GIS软件在乡土地理资源加工中的应用

王倩 郭敏 张新玉

[摘   要]文章以离堆山与古河道组合地貌的遥感影像为基础素材，探讨使用GIS软件提取等高线与制作分层设色地形图的步骤。课堂实践证明，精加工过的乡土地理资源比原始素材更容易被学生接受，降低了学生将书本理论知识与实际相联系的难度，使教师容易得到想要的课堂效果，实现在室内进行乡土地理考察，并最终达到提高乡土地理资源使用效率的目的。

[关键词]GIS软件;乡土地理;离堆山;古河道

[中图分类号]    G633.55            [文献标识码]    A          [文章编号]    1674-6058（2022）01-0073-03

乡土地理是中学地理教学内容的重要组成部分。乡土地理与学生日常生活联系较为密切，学生容易感知、理解。《普通高中地理课程标准（2017年版）》提到地理教学应改变学生学习方式，引导学生学习生活中的地理和对学生终身发展有用的地理[1]。德国地理学家阿尔夫雷德·赫特纳曾指出：地理课程应从乡土志开始[2]。以GIS软件为代表的地理信息技术在中学地理教师中的推广早已展开，例如，江苏省地理学会与江苏省教育学会地理教学研究会为了推广GIS软件在高中地理教学中的应用，曾在连云港举办首届省高中地理骨干教师地理信息技术培训活动[3]。此外，GIS课程也是广大师范院校地理专业学生的必修课程。目前乡土地理资源应用于地理教学的研究成果以研学旅行方面居多，而使用地理信息技术深加工处理乡土地理资源的相关研究成果目前相对较少，其中，潘世兵老师在野外实践课程中使用GIS软件制作了学校所在赣榆区的等高线地形图[4]，地处南京的彭云龙老师制作了学校附近紫金山的等高线地形图[5]。加工过后的乡土地理资源更加成熟，具有教学微案例的特点，学生更容易理解。为丰富该方面研究成果，本文以制作离堆山与古河道组合地貌的等高线地形图为例进行研究。

一、离堆山与古河道组合地貌的概念

古河道是指河流在迁徙改道之后遗留的废弃河道[6]。古河道整体分为容易识别的地面古河道及不易识别的埋藏古河道[7]。裁弯取直型牛轭湖古河道、改道型低洼槽状古河道都是人类肉眼可识别的地面古河道。离堆山是指孤立在深切曲流河谷中的小丘，是深切曲流发育过程中河道经过裁弯取直的产物。离堆山原为深切曲流凸岸的一部分，由于河流弯曲度不断加大，相邻的凹岸逐渐接近，形成狭窄的曲流颈，被水流切穿后，曲流颈的一端即形成被河道包围的孤立小丘。由此可见，离堆山与古河道本质上是古河流地貌的遗留，因两者的成因是相辅相成的，在空间上紧密相连，故称为离堆山与古河道组合地貌。

二、离堆山与古河道组合地貌和地理教学的关系

离堆山与古河道组合地貌和高中地理“河流地貌的发育”、初中地理“‘九曲回肠’的荆江河段裁弯取直”等内容匹配度高。新人教版高中地理必修第一册书本封面上的河曲发育有裁弯取直形成的牛轭湖，在第四章“地貌”第一节“常见地貌类型”中，用呼伦贝尔高原一处裁弯取直的河曲解释牛轭湖的形成。为促进学生知行合一、理论联系实际，使用学生身边的现实案例能有效地促进学生对河流发育、河流裁弯取直、河流凹凸岸、等高线判读等知识点的理解。

三、射洪市乡土地理资源概况

笔者在2020年路过射洪市的旅行中，发现当地最为突出的乡土地理资源便是县城附近的离堆山与古河道组合地貌。射洪市全境以丘陵山区为主，因此将该离堆山与古河道组合地貌衬托得很明显。其在古河道分类中，属于典型的地面古河道。先期由于嘉陵江裁弯取直形成牛轭湖，后期牛轭湖因泥沙沉积消亡，最终演变成了现在的古河道平原。原河曲环绕的山地因裁弯取直与西边的山体分开，变成了离堆山。

四、使用GIS软件加工乡土地理资源的流程

第一步，下载所需数据并添加到GIS软件中。免费获取遥感影像的渠道较多，例如可以安装并注册水经注万能地图下载器或者图新地球等软件。在此以使用水经注万能地图下载器下载遥感影像为例：点击软件首页的“下载”按钮，在弹出的下拉列表中选择框选范围（此时光标会由手形变为十字形），圈好所需要的区域，页面会自动显示“双击下载，右击删除”提示语，双击后会弹出“新建任务”提示框，然后更改存储地址选项，并根据自身需要选择合适的影像级别（级别越高，图像空间分辨率越大，地理事物展现得越清晰，但相应的数据量越大），设置好后点击“确认”按钮即可。射洪市DEM数字高程数据来自地理空间数据云网站（网址为“www.gscloud.cn”）。在地理空间数据云网站进行注册登录后，就可以免费下载DEM数字高程数据。依次点击首页“高级检索”按钮、“数据集”选项，在弹出的列表中点击“DEM数字高程数据”选项，在弹出的下拉列表中选择“GDEMV2 30M分辨率数字高程数据”，然后点“确认”;在“空间位置”选项中选择“行政区”作为逐级检索条件，选中射洪市;点击“检索”按钮，系统会自动展示出相关数据及数据所覆盖的范围，只需选择所需要的区域即可;最后将下载的两个文件添加到GIS软件当中。数据如图1所示，左边为射洪市遥感影像，右边为射洪市DEM数字高程数据，这可视为初级乡土地理素材。

第二步，裁剪所需的DEM数字高程数据。如图1所示，由于射洪市的离堆山与古河道组合地貌面积巨大，形状十分典型，且位于县城附近，因此在DEM数字高程图中十分明显，很容易确定其范围。单击目录界面，在第一步原数据所在的文件夹中新建一个矩形shapefile文件，确定后新建的文件會自动出现在图层列表中，此时在编辑器中点击“开始编辑”按钮，围绕需要的范围圈出一个长方形，并保存编辑，这个长方形即作为裁剪区域，即图1右边中部的黑框。打开ArcToolbox工具箱，依次点击“数据管理工具”“栅格”“栅格处理”“裁剪”，在弹出的裁剪对话框中按照提示填好内容，点击“确定”就将需要的部分裁剪出来了，其余大部分DEM数据将不再使用。这样做的好处是有利于后续等高线的提取，且数据量的缩小也有利于提升软件处理速度。

第三步，提取离堆山与古河道组合地貌的等高线。该步骤是最困难的环节，问题的关键在于要考虑等高线的等高距取值多少才能将离堆山与古河道的地形地貌最佳地凸显出来。为了一次性操作成功，避免反复提取却达不到理想效果从而造成数据冗余等问题，前期的反复试验是十分必要的。首先要了解该区域的地形起伏情况，在图层列表中双击裁剪出的DEM数据图层，根据弹出的图层属性对话框可知所需区域的高程处于284米至538米区间（如图2所示），高程差为254米。然后，在符号系统选项卡中选择“已分类”选项，类别表示把地形分为多少层，单击“分类”按钮，弹出分类对话框，在分类方法下拉列表中有“相等间隔”“定义的间隔”“手动”“自然间断点分级法”“标准差”“分位数”“几何间隔”等7种分类方法。由于学生经常接触的等高线地形图的高程差是相等的，因此采用“相等间隔”作为分类方法。分类方法确定之后，唯一需要反复试验的就是把地形分为多少层。层数越多，等高线越密集，地形起伏被刻画得越详细。如图2所示，在分别测试过8、9、10、11个层次之后，确定10个层次生成的等高线能更好地展示出离堆山与古河道的地形地貌，此时等高线的高差为254米除以10，也就是25.4米。打开ArcToolbox工具箱，依次点击“Spatial Analyst工具”“表面分析”“等值线”，在弹出的等值线对话框中按照提示填好内容，即可生成想要的等高线。此时生成的等高线会与分层设色地形图自动叠加在一起，效果如图2中间地图所示，10个层次也在海拔高程中展示了出来。

第四步，等高线的后续简化与出图。如图2所示，中间地图中的黑色矩形圈出了一些具有代表性的零散等高線，出于教学效果考虑，删除零散的等高线有利于减少学生在判读时受到的干扰，从而有利于学生对整体地形地貌的把握，同时在本质上也不会对真实地形起伏的表示造成多大影响。处理好等高线之后，便可以导出地图了。单击“文件”菜单中的“导出地图”按钮，进行地图的导出。在图层列表中，只要改变图层顺序或使得某些图层不可见，便能轻松获得等高线与分层设色地形图叠加、单独的黑白等高线、等高线与遥感影像叠加等效果。图3左边是学生常见的黑白等高线地形图，右边是与遥感影像叠加在一起的等高线地形图。后期可用WPS、Word等软件圈出古河道大致范围，并标上一些等高线的数值，这样便能得到最终的乡土地理素材。

五、课堂效果检测

为了检测实际课堂效果，笔者委托四川省剑门关高级中学一线地理科目教师于2021年3月8日在初中地理课堂上进行了试验，试验对象为两个初一班级。教师以“观察有趣的地理现象”进行导入，将图1、图2、图3依次展现。现总结如下：

教师方面：1.经GIS软件加工过的乡土地理资源在教学中比没加工过的更好用。实践表明，加工过的乡土地理资源有利于展示出教师所想要表达的重点，降低了教师讲授相关知识点的难度，提高了教学质量。2.有利于呈现难度递进的知识点。学生通过教师板画掌握河流的凹凸岸知识点后，再去理解河流裁弯取直现象就容易许多，从而将这两个知识点联系在一起。

学生方面：在课堂中，起初学生看不懂图1，无法识别卫星地图中绿色的植被与白色的建筑物，更无法分辨出地形起伏，出现厌学情绪，但当图2出现时，学生反应明显强烈，兴趣开始恢复，先根据闭合等高线识别出离堆山，后识别出河谷。当图3出现时，学生立刻就懂了，个别学生开始惊讶于河流强大的侵蚀作用对地形地貌的塑造，发现古河道平原有很多城市建筑设施。

结论：试验结果与预想的结果相符。这些知识点大都属于高中地理内容，初中阶段虽有涉及，但不是重点。初中生在接触经过加工的乡土地理资源时，学习难度明显降低，教师也能获得想要的课堂效果。

六、结束语

新课标倡导注重生活中的地理，同时还强调开展地理观测、地理考察、地理实验、地理调查和地理专题研究等实践活动。本文以离堆山与古河道组合地貌为例，讲述了如何使用GIS软件提取等高线，制作分层设色地形图，并强调了其中的重难点流程，从而实现对乡土地理资源的精加工。课堂实际检验证明，利用GIS软件加工乡土地理资源并将成果应用于教学能够取得良好效果，实现让学生在教室内便能进行乡土地理考察，最终达到提高乡土地理资源使用效率的目的。

[   参   考   文   献   ]

[1]  程子华.利用乡土资源开展主题探究式学习的教学 实践[J].中学地理教学参考，2020（14）：34-35，39.

[2]  岳耀杰，周琳.面向核心素养的乡土地理实践教学  原理[J].中学地理教学参考，2020（6）：9-11，24.

[3]  蔡珍树，王贵峰.例谈GIS在高中地理教与学中应     用的必要性[J].地理教学，2016（8）：12-14，52.

[4]  潘世兵，韩旸.例谈GIS软件在地理野外实践中的     应用：以赣榆区等高线制作为例[J].地理教学，        2018（2）：51-54.

[5]  彭云龙.基于课程标准的初中地理教学：以“地形图的判读”为例[J].地理教学，2020（14）：22-25.

[6]  贺秋华，余德清，王伦澈，等.近400多年下荆江河段古河道演变过程及特征[J].地球科学，2020（6）：   1928-1936.

[7]  周青硕，张绪教，叶培盛，等.河套地区全新世黄河古河道的分布及期次划分[J].地质力学学报，2017  （3）：339-347.