運用ArcGis進行小班坡度計算的思考

陸理通??

摘要：文章以福建省松溪縣渭田鎮吳村村為例，探討運用ArcGis軟件的空間分析功能，將矢量地形圖轉換成數字高程模型（DEM），再以DEM為基礎獲得林業區劃小班的平均坡度并與林業小班數據庫相關聯的方法與步驟，同時重點分析了具體應用過程中矢量地形圖的提取方法以及地形轉柵格中DEM分辨率對坡度計算精度的影響。

關鍵詞：ArcGis；小班平均坡度

中圖分類號：S758.8文獻標識碼：A文章編號：1004-3020（2017）02-0056-03

1應用背景

坡度是地表單元陡緩的程度，通常把坡面的垂直高度和水平距離比值的反tan值稱為坡度。在森林資源連續清查的小班調查中，小班坡度是重要的調查因子，也是辦理森林采伐中面積控制的重要依據。根據《福建省森林采伐技術規范》第二章第十一條：人工起源用材林可實施小班經營法，坡度不大于5度時皆伐面積不大于30 hm2，坡度在30度以下（含30度）的，皆伐面積不大于20 hm2，坡度31～35度時皆伐面積不大于5 hm2，超過35度的不得進行皆伐[1]。

在以往的一、二類調查中，小班坡度主要是通過人工計算的方法進行確定。具體的步驟是通過利用測量地形圖上小班內坡面的垂直高度與水平距離，計算它們的比值后求其反tan值，再綜合各個量測點在小班范圍內的權重得出小班的平均坡度。人工方法計算小班的坡度受人為因素、主觀性成分的影響，其結果的客觀性與權威性變化較大。

自2002年以來，隨著數字林業工作的推廣，地理信息軟件在福建省各縣市林業部門得到了廣泛的應用。2014年以來，在福建省林業廳的推廣下，松溪縣林業局將原先使用的ViewGis地理信息軟件換成了功能更強大ArcGis軟件，從而利用數字化的地形圖對小班坡度的計算機自動求算提供了可能。

2步驟流程

考慮到普通辦公電腦的運算能力，建議按行政村為單位進行小班坡度分析。以松溪縣渭田鎮吳村村為例，準備好吳村村所在圖幅G5010（46）與G5010（54）合并后的矢量化地形圖。

2.1用等高線生成DEM（數字高程）

運行ArcMap，選擇ArcToolbox→“3D分析工具” →“柵格插值”→“地形轉柵格”工具，生成吳村村所在圖幅的DEM（數字高程）（見圖2）。

2.2對DEM進行裁剪

選擇ArcToolbox→“空間分析工具” →“提取分析”→“按掩膜提取”工具，以吳村村二類調查建檔小班矢量圖為要素掩膜數據，完成吳村村的DEM圖裁剪（見圖3）。

2.3創建吳村村的坡度圖

選擇ArcToolbox→“3D分析工具” →“柵格表面”→“坡度”工具，以吳村村DEM為輸入柵格，生成吳村村的坡度圖（見圖4）。

2.4提取吳村村小班平均坡度

利用吳村村二類調查建檔小班矢量圖與坡度柵格圖進行分類區統計，提取每個小班的平均坡度。選擇ArcToolbox→“空間分析工具” →“區域分析”→“以表格顯示分區統計”工具，以吳村村二類調查建檔小班矢量圖為要素區域數據，以小班矢量圖的關鍵字段“XBNO”為區域字段，統計類型選擇“MEAN”，輸出吳村村二類小班的平均坡度表。在此坡度表的基礎上，可以連接吳村村二類調查建檔小班矢量圖的數據庫，導出生成含有自動計算平均坡度的小班數據庫。

3技術要點

3.1項目區矢量地形圖的準備

運用ArcGis軟件可以對掃描地形圖進行矢量化的方法來獲得矢量地形圖。但是，為了提高工作效率和準確性，通過購買與二類建檔小班圖相同坐標系的DWG格式地形圖，可以運用ArcGis軟件將DWG格式的地形圖進行轉換成shp格式的矢量地形圖。

轉換步驟：運行ArcMap軟件，添加DWG格式地形圖（見圖5），只選擇Polyline圖層為可見（見圖6），選擇該圖層的“圖層屬性”→“繪制圖層”→只勾選“首曲線”和“計曲線”（見圖7），從而剔除等高線以外的信息，將該圖層導出shp格式文件，即得到含有高程數據的該圖幅的矢量地形圖（見圖8）。

通過上述方法，轉換生成松溪縣境內各圖幅的矢量地形圖。根據各行政村的接圖表，將多張圖幅的矢量地形圖通過復制粘貼方法合并成一個圖層，為后續地形轉柵格生成DEM做好準備。

3.2地形轉柵格中像元大小的選擇對坡度計算精度的影響

在地形轉柵格操作中，需要對輸出像元大小進行選擇（見圖9）。為了檢驗輸出像元大小的不同選擇對坡度計算結果的影響，以吳村村為例，分別選擇“1”、“2”、“5”、“10”、“15”等五種情況進行比對分析。結果表明，輸出像元的值越小，同一小班范圍內取樣越多，坡度計算結果越精確。特別是對于小班平均坡度大于35度的小班不得進行皆伐這一技術規定的情況下，輸出像元大小的選擇對于小班平均坡度計算結果具有很現實的意義。具體可以參見吳村村小班平均坡度在35度以上時，不同輸出像元大小的小班坡度計算結果變化情況（見圖10）。

輸出像元值越大，生成的DEM的分辨率越小，從而生成的坡度圖越粗略。隨著DEM分辨率粗略化，許多地形細節被舍去，而客觀的地形起伏特征相對保留較多，平均坡度值會減小[2]。在低坡度地區，坡度隨分辨率降低變化不大，而在中高坡度上，坡度隨分辨率降低成衰減趨勢，且隨坡度等級的提高，衰減趨勢越明顯[3]。從圖10中可以看出，在輸出像元值在大于“5”的情況下，小班平均坡度計算結果偏小很顯著，因此在實際工作應用中，為了保證對計算結果的客觀公正，對于輸出像元值一律選擇為“1”。

4結語

采用ArcGis軟件進行小班平均坡度計算具有提高工作效率、保證計算結果公正準確等優點，該方法有著在林業行業進行推廣的必要性與迫切性。

參考文獻

[1]福建省森林采伐技術規范[M].福建省林業廳，2006.

[2]陳楠.DEM分辨率與平均坡度的關系分析[J].地球信息科學學報，2014，16（04）：524530.

[3]牛亮.坡度與分辨率關系研究[D].西安：西北大學，2010.

（責任編輯：唐 嵐）