ArcGIS 地理配准和空间分析工具在改变林地用途案件分析中的应用

郭树林

（舒城县林业有害生物防治检疫局，安徽六安 231300）

作为林业工程技术人员在林业调查中，经常需要对违法改变林地用途案件中涉及的林地位置、地类和面积进行调查分析。由于现场原林地地类改变较大，很难直接通过现场调查来确认出原林地地类的边界和面积，必须通过查阅该区域的相关历史资料进行综合分析。在分析过程中常用到的参考历史资料有：项目区不同时期的卫星遥感影像、航片，县级土地利用总体规划图，“森林资源管理一张图”以及森林资源分布图等。由于这些数据源的数据类型、坐标系统复杂多样，调查人员需要通过ArcGIS软件平台，统一数据坐标系，经过空间叠加分析，最后得到改变林地用途各图斑的界线、地类和面积。本文以本人在舒城县城北采砂场违法采砂造成林地破坏案件调查中，利用ArcGIS 10.2 系统平台进行分析为例，详细介绍这一操作过程。

1 参考数据

由于此案件发生期在2012 年9 月至2017 年11 月，根据调查需要，需要搜集以下数据：舒城县森林资源管理一张图“SC_YZT_2009”（2009 年矢量数据，XIAN80 坐标系，SHP 文件。见图 1）；舒城县土地利用总体规划图“SC_DLTB_2006”（2006 年矢量数据，XIAN80，SHP 文件。见图 2）；采砂区界线测绘图“CSC_HX”（2018 年 2 月矢量数据，XIAN80 坐标系，CAD 文件。见图3）；通过谷歌地球下载到的项目区域 2017 年 10 月 27 日卫星图像“CNSCWP”（栅格数据，WGS84 坐标系，分辨率 0.51 m，TIF 文件。见图 4）；项目区域 2012 年 4 月航拍图“CG_HP”（栅格数据，大地2000 坐标系，分辨率0.5 m，TIF 文件。见图 5）；舒城县 1∶10000 地形图“SC_DXT”（2007 年版，栅格数据，XIAN80 坐标系，TIF 文件）。

图1 森林资源管理一张图

图2 土地利用总体规划图

图3 采砂区界线测绘图

图4 项目区航拍图

图5 项目区卫星图像

2 坐标转换

2.1 坐标系转换

因为数据源的坐标系不同，同一地理位置上的公共点，在数据文件中记录的坐标值不同，如果不转换成统一的参考坐标系，将无法实现正确的空间位置叠加。由于搜集的数据以XIAN80 坐标系为主，为方便处理，将数据坐标统一成XIAN80 坐标系。不同坐标系间的转换有很多方法，如参数转换法、地理配准法等。下面重点介绍在没有参数情况下，将WGS84 坐标系和大地2000 坐标系栅格图像通过地理配准法转换成XIAN80 坐标系的方法。

2.1.1 修改数据源的坐标系

点击ArcMap 主菜单上的“窗口- 目录”菜单，在弹出的“目录”窗口列表中，找到存放卫星图像数据的位置：在文件名称中右击，弹出“属性”菜单，在“常规”选项卡上找到“空间参考”列表项，确定卫星图像的数据源是WGS84 坐标系。见图6。点击“编辑”按钮，在弹出的“空间参考属性”对话框中，依次选择“地理坐标系-Asia-Xian 1980”地理坐标系，完成修改。见图7。

图6 查看空间参考

图7 修改地理坐标系

2.1.2 地理配准

启动ArcMap，打开一个新的空白文档，首先加载修改好的卫星图像，使当前数据框的坐标系自动与修改后的卫星图像一致；其次加载参考图层1∶10 000 地形图。由于两个图层的同一位置的坐标值不一样，实际同一位置的公共点，在图上并不重合。见图8。

在ArcMap 程序主菜单的空白处，右击，在弹出菜单中选择“地理配准”，打开“地理配准”工具条，确保当前配准图层是卫片图层。见图9。

图8 位置不重合

点击工具条上的“添加控制点”工具，在卫片和地形图上找一公共点，如河流、道路等地物的交叉点，先在卫片上单击，接着在地形图上单击，完成一个控制点的建立。见图10。

重复上述步骤，完成其他控制点的添加。添加的控制点，可以通过工具条上的“查看链接表”工具来查看，对位置不理想的点，可以删除后重新采集。见图11。

注意：进行地理配准时，最少需要在不同方向均匀分布有4 个控制点。完成后，点击“地理配准”菜单下的“自动校正”，进行位置校正后，再点击菜单下的“更新配准”，整个地理配准工作完成。此时可以看到卫片已成功与地形图叠加到了一起。

图10 添加控制点

图11 控制点链接表

重复第一步，完成大地2000 坐标系航拍图的地理配准。（注：如果数据源的坐标系是投影坐标系，在修改时，要选择“投影坐标系-Gauss Kruger-Xian 1980”文件夹下面，与数据源同一中央经线和分带的投影坐标系）。

上述地理配准操作，只是在源数据坐标系和目标坐标系间，利用公共控制点，按一定校正规则建立起映射关系，实现空间位置上的正确叠加，并没有改变数据源内部的坐标系统。

2.2 为CAD 文件指定坐标系

对“采砂区界线测绘图”以CAD 格式存放的数据，要根据数据源的坐标系，在ArcGIS 中为其定义正确的投影坐标系。方法是在“目录”列表中，右击CAD文件，在弹出的“CAD 要素数据集属性”对话框中的“常规”选项卡中的“编辑”功能，为其指定正确的投影坐标系。有时我们无法确知CAD 文件所采用的投影坐标系，这时可以点击其中的“坐标”选项卡，通过查看文件内部坐标值的范围，大体判定其采用的投影坐标系，如横坐标前有没有加带号，是3 度带还是6 度带等，从而为其指定正确的投影坐标系。在指定投影以后，将其导出为SHP 数据格式文件“CSC_HX”。

3 数据解译

通过以上定义和转换投影操作，将多个不同坐标系的参考图层，统一到一个坐标系统上，实现了正确的空间位置叠加。接下来一步重要工作，是根据航拍图，利用编辑工具来解译现场周围案发前的各类土地利用图斑的界线，得到数据解译后的原始土地类利用图斑矢量数据“YS_DLTB”。见图12。

4 空间分析

4.1 生成初步分析结果

图12 数据解译

利用ArcGIS“工具箱- 分析工具”中的“标识”工具，首先对采砂场的范围内破坏前的原地类属性进行标识。输入要素“CSC_HX”, 标识要素“YS_DLTB”，输出要素类“CSCHX_YSDLTB.SHP”（见图13），得到采砂场破坏范围原地类分布（见图14）。

图13 标识原地类

图14 原地类分布图

依次将“CSCHX_YSDLTB”作为输入要素，将“SC_YZT_2009”作为标识要素，输出要素类为“CSCHX_YSDLTB_YZT.SHP”，重复标识操作，得到破坏范围前后期地类与“森林资源管理一张图”对比的结果图；将“ CSCHX_YSDLTB_YZT”作为输入图层，“SC_DLTB_2006”作为标识要素，输出要素类为“CSCHX_YSDLTB_YZT_DLTB.SHP”，最终得到根据破坏范围、原始地类、森林资源管理一张图和土地利用总体规划图叠加分析得出的初步结果。

4.2 修订完善

初步分析结果，往往存在较多的因制作精度、区划标准不同造成的细碎图斑，需要结合核实情况，将这些细碎合并到合适的相邻大图斑中，统计各类地类图斑的面积，得到满意的分析结果（见图15 和图 16）。

图15 破坏区地类图斑分布图

图16 破坏区地类图斑登记表

4.3 得出结论

通过以上分析可以得出：城北采砂场因采砂造成林地破坏中，属于规划林地，原始地类也是林地的共9 个图斑，合计面积33 735 m2，森林类别为商品林，4 级保护林地，全部为有林地。

5 结语

利用ArcGIS 配准工具将获得的具有空间位置属性的数据统一并集中，再利用系统中具有的标识、相交、连接、联合、缓冲区等空间分析功能，对多个空间位置数据源进行叠加分析，得出数据源间在空间位置上相关性。这种操作方法在森林资源调查监测、工程规划设计、效益评估等各项林业工作上发挥着越来越重要作用，作为林业工作者，在林业实际工作中要能够熟悉掌握和灵活应用ArcGIS 地理配准和空间分析工具。