广东平远南台山丹霞地貌面积计算的研究

欧阳杰+马育宣

摘要：在国家科技基础性工作重点专项“全国丹霞地貌基础数据调查（2013FY111900）”的研究中，丹霞地貌地等高线空间范围的界定，是描述丹霞地貌类型空间分布、定量计算坡面与坡度的基础。本文以广东平远南台山为案例，以DEM数据为研究基础，重点介绍南台山丹霞地貌核心区等高线的提取、范围的界定以及面积计算的方法与步骤，可以为其他丹霞地貌地的研究提供参考。本文通过ARCGIS提供的计算几何（Calculate Geometry）以及ArcToolbox空间分析模块中的“Utilitis”功能两种办法，计算出南台山核心区丹霞地貌的面积均为6153704平方米，说明利用ARCGIS进行面积计算，具有快速、准确的优势。这在全国丹霞地貌基础数据调查研究的过程中，需要大量的数据进行计算和处理时，值得考虑使用和推广。

关键词：丹霞地貌；广东平远；南台山

1 引言

2013年8月17日，国家科技基础性工作专项“全国丹霞地貌基础数据调查（2013FY111900）”項目正式启动，这标志着中国丹霞地貌的区域调查工作，进入一个具有长期性、系统性、规范性和科学性研究的新阶段，在中国丹霞地貌研究史上具有重要意义。

笔者在参与由中山大学彭华教授主持的这项研究中[1]，主要负责对广东、广西和海南三省丹霞地貌基础数据的调查。在众多的基础数据类别调查和采集过程中，丹霞地貌地等高线空间范围的界定，是描述丹霞地貌类型空间分布以及、坡面与坡度等微地貌形态定量计算的基础。齐德利首先根据红层对丹霞地貌的贡献率，在全国尺度范围内计算出我国丹霞地貌的面积约为22万平方千米[2]。鉴于目前我国发现的1057处[3-4]丹霞地貌地的范围大部分都比较狭小，例如，广东平远县目前已经开发的丹霞地貌景区有五指石、南台山、酒瓮石和大河背等地的面积基本都不超过10平方千米。谢小康、曾志军[5-6]等还对平远县五指石、南台山的丹霞地貌旅游规划及旅游产品开发等做了详细的研究，也取得了巨大的经济效益和社会效益。但是，关于五指石丹霞地貌景区的面积目前有8平方千米和5.6平方千米两个研究数据，虽然这两者的差别不是很大，但是，也会造成学术界上的混乱。

基于上述问题，本文以广东平远县南台山为研究案例，利用DEM数据和ARCGIS空间分析模块，提取南台山等高线，在此基础上，界定南台山丹霞地貌核心区的范围并计算南台山丹霞地貌核心区的面积。

2数据准备及方法的验证

利用ARCGIS计算面积最重要的两个基础条件是研究地丹霞地貌的面状矢量数据以及范围的确定。至于利用ARCGIS计算面积的方法则很多。例如，可以通过字段计算器（field Caculator）和Shp转GDB的方法，都可以计算出有确定范围的矢量图层的面积。在使用后者方法时，要先创建GDB（PGDB或者FGDB），再创建Feature Dataset时，需要保持Feature Dataset和原Shp矢量图层的坐标系统一致，将shp数据转存到GDB后，ARCGIS就会自动计算出矢量图层的面积。此外，ARCGIS还提供了计算几何（Calculate Geometry）以及ArcToolbox工具箱中的“Utilitis”功能，都可以计算出面积。

为了验证方法的可行性，本案例首先以平远县的面积计算为案例，主要使用后面两种方法来进行面积计算和精度的比较，其步骤如下：

首先启动ARCGIS10.0，在“Table of Content”中定义数据框投影坐标系统为：Gauss Kruger-Beijing 1954 3 Degree 117E，打开“平远县范围”矢量图层和广东省DEM数据，执行ArcToolbox-Extraction-Extract by Mask命令，从广东省DEM数据中裁剪出平远县DEM数据，为后面提取南台山等高线数据做准备。

在“平远县范围”图层点右键，打开”open Attribute Table” –add field，设置对话框name为area， Type为Double类型，点击确定。在area栏目点右键，选择calculate geometry命令，设置好参数（面积单位设置为平方米[sq m]）（图1），系统会自动计算出平远县的面积为：1419301539平方米（图2）。

为了验证数据的可靠性，还可以执行ArcToolbox-Spatial Statistics Tools-Utilitis –Calculate Areas功能，在对话框内下拉菜单中点击所要计算面积的图层并保存文件路径，点击确定后，系统会自动计算出一个新的面积矢量图层保存在Layers内，在图层上点右键，打开属性表，可以看到系统自动计算出矢量图层的面积为1419301539.3平方米（图3），这与刚才（图2）的计算结果仅在十分位上有0.3平方米可以忽略不计的差别。

根据平远县人民政府门户网站（http：//www.pingyuan.gov.cn/）上数据显示，平远县范围在24° 23′-24° 56′N，115 °43-′116 °07′之间，面积为1381平方千米，这与本文两种计算方法的差别度仅有：（1419.301539-1381）/1381=2.7773464%，这也说明了该方法面积计算的可靠性和准确性。

3 南台山DEM数据分割、等高线提取与面积计算

3.1 南台山DEM数据分割、等高线提取

启动ARCGIS10.0，在“Table of Content”中定义数据框投影坐标系统为：Gauss Kruger-Beijing 1954 3 Degree 117E，添加已经裁剪好的平远县DEM数据，执行ArcToolbox-Extraction-Extract by Mask命令，从平远县DEM数据中裁剪出南台山DEM数据。执行ArcToolbox-Raster Surface-Contour命令，在南台山DEM数据上提取南台山20米间距的等高线以及海拔310米的山麓特征等高线，进行海拔高度的颜色分级，添加经纬网、图例、比例尺等，获取南台山及附近区域等高线地形图（图4）。

3.2 南台山丹霞地貌核心区范围界定与面积计算

选择山脚海拔310米等高线围成的闭合区域为南台山核心区范围，用上述预实验同样方法，计算南台山丹霞地貌核心区的面积。首先启动Catalog并右键新建“南台山范围”面状图层，设置好各项参数，点击确定。点击editor-start editing， 编辑“南台山范围”图层，使310米等高线形成一个封闭的面状图层并保存。在“南台山范围”图层上右键，打开”open Attribute Table” –add field，设置对话框name为area， Type为Double类型，点击确定。在area栏目点右键，选择calculate geometry命令，设置好参数（面积单位设置为平方米[sq m]）（图5），ARCGIS会自动计算出南台山丹霞地貌核心区面积为：6153704平方米（图6）。

在此基础上，还可以根据旅游规划与开发的实际需要，划定缓冲区范围后，同样可以用ARCGIS的空间分析模块，统计并计算出缓冲区的面积，由于方法和步骤与上述过程完全一样，这里就不再一一赘述。

3.3 南台山丹霞地貌核心区面积计算的验证

执行ArcToolbox-Spatial Statistics Tools-Utilitis –Calculate Areas功能，在对话框内设置所要计算面积的图层并保存文件路径，后点击确定，系统会自动计算出一个新的面积矢量图层保存在Layers内，在图层上点右键，打开属性表，可以看到系统自动计算出矢量图层的面积为6153704平方米（图7），这与方法3.2计算的数据完全一致（图6）。

4 结论与讨论

4.1 在国家科技基础性工作专项“全国丹霞地貌基础数据调查（2013FY111900）”的研究中，丹霞地貌地等高线空间范围的界定，是描述丹霞地貌类型空间分布以及坡面与坡度定量计算的基础[7-8]。本文以广东平远南台山为案例，重点介绍了南台山丹霞地貌核心区等高线的提取、范围的界定以及面积的计算，其研究流程，可以为其他丹霞地貌地的研究提供参考。

4.2 丹霞地貌地面积计算的基础是DEM数据，比较有争议的地方就是范围界定的问题。目前，这在丹霞地貌研究领域中，还没有一个统一标准。本文以南台山山麓最外缘的310米等高线围成的闭合区域，作为丹霞地貌核心区面积计算的标准，这种界定方法，不可能作为其他所有丹霞地貌地核心区面积计算标准使用，只是提供了研究方法上的参考案例。

4.3 通过ARCGIS提供的计算几何（Calculate Geometry）以及ArcToolbox空间分析模块中的“Utilitis”功能两种办法，计算出界定的南台山核心区丹霞地貌的面积都是6153704平方米，这说明利用计算机ARCGIS软件进行面积计算，可以减少人为因素的误差，具有快速、准确的优势。尤其是在全国丹霞地貌基础数据调查中，需要大量的数据进行处理时，值得考虑使用和推广。

致谢

广东省梅州市文化旅游特色区管委会谢小康主任提供平远丹霞地貌旅游开发与研究的基础资料，特此鸣谢！

参考文献

[1]彭华， 邱卓炜，潘志新.丹霞山顺层洞穴风化特征的试验研究 [J]. 地理科学，2014，34（4），3454-463[Peng Hua， Qiu Zhuowei， Pan Zhixin. Experimental study on the weathering features of bedding caves at Mt. Danxiashan[J].Scientia Geographica sinica，2014，34（4），3454-463]

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[4]黄进， 陈致均， 齐德利. 中国丹霞地貌分布（ 下） [J]. 山地学报，2015， （ 6） ： 640 - 648[Huang Jin，Chen Zhijun，Qi Deli. Study on Distribution of Danxia Landform in China （ Last ） [J]. Mountain Research，2015， （ 6） ： 640 - 648]

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