ArcGIS 空間分析在油茶優質資源管理數據庫建設上的解決方案

凌向明

（衡陽縣林業局，湖南 衡陽 421200）

0 前言

衡陽市享有“湘南油海”和“全國油茶之鄉”之美譽，全市油茶林面積和茶油產量均居全國各地州市之首，油茶已經成為衡陽市最有條件、最有基礎、最有可能達到百億甚至千億產值的特色農業產業。為摸清全市油茶優質資源家底，促進油茶產業發展信息化、動態化管理，推動智慧油茶建設，衡陽市委、市政府組織開展油茶專項調查工作，并建設全市油茶優質資源管理數據庫。筆者以衡陽縣數據為實驗，利用ArcGIS 空間分析方法成功完美解決數據更新的技術難題，取得較為精準的油茶優質資源管理數據成果。

1 任務內容和技術方法

（1）工作任務內容：通過油茶優質資源專項調查，查清油茶資源的空間位置、面積、完善油茶類別、經營形式、業主名稱、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數據庫中精準落實到山頭地塊，建立全市油茶優質資源“一張圖”，實現油茶資源動態監測，搭建平臺在線實時互動。

（2）主要技術方法：以油茶林標準結構數據庫為結構模板，加載“底版”數據2019 年森林資源管理“一張圖”，充分利用油茶經營管理年度調查矢量數據成果，通過遙感判讀區劃、實地調查核實等技術手段，內業運用ArcGIS 空間分析方法分析最新油茶資源數據，更新衡陽市優質油茶資源標準模板數據，最后形成油茶資源“一張圖”。

2 ArcGIS 建庫技術路線

具體技術路線流程圖見建庫流程見圖1。

圖1 建庫流程

2.1 ArcGIS 空間分析前的基礎數據前期準備

前期工作主要包括油茶經營管理資料收集、油茶經營管理數據矢量化與遙感判圖、實地驗證、油茶優質資源標準結構模板建立、數據預處理幾個工作流程。

（1）油茶經營管理資料收集。收集歷年油茶造林驗收資料、油茶撫育低改驗收資料、現有油茶林基礎數據庫、林權檔案、行政界線等資料及近期高清遙感影像。

（2）油茶經營管理圖斑矢量化與遙感判圖。對于油茶歷年經營管理圖斑資料是紙質版的，首先進行油茶林經營小班紙質圖掃描后，統一地理坐標配準將圖斑進行ArcGIS 矢量化。不同工程、不同經營方式、不同年度的小班建在同一個圖層中，然后統一圖層數據庫屬性字段及結構并用唯一關聯字段掛接小班屬性表或直接人工錄入因子，形成油茶經營管理調查矢量圖。在矢量過程中疊加本期遙感影像判讀修正小班界線明顯錯誤的圖斑。

（3）實地驗證。對照歷史檔案記錄圖斑，重點對有疑問的地塊開展現場核實，記錄油茶林資源的位置、范圍，根據油茶經營管理檔案信息、林權管理檔案、造林撫育驗收等資料轉錄記載并根據調查修訂因子和補充圖斑調查。

（4）油茶優質資源標準結構模板建立。利用設置好的油茶優質資源標準結構模板，加載“森林資源一張圖”的數據，規范數據庫結構。此時的數據為待更新油茶資源的“底版”數據，進一步完善油茶優質資源屬性字段。

（5）數據預處理。①數學基礎要求。油茶優質資源管理數據庫建庫所有數據和影像的坐標系統統一采用高斯-克呂格3·分帶投影的“CGCS2000 國家大地坐標系”平面坐標系統，衡陽地區根據各地地理位置不同選擇中央經線為“111°、114°”帶。對于已有的油茶驗收矢量數據，由于前期數據地圖投影和坐標系的不同，在定義坐標轉換參數的條件下采用數據管理工具<投影和變換<投影轉換和坐標轉換的方法統一到投影坐標系CGCS2000_3_Degree_GK_CM_111 或114E；②數據的預處理。油茶經營管理矢量數據預處理主要是拓撲關系檢查小班圖形錯誤，不允許存在面積小于666.7m2的碎小班、重疊小班、多部件小班等錯誤，并對小班各字段的完整性以及各字段間的邏輯性檢查，糾正小班屬性錯誤，經修改處理后形成標準化結構、屬性因子完整的油茶經營管理矢量數據。

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，添加油茶經營管理矢量數據和衡陽市優質油茶資源標準模板數據，兩個圖層疊加后明顯可以看出：圖形方面兩個圖層的圖斑存在小班界線不完全吻合的情況，技術要求在林況、地況因子無顯著變化時，且不存在不合理區劃的前提下，盡量尊重油茶優質資源模板數據的已有成果，應保持小班界線的相對穩定，更新數據圖形時出現細碎圖斑和狹長細條狀和蝌蚪狀圖形必須消除。屬性賦值方面存在油茶經營管理矢量數據屬性值與優質油茶資源標準模板數據的屬性字段值跨圖層賦值空間關聯的唯一性問題。

2.2.2 ArcGIS 空間分析解決問題過程

該方案一共包含數據更新、數據修飾、數據整合三個操作單元，各單元及步驟分解如下。

（1）數據更新。

利用ArcGIS 分析工具<疊加分析<標識工具可以獲得輸入要素“優質油茶資源標準模板數據”與標識要素“油茶經營管理矢量數據”的幾何交值，完成油茶資源圖斑的圖形更新；與標識要素“油茶經營管理矢量數據”相重疊的輸入要素“優質油茶資源標準模板數據”油茶資源更新圖斑將獲得油茶經營管理數據的全部屬性。利用屬性表中“字段計算器”工具把標識要素“油茶經營管理矢量數據”的字段屬性值賦值到輸入要素“優質油茶資源標準模板數據”的相應字段，達到屬性更新的要求。利用數據管理工具<字段<添加字段工具添加短整型字段“標記”字段，對屬性更新完成好的小班“標記”字段值為“1”，對未更新的小班“標記”字段值為“2”（后面步驟需用）。屬性賦值完成后刪除“優質油茶資源標準模板數據”屬性表關聯的“油茶經營管理矢量數據”的相應字段后導出數據。

（2）數據修飾。

包刮多部件至單部件、消除碎小班和狹長細條狀和蝌蚪狀圖形小班三個操作單元。利用數據管理工具<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細條狀和蝌蚪狀圖形小班工序前為防止已更新完成的優質油茶資源數據的林地與非林地界線改變，還需進行“面邊比”分析、拆分、消除三步驟。

“面邊比”分析。利用數據管理工具<字段<添加字段工具添加雙精度字段“周面比”字段，即周長和面積的比值。經過對衡陽縣油茶更新數據的圖形抽樣結果解讀，可以認為因油茶經營管理矢量數據對衡陽市優質油茶資源標準模板數據更新后造成的狹長細條狀和蝌蚪狀圖形圖斑的周長面積比一定程度上能反映出圖斑的形狀：當周長面積比<0.15 時，均屬塊狀圖斑；當周長面積比≥0.15 且<0.2，呈帶狀圖斑，但不排除蝌蚪狀（塊狀圖斑帶個尾巴）；當周長面積比≥0.2 時，呈細長條狀圖斑，但仍不排除蝌蚪狀，對面積0.5hm2以上圖斑應重點分析。

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，然后利用數據<數據導出工具導出林地和非林地數據。

消除碎小班和狹長細條狀和蝌蚪狀圖形小班。第一步消除碎小班，以更新完成的林地數據為例，首先打開屬性表，屬性選擇面積小于666.7m2的小班，利用數據管理工具<制圖綜合<消除工具進行碎小班消除。第二步消除狹長細條狀和蝌蚪狀圖形小班，消除過程中為達到更新數據與原始經營管理檔案數據一致，利用選擇<屬性選擇工具分別選擇“標記”字段值設置為“1”和“2”的圖斑，然后利用數據<數據導出工具導出未更新數據和已更新數據，對未更新數據利用選擇<按位置選擇與油茶經營管理矢量數據相交的小班后，打開更新數據屬性表，利用屬性選擇工具<在當前選擇內容中再選擇出周長面積比≥0.2 的小班進行消除，用相同操作步驟再次對林地已更新數據進行消除狹長細條狀和蝌蚪狀圖形小班。使用消除工具時，選擇排除表達式小班面積大于等于0.5hm2小班，小班面積大于等于0.5hm2小班人工識別。非林地數據修飾操作方法與林地數據相同，依序進行同樣步驟。

（3）數據整合。

包含數據合并和數據拓撲檢查兩個過程，第一步數據合并，將修飾完成好的林地（油茶更新數據、未更新數據）和非林地（油茶更新數據、未更新數據）利用數據管理工具<常規<合并工具進行數據合并，形成統一的完整數據庫。第二步數據拓撲檢查，將合并完整數據庫導入拓撲地理數據庫內，利用數據管理工具<拓撲工具進行數據最后拓撲檢查，確保數據所有圖斑不存在拓撲錯誤。

3 利用ArcGIS 空間分析方案解決油茶資源數據建庫的成果對比分析結論

首先基于油茶經營管理資料數據矢量化為前提，加強人工判讀工作，在油茶經營管理矢量數據圖形位置和屬性無偏差的條件下，然后可以迅速利用計算機ArcGIS 分析和更新油茶數據，無須逐小班人工疊加分析、切割和合并圖形和屬性因子錄入，大大節省時間，而且不存在邏輯判斷錯誤和數據填寫錯誤的問題，可以保證油茶經營管理矢量數據對衡陽市優質油茶資源標準模板油茶更新數據的完美覆蓋，實現油茶經營管理數據庫與森林資源管理數據庫的統一融合，確保油茶更新數據小班在圖形上和屬性上與原始資料數據的一一對應，確保資源林地“一張圖”因油茶數據更新的林地和非林地邊界不發生改變，尊重原有數據成果的不變性。