ArcGIS 空間分析在油茶優(yōu)質(zhì)資源管理數(shù)據(jù)庫(kù)建設(shè)上的解決方案

凌向明

（衡陽(yáng)縣林業(yè)局，湖南 衡陽(yáng) 421200）

0 前言

衡陽(yáng)市享有“湘南油海”和“全國(guó)油茶之鄉(xiāng)”之美譽(yù)，全市油茶林面積和茶油產(chǎn)量均居全國(guó)各地州市之首，油茶已經(jīng)成為衡陽(yáng)市最有條件、最有基礎(chǔ)、最有可能達(dá)到百億甚至千億產(chǎn)值的特色農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)。為摸清全市油茶優(yōu)質(zhì)資源家底，促進(jìn)油茶產(chǎn)業(yè)發(fā)展信息化、動(dòng)態(tài)化管理，推動(dòng)智慧油茶建設(shè)，衡陽(yáng)市委、市政府組織開(kāi)展油茶專項(xiàng)調(diào)查工作，并建設(shè)全市油茶優(yōu)質(zhì)資源管理數(shù)據(jù)庫(kù)。筆者以衡陽(yáng)縣數(shù)據(jù)為實(shí)驗(yàn)，利用ArcGIS 空間分析方法成功完美解決數(shù)據(jù)更新的技術(shù)難題，取得較為精準(zhǔn)的油茶優(yōu)質(zhì)資源管理數(shù)據(jù)成果。

1 任務(wù)內(nèi)容和技術(shù)方法

（1）工作任務(wù)內(nèi)容：通過(guò)油茶優(yōu)質(zhì)資源專項(xiàng)調(diào)查，查清油茶資源的空間位置、面積、完善油茶類別、經(jīng)營(yíng)形式、業(yè)主名稱、造林年度、苗木品系、保存率等屬性因子，并將油茶資源在林地?cái)?shù)據(jù)庫(kù)中精準(zhǔn)落實(shí)到山頭地塊，建立全市油茶優(yōu)質(zhì)資源“一張圖”，實(shí)現(xiàn)油茶資源動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，搭建平臺(tái)在線實(shí)時(shí)互動(dòng)。

（2）主要技術(shù)方法：以油茶林標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫(kù)為結(jié)構(gòu)模板，加載“底版”數(shù)據(jù)2019 年森林資源管理“一張圖”，充分利用油茶經(jīng)營(yíng)管理年度調(diào)查矢量數(shù)據(jù)成果，通過(guò)遙感判讀區(qū)劃、實(shí)地調(diào)查核實(shí)等技術(shù)手段，內(nèi)業(yè)運(yùn)用ArcGIS 空間分析方法分析最新油茶資源數(shù)據(jù)，更新衡陽(yáng)市優(yōu)質(zhì)油茶資源標(biāo)準(zhǔn)模板數(shù)據(jù)，最后形成油茶資源“一張圖”。

2 ArcGIS 建庫(kù)技術(shù)路線

具體技術(shù)路線流程圖見(jiàn)建庫(kù)流程見(jiàn)圖1。

圖1 建庫(kù)流程

2.1 ArcGIS 空間分析前的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)前期準(zhǔn)備

前期工作主要包括油茶經(jīng)營(yíng)管理資料收集、油茶經(jīng)營(yíng)管理數(shù)據(jù)矢量化與遙感判圖、實(shí)地驗(yàn)證、油茶優(yōu)質(zhì)資源標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)模板建立、數(shù)據(jù)預(yù)處理幾個(gè)工作流程。

（1）油茶經(jīng)營(yíng)管理資料收集。收集歷年油茶造林驗(yàn)收資料、油茶撫育低改驗(yàn)收資料、現(xiàn)有油茶林基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)、林權(quán)檔案、行政界線等資料及近期高清遙感影像。

（2）油茶經(jīng)營(yíng)管理圖斑矢量化與遙感判圖。對(duì)于油茶歷年經(jīng)營(yíng)管理圖斑資料是紙質(zhì)版的，首先進(jìn)行油茶林經(jīng)營(yíng)小班紙質(zhì)圖掃描后，統(tǒng)一地理坐標(biāo)配準(zhǔn)將圖斑進(jìn)行ArcGIS 矢量化。不同工程、不同經(jīng)營(yíng)方式、不同年度的小班建在同一個(gè)圖層中，然后統(tǒng)一圖層數(shù)據(jù)庫(kù)屬性字段及結(jié)構(gòu)并用唯一關(guān)聯(lián)字段掛接小班屬性表或直接人工錄入因子，形成油茶經(jīng)營(yíng)管理調(diào)查矢量圖。在矢量過(guò)程中疊加本期遙感影像判讀修正小班界線明顯錯(cuò)誤的圖斑。

（3）實(shí)地驗(yàn)證。對(duì)照歷史檔案記錄圖斑，重點(diǎn)對(duì)有疑問(wèn)的地塊開(kāi)展現(xiàn)場(chǎng)核實(shí)，記錄油茶林資源的位置、范圍，根據(jù)油茶經(jīng)營(yíng)管理檔案信息、林權(quán)管理檔案、造林撫育驗(yàn)收等資料轉(zhuǎn)錄記載并根據(jù)調(diào)查修訂因子和補(bǔ)充圖斑調(diào)查。

（4）油茶優(yōu)質(zhì)資源標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)模板建立。利用設(shè)置好的油茶優(yōu)質(zhì)資源標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)模板，加載“森林資源一張圖”的數(shù)據(jù)，規(guī)范數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)。此時(shí)的數(shù)據(jù)為待更新油茶資源的“底版”數(shù)據(jù)，進(jìn)一步完善油茶優(yōu)質(zhì)資源屬性字段。

（5）數(shù)據(jù)預(yù)處理。①數(shù)學(xué)基礎(chǔ)要求。油茶優(yōu)質(zhì)資源管理數(shù)據(jù)庫(kù)建庫(kù)所有數(shù)據(jù)和影像的坐標(biāo)系統(tǒng)統(tǒng)一采用高斯-克呂格3·分帶投影的“CGCS2000 國(guó)家大地坐標(biāo)系”平面坐標(biāo)系統(tǒng)，衡陽(yáng)地區(qū)根據(jù)各地地理位置不同選擇中央經(jīng)線為“111°、114°”帶。對(duì)于已有的油茶驗(yàn)收矢量數(shù)據(jù)，由于前期數(shù)據(jù)地圖投影和坐標(biāo)系的不同，在定義坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)的條件下采用數(shù)據(jù)管理工具<投影和變換<投影轉(zhuǎn)換和坐標(biāo)轉(zhuǎn)換的方法統(tǒng)一到投影坐標(biāo)系CGCS2000_3_Degree_GK_CM_111 或114E；②數(shù)據(jù)的預(yù)處理。油茶經(jīng)營(yíng)管理矢量數(shù)據(jù)預(yù)處理主要是拓?fù)潢P(guān)系檢查小班圖形錯(cuò)誤，不允許存在面積小于666.7m2的碎小班、重疊小班、多部件小班等錯(cuò)誤，并對(duì)小班各字段的完整性以及各字段間的邏輯性檢查，糾正小班屬性錯(cuò)誤，經(jīng)修改處理后形成標(biāo)準(zhǔn)化結(jié)構(gòu)、屬性因子完整的油茶經(jīng)營(yíng)管理矢量數(shù)據(jù)。

2.2 ArcGIS 空間分析方案

2.2.1 ArcGIS 空間分析方案需要解決的問(wèn)題分析

ArcGIS 地圖窗口加載柵格地形圖和遙感圖后，添加油茶經(jīng)營(yíng)管理矢量數(shù)據(jù)和衡陽(yáng)市優(yōu)質(zhì)油茶資源標(biāo)準(zhǔn)模板數(shù)據(jù)，兩個(gè)圖層疊加后明顯可以看出：圖形方面兩個(gè)圖層的圖斑存在小班界線不完全吻合的情況，技術(shù)要求在林況、地況因子無(wú)顯著變化時(shí)，且不存在不合理區(qū)劃的前提下，盡量尊重油茶優(yōu)質(zhì)資源模板數(shù)據(jù)的已有成果，應(yīng)保持小班界線的相對(duì)穩(wěn)定，更新數(shù)據(jù)圖形時(shí)出現(xiàn)細(xì)碎圖斑和狹長(zhǎng)細(xì)條狀和蝌蚪狀圖形必須消除。屬性賦值方面存在油茶經(jīng)營(yíng)管理矢量數(shù)據(jù)屬性值與優(yōu)質(zhì)油茶資源標(biāo)準(zhǔn)模板數(shù)據(jù)的屬性字段值跨圖層賦值空間關(guān)聯(lián)的唯一性問(wèn)題。

2.2.2 ArcGIS 空間分析解決問(wèn)題過(guò)程

該方案一共包含數(shù)據(jù)更新、數(shù)據(jù)修飾、數(shù)據(jù)整合三個(gè)操作單元，各單元及步驟分解如下。

（1）數(shù)據(jù)更新。

利用ArcGIS 分析工具<疊加分析<標(biāo)識(shí)工具可以獲得輸入要素“優(yōu)質(zhì)油茶資源標(biāo)準(zhǔn)模板數(shù)據(jù)”與標(biāo)識(shí)要素“油茶經(jīng)營(yíng)管理矢量數(shù)據(jù)”的幾何交值，完成油茶資源圖斑的圖形更新；與標(biāo)識(shí)要素“油茶經(jīng)營(yíng)管理矢量數(shù)據(jù)”相重疊的輸入要素“優(yōu)質(zhì)油茶資源標(biāo)準(zhǔn)模板數(shù)據(jù)”油茶資源更新圖斑將獲得油茶經(jīng)營(yíng)管理數(shù)據(jù)的全部屬性。利用屬性表中“字段計(jì)算器”工具把標(biāo)識(shí)要素“油茶經(jīng)營(yíng)管理矢量數(shù)據(jù)”的字段屬性值賦值到輸入要素“優(yōu)質(zhì)油茶資源標(biāo)準(zhǔn)模板數(shù)據(jù)”的相應(yīng)字段，達(dá)到屬性更新的要求。利用數(shù)據(jù)管理工具<字段<添加字段工具添加短整型字段“標(biāo)記”字段，對(duì)屬性更新完成好的小班“標(biāo)記”字段值為“1”，對(duì)未更新的小班“標(biāo)記”字段值為“2”（后面步驟需用）。屬性賦值完成后刪除“優(yōu)質(zhì)油茶資源標(biāo)準(zhǔn)模板數(shù)據(jù)”屬性表關(guān)聯(lián)的“油茶經(jīng)營(yíng)管理矢量數(shù)據(jù)”的相應(yīng)字段后導(dǎo)出數(shù)據(jù)。

（2）數(shù)據(jù)修飾。

包刮多部件至單部件、消除碎小班和狹長(zhǎng)細(xì)條狀和蝌蚪狀圖形小班三個(gè)操作單元。利用數(shù)據(jù)管理工具<要素<多部件至單部件工具完成小班多部件處理。在消除碎小班和狹長(zhǎng)細(xì)條狀和蝌蚪狀圖形小班工序前為防止已更新完成的優(yōu)質(zhì)油茶資源數(shù)據(jù)的林地與非林地界線改變，還需進(jìn)行“面邊比”分析、拆分、消除三步驟。

“面邊比”分析。利用數(shù)據(jù)管理工具<字段<添加字段工具添加雙精度字段“周面比”字段，即周長(zhǎng)和面積的比值。經(jīng)過(guò)對(duì)衡陽(yáng)縣油茶更新數(shù)據(jù)的圖形抽樣結(jié)果解讀，可以認(rèn)為因油茶經(jīng)營(yíng)管理矢量數(shù)據(jù)對(duì)衡陽(yáng)市優(yōu)質(zhì)油茶資源標(biāo)準(zhǔn)模板數(shù)據(jù)更新后造成的狹長(zhǎng)細(xì)條狀和蝌蚪狀圖形圖斑的周長(zhǎng)面積比一定程度上能反映出圖斑的形狀：當(dāng)周長(zhǎng)面積比<0.15 時(shí)，均屬塊狀圖斑；當(dāng)周長(zhǎng)面積比≥0.15 且<0.2，呈帶狀圖斑，但不排除蝌蚪狀（塊狀圖斑帶個(gè)尾巴）；當(dāng)周長(zhǎng)面積比≥0.2 時(shí)，呈細(xì)長(zhǎng)條狀圖斑，但仍不排除蝌蚪狀，對(duì)面積0.5hm2以上圖斑應(yīng)重點(diǎn)分析。

林地與非林地拆分。首先利用選擇<屬性選擇工具分別選擇地類為非林地地類、林地地類的圖斑，然后利用數(shù)據(jù)<數(shù)據(jù)導(dǎo)出工具導(dǎo)出林地和非林地?cái)?shù)據(jù)。

消除碎小班和狹長(zhǎng)細(xì)條狀和蝌蚪狀圖形小班。第一步消除碎小班，以更新完成的林地?cái)?shù)據(jù)為例，首先打開(kāi)屬性表，屬性選擇面積小于666.7m2的小班，利用數(shù)據(jù)管理工具<制圖綜合<消除工具進(jìn)行碎小班消除。第二步消除狹長(zhǎng)細(xì)條狀和蝌蚪狀圖形小班，消除過(guò)程中為達(dá)到更新數(shù)據(jù)與原始經(jīng)營(yíng)管理檔案數(shù)據(jù)一致，利用選擇<屬性選擇工具分別選擇“標(biāo)記”字段值設(shè)置為“1”和“2”的圖斑，然后利用數(shù)據(jù)<數(shù)據(jù)導(dǎo)出工具導(dǎo)出未更新數(shù)據(jù)和已更新數(shù)據(jù)，對(duì)未更新數(shù)據(jù)利用選擇<按位置選擇與油茶經(jīng)營(yíng)管理矢量數(shù)據(jù)相交的小班后，打開(kāi)更新數(shù)據(jù)屬性表，利用屬性選擇工具<在當(dāng)前選擇內(nèi)容中再選擇出周長(zhǎng)面積比≥0.2 的小班進(jìn)行消除，用相同操作步驟再次對(duì)林地已更新數(shù)據(jù)進(jìn)行消除狹長(zhǎng)細(xì)條狀和蝌蚪狀圖形小班。使用消除工具時(shí)，選擇排除表達(dá)式小班面積大于等于0.5hm2小班，小班面積大于等于0.5hm2小班人工識(shí)別。非林地?cái)?shù)據(jù)修飾操作方法與林地?cái)?shù)據(jù)相同，依序進(jìn)行同樣步驟。

（3）數(shù)據(jù)整合。

包含數(shù)據(jù)合并和數(shù)據(jù)拓?fù)錂z查兩個(gè)過(guò)程，第一步數(shù)據(jù)合并，將修飾完成好的林地（油茶更新數(shù)據(jù)、未更新數(shù)據(jù)）和非林地（油茶更新數(shù)據(jù)、未更新數(shù)據(jù)）利用數(shù)據(jù)管理工具<常規(guī)<合并工具進(jìn)行數(shù)據(jù)合并，形成統(tǒng)一的完整數(shù)據(jù)庫(kù)。第二步數(shù)據(jù)拓?fù)錂z查，將合并完整數(shù)據(jù)庫(kù)導(dǎo)入拓?fù)涞乩頂?shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)，利用數(shù)據(jù)管理工具<拓?fù)涔ぞ哌M(jìn)行數(shù)據(jù)最后拓?fù)錂z查，確保數(shù)據(jù)所有圖斑不存在拓?fù)溴e(cuò)誤。

3 利用ArcGIS 空間分析方案解決油茶資源數(shù)據(jù)建庫(kù)的成果對(duì)比分析結(jié)論

首先基于油茶經(jīng)營(yíng)管理資料數(shù)據(jù)矢量化為前提，加強(qiáng)人工判讀工作，在油茶經(jīng)營(yíng)管理矢量數(shù)據(jù)圖形位置和屬性無(wú)偏差的條件下，然后可以迅速利用計(jì)算機(jī)ArcGIS 分析和更新油茶數(shù)據(jù)，無(wú)須逐小班人工疊加分析、切割和合并圖形和屬性因子錄入，大大節(jié)省時(shí)間，而且不存在邏輯判斷錯(cuò)誤和數(shù)據(jù)填寫錯(cuò)誤的問(wèn)題，可以保證油茶經(jīng)營(yíng)管理矢量數(shù)據(jù)對(duì)衡陽(yáng)市優(yōu)質(zhì)油茶資源標(biāo)準(zhǔn)模板油茶更新數(shù)據(jù)的完美覆蓋，實(shí)現(xiàn)油茶經(jīng)營(yíng)管理數(shù)據(jù)庫(kù)與森林資源管理數(shù)據(jù)庫(kù)的統(tǒng)一融合，確保油茶更新數(shù)據(jù)小班在圖形上和屬性上與原始資料數(shù)據(jù)的一一對(duì)應(yīng)，確保資源林地“一張圖”因油茶數(shù)據(jù)更新的林地和非林地邊界不發(fā)生改變，尊重原有數(shù)據(jù)成果的不變性。