基于AcrGIS利用遙感數據進行林業數據分析的探討

摘要 AcrGIS是各行各業常用的地理信息系統軟件，在林業中的應用也十分廣泛，近年來越來越多地被運用于數據分析與統計。應用AcrGIS軟件對各種林業數據進行分析統計，能夠節省廣大林業工作者大量的時間與精力。以林地質量等級評價為例，研究通過AcrGIS軟件對遙感數據的提取分析，取得以往必須現地采集的一些數據，如坡向、坡度、坡位等因子的一系列方法，以及通過AcrGIS軟件對柵格數據進行空間分析的具體應用，旨在發掘AcrGIS地理信息系統對林業數據分析的潛力，并探索林業工作中遙感數據與AcrGIS地理信息系統的相互應用。

關鍵詞 AcrGIS地理信息系統；林業數據；遙感數據空間分析

中圖分類號：S127 文獻標識碼：B 文章編號：2095–3305（2023）02–0049-03

在各種林業調查規劃工作中，林業各項資源數據的分析研究工作是工作人員經常要做且比較繁瑣的。以往，進行數據分析大多以手工或各種不同的軟件相互穿插完成，現在各種數據量越來越大，信息越來越多，以往的分析手段已不能滿足日常工作的要求。

AcrGIS軟件以前大多數時間被用來制作圖件，但實際上，AcrGIS的功能遠不止于此。它有著強大的數據空間分析與統計功能。既可以用它對遙感數據（包括遙感影像和DEM數據）進行各種數據的提取和分析，也可以用它對各種矢量數據和柵格數據進行空間

分析。

下面以XX縣為研究區域，以遙感數據為基礎，用AcrGIS軟件進行一個林地質量等級評價分析的探索。

林地質量根據林木生長相關的地貌特征、土壤、氣候等各種自然環境因素和森林資源可用程度等條件，對林地質量進行綜合評定。等級劃分為Ⅰ級（1）、Ⅱ級（2）、Ⅲ級（3）、Ⅳ級（4）、Ⅴ級（5）5個質量等級。需要具備一定的土壤質地、地形等條件，一般選取林地土壤厚度、土壤類型、坡度、坡向、坡位和交通區位等6項因子（表1），采用層次分析法，用下列公式計算林地質量綜合評分值[1]。

EEQ＝Vi×Wi? （i＝1，2，3，…n）

式中，EEQ代表林地質量綜合評分值（0～10）；Vi代表各項指標評分值（0～10）；Wi代表因子的權重（0～1）。

現在已有的數據是土壤厚度、土壤類型的矢量數據。現在分析提取地形地貌主要基于柵格數據DEM（Digital Elevation Model，數字高程模型）數字地形分析技術（Digital Terrain Analysis，DTA）。按照DEM特征提取所使用的基本分析方法，分為基于地形分析的地形特征分析方法和基于水系分析的提取方法2類分析方法[2]。此次研究選用基于地形分析的地形特征分析方法（表面分析法），通過計算研究區域的幾何屬性，利用坡度、高程、平面曲率等幾何因子進行空間分析，提取坡位、坡向等地貌特征。

先用DEM數據計算提取坡向、坡度、坡位等。下載的DEM數據是地理坐標系，需要將其轉為投影坐標。

1 提取坡度

（1）打開ArcGIS，打開ArcToolbox

→Spatial Analyst工具→表面分析→坡度→添加DEM數據，計算出坡度，輸出坡向柵格數據。

（2）用 “重分類”工具進行坡度分級：打開ArcToolbox→Spatial Analyst工具→重分類→重分類→加入剛才計算出的坡度柵格數據→分類→分為5類→中斷值為5°、15°、25°、35°，把坡度分為平坡（0～5°）、緩坡（6°～15°）、斜坡（16°～25°）、陡坡（26°～35°）、急險坡（≥36°）5級。

2 提取坡向

（1）打開ArcToolbox→Spatial Analyst工具→表面分析→坡向→添加DEM數據，計算出坡向，輸出坡向柵格數據。

（2）用重分類工具進行坡向分級：中斷值為-1、45、135、225、315，把坡向分為：無坡向（-1）、陰坡（0～45、315～360）、半陰坡（45～135）、陽坡（135～225）、半陽坡（225～315）5級。

3 提取坡位

3.1 首先提取上、中、下3個坡位

（1）打開ArcToolbox→Spatial Analyst工具→表面分析→坡向→添加DEM數據，計算出坡向；用“重分類”工具進行坡向分級：將坡向分為8個坡向和1個平坡：平地（-1）、北（0～22.5、337.5～360）、東北（22.5～67.5）、東（67.5～112.5）、東南（112.5～157.5）、南（157.5～202.5）、西南（202.5～247.5）、西（247.5～292.5）、西北（292.5～337.5）、北（337.5～360）類。將重分類的坡向柵格數據轉為SHP文件。

（2）用“分區統計”工具提取每個坡面的最大高程值和最小高程值：統計類型選擇MAXIMUM和MINIMUM。

（2）用柵格計算器計算每個坡面上、中、下坡位的臨界值，以確定各個坡面的坡位，輸入公式：Con（"ASTGTM_N22E099X.img" <（ （"MAX.tif" - "MIN.tif"） * 0.33+ "MIN.tif"），2，Con（（"ASTGTM_N22E099X.img" >= （（"MAX.tif" - "MIN.tif"） * 0.33 + "MIN.tif"）） & （"ASTGTM_N22E099X.img" < （（"MAX.tif" - "MIN.tif"） * 0.66+ "MIN.tif"）），3，Con（"ASTGTM_N22E099X.img" >= （（"MAX.tif" - "MIN.tif"） * 0.66 + "MIN.tif"），4）））其中：2代表下坡，3代表中坡，4代表上坡，生成上、中、下坡位柵格數據。

3.2 提取山脊線

3.2.1 提取沒有誤差的DEM坡向變率SOA（平面曲率Slope of Aspect） 先用“坡向”工具計算出坡向，再用坡度工具→添加計算出的坡向數據，計算出坡向的坡度，記為soa1；求反地形的數據：柵格計算器→輸入公式：”DEM的最高海拔”－”DEM”得到反地形數據F_DEM；用F_DEM柵格數據計算出坡向，再用坡度工具計算出反地形坡向的坡度，記為soa2；用柵格計算器→輸入公式：（（soa1＋soa2）－Abs（soa1－soa2））/2，計算得出坡向變率SOA。

3.2.2 求正負地形柵格數據 求取

MEAN（平均值）：打開ArcToolbox→SpatialAnalyst工具→鄰域分析→焦點統計→添加DEM柵格數據，統計類型為MEAN，鄰域分析為矩形或圓形，鄰域設置為11，11，得到一個MEAN（平均值）圖層。

柵格計算器→輸入公式：”DEM”－”dem”，求得ZFDX（正負地形）圖層。

柵格計算器→輸入公式：ZFDX＞0&SOA＞40? ?提取出山脊線，value值記為5。

3.3 提取平坡

打開柵格計算器→輸入公式：InList（"Aspect（坡向）"，[-1]） ，提取出平坡，value值記為1。

3.4 計算坡位柵格數據

用柵格數據集中的 “鑲嵌至新柵格”工具，依次添加平坡、脊部以及上、中、下坡3個柵格圖層，鑲嵌運算符選擇FIRST，生成一個新的柵格圖層：坡位柵格數據圖層。

4 提取交通區位

按照交通區位分級標準，將整個研究區域分成5個等級（表2）。

該研究區域以公路運輸為主要運輸方式。用“歐氏距離”工具以公路為起點，按不同運輸距離生成各級分析數據，提取出歐氏距離柵格數據；用“重分類”工，添加上面計算出的歐氏距離柵格數據→分為5類，中斷值為1 000、3 000、5 000、10 000，把數據分為1（0～1 000）、2（1 000～3 000）、3（3 000～5 000）、4（5 000～10 000）、5（＞10 000）5個等級。最后提取出交通區位分級圖層。

5 提取土壤類型和土壤厚度分級柵格數據

首先，為土壤類型和土壤厚度按等級賦值，將要素圖層的土壤類型和土壤厚度轉為柵格圖層；用重分類工具將轉為柵格數據的土壤類型和土壤厚度進行分級，得到土壤類型和土壤厚度的分級圖。

至此，評價林地質量等級的6項因子全部被提取和分級完畢（圖1）。

6 計算林地質量等級

按各因子權重計算林地質量等級，土壤厚度、土壤類型、坡度、坡向、坡位和交通區位等6項因子的權重值見表3。

ArcToolbox→Spatial Analyst工具→疊加分析→加權總和→添加6項因子的分級圖層，輸入各項因子的權重值，通過將柵格各自乘以指定的權重并合計在一起，疊加多個柵格計算出林地質量等級數據（圖2）。用“重分類”工具將林地質量等級數據進行分級，得到林地質量等級的分級圖。

7 統計林地質量等級的面積占比

用轉換工具中“柵格轉面”將林地質量分級柵格數據轉為矢量數據，放置在文件數據庫中；打開ArcToolbox→分析工具→統計分析→匯總統計數據→添加文件數據庫中的“林地質量分級矢量數據”，統計字段選擇Shape_Area；統計類型選擇SUM；案例分組字段選擇gridcode，最后統計出該研究區域的林地質量等級評價的結果（圖3）。

8 結束語

利用AcrGIS地理信息系統還可以做更多的事情。例如，用于整合林草數據與國土數據、對地類的概念、界定存在的差異進行對比分析、對林地變更前后數據空間進行對比分析等。AcrGIS地理信息系統的空間分析功能能夠更快速地進行多數據、多層次、不同空間的數據對比分析，利用遙感數據與AcrGIS地理信息系統提取分析得到的數據，節省了大量的人力物力，且更科學、快速，還能避免人為的錯漏和失誤。本研究對“林地一張圖”與森林督查以及許多林業工程建設都具有一定的借鑒意義。

在信息時代下，林業也已進入數字林業時代。為保障林業工程建設的新要求和高標準，提高數據的科學性和準確性，實現林草工程建設的可持續發展，可以以數字化為基礎，充分利用遙感數據和地理信息系統，為生態林業工程的建設提供更好的服務。

參考文獻

[1] 國家林業局.縣級林地保護利用規劃編制技術規程： LY/T 1956—2011[S].

[2] 湯國安，楊瑋瑩，楊昕，等.對DEM地形定量因子挖掘中若干問題的探討[J].測繪科學，2003，28（1）：28-32，1.

責任編輯：黃艷飛

Discussion on Forestry Data Analysis Using Remote Sensing Data Based on AcrGIS

Zhang Hong （Kunming Branch of Yunnan Forestry Survey and Planning Institute， Kunming， Yunnan 650200）

Abstract AcrGIS is a commonly used geographic information system software in all walks of life. It is also widely used in forestry. In recent years， more and more people have used it in data analysis and statistics. The application of AcrGIS software to the analysis and statistics of various forestry data also saves a lot of time and energy of forestry workers. Taking the evaluation of forest land quality grade as an example， this paper studies a series of methods to extract and analyze remote sensing data through AcrGIS software to obtain some data that must be collected in the past， such as slope aspect， slope， slope position and other factors， as well as the specific application of some tools of AcrGIS software to spatial analysis of grid data， It also explores the mutual application of remote sensing data and AcrGIS in forestry work.

Key words AcrGIS system; Forestry data; Spatial analysis of remote sensing data

作者簡介 張虹（1970—），女，遼寧桓仁人，工程師，主要從事林業調查規劃、林業工程制圖研究。

收稿日期 2022-12-08