ArcGIS在森林資源矢量數據更新中的應用

劉姝穎

(遼寧省林業調查規劃監測院，遼寧 沈陽 110122)

林地變更調查工作是近幾年開展的常規性基礎調查工作，是在林地“一張圖”基礎上，收集林業經營區劃數據(包括：森林采伐、造林、撫育、新成林等)和林地變化(包括征占林地和新增林地)數據，通過上一年度和本年度兩期遙感影像地類的判讀，結合現地補充調查核實等技術手段，更新林地“一張圖”數據庫圖斑空間分布與管理因子屬性信息，作為林地變更調查工作的成果[1]。林地變更調查工作重點是對林地范圍、林地利用狀況、林地管理屬性等的核實調整及林分調查因子等內容的變更調查。全國林地“一張圖”林地圖斑矢量數據主要為面狀矢量數據，以shp或GDB格式存儲，屬性數據以DBF格式存儲[2]。

ArcMap是ArcGIS Desktop中一個主要的也是GIS用戶最常使用的應用程序，用于顯示和瀏覽數據[3]。它不僅是一個地圖制作和分析的工具，同時也是ArcGIS的數據編輯工具，它提供了強大的數據編輯功能，可以編輯ArcGIS中任何矢量數據格式，如Shapefiles、Geodatabase[4]，也可以編輯地理數據庫(文件、個人或SDE)中的獨立表、要素圖層屬性表、dBase表、INFO表、Microsoft Excel表[3]等，這使利用ArcGIS更新森林資源矢量數據成為可能。本文以ArcGIS 10.2漢化版為例，闡述利用ArcGIS更新森林資源矢量數據的方法和步驟。

1 需準備的數據、材料和軟件

1.1 最新森林資源矢量數據及相關材料

本文以鞍山市岫巖縣最新的shp格式的林地“一張圖”數據為例。林地“一張圖”是依據林地保護利用規劃建立的林地現狀圖形數據，是林地保護管理的技術支撐，是利用近期高分辨率的遙感數據和已有的一類、二類調查資料構建的全國統一的森林資源數據庫[2]，采用1985國家高程基準，2000國家大地坐標系(CGCS2000)，投影方法為Gauss Kruger(高斯-克呂格)投影，6度分帶不加帶號。

除林地“一張圖”外，還需準備變更年度內有關林地林木資源變化的各類檔案資料(營造林、采伐利用、合法使用林地、違法占用林地以及森林災害等)；公益林、青山分區、林地保護等級調整等審批材料；林地權屬調整、行政界線調整等證明材料；其它能證明林地范圍變化及林地利用狀況和管理屬性變化的材料。

1.2 輔助更新數據

1.2.1 最新衛星遙感影像 本文以鞍山市岫巖縣最新的衛星遙感影像為例。同樣采用1985國家高程基準，2000國家大地坐標系(CGCS2000)，投影方法為Gauss Kruger(高斯-克呂格)投影，6度分帶不加帶號。由國家林業草原局調查規劃院統一下發，分辨率原則上不低于2.5 m，采用當地生長季節(通常南方地區采用6—12月，北方地區采用6—10月)接收的衛星遙感影像(本文中舉例的鞍山市岫巖縣采用的是國家測繪局資源三號衛星2018年6月拍攝的遙感影像)。

1.2.2 GPS坐標點數據 各類手持GPS接收機采集到的坐標點數據，通常采用WGS 1984(G1150)坐標系，以txt、xlsx、dBase格式保存。

1.3 軟件

本文中以ArcGIS 10.2漢化版為例。ArcGIS 10作為一個可伸縮的GIS平臺，它的產品線家族涉及桌面、服務器、移動和Web應用等多個方面。ArcGIS Desktop是一套完整的專業GIS應用軟件，包含了一套帶有用戶界面的Windows桌面應用程序，如ArcMap、ArcCatalog、ArcToolbox等。ArcCatalog應用程序是為ArcGIS Desktop提供組織和管理各類地理數據的目錄窗口[3]。自ArcGIS 10版本起，已將ArcCatalog嵌入到ArcMap中。ArcToolbox是地理處理工具的集合，能夠處理各種類型的輸入，包括Geodatabase、Shapefile等矢量數據、各種格式的柵格數據以及非空間的表格數據。自ArcGIS 9版本起，ArcToolbox就變成了一個可停靠窗口，內嵌在其他桌面應用程序(如ArcMap、ArcCatalog)中[5]。

ArcView、ArcEditor和ArcInfo是三級桌面軟件ArcGIS desktop的三級產品，功能逐漸由弱到強、由簡單到全面[6]。ArcInfo是一個完整的GIS數據創建、更新、查詢、制圖和分析系統[3](本文中ArcGIS 10.2漢化版使用ArcInfo)。

2 更新森林資源矢量數據的方法和應用工具

2.1 添加輔助更新數據

2.1.1 添加衛星遙感影像，輔助小班區劃 為較直觀地觀察現地情況，在ArcMap中通過添加數據工具將最新衛星遙感影像添加到地圖，為區劃小班提供輔助參考。

2.1.2 導入GPS坐標點數據，輔助小班區劃 鑒于在坐標系定義和實現上的比較，可以認為CGCS2000和WGS84(G1150)是相容的；在坐標系的實現精度范圍內，CGCS2000坐標和WGS84(G1150)坐標是一致的[7]。故各類手持GPS接收機采集到的，采用WGS 1984(G1150)坐標系，以txt、xlsx、dBase格式保存的坐標點數據可導入到ArcMap中輔助區劃小班。具體方法如下。

1)添加XY數據。啟動ArcMap，在文件下拉菜單中選擇添加數據子菜單中的添加XY數據工具(該工具可將包含地理位置的表格數據以X、Y坐標的形式添加到地圖中[3])。彈出添加XY數據對話框，從地圖中選擇一個表或瀏覽到另一個表處選擇已有的GPS坐標點數據表(此處以圖1中 5小班內占用林地范圍的GPS坐標點數據表為例)；指定X、Y和Z坐標字段處X字段(X)、Y字段(Y)分別選擇GPS坐標點的X(東經)、Y(北緯)坐標字段；點擊編輯，選擇GPS數據自身的坐標系(此處選擇WGS 1984)；點擊確定后，在地圖顯示區域會根據GPS坐標點數據表中采集的坐標信息創建點要素圖層。編輯結果如圖1所示(本文圖例中小班注記以5-112為例，5表示小班號，112為地類代碼，即闊葉林)。 右擊生成的點圖層，選擇數據子菜單中的導出數據，保存類型選擇shapefile，并設置文件名稱。

圖1 添加XY數據工具處理結果圖2 點集轉線工具處理結果圖3 要素轉面工具處理結果

2)點集轉線。點集轉線工具可由輸入的點要素生成一個線要素類。雙擊點集轉線工具，在彈出對話框的輸入要素處，選擇上一步生成的點圖層；在輸出要素類處，選擇文件保存路徑并設置文件名；線字段將值相同的點標記為同一條線；排序字段決定同一條線上兩點間連接的先后順序；勾選閉合線將用一條線段把起點和終點連接起來，為下一步生成面做準備；點擊確定后，編輯結果如圖2所示。

3)要素轉面。要素轉面工具可由輸入的線要素生成一個面要素類，在輸入要素相交閉合的部分產生新的面要素[5]。雙擊要素轉面工具，在彈出對話框的輸入要素處，輸入上一步生成的線圖層；在輸出要素類處，選擇文件保存路徑并設置文件名；點擊確定后，線之間封閉的區間生成面，編輯結果如圖3所示。可用生成的面做參考，輔助區劃小班。

2.2 小班面(面圖層)更新

在ArcMap中，對要素進行編輯，首先啟動編輯器，打開編輯器工具條開始編輯(圖4)。

圖4 編輯器工具條

2.2.1 圖形更新 根據林地變更調查技術要求：①在相應衛星遙感底圖的比例尺上，變更圖斑界線與遙感影像上同名地物的偏移不得大于圖上0.5 mm，不明顯界線不得大于圖上1.0 mm。②經批準實施的林地“一張圖”中落實的林地邊界和范圍是林地管理的法定界線，不得隨意變動。確因林地轉入轉出需要調整林地界線的，要有確切依據。③新增林地包括：因林業工程建設增加的林地；因通道綠化、農田林網建設等植樹造林增加的林地；經縣級以上人民政府批準的規劃實施后，使土地用途發生改變而新增的林地；前期調查原因漏劃的林地。④減少林地指因合法使用減少的林地。依照有關土地(林地)管理的法律、行政法規，經縣級以上人民政府林業主管部門審核審批，辦理使用林地手續，建設項目實施后變為非林地而減少的林地。

1)裁剪面工具。從非林地中區劃新增林地、小班邊界修改、小班一部分被征占或發生經營變動等情況的圖形更新，都需要利用編輯器工具條中的裁切面工具(該工具可根據繪制的線分割1個或多個選定的面)。選中要分割的小班(圖5中以8小班為例)，點擊裁剪面工具，繪制一條穿過小班面的線，線的起點和終點都在小班面外，雙擊結束后，小班面將沿所畫的線被分割成2部分(圖5)，各部分屬性將被保留，需進一步人為更新其屬性。

圖5 利用裁剪面工具分割小班

2)合并工具。對于邊界需要修改的小班，在涉及到的小班被分割后還需按新邊界重新合并。合并工具可以合并點、線、面等要素類和表(必須是相同類型的)，在處理屬性表時會把相同名字的字段合成一個，不同名字的字段按原名字、順序全部加入輸出要素類屬性表中，需進一步人為核對小班面積。

以圖6中16、17小班的邊界修改為例，先將16小班中需要合并到17小班部分按上面的方法從16小班中裁剪出去，然后將其與17小班同時選中，點擊編輯器，選擇合并，彈出合并對話框，選擇保留哪部分的屬性(此處選擇17小班)，點擊確定后，16、17小班的邊界修改完成(編輯過程和結果如圖6所示)。

圖6 利用合并工具修改小班邊界

2.2.2 屬性更新 根據林地變更調查技術要求：①小班屬性中的林分因子以現地調查為準。②管理屬性因子中的林地權屬變更需有變更雙方確認的文件及其林業主管部門證明文件，森林類別變更需依據經批準的森林分類區劃界定或調整成果核實確認，林地保護等級變更需縣級林業行政主管部門對預調整小班形成文字材料和詳細報表、經省林業草原局上報國家林業草原局審批同意后予以調整，青山分區變更需經省青山保護局審批同意后予以調整。

1)更新單個小班屬性。當小班整班進行經營設計時，只需用選擇工具選中需要更新屬性的小班，點擊編輯器工具條的屬性工具，打開屬性編輯窗口，依次輸入更新后的小班各屬性值即可；當小班部分區域進行經營設計需要更新其屬性時，需先分割小班，再按上述方法分別更新各小班屬性。

當發生林地減少的情況時，為保證林地“一張圖”的完整性，不將減少的林地小班從整個小班面圖層中刪除，而是將小班號修改為X，地類修改為非林地，并更新其他相關屬性因子來實現減少林地；新增林地按現狀調查確定相關小班因子，并填寫到小班屬性表中。

2)批量設置屬性。當較多小班的多個屬性相同時，可通過屬性表和字段計算器批量設置屬性。右擊小班面圖層，打開屬性表。右擊需要批量設置的字段，選擇字段計算器，在彈出的對話框中輸入更新后的屬性值即可。

2.3 林帶(線圖層)更新

2.3.1 圖形更新

1)分割工具。林帶小班一部分被征占或發生經營變動時，需用編輯器工具條中的分割工具更新圖形。用選擇要素工具單擊選中需要分割的林帶小班(圖7中以36小班為例)，點擊分割工具，在需分割的位置單擊，將線打斷，原林帶小班被分割成2個林帶小班，各部分屬性將被保留，需進一步人為更新其屬性，編輯結果見圖7。

圖7 用分割工具分割林帶小班

2)新增林帶小班。①創建要素工具。選擇編輯器工具條上的創建要素工具，通過線構造工具在非林地小班范圍內單擊放置折點的位置，在最后一個頂點處雙擊結束繪制，處理結果見圖8(以在X4小班范圍內新建林帶小班為例)。新創建的要素屬性值都為空，需進一步對其編輯屬性信息。②延伸線工具。在原林帶小班(線要素)基礎上延長的情況，可用編輯工具雙擊所要修改的林帶小班，選擇編輯折點工具條的延伸線工具(圖9)，從林帶小班的最后一個頂點開始繪制線段來延長，雙擊結束繪制(處理結果見圖10，以33小班為例)。需反方向延長時，右擊鼠標選擇翻轉，可以反轉線的方向，使其第1個頂點變為最后1個頂點，從而更改要素的延長方向(編輯過程和結果見圖11所示)。

圖8 利用創建要素工具新建林帶小班

2.3.2 屬性更新 方法與小班面屬性更新方法相同。

2.4 鐵路(點圖層)更新

鐵路圖層為點要素類，圖形無需更新，只需按小班面屬性更新方法更新鐵路小班屬性信息即可(本文中舉例的鞍山市岫巖縣的林地“一張圖”數據庫中不存在鐵路數據)。按上述方法逐一對各小班更新結束后，點擊編輯器下拉菜單中的保存編輯內容。

2.5 數據檢查

2.5.1 拓撲驗證 對小班資源數據圖層進行糾錯，是為了修正因工作人員操作失誤所造成的小班面重疊或小班之間存在微小縫隙等錯誤。利用ArcGIS中的拓撲功能可以實現這一目的[8]。ArcGIS中的拓撲是指地理要素間的空間關系，是一系列用于確保數據質量的空間數據的行為規則[5]。

新建數據庫，右擊數據庫，新建要素集，選擇同小班面一致的投影坐標系。將小班面保存到要素集中。右擊要素集，新建拓撲，拓撲規則選擇必須無重疊和必須無缺口。拓撲驗證后，可查看拓撲錯誤信息，通過創建要素和合并工具修改拓撲錯誤。最后將修正拓撲錯誤后的小班面另存為一個shp格式的圖層。

圖11 翻轉方向延長林帶小班

2.5.2 多部件拆分 根據林地變更調查技術要求，數據檢查分為屬性檢查和圖形檢查2部分。其中，屬性檢查包括：基于點、線、面圖層的關鍵字檢查、字典域檢查、邏輯關系檢查、必填項檢查、不填項檢查；圖形檢查包括：細碎檢查、多部件檢查、政區圖形檢查。

空間上分離，但在屬性表中屬于同一條記錄的要素，稱為多部件要素。多部件至單部件工具可將多部件要素拆分成多個獨立的要素，在空間上不相鄰的部分都會生成一個新的要素[5]。雙擊多部件至單部件工具，在彈出對話框的輸入要素處選擇拓撲后另存生成的小班面圖層；在輸出要素類處選擇圖層保存的位置并設置文件名；點擊確定后，新生成的小班面圖層不再存在多部件問題。

利用ArcGIS進行屬性檢查和圖形檢查，均可通過屬性表篩選實現，但過程繁瑣，推薦回到國家林業草原局下發的 “全國林地年度更新”軟件中進行檢查并修改錯誤。檢查無誤后的數據可作為林地變更調查的最終結果。

3 小結

利用文中所介紹的方法，通過ArcGIS工具箱中、文件菜單下、編輯器菜單下、編輯折點工具條中和編輯器工具條中的工具實現森林資源矢量數據更新，此方法可應用在林地變更調查、青山保護規劃、沙化荒漠化監測、森林資源一類及二類調查、公益林資源監測、林地保護利用規劃等工作的矢量數據更新中，是一種通用的方法。