浅谈浙江省坡度分级图的制作方法

施军

摘要：本文介绍了利用GIS分析方法，在对浙江全省的DEM数据进行预处理的基础上，制作完成按县级行政区划为单位的坡度分级图。通过对坡度分级图成果进行的大量验证工作（包括地形图验证和野外实地核查）表明成果中坡度级图斑和耕地图斑坡度级准确率高，数据可靠。

关键词：空间分析， DEM，坡度分级图，第二次全国土地调查

1、引言

为克服第一次土地调查中存在的问题，准确地掌握耕地的分布及坡度类型情况，国务院第二次全国土地调查办公室颁布了《利用DEM确定耕地坡度分级技术规定》（试行），要求各省、市、自治区统一制作坡度图的方法，保证坡度数据和图形规范、准确，为第二次全国土地调查提供现势性强和精度高的基础数据。

2、概述

坡度是地表单元陡缓的程度，地形以坡度的形式显示出平原、丘陵、山地等地貌特征。在土地利用现状调查中，准确地掌握耕地的分布及坡度情况，是土地调查的一项重要工作。

坡度分级图是利用DEM数据，通过数学模型公式计算DEM中每个格网的坡度值，生成坡度栅格数据，按照技术规程中的耕地坡度分级指标，对地面坡度进行分级。

3、资料收集与准备

3.1 DEM数据

收集齐浙江全省的最新DEM，收集到的DEM原则上应通过浙江省级以上测绘产品质检部门的验收。

3.2 行政境界资料

采用浙江省各县（市、区）行政勘界数据，数据格式为shp，坐标系统采用3度分带，1980西安坐标系。

3.3 软件选取

采用ArcGIS 9.3 软件为坡度分析和坡度分级图制作的软件平台。

3.4 DEM的质量检查

DEM数据的质量检查包括对DEM精度和现势性检查及DEM接边处等是否有漏缺等检查。

4、坡度分级图的技术要求

4.1 作业流程

4.2坡度计算

坡度计算公式：

公式中的 、 分别表示x，y方向的偏导数，P为坡度值。

4.3坡度分级图主要内容

主要内容：

（1）对根据DEM计算生成的坡度栅格数据图按照《第二次全国土地调查技术规程》中规定的耕地坡度分级要求和等级标准进行分级，生成坡度分级栅格数据图；

（2）对坡度分级栅格数据图进行矢量化处理，生成坡度分级矢量化数据；

对矢量化的数据按技术规程和设计书要求进行图斑综合取舍、界线平滑、拓扑重建、数据裁切等一系列处理。

以县级行政区域为基本单位对坡度分级矢量数据进行裁切管理。

4.4确定耕地坡度分级

确定方法：

根据按照要求统一制作的坡度分级图，在各个县级农村土地调查数据库中，将坡度分级图与地类图斑叠加，确定每块耕地图斑的坡度等级，并在地类图斑层中对耕地图斑赋耕地坡度等级属性。

编制耕地坡度分级图基本方法：

以最新的县级土地利用现状图为底图，对耕地图斑赋予确定的耕地坡度值，叠加生成耕地坡度分级图。

5、坡度分级图的具体制作流程

5.1、坡度分级图制作流程

坡度分级图基本流程如下（流程图如图1所示）：

（1）、首先对1：1万DEM数据进行数据格式的转换，将DEM（GeoTIN的*.dem）数据格式转换为ArcGIS软件平台下的Grid栅格数据格式。

（2）、由于DEM数据是按照1：1万标准分幅进行存储和组织的，因此需要对分幅图数据按照各个县市的区域范围进行拼接处理，得到完整县市区域的栅格数据。

（3）、在ArcGIS软件平台下进行坡度分析和计算，应用ArcGIS软件的坡度计算算法生成每个栅格格网点的坡度信息，形成坡度栅格数据图，将坡度栅格数据图按照《第二次全国土地调查技术规程》的坡度分级规定进行坡度分级并做矢量化处理，经界线平滑、图斑综合、拓扑重建等处理过程，形成矢量坡度分级图。

（4）、把矢量坡度图数据按县级行政区域进行裁切，接边处理，得到县级区域的坡度分级图成果。

图2 坡度分级图制作流程

5.2、坡度分级图制作具体步骤

5.2.1、ArcGIS软件下DEM数据处理

5.2.1.1、数据转换

数据转换包括对不符合要求的的数据格式、坐标系统、高程基准、投影带等进行转换。

①数据格式转换

1：1万DEM数据格式为*.dem，为GeoTIN软件的数据格式，需要转换为ARCGIS软件平台下的Grid格式。DEM数据格式的转换采用程序工具批量自动处理。

②数据坐标系统转换

浙江省第二次全国土地调查所采用的平面坐标系为1980西安坐标系，以东经120度为中央经线，3度分带；高程系统采用1985国家高程基准。坡度分级图采用的1：1万DEM数据坐标系统与高程基准在118°30′—121°30′以内的区域与《第二次全国土地调查技术规程》的要求一致，但118°30′—121°30′以外的区域需要进行投影带换带处理，统一到120°中央经线。

5.2.1.2、数据拼接

由于DEM数据为1：1万标准分幅文件，因此需要对分幅文件按照区域的范围进行拼接，形成覆盖区域的完整的栅格数据文件，如图3所示。DEM数据的拼接采用ArcGIS软件或者ERDAS软件的Mosaic命令工具批量处理。

图3 DEM拼接

5.2.1.3、格网间距修改

坡度分级图的制作经过前期的试验和分析，表明类似浙江省地形地貌区域，计算耕地坡度最好采用比例尺为1：1万DEM，格网间距采用20米到30米间距为宜。因此需要对原始拼接后的DEM数据进行格网间距的修改。下图4是不同格网间距DEM数据生成的坡度分级图。

图4 不同格网间距DEM数据生成坡度图比较

5.2.2、ArcGIS软件下坡度分级图的制作

在ArcGIS软件平台下，利用其坡度分析和数据处理功能，制作坡度分级图，制作流程如下：（流程图如图5所示）

Ⅰ、计算栅格格网点坡度

Ⅱ、提取等值线

Ⅲ、等值线构面

Ⅳ、坡度级别赋值

Ⅴ、界线平滑、图斑综合、拓扑重建

图5 ArcGIS中坡度图制作流程

5.2.3、矢量坡度分级图裁切整理

对生成好的矢量坡度分级图数据按县级行政区域在ArcGIS软件下用clip工具进行裁切，并对相邻区域的坡度分级图进行接边处理，形成县级坡度分级图成果，如图6所示。

图6 坡度分级图成果

6、遇到的问题与处理方法

利用DEM可以自动进行图斑的坡度计算和分析，但DEM的比例尺及格网间距大小对计算结果存在较大影响，因此究竟采用何种比例尺数据以及多大格网间距来进行坡度分级图制作对浙江省的第二次全国土地调查来说是一个非常重要的问题。经过不断的试验和分析，DEM数据宜采用1：1万DEM，格网间距采用20米到30米间距为宜。因此，制作坡度分级图时采用数据源为1：1万DEM数据，格网间距采用25米。

7、结束语

利用DEM数据进行自动提取耕地坡度等级的图幅数为浙江全省的DEM数据，检查拼接等处理的工作量大，在生产作业初期不断发现各种问题，制作过程经常出现反复，随着项目深入，作业人员积累了一些经验，对流程更加熟悉，通过编写一些小软件，提高了效率，使得数据获取方法更科学，获得的数据更准确。

采用GIS空间分析技术利用DEM数据进行自动提取耕地坡度等级，由于使用的DEM精度高、现势性强，能够准确描述地形结构，通过程序自动处理，提取耕地坡度等级，减少了人为误差，保证了精度，效率较常规方法量算耕地坡度等级有了质的提高。

参考文献

[1]柯正谊，何建邦，池天河.数字高程模型[M].北京：中国科技文献出版社，1995

[2] 胡绍永，王玉川，郑进军，宋孟强. 基于DEM的四川省坡度图制作[J]. 《测绘》2010年第5期

[3]韦金丽，李启贤.地理信息系统技术在土地坡度分析统计方面的应用[J].中国土地科学，2003（8）：45—51.

[4] 张伟，王建弟，朱宁.土地利用调查中图斑平均坡度的获取方法[J].地理与地理信息科学，2005，22（6）：37-40

图4 不同格网间距DEM数据生成坡度图比较

5.2.2、ArcGIS软件下坡度分级图的制作

在ArcGIS软件平台下，利用其坡度分析和数据处理功能，制作坡度分级图，制作流程如下：（流程图如图5所示）

Ⅰ、计算栅格格网点坡度

Ⅱ、提取等值线

Ⅲ、等值线构面

Ⅳ、坡度级别赋值

Ⅴ、界线平滑、图斑综合、拓扑重建

图5 ArcGIS中坡度图制作流程

5.2.3、矢量坡度分级图裁切整理

对生成好的矢量坡度分级图数据按县级行政区域在ArcGIS软件下用clip工具进行裁切，并对相邻区域的坡度分级图进行接边处理，形成县级坡度分级图成果，如图6所示。

图6 坡度分级图成果

6、遇到的问题与处理方法

利用DEM可以自动进行图斑的坡度计算和分析，但DEM的比例尺及格网间距大小对计算结果存在较大影响，因此究竟采用何种比例尺数据以及多大格网间距来进行坡度分级图制作对浙江省的第二次全国土地调查来说是一个非常重要的问题。经过不断的试验和分析，DEM数据宜采用1：1万DEM，格网间距采用20米到30米间距为宜。因此，制作坡度分级图时采用数据源为1：1万DEM数据，格网间距采用25米。

7、结束语

利用DEM数据进行自动提取耕地坡度等级的图幅数为浙江全省的DEM数据，检查拼接等处理的工作量大，在生产作业初期不断发现各种问题，制作过程经常出现反复，随着项目深入，作业人员积累了一些经验，对流程更加熟悉，通过编写一些小软件，提高了效率，使得数据获取方法更科学，获得的数据更准确。

采用GIS空间分析技术利用DEM数据进行自动提取耕地坡度等级，由于使用的DEM精度高、现势性强，能够准确描述地形结构，通过程序自动处理，提取耕地坡度等级，减少了人为误差，保证了精度，效率较常规方法量算耕地坡度等级有了质的提高。

参考文献

[1]柯正谊，何建邦，池天河.数字高程模型[M].北京：中国科技文献出版社，1995

[2] 胡绍永，王玉川，郑进军，宋孟强. 基于DEM的四川省坡度图制作[J]. 《测绘》2010年第5期

[3]韦金丽，李启贤.地理信息系统技术在土地坡度分析统计方面的应用[J].中国土地科学，2003（8）：45—51.

[4] 张伟，王建弟，朱宁.土地利用调查中图斑平均坡度的获取方法[J].地理与地理信息科学，2005，22（6）：37-40

图4 不同格网间距DEM数据生成坡度图比较

5.2.2、ArcGIS软件下坡度分级图的制作

在ArcGIS软件平台下，利用其坡度分析和数据处理功能，制作坡度分级图，制作流程如下：（流程图如图5所示）

Ⅰ、计算栅格格网点坡度

Ⅱ、提取等值线

Ⅲ、等值线构面

Ⅳ、坡度级别赋值

Ⅴ、界线平滑、图斑综合、拓扑重建

图5 ArcGIS中坡度图制作流程

5.2.3、矢量坡度分级图裁切整理

对生成好的矢量坡度分级图数据按县级行政区域在ArcGIS软件下用clip工具进行裁切，并对相邻区域的坡度分级图进行接边处理，形成县级坡度分级图成果，如图6所示。

图6 坡度分级图成果

6、遇到的问题与处理方法

利用DEM可以自动进行图斑的坡度计算和分析，但DEM的比例尺及格网间距大小对计算结果存在较大影响，因此究竟采用何种比例尺数据以及多大格网间距来进行坡度分级图制作对浙江省的第二次全国土地调查来说是一个非常重要的问题。经过不断的试验和分析，DEM数据宜采用1：1万DEM，格网间距采用20米到30米间距为宜。因此，制作坡度分级图时采用数据源为1：1万DEM数据，格网间距采用25米。

7、结束语

利用DEM数据进行自动提取耕地坡度等级的图幅数为浙江全省的DEM数据，检查拼接等处理的工作量大，在生产作业初期不断发现各种问题，制作过程经常出现反复，随着项目深入，作业人员积累了一些经验，对流程更加熟悉，通过编写一些小软件，提高了效率，使得数据获取方法更科学，获得的数据更准确。

采用GIS空间分析技术利用DEM数据进行自动提取耕地坡度等级，由于使用的DEM精度高、现势性强，能够准确描述地形结构，通过程序自动处理，提取耕地坡度等级，减少了人为误差，保证了精度，效率较常规方法量算耕地坡度等级有了质的提高。

参考文献

[1]柯正谊，何建邦，池天河.数字高程模型[M].北京：中国科技文献出版社，1995

[2] 胡绍永，王玉川，郑进军，宋孟强. 基于DEM的四川省坡度图制作[J]. 《测绘》2010年第5期

[3]韦金丽，李启贤.地理信息系统技术在土地坡度分析统计方面的应用[J].中国土地科学，2003（8）：45—51.

[4] 张伟，王建弟，朱宁.土地利用调查中图斑平均坡度的获取方法[J].地理与地理信息科学，2005，22（6）：37-40