基于ArcGIS的县级古树名木地理分布图制作

张智慧

(陕西省佳县绿化委员会办公室，陕西 佳县 719299)

2016-12-18

张智慧(1979-),男,林业工程师,主要从事林业建设工程管理、林业调查规划设计及制图，古树名木保护。E-mail:1356649271@qq.com。

基于ArcGIS的县级古树名木地理分布图制作

张智慧

(陕西省佳县绿化委员会办公室，陕西 佳县 719299)

以佳县古树名木调查信息和地理分布为依据，利用古树名木普查技术、GPS信息采集技术和ArcGIS制图方法，在ArcGIS10.0平台下建立地理数据库并绘制出县级古树名木地理分布图，突破了传统纸质档案管理模式，为古树名木监测、查询、管理和保护提供基础数据，也为其他县区提供参考。

ArcGIS；古树名木；数据库；制图

古树名木作为自然界和前人留下的珍贵遗产，不仅具有独特的自然价值，更具有丰富的人文价值，蕴含着悠久的历史文化内涵[1]。保护、管理和开发利用古树名木资源是建设生态文明的有机组成部分。然而随着时间的推移古树名木正在加速消亡，除了生物学自然因素外，遭到严重的人为破坏，滥砍乱伐、非法移栽倒卖现象频发，因此迫切需要加强保护管理工作。目前全国多个试点省份正在进行或已经完成了古树名木资源普查和建档工作，研究制定了保护管理方案。应用现代互联网和地理信息技术构建监测、查询、管理和保护体系是当前县级古树名木保护中亟待解决的问题。据了解，各地林业主管部门在古树名木档案管理中仍以纸质图表和照片为主，缺乏空间地理信息，不能全面、直观、准确的反映古树遗存现状。本文重点阐述了基于ArcGIS10.0制作县级古树名木地理分布图的步骤和方法，目的是为县级古树名木信息监测、查询、管理和保护提供基础数据，也为其他县区提供参考。

1 外业调查和GIS数据采集

1.1 前期准备工作

开展外业调查工作需要购置的仪器设备主要有GPS手持机(集思宝G330)、激光测距仪(徕卡D810)、数码相机、测树围尺等，准备的纸质材料包括已有古树名木调查资料、《古树名木每木调查表》、《古树名木树种鉴定表》和《古树群调查表》。测量前应设置好GPS手持机所使用的坐标系统。国内主流坐标系统有WGS84、北京54、西安80和国家2 000四种，古树名木资源普查使用西安80坐标系。而设置不同的坐标基准需要获取准确的参数，这给实际生产应用带来了一系列困难，所以本例使用通用WGS84世界坐标系，以方便数据共享和投影转换。

1.2 单株古树名木GIS数据采集

在树木的生长位置近距离采集三维GIS数据。打开GPS手持机，切换到卫星视图，把采集器固定到古树旁等待5～10 min，当捕捉卫星数量达到4颗以上，精度≤3 m，且坐标显示稳定后，再将界面切换到点采集视图，单击“记录”-“保存”，点数据采集完成。重复点采集操作完成其他单株古树GIS数据采集。单株古树名木调查的主要属性因子有调查号、编号、树种、树龄、树高、胸径或地径、平均冠幅、古树等级、经度、纬度、高程、生长位置、管护人等13项，经过认定树种、估算树龄、激光测距仪测量树高和冠幅、测树围尺量胸径、拍照等调查环节，将获取的属性信息记录在《古树名木每木调查表》中。

1.3 古树群GIS数据采集

GPS手持机设置为步行模式，界面切换到线采集视图，单击“记录”按钮开始测量；沿林分边缘匀速绕行一周， 回到起始位置时单击“保存”按钮，结束古树群线采集。用相同的方法采集其他古树群的边界线。古树群调查因子有调查号、编号、主要树种、面积、株数、平均树龄、林分平均高度、林分平均胸径或地径、生长地点、管护人等10个项目。经过认定主要树种、统计株数、估算平均树龄、激光测距仪测量林分平均高度和平均胸径、拍照等工序，将调查结果详细登记在《古树群调查表》中[2]。

2 采集GIS数据的导出

野外采集回来的GIS数据文件，机器自动按日期命名，以“.gmt”文件格式保存，要用采集器自带的GIS Office软件导出为SHP文件格式，才能被ArcMap识别和加载。

2.1 导出GMT文件

GPS手持机通过数据线连接至电脑，打开GPS手持机，屏幕显示为数据传输状态。启动GIS Office，菜单栏单击“文件”-“从手持机接收...”打开Transfer Tool界面，菜单栏单击 “文件”-“连接”，接收到采集器传送的文件列表。在Transfer Tool界面的右侧窗口中设置好存放GMT文件的路经；左侧窗口文件列表中右击GMT文件，选择“复制”，GMT文件就被直接拷贝到右侧窗口(预设的文件夹下)，用复制粘贴的方法把所有GMT文件导出至PC端，如图1所示。菜单栏单击“文件”-“断开”，切断PC端与采集器的连接，关闭Transfer Tool界面。

图1 GIS Office TransferTool界面

2.2 导出SHP文件

在GIS Office菜单栏单击“文件”-“打开”，在预设的存放路径中查找GMT文件，单击“打开”按钮加载GMT文件。工具栏点击“导出”，在“请选择导出类型”下拉菜单中选择“形状文件(*.SHP)”选项，单击“OK”；设置保存路径、重命名后单击“保存”按钮。重复操作导出其余的SHP文件。

3 创建古树名木个人地理数据库

启动ArcMap10.0，在标准工具条中选择点击“目录窗口”按钮，打开ArcCatalog10.0目录窗口，单击“文件夹连接”，设置文件夹连接如“E:佳县2017年作业设计佳县古树名木地理信息系统”。在目录树中右击“佳县古树名木地理信息系统”文件夹，右键菜单选择点击“新建”-“个人地理数据库”，命名为“佳县古树名木个人地理数据库”。继续在数据库中新建“佳县古树名木”(点)和“佳县古树群”(面)要素类。右击“佳县古树名木个人地理数据库”，在右键菜单中选择点击“新建”-“要素类”，弹出新建要素类窗口，输入名称“佳县古树名木”，类型下拉列表中选择“点要素”，几何属性复选“坐标包括Z值”，单击“下一步”；选择预定义地理坐标系“Geographic Coordinate SystemsWorldWGS1984”，单击“下一步”-“下一步”；设置X、Y容差为默认值，单击“下一步”；设置Z容差为默认值，单击“下一步”；依次添加调查号、编号、树种、树龄、树高、胸径或地径、平均冠幅、古树等级、L、D、H、生长位置、管护人、简单编号等字段，输入字段名称并正确选择数据类型，注意数值字段要设为双精度类型，单击“完成”，建立单株古树名木的点要素类。用类似的操作方法再建立“佳县古树群”要素类。完成建库后，新建的要素类自动加载为ArcMap图层。标准工具条中单击“保存”按钮，设定保存路径，输入地图文档名称为“佳县古树名木地理分布图”，单击“确定”[3]。(见图2)

图2 新建古树名木个人地理数据库

4 采集GIS数据编辑和导入

由GIS Office导出的SHP文件，经过编辑处理后生成古树名木目标图层的要素，完成采集GIS数据的入库工作。采集SHP文件虽然同属于WGS1984地理坐标系，但不能被ArcGIS完全识别，因此首先要重新定义坐标系。启动ArcCatalog10.0，在文件夹连接中查找并右击采集SHP文件，右键菜单选择点击“属性...”，打开“shapefile属性”窗口，“XY坐标系”选项卡中单击“选择...”，选择“Geographic Coordinate SystemsWorldWGS1984”坐标系，单击“添加”-“确定”。

4.1 单株古树名木采集数据处理

打开“佳县古树名木地理分布图”地图文档，加载古树名木采集SHP文件。为点采集SHP数据图层添加一个调查号字段，以便与“佳县古树名木”图层的调查号字段相匹配。右击点采集SHP数据图层，在右键菜单中选择点击“打开属性表”-“表选项”-“添加字段...”，弹出添加字段对话框，输入名称“调查号”，类型选“文本”，精度“10”，单击“确定”。然后激活编辑器，工作空间选择shapefile文件夹，输入相应的调查号，保存并停止编辑。重新开始编辑，工作空间选地理数据库，在点采集SHP数据图层属性表中选中所有点要素，标准工具条单击“复制”-“粘贴”，弹出粘贴对话框，选择目标图层为“佳县古树名木”，单击“确定”，点要素及其调查号属性一同被复制过去。其他点采集SHP文件的处理方法与此相同。

4.2 古树群采集数据处理

在地图文档中加载古树群采集线SHP文件，在编辑状态下检查每一条线的路线轨迹是否与古树群的实际情况相符，利用拓扑检查或使用编辑折点工具修改线要素，调整偏离线路的折点，删除多余的线段，使曲线完全闭合，保存并停止编辑。在地理数据库工作空间开始编辑，鼠标框选或者在属性表中全部选择采集线，拓扑工具条中单击“构造面”，打开构造面对话框，目标图层选择“佳县古树群”图层，拓扑容差保留默认值，单击“确定”，生成古树群图层的面要素。打开古树群图层属性表，直接输入对应的调查号。用相同的方法完成其他采集线SHP文件的编辑和导入。

5 录入属性数据

5.1 录入单株古树名木图层的属性值

编辑状态下，右键菜单选择打开“佳县古树名木”图层的属性表，按调查号顺序，将《古树名木每木调查表》中的编号、树种、树龄、树高、胸径或地径、平均冠幅、古树等级、生长位置、管护人等信息输入对应的点要素的属性栏。右键单击经度字段名称“L”，右键菜单选择点击“计算几何...”命令，打开计算几何对话框，属性栏选择“点的X坐标”，坐标系单选“使用数据源的坐标系”，单位选“十进制度”，单击“确定”，计算出古树所处位置点的经度。用类似的操作方法计算出纬度“D”和高程“H”的字段值，D、H分别对应点的Y坐标和点的Z坐标(见图3)。佳县境内未发现名木，所以只有古树的属性信息。

图3 录入古树名木图层属性

5.2 录入古树群图层的属性值

为了实现面积求算，在录入属性前，把数据框坐标系设置为WGS 1984 UTM Zone 49N投影坐标系。在编辑状态下，右键菜单选择打开“佳县古树群”图层的属性表，根据《古树群调查表》记录的信息，按调查号顺序输入编号、树种、株数、平均树龄、林分平均高度、林分平均胸径、生长位置、管护人等字段值。右键点击“面积_ha”字段名，右键菜单选择“计算几何...”弹出对话框，在其属性下拉列表中选择“面积”，坐标系单选“使用数据框坐标系”，单位下拉列表选“公顷[ha]”，单击“确定”，计算出古树群的面积。

5.3 连接Excel表批量录入属性值

如果能获得记录属性信息的Excel工作表，或者需要追加属性信息时，可以利用ArcGIS的连接和关联表功能，批量导入属性值，提高属性数据的录入速度，但前提是保证Excel表的列标题和图层属性表的字段名一致，且基于的某一字段的值和顺序完全匹配。具体操作方法是在地图文档中先加载Excel表，再打开图层属性表，在属性表窗格的菜单栏选择点击“表选项”-“连接和关联”-“连接...”，弹出连接数据对话框。在“要将那些内容连接到该图层？”下拉列表选“某一表的属性”；在“选择该图层中连接将基于的字段”下拉列表中选“OBJECTID”；在“选择要连接到此图层中的表，或者从磁盘中加载表”下拉列表中选择已加载的目标Excel表；在“选择此表中要作为连接基础的字段”下拉列表中选“OBJECTID”；在连接选项栏单选“保留所有记录”，单击“确定”建立连接。右击图层属性表中的字段名，右键菜单选择点击“字段计算器”，输入表达式单击“确定”，计算出与Excel表对应的图层属性值，完成Excel表属性的批量导入。最后在属性表菜单栏单击“表选项”-“连接和关联”-“移除连接”-“移除所有连接”[4]。

6 图层符号化

6.1 单株古树名木图层符号化与标注

图层符号化是一个将GIS数据可视化的过程，可以使地理信息更加直观易读。根据《陕西省古树名木保护条例》的规定，按树龄大小把古树分为四个保护级别，即特级(树龄≥1 000年)、一级(500年≤树龄<1 000年)、二级(300年≤树龄<500年)、三级(100年≤树龄<300年)[5]，不同等级古树的位置点用不同颜色的圆点来表示。在内容列表窗口单击古树名木图层下方的标记符号，打开符号选择器，三级古树符号样式选择ESRI标准样式中的“Circle2”，颜色选“Olivenite Green”，大小8磅，另存为自定义样式“3”；二级古树颜色选“Raw Umber”，另存为自定义样式“2”；一级古树颜色选“Cherry Cola”，另存为自定义样式“1”；特级古树颜色选“Dark Umber”，另存为自定义样式“0”。双击古树名木图层打开图层属性窗口，点击“符号系统”选项卡，显示栏选择“类别”-“与样式中的符号匹配”；值字段下拉列表选“古树等级”；“与样式中的符号匹配”下拉列表选“Administrator.stylle”用户自定义样式，单击“匹配符号”-“应用”按钮，查看图层显示效果。单击“标注”选项卡，勾选“标注此图层中的要素”，标注字段选“简单编号”，文本符号设为宋体8号，颜色选“Purple Heart”，加下划线，单击“确定”。

6.2 古树群图层符号化与标注

双击古树群图层打开图层属性窗口，选择“符号系统”选项卡，显示栏选“要素”-“单一符号”，单击填充符号按钮打开符号选择器，设置填充颜色为“Spruce Green”，轮廓宽度1磅，轮廓颜色“Spruce Green”，点“确定”。单击“标注”选项卡，勾选“标注此图层中的要素”，标注字段选“简单编号”，文本符号设为宋体8号，颜色“Dark Navy”，加下划线，点击“确定”，见图4效果。

图4 图层要素的符号化和标注

7 页面布局和输出地图

古树名木地理分布图页面设置为A4纸，外图框边距1 cm，内图框边距1.4 cm，主要布局元素包括图框、经纬网、图名、指北针、图例和比例尺，如图5所示。在ArcMap布局视图菜单栏单击“文件”-“打印...”，设置输出图像质量和打印份数，单击“打印”，输出精确的纸质地图；菜单栏单击“文件”-“导出地图”，弹出导出地图对话框，“保存在”栏选择保存路径，保存类型栏选择图片格式，输入文件名，常规选项中的分辨率设置在200 dpi以上，单击“保存”导出图片。

图5 页面布局设置

8 小结

以佳县古树名木调查信息和地理分布为依据，利用古树名木普查技术、GPS信息采集技术和ArcGIS制图方法，基于ArcGIS10.0制作县级古树名木地理分布图，在古树名木档案管理工作中突破了传统的纸质档案管理形式，科学、精确、完整的记录了古树名木信息，为古树名木监测、查询、管理和保护提供基础数据。绘制县级古树名木地理分布图的重要作用体现在以下几个方面：(1)建立县级古树名木资源数据库，提高古树信息管理质量；(2)为构建古树名木信息管理系统提供数据源，实现网络化管理和实时动态监测；(3)支持开发移动GIS技术，实现导航定位功能，提高古树名木实地调查和抽检工作效率；(4)应用地图数据，开展古树名木学术研究，开发生态旅游资源，制定科学的保护管理方案。

[1] 王宝华.中国古树名木文化价值研究[D].南京农业大学,2009.

[2] 国家林业局.LY/T2738-2016古树名木普查技术规范[S].2016-10-19

[3] 连玉红,马林峰,刘延芳.基于ArcGIS的森林抚育设计制图[J].陕西林业科技,2016,(5):65-69.

[4] ESRI.ArcGIS帮助库[DB/OL].http://help.arcgis.com.

[5] 陕西省人大常委会.陕西省古树名木保护条例[L].2010-07-29.

MakingGeographicalDistributionMapofAncientandFamousTreesatCountyLevelBasedonArcGIS

ZHANG Zhi-hui

(JiaxianGreeningCommitteeOffice,Jiaxian,Shaanxi719299)

Based on the information of ancient and famous trees investigated in Jiaxian and their geographical distribution, GPS technology and ArcGIS mapping method were applied to establish a geographic database under the ArcGIS10.0 platform and draw the distribution map of ancient and famous trees, which break through the traditional paper file management mode and provide the basic data for monitoring, management and protection.

ArcGIS; ancient and famous trees; database; map-making

S759.95

A

1001-2117(2017)03-0040-06