。

7、結束語

利用DEM數據進行自動提取耕地坡度等級的圖幅數為浙江全省的DEM數據，檢查拼接等處理的工作量大，在生產作業(yè)初期不斷發(fā)現各種問題，制作過程經常出現反復，隨著項目深入，作業(yè)人員積累了一些經驗，對流程更加熟悉，通過編寫一些小軟件，提高了效率，使得數據獲取方法更科學，獲得的數據更準確。

采用GIS空間分析技術利用DEM數據進行自動提取耕地坡度等級，由于使用的DEM精度高、現勢性強，能夠準確描述地形結構，通過程序自動處理，提取耕地坡度等級，減少了人為誤差，保證了精度，效率較常規(guī)方法量算耕地坡度等級有了質的提高。

參考文獻

[1]柯正誼，何建邦，池天河.數字高程模型[M].北京：中國科技文獻出版社，1995

[2] 胡紹永，王玉川，鄭進軍，宋孟強. 基于DEM的四川省坡度圖制作[J]. 《測繪》2010年第5期

[3]韋金麗，李啟賢.地理信息系統技術在土地坡度分析統計方面的應用[J].中國土地科學，2003（8）：45—51.

[4] 張偉，王建弟，朱寧.土地利用調查中圖斑平均坡度的獲取方法[J].地理與地理信息科學，2005，22（6）：37-40