地理信息機制在坡度剖析上的應用

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1、介紹

根據(jù)國家退耕還林有關政策，積極治理現(xiàn)有坡耕地，對25度以上的坡耕地實行有計劃地退耕還林還草，不但有利于中西部的環(huán)境保護，而且對調整農業(yè)結構、提高農民收入有積極意義。因此能否為各地、市、縣準確提供轄區(qū)內各種坡度的土地分布以及土地坡向情況，是能否客觀制定該區(qū)域農業(yè)規(guī)劃和退耕還林還草計劃的關鍵；然而傳統(tǒng)的手工圈繪和主觀的''''估計''''水份太多，實地丈量不但勞民傷財而且精度低下。

我區(qū)廣大的測繪工作者多年來為廣西的國民經濟建設做了大量前期性、基礎性的工作，他們測制的1：25萬、1：5萬、1：1萬的基本地形圖為解決這一難題提供了物資基礎；特別是近年來GIS（地理信息系統(tǒng)）技術的發(fā)展，使得這些可貴的資料在數(shù)字化處理之后日見增值，為準確、快速、低成本地獲取地表的各種統(tǒng)計數(shù)據(jù)提供可靠的依據(jù)。

廣西基礎地理信息中心在為區(qū)黨委、區(qū)政府制作的《廣西綜合區(qū)情地理信息系統(tǒng)（9202工程）》之西部大開發(fā)專題中，使用美國ESRI公司生產的GIS軟件――ARC/INFO軟件為東蘭、樂業(yè)縣制作了數(shù)字地面模型，進行三維地形表面分析和坡度量算統(tǒng)計，取得了準確客觀的成果。

2、工作流程

在ARC/INFO中，管理、組織、存儲數(shù)據(jù)最基本的單位是圖層（coverage），一個圖層相當于一個專題圖，包含了地物的空間位置信息和屬性信息。利用ARC/INFO進行土地坡度坡向高程的分布統(tǒng)計的工作流程如下：

（1）、利用國土資源調查結果，提取耕地信息，在ARC/INFO中生成耕地圖層，給不同耕地分類賦予不同的屬性；

（2）、獲取該地區(qū)的DEM數(shù)據(jù)（DEM即數(shù)字高程模型，就是在一個地區(qū)范圍內，用規(guī)則格網點的平面坐標（x,y）及其高程（z）描述地貌形態(tài)的數(shù)據(jù)集）；

（3）、分別生成坡度分布圖層、坡向分布圖層和高程帶分布圖層；

（4）、將耕地圖層與坡度圖層、坡向圖層、高程帶圖層分別疊加分析，得到耕地的坡度、坡向、高程屬性；

（5）、進行面積統(tǒng)計，疊加河流、行政區(qū)劃、道路、居民點等基礎地理信息生成專題圖。

3、坡度、坡向和高層帶分布圖生成

坡度、坡向、高程帶圖層利用ARC/INFO的TIN模塊，由DEM（數(shù)字高程模型）數(shù)據(jù)生成。

3.1DEM數(shù)據(jù)獲取：

目前常用的獲取DEM數(shù)據(jù)的方法有兩種：

用航天、航空遙感影像立體像對提取DEM；

用現(xiàn)有地形圖掃描數(shù)字化等高線，獲取高程數(shù)據(jù)生成DEM。

用航天、航空遙感圖像立體像對生成DEM，最大的優(yōu)點是數(shù)據(jù)更新快，但購買影像費用高；用高程數(shù)據(jù)生成DEM，精度高于立體像對生成的DEM，但更新慢，周期長，僅對高程變化不大的地區(qū)適用。目前區(qū)測繪局具有的南寧市1：1000DEM數(shù)據(jù)由航空遙感影像立體像對生成；全區(qū)1：25萬、1：5萬DEM和部分地區(qū)的1：1萬DEM數(shù)據(jù)則由高程數(shù)據(jù)生成。

用ARC/INFO生成DEM的方法是：數(shù)字化地形圖，獲取高程數(shù)據(jù)，包括高程點、等高線、軟斷線（如邊界線等）、硬斷線（如河流、山脊、陡崖線等），生成TIN（不規(guī)則空間三角網，一種描述地形表面的方法），再由TIN內插成DEM。ARC/INFO軟件生成的TIN對點、軟斷線、硬斷線有不同的插值處理方法。根據(jù)筆者對ARC/INFO和國產軟件GEOTIN的對比試驗，ARC/INFO軟件生成的TIN在更大程度上擬合實際的地型，不足之處是加特征點的過程較為繁雜，生產時間較長。

3.2坡度圖、坡向圖、高層帶圖生成：

在ARC/INFO中，坡度、坡向是這樣計算的：DEM上每個格網點的坡度由相鄰8個格網點計算而成。高程的最大變化率即為該部分表面的坡度。坡向為用于計算坡度的那條線的方向。

運用TIN模塊的分析功能可計算坡度、坡向和高程帶，使用命令的關鍵是建立好坡度、坡向、高程帶的分級定義查找表（LOOKUP-TABLE）。以坡度查找表為例，根據(jù)坡度分類的要求定義如下：

DEGREE-SLOPESLOPE-CODE2162153254905對應的坡度分類：(0°~2°)（2°~6°）（6°~15°）（15°~25°）（25°以上）

坡度查找表字段要嚴格定義如下：

4、圖層疊加：

GIS強大的分析任務之一是將獨立的特征類型合為一個新的特種類，代表了兩個輸入要素類的合并后的情況。圖層疊加，是將土地利用圖與坡度圖、坡向圖、高層分帶圖依次疊加，可研究它們之間的共同區(qū)域。運用OVERLAYEVENTS命令可進行疊加分析。

5、面積統(tǒng)計：

圖層疊加后，根據(jù)各種分類條件提取耕地，可得到耕地按坡度、坡向、高程帶的分布圖，利用ARC/INFO的面積計算功能進行面積統(tǒng)計。

精度情況：據(jù)清華大學人居環(huán)境研究中心黨安容等人研究，經國家測繪局驗收的1：25萬的數(shù)字地圖（高程精度為25米），在用于分縣土地坡度分級計算時，最小誤差是0.9%，最大誤差為4.9%，適合省級農業(yè)部門制定宏觀規(guī)劃。如果利用即將完成的全區(qū)1：5萬DEM和已經完成的1：1萬DEM（西江流域），將得到更高的精度，適合縣一級及縣以下農業(yè)部門制定本縣、本鄉(xiāng)的部門農業(yè)規(guī)劃。

值得注意的是，在坡度較大的地區(qū)，平面面積與三維地形表面積相差較大，筆者利用1：25萬高程數(shù)據(jù)生成的DEM計算東蘭縣平面面積為2438平方公里（國土部門公布的數(shù)據(jù)：2434平方公里），曲面面積為3437平方公里，平面面積與曲面面積相差較大。東蘭地處大石山區(qū)，山嶺綿延，河谷深切，地形起伏較大，利用ARC/INFO的表面積計算功能統(tǒng)計面積應該更為合理。

6、輸出專題圖：

對生成的各種分布圖按照需要疊加河流、行政區(qū)劃、道路、居民點等基礎地理信息生成專題圖輸出。筆者在《廣西綜合區(qū)情地理信息系統(tǒng)（9202工程）》之子系統(tǒng)建設中，利用WebGIS將退耕還林試點縣東蘭縣、樂業(yè)縣的坡度圖制成網絡電子地圖。