廣東平遠南臺山丹霞地貌面積計算的研究

歐陽杰+馬育宣

摘要：在國家科技基礎性工作重點專項“全國丹霞地貌基礎數據調查（2013FY111900）”的研究中，丹霞地貌地等高線空間范圍的界定，是描述丹霞地貌類型空間分布、定量計算坡面與坡度的基礎。本文以廣東平遠南臺山為案例，以DEM數據為研究基礎，重點介紹南臺山丹霞地貌核心區等高線的提取、范圍的界定以及面積計算的方法與步驟，可以為其他丹霞地貌地的研究提供參考。本文通過ARCGIS提供的計算幾何（Calculate Geometry）以及ArcToolbox空間分析模塊中的“Utilitis”功能兩種辦法，計算出南臺山核心區丹霞地貌的面積均為6153704平方米，說明利用ARCGIS進行面積計算，具有快速、準確的優勢。這在全國丹霞地貌基礎數據調查研究的過程中，需要大量的數據進行計算和處理時，值得考慮使用和推廣。

關鍵詞：丹霞地貌；廣東平遠；南臺山

1 引言

2013年8月17日，國家科技基礎性工作專項“全國丹霞地貌基礎數據調查（2013FY111900）”項目正式啟動，這標志著中國丹霞地貌的區域調查工作，進入一個具有長期性、系統性、規范性和科學性研究的新階段，在中國丹霞地貌研究史上具有重要意義。

筆者在參與由中山大學彭華教授主持的這項研究中[1]，主要負責對廣東、廣西和海南三省丹霞地貌基礎數據的調查。在眾多的基礎數據類別調查和采集過程中，丹霞地貌地等高線空間范圍的界定，是描述丹霞地貌類型空間分布以及、坡面與坡度等微地貌形態定量計算的基礎。齊德利首先根據紅層對丹霞地貌的貢獻率，在全國尺度范圍內計算出我國丹霞地貌的面積約為22萬平方千米[2]。鑒于目前我國發現的1057處[3-4]丹霞地貌地的范圍大部分都比較狹小，例如，廣東平遠縣目前已經開發的丹霞地貌景區有五指石、南臺山、酒甕石和大河背等地的面積基本都不超過10平方千米。謝小康、曾志軍[5-6]等還對平遠縣五指石、南臺山的丹霞地貌旅游規劃及旅游產品開發等做了詳細的研究，也取得了巨大的經濟效益和社會效益。但是，關于五指石丹霞地貌景區的面積目前有8平方千米和5.6平方千米兩個研究數據，雖然這兩者的差別不是很大，但是，也會造成學術界上的混亂。

基于上述問題，本文以廣東平遠縣南臺山為研究案例，利用DEM數據和ARCGIS空間分析模塊，提取南臺山等高線，在此基礎上，界定南臺山丹霞地貌核心區的范圍并計算南臺山丹霞地貌核心區的面積。

2數據準備及方法的驗證

利用ARCGIS計算面積最重要的兩個基礎條件是研究地丹霞地貌的面狀矢量數據以及范圍的確定。至于利用ARCGIS計算面積的方法則很多。例如，可以通過字段計算器（field Caculator）和Shp轉GDB的方法，都可以計算出有確定范圍的矢量圖層的面積。在使用后者方法時，要先創建GDB（PGDB或者FGDB），再創建Feature Dataset時，需要保持Feature Dataset和原Shp矢量圖層的坐標系統一致，將shp數據轉存到GDB后，ARCGIS就會自動計算出矢量圖層的面積。此外，ARCGIS還提供了計算幾何（Calculate Geometry）以及ArcToolbox工具箱中的“Utilitis”功能，都可以計算出面積。

為了驗證方法的可行性，本案例首先以平遠縣的面積計算為案例，主要使用后面兩種方法來進行面積計算和精度的比較，其步驟如下：

首先啟動ARCGIS10.0，在“Table of Content”中定義數據框投影坐標系統為：Gauss Kruger-Beijing 1954 3 Degree 117E，打開“平遠縣范圍”矢量圖層和廣東省DEM數據，執行ArcToolbox-Extraction-Extract by Mask命令，從廣東省DEM數據中裁剪出平遠縣DEM數據，為后面提取南臺山等高線數據做準備。

在“平遠縣范圍”圖層點右鍵，打開”open Attribute Table” –add field，設置對話框name為area， Type為Double類型，點擊確定。在area欄目點右鍵，選擇calculate geometry命令，設置好參數（面積單位設置為平方米[sq m]）（圖1），系統會自動計算出平遠縣的面積為：1419301539平方米（圖2）。

為了驗證數據的可靠性，還可以執行ArcToolbox-Spatial Statistics Tools-Utilitis –Calculate Areas功能，在對話框內下拉菜單中點擊所要計算面積的圖層并保存文件路徑，點擊確定后，系統會自動計算出一個新的面積矢量圖層保存在Layers內，在圖層上點右鍵，打開屬性表，可以看到系統自動計算出矢量圖層的面積為1419301539.3平方米（圖3），這與剛才（圖2）的計算結果僅在十分位上有0.3平方米可以忽略不計的差別。

根據平遠縣人民政府門戶網站（http：//www.pingyuan.gov.cn/）上數據顯示，平遠縣范圍在24° 23′-24° 56′N，115 °43-′116 °07′之間，面積為1381平方千米，這與本文兩種計算方法的差別度僅有：（1419.301539-1381）/1381=2.7773464%，這也說明了該方法面積計算的可靠性和準確性。

3 南臺山DEM數據分割、等高線提取與面積計算

3.1 南臺山DEM數據分割、等高線提取

啟動ARCGIS10.0，在“Table of Content”中定義數據框投影坐標系統為：Gauss Kruger-Beijing 1954 3 Degree 117E，添加已經裁剪好的平遠縣DEM數據，執行ArcToolbox-Extraction-Extract by Mask命令，從平遠縣DEM數據中裁剪出南臺山DEM數據。執行ArcToolbox-Raster Surface-Contour命令，在南臺山DEM數據上提取南臺山20米間距的等高線以及海拔310米的山麓特征等高線，進行海拔高度的顏色分級，添加經緯網、圖例、比例尺等，獲取南臺山及附近區域等高線地形圖（圖4）。

3.2 南臺山丹霞地貌核心區范圍界定與面積計算

選擇山腳海拔310米等高線圍成的閉合區域為南臺山核心區范圍，用上述預實驗同樣方法，計算南臺山丹霞地貌核心區的面積。首先啟動Catalog并右鍵新建“南臺山范圍”面狀圖層，設置好各項參數，點擊確定。點擊editor-start editing， 編輯“南臺山范圍”圖層，使310米等高線形成一個封閉的面狀圖層并保存。在“南臺山范圍”圖層上右鍵，打開”open Attribute Table” –add field，設置對話框name為area， Type為Double類型，點擊確定。在area欄目點右鍵，選擇calculate geometry命令，設置好參數（面積單位設置為平方米[sq m]）（圖5），ARCGIS會自動計算出南臺山丹霞地貌核心區面積為：6153704平方米（圖6）。

在此基礎上，還可以根據旅游規劃與開發的實際需要，劃定緩沖區范圍后，同樣可以用ARCGIS的空間分析模塊，統計并計算出緩沖區的面積，由于方法和步驟與上述過程完全一樣，這里就不再一一贅述。

3.3 南臺山丹霞地貌核心區面積計算的驗證

執行ArcToolbox-Spatial Statistics Tools-Utilitis –Calculate Areas功能，在對話框內設置所要計算面積的圖層并保存文件路徑，后點擊確定，系統會自動計算出一個新的面積矢量圖層保存在Layers內，在圖層上點右鍵，打開屬性表，可以看到系統自動計算出矢量圖層的面積為6153704平方米（圖7），這與方法3.2計算的數據完全一致（圖6）。

4 結論與討論

4.1 在國家科技基礎性工作專項“全國丹霞地貌基礎數據調查（2013FY111900）”的研究中，丹霞地貌地等高線空間范圍的界定，是描述丹霞地貌類型空間分布以及坡面與坡度定量計算的基礎[7-8]。本文以廣東平遠南臺山為案例，重點介紹了南臺山丹霞地貌核心區等高線的提取、范圍的界定以及面積的計算，其研究流程，可以為其他丹霞地貌地的研究提供參考。

4.2 丹霞地貌地面積計算的基礎是DEM數據，比較有爭議的地方就是范圍界定的問題。目前，這在丹霞地貌研究領域中，還沒有一個統一標準。本文以南臺山山麓最外緣的310米等高線圍成的閉合區域，作為丹霞地貌核心區面積計算的標準，這種界定方法，不可能作為其他所有丹霞地貌地核心區面積計算標準使用，只是提供了研究方法上的參考案例。

4.3 通過ARCGIS提供的計算幾何（Calculate Geometry）以及ArcToolbox空間分析模塊中的“Utilitis”功能兩種辦法，計算出界定的南臺山核心區丹霞地貌的面積都是6153704平方米，這說明利用計算機ARCGIS軟件進行面積計算，可以減少人為因素的誤差，具有快速、準確的優勢。尤其是在全國丹霞地貌基礎數據調查中，需要大量的數據進行處理時，值得考慮使用和推廣。

致謝

廣東省梅州市文化旅游特色區管委會謝小康主任提供平遠丹霞地貌旅游開發與研究的基礎資料，特此鳴謝！

參考文獻

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