基于ArcGIS10地形数据提取与分析

汪自胜

（舒城县林业局，安徽六安231300）

基于ArcGIS10地形数据提取与分析

汪自胜

（舒城县林业局，安徽六安231300）

本文以森林资源调查工作实践为例，详细总结了如何利用ArcGIS10软件对纸质地形图，通过扫描、矢量化生成高程栅格数据；利用高程栅格数据进行等高线加密、高程统计、坡向和坡度分析，以及利用坡向、坡度等地形因子实现自动区划图斑的方法和过程。

森林资源调查；ArcGIS；地形；分析

地形因子是划分森林资源调查图斑的重要因子，在条件有限的情况下，我们经常是利用纸质地形图，通过人工判定，来确定工作图斑的海拔、坡向和坡度。准确度受判定人员的业务水平影响较大。利用ArcGIS10的矢量化工具和地形数据分析工具，可以实现对图斑地形因子的自动判读，甚至可以自动区划图斑。

1 地形图矢量化

要想利用计算机来进行地形分析，首先应对纸质地形图进行扫描矢量化，将其转化成计算机可以识别的数据格式（见图1）。

地形图矢量化前，需要将纸质图扫描成灰度栅格图像，并对栅格图像进行二值化处理。

在ArcMap中对栅格图像进行符号化处理。分类方法：手动；类别数：2；调整中断值，直到满意为止，记录下中断值。

重分类。利用ArcToolbox工具箱中的“空间分析-重分类”工具，根据记录的中断值，对图像进行重分类，生成二值图（见图2）。

矢量化。加载用来保存矢量化成果的点、线要素类文件，在编辑状态下，运用ArcScan工具开始矢量化。

（1）根据矢量化点、线的栅格宽度，在矢量化设置中设置理想的最大线宽等参数。可以在完成设置后，运用“显示预览”功能来查看参数设置是否合理（见图3）。

（2）运用“在区域内部生成要素”工具选择要矢量化的区域，在弹出的模板对话框中，对点、线要素的模板采用默认设置，完成自动矢量化。

（3）运用编辑工具清理掉错误短线和噪点，对断开的地方等进行修补。

（4）将等高线、道路和水系地物进行分层，分别保存到等高线、道路、水系要素类中。

（5）采集独立的高程点，保存到高程点要素类中。

（6）输入等高线、高程点的高程值。

（7）根据矢量图的轮廓创建一个边界面要素类（见图4）。

2 生成高程栅格数据

利用ArcToolbox工具箱中的“3D Analyst工具-栅格插值”下面的“地形转栅格”工具，实现利用高程点、等高线生成高程栅格数据。在“输入要素”中选择等高线、高程点和边界要素。高程字段为存贮高程值的字段“高程值”；类型分别选择“Contour”（高程等值线）、“PointElevation”（高程点）和“Boundary”（边界）；在“输出表面栅格”中输入存贮位置和文件名，“输出像元大小”选择合适值，生成高程栅格数据（见图5）。

3 地形数据分析

根据高程栅格数据可以轻松完成等高线加密、统计高程、坡度分析、坡向分析、自动区划图斑等工作。

3.1 等高线加密

利用ArcToolbox工具箱的“Spatial Analyst工具-表面分析”下的“等值线”工具可以完成等高线加密。本例中原图纸的等高距为10 m，将其加密为2.5 m的等高距。打开“等值线”工具，在“输入栅格”中选择高程栅格数据文件“高程栅格”；在“输出折线要素”中输入保存等高线要素的文件位置和文件名；在等值线间距中输入“2.5”；运行工具生成等高距为2.5米的等高线图(见图6)

3.2 统计高程

利用ArcToolbox工具箱的“Spatial Analyst工具-区域分析”下的“以表格显示分区统计”可以统计图斑的平均高程、最小高程、最大高程等。在“输入栅格数据或要素区域数据”中选择需要提取高程值的“区划图斑”面要素类，在“区域字段”中选择统计单位“XBH”（图斑号）；在“输入赋值栅格”中选择高程栅格数据“高程栅格”；在“输出表”中输入生成的图斑高程登记表的位置和文件名“海拔提取”；在“统计类型”中选择“ALL”，运行工具，生成图斑的高程MIN（最小），MAX（最大），MEAN（平均）值表（见图7）。

3.3 坡向、坡度分析

利用ArcToolbox工具箱的 “Spatial Analyst工具-表面分析”下的“坡向”和“坡度”工具，可以根据高程栅格生成坡向、坡度栅格。

（1）生成坡向栅格。启动“坡向”工具后，在“输入栅格”中选择存贮高程栅格数据文件“高程栅格”；在“输出栅格”中输入保存位置和文件名，生成坡向栅格（见图8）。

（2）生成坡度栅格。同“生成坡向栅格”方法基本相同，启动“坡度”工具，在“输入栅格”中选择存贮高程栅格数据文件“高程栅格”；在“输出栅格”中输入保存位置和文件名，“输出测量单位”选择默认值“DEGREE”（度）；“Z因子”选择默认值“1”，生成坡度栅格（见图9）。

（3）统计图斑坡向、坡度。与“统计高程”的方法一样，用“以表格显示分区统计”，在“输入赋值栅格”中分别选择“坡向栅格”和“坡度栅格”；在“输出表”中分别输入“坡向提取”和“坡度提取”，完成图斑的坡向和坡度统计（见图10、图11）。

4 自动区划图斑

坡向、坡度等地形因子是区划图斑的重要依据之一。利用地形分析生成的“坡向栅格”和“坡度栅格”可以实现自动按坡向、坡度因子区划图斑。

4.1 重分类

根据林业调查的坡向、坡度等级划分标准，对坡向栅格和坡度栅格,利用ArcToolbox工具箱中“3D Analyst工具-栅格重分类”下的“重分类”工具，按下表1对坡向栅格和坡度栅格执行重分类,分别生成“坡向重分类”和“坡度重分类”栅格数据（见图12、图13）。

表1 坡向、坡度栅格重分类表

4.2 叠加分析

将坡向、坡度栅格利用ArcToolbox工具箱中的“Spatial Analyst工具-地图代数”下的“栅格计算器”,通过栅格运算，在公式窗口中输入“坡向重分类*10+坡度重分类”；在“输出栅格”中输入保存位置和文件名“坡向坡度叠加”，生成坡向坡度叠加栅格（见图14）。

4.3 自动生成区划图斑要素

根据坡向坡度叠加栅格，利用ArcToolbox工具箱中“转换工具-由栅格转出”下的“栅格转面”工具，在“输入栅格”中选择“坡向坡度叠加”；在“输出面要素”中输入保存位置和文件名“自动区划图斑”；勾选“简化面”，生成“自动区划图斑”面要素（见图15）。

4.4 消除细碎

通过属性表选择“自动区划图斑”面积小于“667m2”的细碎图斑，利用ArcToolbox工具箱中“数据管理-制图综合”下的“消除”工具，消除掉细碎部分（可能需要多次操作），得到根据坡向、坡度自动区划出来的图斑成果图（见图16）。

5 结束语

本文只是探讨了利用纸质地形图经过扫描、矢量化、地形分析完成高程栅格创建，实现等高线加密、统计高程、坡向、坡度、并利用坡向、坡度自动区划图斑的方法。在森林资源调查实践中，我们可以在利用卫星遥感影像完成林相图区划的基础上，再通过高程栅格，细划林相图，将图斑区划得更加科学合理，并对图斑完成地形因子的自动填写。

（责任编辑：杨婷婷）

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（省森林增长办）

S711

A

2095-0152（2015）02-0076-04

2015-02-25

2015-04-04

汪自胜（1972-），男，林业工程师，主要从事资源管理工作。E-mail:1286883819@qq.com