齊超

（遼寧省基礎(chǔ)測(cè)繪院,遼寧 錦州 121003）

自2018年起全國(guó)開展了第三次國(guó)土調(diào)查工作，為了更準(zhǔn)確的計(jì)算耕地的凈面積[1]，掌握確切的耕地、農(nóng)田基本數(shù)量、質(zhì)量和空間分布情況，國(guó)務(wù)院三調(diào)辦要求各省、市、自治區(qū)統(tǒng)一坡度圖的制作。在這樣的背景下，遼寧省以ArcGIS 10.3為基礎(chǔ)版本，基于5米格網(wǎng)的DEM數(shù)據(jù)，進(jìn)行影像拼接、矢量化、制圖綜合、接邊處理、合并和裁剪等處理后，生產(chǎn)出較高精度的矢量坡度圖數(shù)據(jù)，更精確地查清不同坡度分級(jí)和耕地類型的面積及空間分布。同時(shí)，坡度圖的制作可以全面掌握遼寧省低丘緩坡土地的全面數(shù)據(jù)[2]，為今后的綜合開發(fā)做好充分準(zhǔn)備。本文主要是以沈陽市遼中區(qū)為例，系統(tǒng)的闡述坡度圖的制作流程及出現(xiàn)的問題和相應(yīng)的解決方法。

一、資料準(zhǔn)備

本次全省坡度圖制作使用的DEM數(shù)據(jù)，主要為歷年的1:1萬DEM，部分地區(qū)使用的是2014年和2016年的雷達(dá)數(shù)據(jù)[3]。遼中區(qū)主要是以1:1萬DEM為數(shù)據(jù)來源，雷達(dá)數(shù)據(jù)與1萬數(shù)據(jù)處理的步驟相同，本文就不再加以贅述。遼中區(qū)所用到的1:1萬比例尺DEM數(shù)據(jù)為41°投影帶，中央經(jīng)線為123°。若縣區(qū)內(nèi)的數(shù)據(jù)出現(xiàn)換帶情況，則把縣區(qū)內(nèi)多數(shù)DEM所在的投影帶為主要投影帶，其他帶內(nèi)的DEM投影到主要投影帶內(nèi)進(jìn)行其他生產(chǎn)步驟，其他兩種數(shù)據(jù)的操作與1:1萬數(shù)據(jù)相同[4]。

ArcGIS采用10.3版本，首先是考慮到以縣區(qū)為單位進(jìn)行生產(chǎn)時(shí)數(shù)據(jù)量比較大，此軟件在運(yùn)行大數(shù)據(jù)量時(shí)比較穩(wěn)定且運(yùn)行時(shí)間比較短；其次，在生產(chǎn)坡度圖時(shí)有很多需要人為操作的重復(fù)步驟，可以利用該版本的迭代功能，將重復(fù)的步驟迭代在一個(gè)工具集下，避免了人為操作的失誤，且提高生產(chǎn)效率。

二、生產(chǎn)流程

1.DEM數(shù)據(jù)預(yù)處理

遼中區(qū)的數(shù)據(jù)主要采用2012年1:1萬DEM和2014年雷達(dá)DEM，分別將兩種數(shù)據(jù)進(jìn)行拼接、處理后對(duì)矢量數(shù)據(jù)進(jìn)行合并。

（1）DEM合并

運(yùn)用ArcGIS10.3鑲嵌至新柵格工具把所有的1萬DEM合并成一個(gè)新柵格，其中要確定像元大小為5，波段數(shù)為1（圖1）。

（2）坡度計(jì)算

坡度是反映地形的重要因子，是地形描述中常用的參數(shù)，是一個(gè)具有方向與大小的矢量。利用坡度計(jì)算公式計(jì)算出每個(gè)格網(wǎng)的坡度值，生成坡度柵格數(shù)據(jù)圖。計(jì)算時(shí)采用 3×3窗口，利用坡度計(jì)算模型計(jì)算坡度值。每個(gè)柵格中心有一個(gè)高程值，分析窗口的DEM數(shù)據(jù)矩陣中連續(xù)移動(dòng)完成整個(gè)區(qū)域的計(jì)算工作（圖2）。

（3）坡度分級(jí)

利用坡度數(shù)據(jù)對(duì)縣區(qū)進(jìn)行坡度分級(jí)（圖3），通常情況下一個(gè)圖斑確定一個(gè)等級(jí)；當(dāng)一個(gè)圖斑包含兩個(gè)及以上等級(jí)時(shí)可依據(jù)大面積的等級(jí)確定為該圖斑等級(jí)，也可將圖斑分割分別定級(jí)。遼中區(qū)的分級(jí)柵格有兩個(gè)，要對(duì)兩個(gè)柵格數(shù)據(jù)鑲嵌為一個(gè)數(shù)據(jù)作為成果提交，其中雷達(dá)數(shù)據(jù)的精度較高，在鑲嵌時(shí)要用雷達(dá)的柵格覆蓋1萬柵格。坡度分級(jí)界定為：坡度≤2°為1級(jí)，2°＜坡度≤6°為2級(jí)，6°＜坡 度 ≤ 6°15°為 3級(jí) ，15°＜坡 度 ≤ 6°25°為 4級(jí) ， ＞25°為5級(jí)。

2.轉(zhuǎn)矢量數(shù)據(jù)及數(shù)據(jù)處理

將柵格分級(jí)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)為矢量后，此時(shí)的圖斑在矢量數(shù)據(jù)中圖斑面積小于750平方米定為小圖斑，按坡度級(jí)就低不就高逐級(jí)并入鄰近圖斑的原則，將小面積圖斑全部消除，將寬度小于或等于1個(gè)格網(wǎng)尺寸的線狀坡度圖斑按平均配賦原則合并至相鄰圖斑中。此項(xiàng)工作完成后要對(duì)不同數(shù)據(jù)來源的矢量成果數(shù)據(jù)與原始矢量數(shù)據(jù)相交，提取出更改過等級(jí)的圖斑面積總和，算出同縣區(qū)總面積的占比，項(xiàng)目要求面積更改占比不能超過3%。

遼中區(qū)的成果矢量數(shù)據(jù)分為1萬與雷達(dá)兩個(gè)部分，要對(duì)矢量數(shù)據(jù)進(jìn)行合并處理。與坡度分級(jí)數(shù)據(jù)相同，雷達(dá)生成的矢量數(shù)據(jù)要覆蓋1萬的矢量數(shù)據(jù)進(jìn)行更新裁剪后，與周圍縣區(qū)接邊后，按照要求整理數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，以縣區(qū)為單位進(jìn)行成果提交。

三、問題及解決辦法

1.矢量數(shù)據(jù)偏移

在首批坡度圖生產(chǎn)過程中，用縣區(qū)界限裁剪的并非為矢量數(shù)據(jù)而是裁剪的DEM合并后的柵格數(shù)據(jù)，矢量成果完成后的圖斑與未裁切的柵格生成的矢量圖斑有偏差，如圖4。在對(duì)DEM數(shù)據(jù)裁切后，柵格影像有偏移的情況（線狀圖斑為未裁剪柵格轉(zhuǎn)出的矢量，面狀圖斑為裁剪后柵格轉(zhuǎn)出的矢量）。

分別在兩個(gè)矢量中找到相同的兩塊圖斑（圖4），分別在屬性表中建立兩個(gè)最大X坐標(biāo)和最大Y坐標(biāo)字段，通過字段計(jì)算器分別計(jì)算圖斑X、Y坐標(biāo)，算出偏移距離，將矢量成果平移回正確位置，在之后的生產(chǎn)過程中則采取裁剪矢量數(shù)據(jù)以避免相同問題的發(fā)生。

2.融合小面積圖斑與條狀圖斑

在進(jìn)行去除小面積圖斑時(shí)，最初是采用人工融合，先篩選出面積為25等級(jí)為1的圖斑，更改等級(jí)1為2，進(jìn)行數(shù)據(jù)融合；再選出面積為25等級(jí)為2的圖斑，更改等級(jí)2為3，進(jìn)行數(shù)據(jù)融合；依此類推將面積為25等級(jí)為4的圖斑合并到等級(jí)為5的圖斑中，再從等級(jí)5融合回等級(jí)1。此數(shù)據(jù)為5米格網(wǎng)，所以圖斑的面積最小為25平方米，遞進(jìn)區(qū)間為25平方米，要將小于750平方米的圖斑全部消除，要分別進(jìn)行240次篩選、更改等級(jí)、融合操作，不但耗時(shí)耗力還容易操作失誤。

運(yùn)用ArcGIS10.3二次開發(fā)功能，將篩選、更改等級(jí)、融合這樣重復(fù)的工作通過模型構(gòu)建器形成一系列的程序操作，這樣可以提高工作效率也減少了失誤。

最初排查細(xì)長(zhǎng)圖斑時(shí)采用人工排查，逐屏看細(xì)長(zhǎng)圖斑，在遇到比較大的縣區(qū)時(shí)，需要大量的排查時(shí)間，并且還不能排除會(huì)有遺漏的情況。

在矢量成果的屬性表中添加7個(gè)字段，分別計(jì)算出最大X坐標(biāo)、最小X坐標(biāo)、長(zhǎng)度、最大Y坐標(biāo)、最小Y坐標(biāo)、寬度與絕對(duì)距離。為保證差異率不過大，通過屬性選擇，選擇出面積與絕對(duì)距離的比值小于等于5的圖斑即為需要去除的細(xì)長(zhǎng)圖斑，再通過合并原則更改坡度等級(jí)進(jìn)行數(shù)據(jù)融合。

3.換代接邊

由于遼寧省DEM數(shù)據(jù)分為40°，41°，42°三個(gè)投影帶，并且在數(shù)據(jù)裁剪時(shí)采用的是縣區(qū)境界外擴(kuò)1000米為界限。換帶后矢量數(shù)據(jù)有變形情況，造成換帶不接邊。

將不同投影帶的縣區(qū)的界限往內(nèi)縮減1100米，分別裁剪兩個(gè)縣區(qū)，就得到兩個(gè)環(huán)狀矢量數(shù)據(jù)，去掉不需要換帶接邊的部分。將41°帶數(shù)據(jù)投影到40°帶，并且融合，篩選出面積小于750平方米且不在境界邊的圖斑，按照融合要求進(jìn)行消除（圖5）。加載上縣區(qū)境界，通過手動(dòng)修改矢量進(jìn)行接邊，形成了寬度為2200米的矢量，分別用這部分?jǐn)?shù)據(jù)更新到接邊前的兩個(gè)縣區(qū)內(nèi)，融合后用標(biāo)準(zhǔn)境界外擴(kuò)1000圖廓裁剪接邊成果。

4.大圖斑錯(cuò)誤排查

矢量數(shù)據(jù)處理時(shí)會(huì)對(duì)圖斑等級(jí)有所修改，正確的操作是更改小面積圖斑等級(jí)，按照合并原則與周圍圖斑融合。但在實(shí)際作業(yè)時(shí)會(huì)有錯(cuò)誤操作，更改了大圖斑的等級(jí)，這不但造成了差異率變大，也造成了大圖斑錯(cuò)誤，如果一個(gè)縣區(qū)內(nèi)有一處大圖斑錯(cuò)誤那整個(gè)縣區(qū)的工作就會(huì)被判為不合格，因此需要進(jìn)行判別。

在矢量成果與原始矢量添加面積字段，將兩個(gè)矢量進(jìn)行相交，提取出原始圖斑等級(jí)不等于成果圖斑等級(jí)，并且原始矢量圖斑面積與成果矢量圖斑面積比大于0.5的圖斑，以此排查有沒有大圖斑更改的錯(cuò)誤和圖斑合并錯(cuò)誤，發(fā)現(xiàn)問題后加以改正保證正確率。

四、結(jié)語

遼寧省是以各市縣為單位分別生成坡度成果數(shù)據(jù)，每個(gè)成果主要包括：合并的DEM數(shù)據(jù)、坡度分級(jí)矢量數(shù)據(jù)、坡度分級(jí)柵格數(shù)據(jù)、 元數(shù)據(jù)及差異率計(jì)算成果表。

由于圖幅換帶造成的不接邊，由于涉及到的縣市比較多并且不接邊的情況明顯，為了解決這個(gè)問題，分別裁剪出換帶處兩邊各1000米的接邊區(qū)域，將一側(cè)投影到另一側(cè)合并后，人為對(duì)矢量數(shù)據(jù)進(jìn)行接邊處理，再將接邊區(qū)域分別合并回原來的數(shù)據(jù)。

由于前期裁剪矢量數(shù)據(jù)造成的數(shù)據(jù)偏移問題，找到偏移前后相同的點(diǎn)，計(jì)算出偏移的坐標(biāo)值，進(jìn)行逆向轉(zhuǎn)換糾正。

通過上述方法，遼寧省保質(zhì)保量地完成了生產(chǎn)任務(wù)，并通過了國(guó)家的核查，全面掌握了地形情況，對(duì)土地的規(guī)劃、分析土地的利用都起到了重要作用。