运用ArcGis进行小班坡度计算的思考

陆理通

(福建省松溪县林业规划设计队，福建 松溪 353500)

运用ArcGis进行小班坡度计算的思考

陆理通

(福建省松溪县林业规划设计队，福建 松溪 353500)

以福建省松溪县渭田镇吴村村为例，探讨运用ArcGis软件的空间分析功能，将矢量地形图转换成数字高程模型(DEM)，再以DEM为基础获得林业区划小班的平均坡度并与林业小班数据库相关联的方法与步骤，同时分析了具体应用过程中矢量地形图的提取方法以及地形转栅格中DEM分辨率对坡度计算精度的影响。

ArcGis；小班坡度；计算方法

坡度是地表单元陡缓的程度，通常把坡面的垂直高度和水平距离比值的反tan值称为坡度。在森林资源连续清查的小班调查中，小班坡度是重要的调查因子，也是办理森林采伐中面积控制的重要依据。根据《福建省森林采伐技术规范》第二章第十一条：人工起源用材林可实施小班经营法，坡度≤5°时皆伐面积≤30 hm2，5°<坡度≤30°时皆伐面积≤20 hm2，坡度31°～35°时皆伐面积≤5 hm2，超过35°的不得进行皆伐[1]。

在以往的一、二类调查中，小班坡度主要是通过人工计算的方法进行确定。具体步骤是通过测量地形图上小班内坡面的垂直高度与水平距离，计算它们的比值后求其反tan值，再综合各个量测点在小班范围内的权重得出小班的平均坡度。人工方法计算小班的坡度受人为因素、主观性成分的影响，其结果的客观性与权威性变化较大。自2002年以来，随着数字林业工作的推广，地理信息软件在福建省各县市林业部门得到广泛应用。2014年以来，在福建省林业厅的推广下，松溪县林业局将原先使用的ViewGis地理信息软件换成了功能更强大ArcGis软件，从而利用数字化的地形图对小班坡度的计算机自动求算提供了可能。

1 研究方法

考虑到普通办公电脑的运算能力，建议按行政村为单位进行小班坡度分析。本文以松溪县渭田镇吴村村为例，分析如何对一个行政村进行小班坡度自动计算。

1.1项目区矢量地形图的准备

运用ArcGis软件对纸质地形图进行扫描后矢量化获得矢量地形图。为了提高工作效率和准确性，购买与二类建档小班图相同坐标系(西安80三度带)的DWG格式地形图，运用ArcGis软件将DWG格式的地形图转换成shp格式的矢量地形图。

图1 DWG格式地形图

图2 图层目录树

转换步骤：准备好吴村村所坐落的G-50-10-(46)与G-50-10-(54)2个图幅的DWG格式地形图。运行ArcMap软件，添加G-50-10-(46)图幅的DWG格式地形图(图1)，只选择Polyline图层为可见(图2)，选择该图层的图层属性→绘制图层→只勾选首曲线和计曲线(图3)，从而剔除等高线以外的信息，将该图层导出shp格式文件，即得到含有高程数据的矢量地形图(图4)。

通过上述方法，生成G-50-10-(54)图幅的矢量地形图。将G-50-10-(46)与G-50-10-(54)2个图幅的矢量地形图通过复制粘贴方法合并成一个图层，即G5010(46.54)矢量地形图(图5)，为后续地形转栅格生成DEM做好准备。

1.2用等高线生成DEM(数字高程)

运行ArcMap，选择ArcToolbox→3D分析工具→栅格插值→地形转栅格工具，将G5010(46.54)图幅的矢量地形图生成DEM图(图6)。

1.3对DEM进行裁剪

选择ArcToolbox→空间分析工具→提取分析→按掩膜提取工具，以吴村村二类调查建档小班图(图7)为要素掩膜数据，生成吴村村的DEM图(图8)。

图3 图层属性对话框

图4 矢量地形图

1.4创建吴村村的坡度图

选择ArcToolbox→3D分析工具→栅格表面→坡度工具，以吴村村DEM图为输入栅格，生成吴村村的坡度图(图9)。

1.5提取吴村村小班平均坡度

利用吴村村二类调查建档小班矢量图与坡度栅格图进行分类区统计，提取每个小班的平均坡度。选择ArcToolbox→空间分析工具→区域分析→以表格显示分区统计工具，以吴村村二类调查建档小班矢量图为要素区域数据，以小班矢量图的关键字段“XBNO”为区域字段，统计类型选择“MEAN”，输出吴村村二类小班的平均坡度表。在此坡度表的基础上，可以连接吴村村二类调查建档小班矢量图的数据库，导出生成含有自动计算平均坡度的小班数据库。

图6 G5010(46.54)DEM图

图7 吴村村二类建档小班图

图8 吴村村DEM图

2 结果与分析

2.1地形转栅格中像元大小的选择对坡度计算精度的影响

在地形转栅格操作中，需要对输出像元大小进行赋值(图10中箭头所指选项)。该选项的赋值大小的选择直接影响了输出DEM的分辨率，进而影响小班坡度的计算结果。为了检验输出像元大小的不同选择对坡度计算结果的影响，以吴村村为例，将输出像元大小分别设定成1、2、5、10、15，生成5种不同分辨率的DEM，再对这5种不同分辨率DEM进行坡度计算，对坡度计算结果进行比对分析。结果表明，输出像元的值越小，同一小班范围内取样越多，坡度计算结果越精确。特别是对于小班平均坡度大于35°的小班不得进行皆伐这一技术规定的情况下，输出像元大小的选择对于小班平均坡度计算结果具有很现实的意义。具体可以参考吴村村小班平均坡度在35°以上时，同一个小班在不同输出像元大小情况下小班坡度计算结果的变化情况见图11。

图9 吴村村坡度图

图10 地形转栅格对话框

输出像元值越大，生成的DEM分辨率越小，从而生成的坡度图越粗略。随着DEM分辨率粗略化，许多地形细节被舍去，而客观的地形起伏特征相对保留较多，平均坡度值会减小[2]。在低坡度地区，坡度随分辨率降低变化不大；而在中高坡度上，坡度随分辨率降低成衰减趋势，且随坡度等级的提高，衰减趋势越明显[3]。从图11可以看出，在输出像元值>5的情况下，小班平均坡度计算结果明显偏小，因此在实际工作应用中，为了保证对计算结果的客观公正，对于输出像元值一律选择为1。

图11 不同输出像元值下小班平均坡度计算结果变化

2.2运用ArcGis软件进行坡度计算的高效性与准确性分析

本文以松溪县渭田镇吴村村为例，共涉及林业区划小班234个。以传统人工计算方法必须在逐个小班内选3～5个点量取高程落差与水平距进行反tan值计算，再加权平均小班平均坡度，要完成整个行政村内234个小班的坡度计算，工作量势必十分庞大。而运用ArcGis软件进行坡度计算，整个过程数分钟内即可完成，在工作效率上有着质的飞跃。

其次，对运用ArcGis软件进行坡度计算结果的准确性评价。打开吴村村坡度计算表(图11)，以35072410220103101020小班为例，可以看出该小班面积272827 m2(AREA字段)，坡度计算取了272827个样本(COUNT字段)，意味着ArcGis软件对每1 m2的范围进行1次坡度计算，最终对小班范围内的计算结果进行取平均值。因此，如此庞大的取样数量是用人工方法所无法达到精密程度，也最大限度地保证了计算结果的准确性。

3 小结

采用ArcGis软件进行小班平均坡度计算具有提高工作效率、保证计算结果公正、准确等优点，该方法具备在林业行业进行推广的必要性。过去森林资源规划设计调查(二类调查)的小班调查中，坡度计算一直沿用人工计算方法，其结果不能尽最大可能体现林地的真实情况，采用ArcGis软件进行小班坡度计算对于二类调查中的小班调查具有推广应用价值。

[1]福建省林业厅.福建省森林采伐技术规范[Z].福州，2006.

[2]陈楠.DEM分辨率与平均坡度的关系分析[J].地球信息科学学报，2014，16(4)：524-530.

[3]牛亮.坡度与分辨率关系研究[D].西安：西北大学，2010.

StudyonCalculateSublotSlopeUsingArcGis

LULitong

(Songxiforestryplanninganddesignbrigade，Songxi353500，Fujian，China)

There is Fujian province Songxi County Weitian town Wucun village for cases in this article，discussion using ArcGis software of space analysis function.At first，transfer the vector topographic maps to digital elevation model (DEM)；the second，related the way that how to link the forestry sublot slope whoes get it from DEM into the forestry sublot data；also，the article focused analysis the method of extraction vector topographic map and the relationship between DEM resolution and average slope derived from DEM.

ArcGis；sublot slope；computing method

10.13428/j.cnki.fjlk.2017.03.025

2017-02-16；

： 2017-04-10

陆理通(1976—)，男，福建松溪人，福建省松溪县林业规划设计队工程师，从事森林资源调查森林经营管理工作。E-mail：lulitong126@126.com。

S757.2+7

： A

： 1002-7351(2017)03-0124-04