利用ArcGIS 和衛星圖片構建退耕還林地理數據庫方法

徐禮來

（旌德縣俞村鎮人民政府，安徽 宣城 242600）

ArcGIS Desktop 是一套完整的專業GIS 應用軟件，它包含了帶有用戶界面的Windows 桌面應用程序，如ArcMap、ArcCatalog、ArcScene、ModelBuilder、ArcGlobe 和ArcToolbox等。通過對地理現象、事件及其關系進行可視化表達，構建特定的應用，實現簡單到復雜的GIS 任務，如制圖、地理分析、數據編輯、數據管理、可視化和空間處理等，從而解決用戶的需求，提升工作效率，服務科學決策。受當時條件限制，旌德縣退耕還林小班檢查驗收數據和小班圖只是建立紙質檔案，未能做到實時更新，與現代林業數字化管理要求不相適應。

1 退耕還林工程建設現狀與存在問題

1.1 退耕還林工程建設現狀

旌德縣2002—2004 年實施退耕還林工程，涉及10 個鄉鎮68 個村居11 123 戶。全縣退耕還林工程建設總規模4 533.33 hm，其中坡耕地造林2 866.67 hm、荒山荒地造林1 666.66 hm，小班總數2 786 個。

1.2 存在問題

旌德縣退耕還林工程建設已近20 年，當時辦公設備落后，技術條件有限，僅利用Excel 軟件簡單建立退耕還林小班檢查驗收登記表，人工將小班檢查驗收圖繪制在1∶25 000 紙質地形圖上，小班圖勾繪精確度較低。2004 年旌德縣實施撤鄉并鎮行政區劃調整，由14 個鄉鎮合并為10 個鄉鎮，專業技術人員或調離或退休，退耕還林工程管理技術人員流動調整面較大，加之電腦設備更新不及時，部分檔案數據因設備故障而丟失；而少數退耕還林小班因工程建設占用需異地調整置換，有些樹種已至主伐期需采伐更新，有些樹種不適應需更換樹種。但原有退耕還林小班面積多為人工查數方格求算，數據信息查閱不便。因此，對退耕還林工程小班進行矢量化處理和可視化數字管理顯得十分必要和迫切。

2 基本原則

2.1 尊重歷史的原則

鄉鎮基層林業站當年開展退耕還林工程小班面積測量工具是羅盤儀或1∶25 000 紙質地形圖。現在，開展森林資源調查面積測量工具已廣泛采用可視化平板電腦GIS 測量或手持GPS。測量方法的不同，導致面積精確度受到一定影響，但只要在允許誤差范圍內即可，不能簡單強求兩者完全一致。

2.2 實事求是的原則

退耕還林工程造林檢查驗收起始面積標準為667 m以上。當年技術條件較差，只能利用1∶25 000地形圖現場對坡勾繪退耕還林小班檢查驗收。山區面積1 hm以下的退耕還林造林小班，地形圖勾繪小班位置和形狀比較困難，準確性往往偏低。利用ArcGIS 和衛星圖片勾繪退耕還林小班，可以保證小班位置和形狀的準確性。本著實事求是的原則，對衛星圖片難以分辨清楚的退耕還林小班，需現場采集小班地理信息數據，保證小班檢查驗收圖準確。

2.3 循序漸進的原則

實際操作時，應以鄉鎮為單位，按行政村，從上到下、從左到右、先易后難，循序漸進，對照衛星圖片和地形圖勾繪退耕還林小班，快速準確地建立退耕還林小班檢查驗收地理數據庫。

3 技術方法

3.1 試驗材料

利用ArcGIS10.2 地理信息軟件開展退耕還林小班地理數據庫建立工作。利用圖新地球或91 衛圖助手下載旌德縣衛星圖片，下載級別18 以上，空間參考：WGS84 坐標系Web 墨卡托投影。盡量選擇近年1至2 月份拍攝的衛星圖片，杉類、松類、竹類、闊葉類影像對比明顯，易于判別區分，輔助運用地形圖勾繪，可以保證小班比單純運用地形圖勾繪更直觀、更準確。以旌德縣最新1∶10 000 電子地形圖作為工作底圖，空間參考：CGCS2000_3_Degree_GK_CM_117E。

3.2 技術資料

依據2007 年退耕還林小班檢查驗收Excel 表和小班檢查驗收成果、1∶25 000 紙質地形圖小班區劃成果，建立退耕還林小班地理數據庫。

3.3 操作流程

3.3.1 地圖文檔建立

利用ArcGIS Desktop 的ArcMap 應用程序建立mxd 地圖文檔，添加旌德縣1∶10 000 電子地形圖和衛星圖片，并保存“旌德縣退耕還林”地圖文檔。實踐應用表明，下載的WGS84 坐標系Web 墨卡托投影的衛星圖片，不需要配準移動，就能與國家大地2 000 坐標系旌德縣1∶10 000 電子地形圖疊加一致，下次直接雙擊“旌德縣退耕還林”地圖文檔即可打開。

3.3.2 地理數據庫創建

利用ArcGIS Desktop 的ArcMap 應用程序，打開“旌德縣退耕還林”地圖文檔，在目錄窗口中，建立“退耕還林”個人地理數據庫。

選中“退耕還林”個人地理數據庫并右擊，在下拉菜單中點擊新建要素類，命名為“退耕還林檢查驗收圖”，空間參考選擇CGCS2000_3_Degree_GK_CM_117E。根據旌德縣2007 年退耕還林小班檢查驗收Excel 表頭，在excel 中新建退耕還林檢查驗收圖英文縮寫字段名稱，注意與退耕還林小班檢查驗收表Excel 表字段排列順序一致，并保存為“退耕還林圖字段”excel 文件，接著將其導入，檢查并修正字段名稱和數據類型。例如，將鄉鎮“xz”、行政村“xzc”、小地名“xdm”設為文本類型，將面積“mj”設為雙精度，檢查無誤后，再點擊完成。隨后，將“退耕還林檢查驗收圖”矢量文件添加到內容列表中，并保存到“旌德縣退耕還林”地圖文檔。下次打開此地圖文檔時，地形圖、衛星圖片、退耕還林檢查驗收圖等圖層全部一一添加，非常方便。

3.3.3 小班圖編輯

旌德縣退耕還林坡耕地造林面積共2 866.67 hm，榿木、楓香、楊樹等樹種面積占83.2%。在1 至2 月份拍攝的衛星圖片上，榿木、楓香、楊樹等生態林樹種退耕還林小班呈現林木落葉后成行灰色的圖斑，退耕還林地周邊山場多為杉類、松類、竹類，呈現綠色的圖斑，能較好地分辨出來。在內容列表中，右鍵選中“退耕還林檢查驗收圖”圖層，點擊“編輯要素”→“開始編輯”，根據旌德縣2007 年退耕還林小班1∶25 000 地形圖檢查驗收成果和退耕還林小班檢查驗收數據表，參照衛星圖片，點擊“編輯器”→“創建要素”，在對話框中選中“退耕還林檢查驗收圖”圖層，逐一勾繪退耕還林小班，并輸入小班屬性字段內容。

3.3.4 小班圖標注

在內容列表中右鍵選中“退耕還林圖”圖層，點擊“屬性”→“標注”，勾選“標注此圖層中的要素”。方法：勾選以相同方式為所有要素加標注，點擊“表達式”，彈開標注表達式下拉菜單，在表達式編輯框中，以半角英文輸入方式填入“[xbh]&”—“&[mj]&”畝“&vbnewline&”—“&vbnewline&[dl]&”—“&[jhnd]”，或點擊[保存]，將此標注表達式另存為退耕還林檢查驗收標注表達式，下次可直接加載應用，再點擊[確定]，完成標注表達式編輯，在打開的ArcGIS 窗口上，以分子式標注退耕還林小班。

3.3.5 小班面積求算

在ArcGIS 地理數據庫中，對退耕還林檢查驗收圖斑進行創建、編輯時，每個圖斑會自動生成字段Shape_Area 屬性，隨著圖斑修改，屬性數據自動發生變化。在小班圖標注時，可在表達式編輯框中填入“round([Shape_Area]*0.0015，1)&"畝"”，小班注記直接顯示以畝為單位的面積，對修正小班圖形具有很好的參考作用。

3.3.6 小班圖形修正

在第一次繪圖成果基礎上，再根據退耕還林小班檢查驗收圖表資料，參照衛星圖片，對小班圖一一檢查修正。修正時，將小班圖標注設為[XBH]&"—"&[mj]&"畝"&"a"&round([Shape_Area]*0.0015，1)&"畝"&vbnewline&"—"&vbnewline&[dl]&"—"&[jhnd]，可及時查看注記中“a”前小班圖檢查驗收上報面積與“a”后求算面積大小關系。小班圖二次修正后，若求算面積大于或等于小班檢查驗收上報面積，一般不需要現場核實；若求算面積小于小班檢查驗收上報面積，需要進行分析核對，現場補充調查核實后，再進行小班圖形修正。

3.3.7 小班圖拓撲檢查

在目錄中，右鍵選中退耕還林個人地理數據庫，新建要素數據集，命名為退耕還林拓撲，坐標系：CGCS2000_3_Degree_GK_CM_117E，垂直坐標系不選，XY、Z、M容差都為0.001。右鍵選中剛建立的要素數據集—退耕還林拓撲，點擊[導入]→[要素類(單個)]，在彈出對話框中，將退耕還林檢查驗收成果圖層地址填入輸入要素類方框，默認自動生成輸出位置，在輸出要素類方框，命名為退耕還林拓撲檢查，再點擊[確定]。右鍵選中剛建立的要素數據集—退耕還林拓撲，點擊[新建]—[拓撲]，自動默認拓撲名稱和容差，點擊[下一步]，在彈出的對話框中，勾選退耕還林拓撲檢查要素類，再點擊2 次[下一步]，在彈出的對話框中，點擊[添加規則]，選擇不能重疊作為規則，最后點擊[完成]。至此，完成新拓撲檢查創建工作。將退耕還林拓撲_Topology 中的所有要素類添加到地圖，依據面錯誤、線錯誤、點錯誤，對退耕還林檢查驗收成果進行檢查修改。

3.3.8 小班成果檢查

在內容列表中右擊“退耕還林圖”圖層，點擊[數據]→[導出數據]，彈出對話框，導出：選擇[所有要素]，使用與以下選項相同的坐標系：選擇[此圖層的源數據]，以shapefile 類型保存到文件夾。以Excel 打開同文件名的dbf 類型文件，另保存為Excel 文件，按鄉鎮、年度計劃、小班號等字段名稱進行排序，從中查找是否有小班漏繪或查看小班面積填寫錯誤。若漏繪，根據相關資料，在“旌德縣退耕還林”地圖文檔上進行補繪；若小班面積填寫錯誤，根據相關資料，在“旌德縣退耕還林”地圖文檔上對相應小班面積屬性進行修正。通過以上檢查和修正，一方面確保每個小班位置和屬性數據正確，另一方面確保各年度計劃的小班總數和面積正確。

4 結語

熟悉退耕還林工程和ArcGIS 業務的專業技術人員，利用ArcGIS 和衛星圖片，可以快速準確地構建退耕還林地理數據庫。建立退耕還林地理數據庫對于實施退耕還林數字化管理、鞏固退耕還林成果具有重要意義，為林業工程建設與管理開辟了一條科學有效的綠色通道，為林業信息化建設開啟了新的篇章。

旌德縣退耕還林工程，意楊林分已達過熟林，榿木等林分易受自然災害影響而退化成低產低效林，退耕戶有意愿要求更新樹種造林。同時，其他工程建設項目占用退耕還林，根據占補平衡的原則，需異地置換調整，確保退耕還林造林面積不會減少。因此，退耕還林地理信息化管理是動態的，需要及時設計和檢查驗收，及時更新管理。建議參照上述方法，分別建立退耕還林采伐更新、工程建設項目占用退耕還林、工程建設項目占用退耕還林異地置換造林設計（檢查驗收）等退耕還林動態管理圖層，更加科學、規范、實時地實施退耕還林工程數字化管理。