淺談遼寧省第三次國土調查坡度圖制作方法

齊超

（遼寧省基礎測繪院,遼寧 錦州 121003）

自2018年起全國開展了第三次國土調查工作，為了更準確的計算耕地的凈面積[1]，掌握確切的耕地、農田基本數量、質量和空間分布情況，國務院三調辦要求各省、市、自治區統一坡度圖的制作。在這樣的背景下，遼寧省以ArcGIS 10.3為基礎版本，基于5米格網的DEM數據，進行影像拼接、矢量化、制圖綜合、接邊處理、合并和裁剪等處理后，生產出較高精度的矢量坡度圖數據，更精確地查清不同坡度分級和耕地類型的面積及空間分布。同時，坡度圖的制作可以全面掌握遼寧省低丘緩坡土地的全面數據[2]，為今后的綜合開發做好充分準備。本文主要是以沈陽市遼中區為例，系統的闡述坡度圖的制作流程及出現的問題和相應的解決方法。

一、資料準備

本次全省坡度圖制作使用的DEM數據，主要為歷年的1:1萬DEM，部分地區使用的是2014年和2016年的雷達數據[3]。遼中區主要是以1:1萬DEM為數據來源，雷達數據與1萬數據處理的步驟相同，本文就不再加以贅述。遼中區所用到的1:1萬比例尺DEM數據為41°投影帶，中央經線為123°。若縣區內的數據出現換帶情況，則把縣區內多數DEM所在的投影帶為主要投影帶，其他帶內的DEM投影到主要投影帶內進行其他生產步驟，其他兩種數據的操作與1:1萬數據相同[4]。

ArcGIS采用10.3版本，首先是考慮到以縣區為單位進行生產時數據量比較大，此軟件在運行大數據量時比較穩定且運行時間比較短；其次，在生產坡度圖時有很多需要人為操作的重復步驟，可以利用該版本的迭代功能，將重復的步驟迭代在一個工具集下，避免了人為操作的失誤，且提高生產效率。

二、生產流程

1.DEM數據預處理

遼中區的數據主要采用2012年1:1萬DEM和2014年雷達DEM，分別將兩種數據進行拼接、處理后對矢量數據進行合并。

（1）DEM合并

運用ArcGIS10.3鑲嵌至新柵格工具把所有的1萬DEM合并成一個新柵格，其中要確定像元大小為5，波段數為1（圖1）。

（2）坡度計算

坡度是反映地形的重要因子，是地形描述中常用的參數，是一個具有方向與大小的矢量。利用坡度計算公式計算出每個格網的坡度值，生成坡度柵格數據圖。計算時采用 3×3窗口，利用坡度計算模型計算坡度值。每個柵格中心有一個高程值，分析窗口的DEM數據矩陣中連續移動完成整個區域的計算工作（圖2）。

（3）坡度分級

利用坡度數據對縣區進行坡度分級（圖3），通常情況下一個圖斑確定一個等級；當一個圖斑包含兩個及以上等級時可依據大面積的等級確定為該圖斑等級，也可將圖斑分割分別定級。遼中區的分級柵格有兩個，要對兩個柵格數據鑲嵌為一個數據作為成果提交，其中雷達數據的精度較高，在鑲嵌時要用雷達的柵格覆蓋1萬柵格。坡度分級界定為：坡度≤2°為1級，2°＜坡度≤6°為2級，6°＜坡 度 ≤ 6°15°為 3級 ，15°＜坡 度 ≤ 6°25°為 4級 ， ＞25°為5級。

2.轉矢量數據及數據處理

將柵格分級數據轉為矢量后，此時的圖斑在矢量數據中圖斑面積小于750平方米定為小圖斑，按坡度級就低不就高逐級并入鄰近圖斑的原則，將小面積圖斑全部消除，將寬度小于或等于1個格網尺寸的線狀坡度圖斑按平均配賦原則合并至相鄰圖斑中。此項工作完成后要對不同數據來源的矢量成果數據與原始矢量數據相交，提取出更改過等級的圖斑面積總和，算出同縣區總面積的占比，項目要求面積更改占比不能超過3%。

遼中區的成果矢量數據分為1萬與雷達兩個部分，要對矢量數據進行合并處理。與坡度分級數據相同，雷達生成的矢量數據要覆蓋1萬的矢量數據進行更新裁剪后，與周圍縣區接邊后，按照要求整理數據結構，以縣區為單位進行成果提交。

三、問題及解決辦法

1.矢量數據偏移

在首批坡度圖生產過程中，用縣區界限裁剪的并非為矢量數據而是裁剪的DEM合并后的柵格數據，矢量成果完成后的圖斑與未裁切的柵格生成的矢量圖斑有偏差，如圖4。在對DEM數據裁切后，柵格影像有偏移的情況（線狀圖斑為未裁剪柵格轉出的矢量，面狀圖斑為裁剪后柵格轉出的矢量）。

分別在兩個矢量中找到相同的兩塊圖斑（圖4），分別在屬性表中建立兩個最大X坐標和最大Y坐標字段，通過字段計算器分別計算圖斑X、Y坐標，算出偏移距離，將矢量成果平移回正確位置，在之后的生產過程中則采取裁剪矢量數據以避免相同問題的發生。

2.融合小面積圖斑與條狀圖斑

在進行去除小面積圖斑時，最初是采用人工融合，先篩選出面積為25等級為1的圖斑，更改等級1為2，進行數據融合；再選出面積為25等級為2的圖斑，更改等級2為3，進行數據融合；依此類推將面積為25等級為4的圖斑合并到等級為5的圖斑中，再從等級5融合回等級1。此數據為5米格網，所以圖斑的面積最小為25平方米，遞進區間為25平方米，要將小于750平方米的圖斑全部消除，要分別進行240次篩選、更改等級、融合操作，不但耗時耗力還容易操作失誤。

運用ArcGIS10.3二次開發功能，將篩選、更改等級、融合這樣重復的工作通過模型構建器形成一系列的程序操作，這樣可以提高工作效率也減少了失誤。

最初排查細長圖斑時采用人工排查，逐屏看細長圖斑，在遇到比較大的縣區時，需要大量的排查時間，并且還不能排除會有遺漏的情況。

在矢量成果的屬性表中添加7個字段，分別計算出最大X坐標、最小X坐標、長度、最大Y坐標、最小Y坐標、寬度與絕對距離。為保證差異率不過大，通過屬性選擇，選擇出面積與絕對距離的比值小于等于5的圖斑即為需要去除的細長圖斑，再通過合并原則更改坡度等級進行數據融合。

3.換代接邊

由于遼寧省DEM數據分為40°，41°，42°三個投影帶，并且在數據裁剪時采用的是縣區境界外擴1000米為界限。換帶后矢量數據有變形情況，造成換帶不接邊。

將不同投影帶的縣區的界限往內縮減1100米，分別裁剪兩個縣區，就得到兩個環狀矢量數據，去掉不需要換帶接邊的部分。將41°帶數據投影到40°帶，并且融合，篩選出面積小于750平方米且不在境界邊的圖斑，按照融合要求進行消除（圖5）。加載上縣區境界，通過手動修改矢量進行接邊，形成了寬度為2200米的矢量，分別用這部分數據更新到接邊前的兩個縣區內，融合后用標準境界外擴1000圖廓裁剪接邊成果。

4.大圖斑錯誤排查

矢量數據處理時會對圖斑等級有所修改，正確的操作是更改小面積圖斑等級，按照合并原則與周圍圖斑融合。但在實際作業時會有錯誤操作，更改了大圖斑的等級，這不但造成了差異率變大，也造成了大圖斑錯誤，如果一個縣區內有一處大圖斑錯誤那整個縣區的工作就會被判為不合格，因此需要進行判別。

在矢量成果與原始矢量添加面積字段，將兩個矢量進行相交，提取出原始圖斑等級不等于成果圖斑等級，并且原始矢量圖斑面積與成果矢量圖斑面積比大于0.5的圖斑，以此排查有沒有大圖斑更改的錯誤和圖斑合并錯誤，發現問題后加以改正保證正確率。

四、結語

遼寧省是以各市縣為單位分別生成坡度成果數據，每個成果主要包括：合并的DEM數據、坡度分級矢量數據、坡度分級柵格數據、 元數據及差異率計算成果表。

由于圖幅換帶造成的不接邊，由于涉及到的縣市比較多并且不接邊的情況明顯，為了解決這個問題，分別裁剪出換帶處兩邊各1000米的接邊區域，將一側投影到另一側合并后，人為對矢量數據進行接邊處理，再將接邊區域分別合并回原來的數據。

由于前期裁剪矢量數據造成的數據偏移問題，找到偏移前后相同的點，計算出偏移的坐標值，進行逆向轉換糾正。

通過上述方法，遼寧省保質保量地完成了生產任務，并通過了國家的核查，全面掌握了地形情況，對土地的規劃、分析土地的利用都起到了重要作用。