利用ArcGIS 和卫星图片构建退耕还林地理数据库方法

徐礼来

（旌德县俞村镇人民政府，安徽 宣城 242600）

ArcGIS Desktop 是一套完整的专业GIS 应用软件，它包含了带有用户界面的Windows 桌面应用程序，如ArcMap、ArcCatalog、ArcScene、ModelBuilder、ArcGlobe 和ArcToolbox等。通过对地理现象、事件及其关系进行可视化表达，构建特定的应用，实现简单到复杂的GIS 任务，如制图、地理分析、数据编辑、数据管理、可视化和空间处理等，从而解决用户的需求，提升工作效率，服务科学决策。受当时条件限制，旌德县退耕还林小班检查验收数据和小班图只是建立纸质档案，未能做到实时更新，与现代林业数字化管理要求不相适应。

1 退耕还林工程建设现状与存在问题

1.1 退耕还林工程建设现状

旌德县2002—2004 年实施退耕还林工程，涉及10 个乡镇68 个村居11 123 户。全县退耕还林工程建设总规模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，小班总数2 786 个。

1.2 存在问题

旌德县退耕还林工程建设已近20 年，当时办公设备落后，技术条件有限，仅利用Excel 软件简单建立退耕还林小班检查验收登记表，人工将小班检查验收图绘制在1∶25 000 纸质地形图上，小班图勾绘精确度较低。2004 年旌德县实施撤乡并镇行政区划调整，由14 个乡镇合并为10 个乡镇，专业技术人员或调离或退休，退耕还林工程管理技术人员流动调整面较大，加之电脑设备更新不及时，部分档案数据因设备故障而丢失；而少数退耕还林小班因工程建设占用需异地调整置换，有些树种已至主伐期需采伐更新，有些树种不适应需更换树种。但原有退耕还林小班面积多为人工查数方格求算，数据信息查阅不便。因此，对退耕还林工程小班进行矢量化处理和可视化数字管理显得十分必要和迫切。

2 基本原则

2.1 尊重历史的原则

乡镇基层林业站当年开展退耕还林工程小班面积测量工具是罗盘仪或1∶25 000 纸质地形图。现在，开展森林资源调查面积测量工具已广泛采用可视化平板电脑GIS 测量或手持GPS。测量方法的不同，导致面积精确度受到一定影响，但只要在允许误差范围内即可，不能简单强求两者完全一致。

2.2 实事求是的原则

退耕还林工程造林检查验收起始面积标准为667 m以上。当年技术条件较差，只能利用1∶25 000地形图现场对坡勾绘退耕还林小班检查验收。山区面积1 hm以下的退耕还林造林小班，地形图勾绘小班位置和形状比较困难，准确性往往偏低。利用ArcGIS 和卫星图片勾绘退耕还林小班，可以保证小班位置和形状的准确性。本着实事求是的原则，对卫星图片难以分辨清楚的退耕还林小班，需现场采集小班地理信息数据，保证小班检查验收图准确。

2.3 循序渐进的原则

实际操作时，应以乡镇为单位，按行政村，从上到下、从左到右、先易后难，循序渐进，对照卫星图片和地形图勾绘退耕还林小班，快速准确地建立退耕还林小班检查验收地理数据库。

3 技术方法

3.1 试验材料

利用ArcGIS10.2 地理信息软件开展退耕还林小班地理数据库建立工作。利用图新地球或91 卫图助手下载旌德县卫星图片，下载级别18 以上，空间参考：WGS84 坐标系Web 墨卡托投影。尽量选择近年1至2 月份拍摄的卫星图片，杉类、松类、竹类、阔叶类影像对比明显，易于判别区分，辅助运用地形图勾绘，可以保证小班比单纯运用地形图勾绘更直观、更准确。以旌德县最新1∶10 000 电子地形图作为工作底图，空间参考：CGCS2000_3_Degree_GK_CM_117E。

3.2 技术资料

依据2007 年退耕还林小班检查验收Excel 表和小班检查验收成果、1∶25 000 纸质地形图小班区划成果，建立退耕还林小班地理数据库。

3.3 操作流程

3.3.1 地图文档建立

利用ArcGIS Desktop 的ArcMap 应用程序建立mxd 地图文档，添加旌德县1∶10 000 电子地形图和卫星图片，并保存“旌德县退耕还林”地图文档。实践应用表明，下载的WGS84 坐标系Web 墨卡托投影的卫星图片，不需要配准移动，就能与国家大地2 000 坐标系旌德县1∶10 000 电子地形图叠加一致，下次直接双击“旌德县退耕还林”地图文档即可打开。

3.3.2 地理数据库创建

利用ArcGIS Desktop 的ArcMap 应用程序，打开“旌德县退耕还林”地图文档，在目录窗口中，建立“退耕还林”个人地理数据库。

选中“退耕还林”个人地理数据库并右击，在下拉菜单中点击新建要素类，命名为“退耕还林检查验收图”，空间参考选择CGCS2000_3_Degree_GK_CM_117E。根据旌德县2007 年退耕还林小班检查验收Excel 表头，在excel 中新建退耕还林检查验收图英文缩写字段名称，注意与退耕还林小班检查验收表Excel 表字段排列顺序一致，并保存为“退耕还林图字段”excel 文件，接着将其导入，检查并修正字段名称和数据类型。例如，将乡镇“xz”、行政村“xzc”、小地名“xdm”设为文本类型，将面积“mj”设为双精度，检查无误后，再点击完成。随后，将“退耕还林检查验收图”矢量文件添加到内容列表中，并保存到“旌德县退耕还林”地图文档。下次打开此地图文档时，地形图、卫星图片、退耕还林检查验收图等图层全部一一添加，非常方便。

3.3.3 小班图编辑

旌德县退耕还林坡耕地造林面积共2 866.67 hm，桤木、枫香、杨树等树种面积占83.2%。在1 至2 月份拍摄的卫星图片上，桤木、枫香、杨树等生态林树种退耕还林小班呈现林木落叶后成行灰色的图斑，退耕还林地周边山场多为杉类、松类、竹类，呈现绿色的图斑，能较好地分辨出来。在内容列表中，右键选中“退耕还林检查验收图”图层，点击“编辑要素”→“开始编辑”，根据旌德县2007 年退耕还林小班1∶25 000 地形图检查验收成果和退耕还林小班检查验收数据表，参照卫星图片，点击“编辑器”→“创建要素”，在对话框中选中“退耕还林检查验收图”图层，逐一勾绘退耕还林小班，并输入小班属性字段内容。

3.3.4 小班图标注

在内容列表中右键选中“退耕还林图”图层，点击“属性”→“标注”，勾选“标注此图层中的要素”。方法：勾选以相同方式为所有要素加标注，点击“表达式”，弹开标注表达式下拉菜单，在表达式编辑框中，以半角英文输入方式填入“[xbh]&”—“&[mj]&”亩“&vbnewline&”—“&vbnewline&[dl]&”—“&[jhnd]”，或点击[保存]，将此标注表达式另存为退耕还林检查验收标注表达式，下次可直接加载应用，再点击[确定]，完成标注表达式编辑，在打开的ArcGIS 窗口上，以分子式标注退耕还林小班。

3.3.5 小班面积求算

在ArcGIS 地理数据库中，对退耕还林检查验收图斑进行创建、编辑时，每个图斑会自动生成字段Shape_Area 属性，随着图斑修改，属性数据自动发生变化。在小班图标注时，可在表达式编辑框中填入“round([Shape_Area]*0.0015，1)&"亩"”，小班注记直接显示以亩为单位的面积，对修正小班图形具有很好的参考作用。

3.3.6 小班图形修正

在第一次绘图成果基础上，再根据退耕还林小班检查验收图表资料，参照卫星图片，对小班图一一检查修正。修正时，将小班图标注设为[XBH]&"—"&[mj]&"亩"&"a"&round([Shape_Area]*0.0015，1)&"亩"&vbnewline&"—"&vbnewline&[dl]&"—"&[jhnd]，可及时查看注记中“a”前小班图检查验收上报面积与“a”后求算面积大小关系。小班图二次修正后，若求算面积大于或等于小班检查验收上报面积，一般不需要现场核实；若求算面积小于小班检查验收上报面积，需要进行分析核对，现场补充调查核实后，再进行小班图形修正。

3.3.7 小班图拓扑检查

在目录中，右键选中退耕还林个人地理数据库，新建要素数据集，命名为退耕还林拓扑，坐标系：CGCS2000_3_Degree_GK_CM_117E，垂直坐标系不选，XY、Z、M容差都为0.001。右键选中刚建立的要素数据集—退耕还林拓扑，点击[导入]→[要素类(单个)]，在弹出对话框中，将退耕还林检查验收成果图层地址填入输入要素类方框，默认自动生成输出位置，在输出要素类方框，命名为退耕还林拓扑检查，再点击[确定]。右键选中刚建立的要素数据集—退耕还林拓扑，点击[新建]—[拓扑]，自动默认拓扑名称和容差，点击[下一步]，在弹出的对话框中，勾选退耕还林拓扑检查要素类，再点击2 次[下一步]，在弹出的对话框中，点击[添加规则]，选择不能重叠作为规则，最后点击[完成]。至此，完成新拓扑检查创建工作。将退耕还林拓扑_Topology 中的所有要素类添加到地图，依据面错误、线错误、点错误，对退耕还林检查验收成果进行检查修改。

3.3.8 小班成果检查

在内容列表中右击“退耕还林图”图层，点击[数据]→[导出数据]，弹出对话框，导出：选择[所有要素]，使用与以下选项相同的坐标系：选择[此图层的源数据]，以shapefile 类型保存到文件夹。以Excel 打开同文件名的dbf 类型文件，另保存为Excel 文件，按乡镇、年度计划、小班号等字段名称进行排序，从中查找是否有小班漏绘或查看小班面积填写错误。若漏绘，根据相关资料，在“旌德县退耕还林”地图文档上进行补绘；若小班面积填写错误，根据相关资料，在“旌德县退耕还林”地图文档上对相应小班面积属性进行修正。通过以上检查和修正，一方面确保每个小班位置和属性数据正确，另一方面确保各年度计划的小班总数和面积正确。

4 结语

熟悉退耕还林工程和ArcGIS 业务的专业技术人员，利用ArcGIS 和卫星图片，可以快速准确地构建退耕还林地理数据库。建立退耕还林地理数据库对于实施退耕还林数字化管理、巩固退耕还林成果具有重要意义，为林业工程建设与管理开辟了一条科学有效的绿色通道，为林业信息化建设开启了新的篇章。

旌德县退耕还林工程，意杨林分已达过熟林，桤木等林分易受自然灾害影响而退化成低产低效林，退耕户有意愿要求更新树种造林。同时，其他工程建设项目占用退耕还林，根据占补平衡的原则，需异地置换调整，确保退耕还林造林面积不会减少。因此，退耕还林地理信息化管理是动态的，需要及时设计和检查验收，及时更新管理。建议参照上述方法，分别建立退耕还林采伐更新、工程建设项目占用退耕还林、工程建设项目占用退耕还林异地置换造林设计（检查验收）等退耕还林动态管理图层，更加科学、规范、实时地实施退耕还林工程数字化管理。