ArcGIS和Excel在生態環境狀況評價工作中的應用

朱希希　卜偉　朱宇芳　孫海濤　吳瑩

摘要 隨著ArcGIS在生態環境狀況評價中應用的增多，需要處理的環境數據也越來越多。該研究探討了如何運用Excel技術批量處理數據，簡化生態環境狀況評價工作，并結合泰州市環境專題圖的制作闡述了Excel的函數功能與ArcGIS相結合在環境專題圖方面的應用。靈活運用Excel與ArcGIS相結合，能簡化生態環境評價工作中的批量數據處理，操作簡單，節省大量時間和人力，更好地為環境管理部門提供決策支持。

關鍵詞 ArcGIS；Excel；生態環境；專題圖

中圖分類號 S126 文獻標識碼 A 文章編號 0517-6611（2016）05-309-03

Abstract With increase of the application of ArcGIS in evaluation of ecoenvironment， more and more environmental data need to be processed.How to use Excel function for batch data processing and simplify the evaluation of ecoenvironmental quality were explored；combined with the production of the environmental thematic maps in Taizhou， the application of the combination of Excel function and ArcGIS in the environmental thematic maps was expounded. Flexible utilization of Excel and ArcGIS can simplify batch data processing in ecoenvironment evaluation， save a lot of time and manpower， provide policymaking support for environmental management department.

Key words ArcGIS； Excel； Ecological environment； Thematic map

ArcGIS是隨著地理科學、計算機技術、遙感技術和信息科學的發展而發展起來的一項新興技術，是一個能夠對空間相關數據進行采集、管理、分析和可視化輸出的計算機信息系統[1]。隨著國民經濟的飛速發展，ArcGIS軟件已廣泛應用于各領域，如城市規劃、環境保護、生態建設、交通運輸、農林業等領域，并取得了良好的經濟社會效益。

近年來， 環境監測部門加強ArcGIS技術在生態環境狀況評價工作中的應用， 有效地體現了生態環境數據隨時間和空間的變化規律及特征。然而按照國家環境保護總局頒布的《生態環境狀況評價技術規范（試行）》（HJ/T192-2006）[2]的要求，在對區域生態環境質量進行評價前需要統計各類評價指標，如生物豐度指數、植被覆蓋指數、水網密度指數等。以往的操作需要用到多個Excel表，計算過程也相當繁瑣，往往造成工作滯后的現象。通過重新審視此項工作的方式，靈活運用Excel的函數功能，將各表通過函數匯總成為一個表，能達到事半功倍的效果。而基于ArcGIS專題圖制作是將各種專題數據圖形化， 在地圖上直觀、快捷、方便地顯示出來， 也就是利用屬性表中一列或多列數據編制專題地圖的方法[3]。筆者運用Excel軟件對生態評價指數統計方法進行簡化，并將其應用于基于ArcGIS的生態評價報告專題圖制作中，豐富了數據的表現形式， 獲得了更好的表征效果。

1 生態評價指數統計方法簡化

Excel是大眾熟悉的常用電子表格軟件，具有強大的計算和分析能力。ArcGIS軟件的空間圖形分析功能雖然強大，但其統計功能有所欠缺，Excel處理數據和統計分析功能，彌補了ArcGIS軟件在數據統計功能方面的欠缺[4]。Excel 中常用函數的使用，將極大地簡化各生態評價指標的計算，在某些常用的計算問題上要比公式更為快速有效。

往年的全市生態環境質量評價指數統計方法為，將各縣市矢量數據導入ArcMap中，輸出DBF格式的屬性表，再通過Excel方式打開后，將不同土地利用類型占地面積分類匯總后，再錄入生態評價指標計算表中，分別統計出上一年度和本年度的各類生態指標及其年度變化情況。此過程不僅繁瑣，且操作過程中極易出現錯誤或者疏漏，導致后續統計工作需要作出相應調整。現通過對此項工作的重新審視，充分利用Excel常用函數如Sumif，將各類數據表整合。在今后的工作中，只需將ArcMap導出后的各縣市數據依次錄入該表，即可形成各類生態指數、年度變化值及圖表，極大地提高了此項工作的完成效率。具體步驟如下：

（1）將各區縣名稱及土地利用類型名稱錄入表格中，圖1上排數據代表當前年度的指數，下排數據代表上一年度的指數。

（2）在Excel表中新增各類分指數的數據表以及各區縣兩個年度的原始數據表（如圖1中靖江1、靖江0兩個數據表），其中1代表本年度的數據，0代表上一年度的數據。

（3）于各分指數表中錄入Sumif函數。Sumif函數是對滿足指定條件的單元格求和，語法形式為Sumif（range，criteria，sum_range），其中range為進行條件判斷的單元格區域；criteria為進行求和的條件，其形式可以為數字、表達式或文本；sum_range為需要求和的單元格區域。各單元格輸入函數后即可自動將原始數據表中各土地利用類型面積求和。如圖1，D2單元格函數表示當全市1工作表中D列（土地利用類型）數值為21（有林地）時，自動將其相對應的A列（占地面積）求和。

（4）將2個年度最終形成的指數值用公式相減后，形成年度變化值，再制成圖表。在今后的統計工作中，只需將原始數據導入各區縣工作表中即可形成最終數據及圖表。

2 生態評價報告專題圖制作

環境專題圖是環境監測的基本工具和手段。目前已有許多具備強大圖形編輯、文字處理和符號制作功能的軟件工具， 如 Photoshop、AutoCAD等， 完成各種專題圖的制作。但各種數據處于離散狀態， 數據的處理分析完全依賴于制圖員操作， 而且數據之間沒有顯著的邏輯關系， 比如地理底圖數據和專題數據之間的邏輯關系是依靠制圖員的操作來建立的，這必然導致數據處理效率低、精度不高、數據一致性難以維護等缺陷[3]。

相比較，ArcGIS中的數據之間有著明確的對應關系（屬性數據和空間數據）， 而且可以根據需要分層輸出各種專題圖，如污染物等值線分布圖、土地利用類型圖等。在基礎電子地圖上，加入各類專題數據，再用不同的顏色和符號大小來區分不同性質的屬性數據和數值大小，用直方圖、曲線圖、餅圖等來表征數據特征，便可制作出內容更加豐富的專題圖。

2.1 專題圖制圖流程

專題圖制作分為數據采集與分析、底圖制作與編輯、專題數據繪制3個階段。

2.1.1 數據采集與分析。

主要收集與該專題信息相關的數據資料，包括現有地形圖、遙感數據、技術文件、調查報告等。根據制圖目的、比例尺等因素綜合分析收集到的資料，確定資料的使用價值和程度，并從資料的現勢性、完備性、精確性、可靠性、是否便于使用和定位等方面進行全面系統地分析評價，使編輯人員對資料的使用做到心中有數[1]。

2.1.2 底圖制作與編輯。

底圖對專題內容起定位與控制作用，同時還反映各要素之間的關系，因此必須保證較高的制圖精度，一般采用質量較好的地圖作為基礎資料進行繪制。在編輯底圖時，為避免圖層之間混亂，應按照要素分類依次添加到當前窗口，逐一編輯。

2.1.3 專題數據繪制。

依據處理好的專題數據繪制專題地圖，并通過豐富的表現形式來充分反映數據的特征。如修改圖名圖例的字體、大小、顏色等參數，選擇比例尺類型，使用柱狀、餅狀等圖表直觀地表達各參數特征。

2.2 泰州市生態環境狀況專題圖

2.2.1 數據采集與分析。收集國家地理中心1∶250 000基礎地理數據、Landsat8遙感影像、泰州市矢量圖層、環境統計年報、環境質量年報、江蘇省水資源公告等資料。

2.2.2 專題數據繪制。

基于泰州各區縣生態環境質量指數及各分指數值，應用ArcMap軟件中的圖表制作功能繪制出泰州市生態環境質量狀況分布柱狀圖，如圖2a；在ArcMap中啟用SpatialAnalyst（空間分析）擴展模塊，選擇適宜的空間插值算法，如距離反比計權（IDW）、樣條函數、克里金（kriging）等[5]，于全市TSP濃度分布基礎數據之上，制作出TSP等值線分布專題圖，如圖2b。此類專題圖的制作在突出了地圖的空間屬性和層次屬性的同時，圖廓、指北針、比例尺、圖例等要素的整飾更加豐富了地圖的表現形式。

3 結語

通過不斷地實踐與經驗總結，靈活運用Excel的函數功能與ArcGIS相結合，運用文中簡化后的方法步驟，在生態環境評價工作中，只需導出矢量數據，復制進工作表中即可自動生成評價工作所需的各類數據，操作簡單易行，能節省大量時間和人力，在生態評價工作中是完全可以運用的方法。ArcGIS具有良好的地圖處理能力，是環境監測部門重要的數據可視化平臺。專題圖的制作豐富了地圖內容的同時， 向各類環境監測數據提供了更好的表征手段。近年來，環境監測部門已積累了大量的監測數據，各類數據之間可以通過ArcGIS平臺關聯起來，提煉出更加具有指導意義并且能夠輔助環境管理部門作出決策的專題資料，再借助于圖形表達出抽象的數字背后更深一層的含義。

參考文獻

[1]曹亞明，張豐，谷嵩，等.應用ArcGIS技術制作環境專題圖[J].環境保護與循環經濟，2009（11）：69-71.

[2]國家環境保護總局.生態環境狀況評價技術規范（試行）[S].北京：中國環境科學出版社，2006.

[3]潘燕.一種基于ArcGIS的專題地圖制作模式[J].測繪通報， 2005（9）：38-40.

[4]李松濤，余明全，陳常優.土地平整中土方調配的快速實現方法[J].河南理工大學學報，2007，26（6）：678-679.

[5]李旭文.ArcGIS技術在環境質量報告書編制中的應用[J].環境監測管理與技術，2007，19（5）：15-18.