ArcGIS在林业制图中的应用

刘姝颖

(辽宁省林业调查规划院，辽宁 沈阳 110122)

ArcGIS在林业制图中的应用

刘姝颖

(辽宁省林业调查规划院，辽宁 沈阳 110122)

阐述在现有森林资源二类调查的资源数据基础上，利用ArcGIS绘制森林资源基本图的方法和步骤。同时，对应用的工具进行系统地介绍，并对功能相近的工具选择进行分析。

ArcGIS；森林资源基本图；ArcGIS Desktop；ArcToolbox

利用3S技术(GPS，全球定位系统；GIS，地理信息系统；RS，遥感遥测系统)制作一张林相图或林业规划图，从勾绘草图、小班求积、清样、标注、描色、数据分析、统计等都可以实现计算机化，与人力相比在总体上可节省50倍的经费。提高了内业制图速度[1]。也在很大程度上提高了数据的精确性[2]。其与传统手工制作地图和表格相比效率提高几倍甚至上百倍[3]。ArcGIS是ESRI公司的GIS产品体系的总称。ArcGIS Desktop是高级GIS应用程序的集合，有ArcCatalog、ArcMap、ArcScene、ArcGlobe等应用程序。ArcToolbox是地理处理工具的集合。其中的工具能够很好处理各种空间操作，涵盖数据管理、数据转换、矢量数据分析、栅格数据分析、统计分析等多方面的功能[4]。森林资源基本图，是林业各部门从事勘测、规划、设计及管理所提供的基础资源图件，在森林资源调查和管理中有着举足轻重的地位[5]。本文以ArcGIS 9.3为例，具体讲述利用ArcGIS绘制森林资源基本图的方法和步骤。

1 绘制森林资源基本图所需要准备的基础数据、软件和设备

森林资源二类调查资源数据库、地形图或卫星遥感影像图、安装ArcGIS 9.3版本的Windows操作系统电脑，ArcToolbox安装ArcInfo License工具使用许可。

2 绘制森林资源基本图应用的工具及绘图步骤

2.1 小班面拓扑

ArcGIS中的拓扑(Topology)是指地理要素间的空间关系，是一系列用于确保数据质量的空间数据的行为规则[4]。在绘制森林资源基本图之前，为了修正由于工作人员操作失误所造成的小班面重叠或小班之间存在细微缝隙等错误，先对森林资源二类调查的小班资源数据图层进行拓扑。创建拓扑的方法为：①打开ArcCatalog应用程序，右键点击数据库，选择新建(New)要素数据集(Feature Dataset)(图1，以2010年度辽宁省丹东市宽甸县二类调查资源数据为例)。②将小班面要素拷贝到要素数据集中。③右键点击要素数据集，选择新建(New)拓扑(Topology)(图2)。④弹出图3所示的对话框，在Rule(规则)下拉菜单中选择拓扑规则。一般选择“Must Not Overlap(必须无重叠)”和“Must Not Have Gaps(必须无缺口)”2个规则。

图1 新建要素数据集界面图2 新建拓扑界面

2.2 生成界线

2.2.1 制图综合(Generalization)工具集和要素融合(Dissolve)工具 制图综合(Generalization)是在地图用途、比例尺和制图区域地理特点等条件下，通过对地图内容的选取、化简、概括和关系协调，建立能反映区域地理规律和特点的新的地图模型的一种制图方法[6]。要素融合(Dissolve)工具用来按照指定的某个属性字段对要素进行融合[4]。

打开ArcMap应用程序，用拓扑之后的小班面图层，分别融合出县面、乡面、村面、林班面，为下一步生成界线和点注记做准备。在Input Features(输入要素)中添加拓扑后的小班面图层，在Output Feature Class(输出要素类)中添加融合后图层的存储位置，在Dissolve_Field(s)(optional)(可选融合字段)中选择按哪个字段值进行融合。例如：融合县面时，选择县名(C_XIAN)字段；融合乡面时，选择乡名(C_XIANG)字段；融合村面时，选择村名(C_CUN)字段；融合林班面时，选择林班号(C_LB)字段。操作如图4所示(以融合县面为例)。

图3 选择拓扑规则界面图4 融合工具界面

2.2.2 面转线(Polygon To Line)工具和要素到线(Feature To Line)工具 面转线(Polygon To Line)工具可以由输入的面要素来创建线，同时在结果中记录该线的左多边形和右多边形。可以使用该工具来获取多边形要素的边界；要素到线(Feature To Line)工具可以由输入的线要素或面要素来创建线，在要素交叉闭合的地方生成新的线要素，输入的属性可以被保留[4]。由此可见，为避免生成的界线产生重叠，应该选用面转线工具。

用面转线(Polygon To Line)工具将融合所得的县面、乡面、村面、林班面分别转成县线、乡线、村线、林班线，并将拓扑后的小班面转成小班线，为下一步生成界线做准备。在Input Features(输入要素)中添加需要转换成线的面图层，在Output Feature Class(输出要素类)中添加换转后线图层的存储位置。操作如图5所示(以把县面转换成县线为例)。

2.2.3 分析(Analysis)工具箱、叠加(Overlay)工具集和擦除(Erase)工具 分析(Analysis)工具箱用于地理数据的处理和分析，包括4个工具集：提取(Extract)、叠加(Overlay)、邻近性(Proximity)、统计(Statistics)。叠加(Overlay)工具集包括了一系列基于要素的叠加进行分析处理的工具。利用这些工具，可以基于多个要素类/图层的空间关系进行一些空间分析和处理。Erase工具计算输入要素和擦除要素的叠加，把输入要素中与擦除要素重合的部分擦除，保留擦除要素之外的部分[4]。

生成界线时，为了避免界线彼此重复，应保留高级界线(按行政界限级别高低划分，行政级别较高的为高级界线，行政级别较低的为低级界线)，并将低级界线删除。因此需要用高一级的界线擦除低一级的界线。例如：用县线擦除乡线得出乡界；用乡线擦除村线得出村界；用村线擦除林班线得出林班界；用林班线擦除小班线得出小班界。操作如图6所示(以用县线擦除乡线生成乡界为例)：在Input Features(输入要素)中添加要生成界线的线图层(乡线)，在Erase Features(擦除要素)中添加比其高一级的线图层(县线)，在Output Feature Class(输出要素类)中添加擦除后生成界线图层的存储位置。

图5 面转线工具界面图6 擦除工具界面

2.3 生成注记：要素到点(Feature To Point)工具

要素到点(Feature To Point)工具可以由输入的线要素、面要素或多点要素创建点要素，可以使用该工具来获取多边形要素的重心或者线要素的中点，输入要素的属性信息将会保留[4]。通过工具的参数Inside(optional)(可选居中)，确定生成的点是否必须在多边形内部或线上。默认为CENTROID(不勾选Inside)，对于多点要素，得到的是所有点的一个平均的X、Y坐标值；对于线要素，得到的是所有线中点带权重的平均值，权重与线的长度有关；对于面要素，得到的是多边形的重心[4]。若勾选Inside(optional)，则：对于多点要素，结果必须是其中的某个点；对于线要素，结果必须是其中某条线的中点；对于面要素，结果必须强制落在多边形内部[4]。由此可见，为了保证生成的注记在面图层内部显示，使用此工具时应勾选Inside(optional)。

用要素到点工具将县面、乡面、村面、林班面、小班面分别转成县名、乡名、村名、林班注记、小班注记等点图层。操作如图7所示(以用小班面图层创建成小班注记图层为例)：在Input Features(输入要素)中添加用来创建点图层的原图层，在Output Feature Class(输出要素类)中添加创建后点图层的存储位置，勾选Inside(optional)。

2.4 保存工程文件

将图幅索引、拓扑后的小班面、生成的县界、乡界、村界、林班界、小班界和县名、乡名、村名、林班注记、小班注记保存成一个工程文件。

2.5 设置显示属性

设置显示属性，可以使工作人员在森林资源基本图上更加直接地看到小班的具体属性。默认状态下，ArcGIS不显示图层属性信息，需要人为设置。

2.5.1 面图层显示设置 面图层包括：图幅索引和拓扑后的小班面图层。设置方法是：双击面图层名称下方显示的小方格(图8中箭头指向的部分)，弹出如图8所示对话框(以图幅索引为例)，在右侧Options(选项)中，选择填充颜色(Fill Color)，此处选择透明，即无填充颜色。边线宽度(Outline Width)和边线颜色(Outline Color)，根据具体制图要求设置。在右上角Preview(预览)视图中，可以查看设置效果。

图7 要素到点工具界面图8 面图层显示设置界面

2.5.2 界线图层显示设置 界线图层包括：县界、乡界、村界、林班界和小班界图层。设置方法是：双击界线图层名称下方显示的直线(图9中箭头指向的部分)，弹出如图9所示对话框(以县界为例)，在左侧选择相应线型(县界选择线型为一杠一点)。在右侧Options(选项)中，根据具体制图要求选择界线颜色(Color)和宽度(Width)。在右上角Preview(预览)视图中，可以查看设置效果。

2.5.3 注记图层显示设置 注记图层包括：县名、乡名、村名、林班注记和小班注记图层。设置方法是：右键点击图层，选择Properties(属性)。弹出如图10所示对话框(以小班注记为例)：在图层属性对话框中，选择显示字段并设置字体、字号、颜色等属性。例如：设置显示县名、乡名、村名、林班注记、小班注记时，显示字段分别选择：县、乡、村、林班号、小班号。具体操作如下(以设置显示小班注记为例)：勾选Label features in this layer(显示此图层要素标注)；在Label Field(标注字段)下拉菜单选项中选择小班号；在Text String(文本串)中设置字体、字号、颜色等属性，可根据具体需要选择。详见图10。

图9 界线图层显示设置界面图10 注记图层显示设置界面

设置后的工程文件即为完成的森林资源图，效果见图11(图中显示的是2010年度辽宁省丹东市宽甸县森林资源数据更新(变档)图)。

图11 森林资源图效果图

2.6 单幅森林资源基本图的制作

在实际工作中，为了便于外业调查人员到现地调查使用，通常将按上诉步骤做好的森林资源图按图幅号进行1∶10000比例尺裁切，叠加地形图或卫星遥感影像图，打印成纸质图。单幅森林资源基本图制作步骤如下。

2.6.1 裁切 提取(Extract)工具集和裁剪(Clip)工具，提取(Extract)工具集主要用于在要素类或表格中根据属性或空间条件提取所需要的内容。这些工具将生成新的要素类或表格，根据条件选择出来的数据就放在新生成的要素类或表格中。裁剪(Clip)工具将输入要素类中于裁剪要素类重合的部分提取出来，生成新的要素类。简单地说，就是按照矢量多边形的边界来裁剪另一个矢量数据。此工具的输出结果要素类属性字段与输入要素的一致，也就是说，裁剪后属性字段不发生变化[4]。

裁切方法：①按图幅号依次选择每个单幅图幅索引，右键点击图幅索引图层，将选中的单幅图幅索引转存(Data→Export Data)成一个新图层“裁切图幅”。②用clip工具，分别将所有面图层、界线图层和注记图层按裁切图幅进行裁切。在Input Features(输入要素)中添加要进行裁切的图层，在Clip Features(裁切要素)中添加裁切图幅，在Output Feature Class(输出要素类)中添加裁切后图层的存储位置，见图12(以裁切小班面图层为例)。由于以上步骤较为繁琐，裁图时推荐使用基于ArcGIS设计的第三方软件(如：ForeStar软件等)进行批量裁切。

2.6.2 添加地形图或卫星遥感影像图 逐一将裁切好的所有图层添加，按对应的图幅号添加相应的地形图或卫星遥感影像图，保存成一个新的工程文件。地形图在传统制图中经常选用。随着科技的发展，卫星遥感影像图越来越多的应用到林业制图中。与地形图相比，遥感影像更具有直观和易用性[7]。制图时，可根据具体调查需要选择。

2.6.3 打印 首先确认电脑上已经安装打印机驱动。操作步骤为：①在File下拉菜单里选择Page and Print Setup(页面和打印设置)，弹出图13所示的对话框。②在Name下拉菜单中选择打印机；在Standard Sizes(标准尺寸)下拉菜单中选择Custom(自定义)；设置纸张大小：Width(宽)、Height(高)皆为60 cm(万分之一图)。至此，森林资源基本图的制作过程全部完成。

图12 裁切工具界面图13 页面和打印设置界面

3 小结

本文详细介绍了利用ArcToolbox中的拓扑工具、要素融合工具、面转线工具、要素到线工具、擦除工具以及要素到点工具等对森林资源二类调查资源数据库进行处理并和地形图或卫星遥感影像图结合起来，制作森林资源基本图的过程和方法。直观反映现地小班具体情况的森林资源基本图可以应用在沙化荒漠化监测、森林资源一类及二类调查、公益林资源监测、林地保护利用规划等基本工作中。

[1]孙红波.浅谈精确林业[J].云南林业生态，2012(1)：42.

[2]林茂昌.基于“3S”技术的林地落界“一张图”与二类资源数据融合[J].林业勘察设计，2013(1)：65.

[3]艾光梅.浅论GIS技术在丘北县林业工作中的应用[J].云南林业生态，2012(2)：34.

[4]邢超，李斌，唐华秀.ArcGIS学习指南——ArcToolbox[M].北京：科学出版社，2010.

[5]陆晓辉.应用ArcGIS Engine实现森林资源基本图批量处理[J].辽宁林业科技，2014(3)：73.

[6]王家耀.普通地图制图综合原理[M].北京：测绘出版社，1992.

[7]郑兴.免费卫星遥感影像在林业调查设计中的运用[J].中南林业调查规划，2014(2)：22.

The Application of ArcGIS in Forestry Drawing

LIU SHu-ying

(LiaoningForestryInvestigationPlanningInstitute，Shenyang110122，Liaoning，China)

The method and steps for drawing the forest resource underlying graph by ArcGIS on the basis of resource data of the existing inventory of forest resource management are stated.Meanwhile，applied tools are systematically introduced，and the selection of tools similar in function is analyzed.

ArcGIS；forest resource basic maps；ArcGIS desktop；ArcToolbox

2014-07-09；

2014-08-28

刘姝颖(1983—)，女，辽宁沈阳人，辽宁省林业调查规划院林业工程师，从事林业信息化工作。E-mail：venus0721@163.com。

10.13428/j.cnki.fjlk.2015.02.051

S758.61

A

1002-7351(2015)02-0247-06