浅谈基于DEM制作坡度图的方法和技巧

2021-09-11李建飞

辽宁自然资源 2021年8期

关键词：图斑县区坡度

李建飞

（辽宁省基础测绘院，辽宁锦州 121003）

坡度图是表示地面倾斜的地图。主要用晕线或颜色在图上直接表示出坡度的大小或陡缓，坡度倾角α的计算公式是：

式中，h表示高差，l表示水平距离。坡度数值的形式，通常用一个倾斜面对水平面间的夹角，即倾斜角度表示；也有用地面比降分数式或百分率表示。

坡度图的制作，通常利用DEM在地形图上进行坡度分级，其分级标准，多根据人们改造和利用自然实际需要的坡度的临界极限，或各种地貌类型自然界限值进行确定。坡度图对农业、林业、水利建设及军事等方面均有重要使用价值。

一、坡度计算

1.坡度计算

坡度计算公式：

2.坡度计算模型

坡度计算模型主要有二阶差分、三阶不带权差分、三阶反距离平方权差分等。本文制作坡度图应用的是三阶反距离平方权差分（图1），即Horn算法：

图1 DEM3×3局部移动窗口

图中G表示格网尺寸。e分别表示中心点e周围格网点高程值。

3.坡度分级

按照耕地坡度分级要求，对耕地坡度分为五级，≤2°为1级，2°~6°为2级，6°~15°为3级，15°~25°为4级，＞25°为5级。

二、坡度图制作方案

1.利用DEM制作坡度图的技术方法与路线

DEM数据准备→分幅DEM的镶嵌→各县区DEM数据裁切→栅格数据转为坡度数据→坡度数据分级→分级后坡度数据转为矢量数据→小面积图斑融合→矢量数据后处理→质量检查与上交。

2.坡度图制作

（1）DEM数据收集

辽宁省1:1万DEM数据覆盖辽宁省大部分地区，均已通过辽宁省测绘产品质量监督检验站验收，作为全省县级坡度图生产制作的主要数据源。漏洞部分采用现有最新的1:5万DEM数据作为补充数据源。

（2）DEM数据镶嵌

本文DEM数据为辽宁省第三次全国国土调查生产的比例尺为1:1万的数字高程模型数据，该数据分为40，41，42三个投影带，中央经线为120°，123°，126°。按照高斯-克吕格投影规则，辽宁省部分县区涉及到跨带，涉及跨带的县区，将中央经线转换成该县区制作“三调”数据库的投影带。

（3）DEM数据转为坡度数据

基于Arcgis10.3.1平台下Spatial Analyst工具中的表面分析中的坡度工具，将合并后的DEM数据转换成坡度栅格数据（图3），其中像元大小定为5米。

图3 坡度栅格数据

（4）坡度数据分级

将坡度栅格数据进行分类，利用Arcgis10.3.1中3D Analyst工具中栅格重分类工具，本文选择手动分类的方法，类别为5类，分类标准按照《利用DEM确定耕地坡度分级技术规定》（图4）。

图4 坡度分级栅格数据

（5）栅格数据转矢量数据

这一步利用Arcgis10.3.1中转换工具下的由栅格转出中栅格转面工具实现，生成坡度分级矢量数据（图5）。

图5 坡度矢量数据

（6）消除小面积图斑

本文所选用的消除小面积图斑的方法为融合，将小于750m2的小面积图斑进按坡度级就低不就高原则并入邻近图斑，合并的次序是每次都要从此时最小面积图斑开始进行判断，直到达到一定面积以下的小面积图斑全部融合掉为止（图6）。

图6 融合后矢量数据

（7）矢量数据后处理

矢量数据后处理包括界线平滑、拓扑重建、数据裁切等处理，数据裁切按各县区界线外扩1km进行裁切（图7）。

图7 坡度图

3.存在问题及解决办法

在坡度图接边时笔者遇到了严重的接边问题，两个相邻县区接边出现错牙现象，导致接边接不上（图8），经分析实验发现了制作过程中产生问题的原因，在坡度图制作技术路线与方法中DEM数据的裁切是在DEM镶嵌后就进行的，然后用裁切过的栅格数据转坡度数据、矢量数据，会导致矢量数据偏离正确的位置。也就是说不能用裁剪后的栅格数据制作坡度图，需要按县区界裁剪的，必须把这一步放到最后一步做，即不能裁剪栅格数据。