施軍

摘要：本文介紹了利用GIS分析方法，在對浙江全省的DEM數(shù)據(jù)進行預(yù)處理的基礎(chǔ)上，制作完成按縣級行政區(qū)劃為單位的坡度分級圖。通過對坡度分級圖成果進行的大量驗證工作（包括地形圖驗證和野外實地核查）表明成果中坡度級圖斑和耕地圖斑坡度級準確率高，數(shù)據(jù)可靠。

關(guān)鍵詞：空間分析， DEM，坡度分級圖，第二次全國土地調(diào)查

1、引言

為克服第一次土地調(diào)查中存在的問題，準確地掌握耕地的分布及坡度類型情況，國務(wù)院第二次全國土地調(diào)查辦公室頒布了《利用DEM確定耕地坡度分級技術(shù)規(guī)定》（試行），要求各省、市、自治區(qū)統(tǒng)一制作坡度圖的方法，保證坡度數(shù)據(jù)和圖形規(guī)范、準確，為第二次全國土地調(diào)查提供現(xiàn)勢性強和精度高的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

2、概述

坡度是地表單元陡緩的程度，地形以坡度的形式顯示出平原、丘陵、山地等地貌特征。在土地利用現(xiàn)狀調(diào)查中，準確地掌握耕地的分布及坡度情況，是土地調(diào)查的一項重要工作。

坡度分級圖是利用DEM數(shù)據(jù)，通過數(shù)學模型公式計算DEM中每個格網(wǎng)的坡度值，生成坡度柵格數(shù)據(jù)，按照技術(shù)規(guī)程中的耕地坡度分級指標，對地面坡度進行分級。

3、資料收集與準備

3.1 DEM數(shù)據(jù)

收集齊浙江全省的最新DEM，收集到的DEM原則上應(yīng)通過浙江省級以上測繪產(chǎn)品質(zhì)檢部門的驗收。

3.2 行政境界資料

采用浙江省各縣（市、區(qū)）行政勘界數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)格式為shp，坐標系統(tǒng)采用3度分帶，1980西安坐標系。

3.3 軟件選取

采用ArcGIS 9.3 軟件為坡度分析和坡度分級圖制作的軟件平臺。

3.4 DEM的質(zhì)量檢查

DEM數(shù)據(jù)的質(zhì)量檢查包括對DEM精度和現(xiàn)勢性檢查及DEM接邊處等是否有漏缺等檢查。

4、坡度分級圖的技術(shù)要求

4.1 作業(yè)流程

4.2坡度計算

坡度計算公式：

公式中的 、 分別表示x，y方向的偏導數(shù)，P為坡度值。

4.3坡度分級圖主要內(nèi)容

主要內(nèi)容：

（1）對根據(jù)DEM計算生成的坡度柵格數(shù)據(jù)圖按照《第二次全國土地調(diào)查技術(shù)規(guī)程》中規(guī)定的耕地坡度分級要求和等級標準進行分級，生成坡度分級柵格數(shù)據(jù)圖；

（2）對坡度分級柵格數(shù)據(jù)圖進行矢量化處理，生成坡度分級矢量化數(shù)據(jù)；

對矢量化的數(shù)據(jù)按技術(shù)規(guī)程和設(shè)計書要求進行圖斑綜合取舍、界線平滑、拓撲重建、數(shù)據(jù)裁切等一系列處理。

以縣級行政區(qū)域為基本單位對坡度分級矢量數(shù)據(jù)進行裁切管理。

4.4確定耕地坡度分級

確定方法：

根據(jù)按照要求統(tǒng)一制作的坡度分級圖，在各個縣級農(nóng)村土地調(diào)查數(shù)據(jù)庫中，將坡度分級圖與地類圖斑疊加，確定每塊耕地圖斑的坡度等級，并在地類圖斑層中對耕地圖斑賦耕地坡度等級屬性。

編制耕地坡度分級圖基本方法：

以最新的縣級土地利用現(xiàn)狀圖為底圖，對耕地圖斑賦予確定的耕地坡度值，疊加生成耕地坡度分級圖。

5、坡度分級圖的具體制作流程

5.1、坡度分級圖制作流程

坡度分級圖基本流程如下（流程圖如圖1所示）：

（1）、首先對1：1萬DEM數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)格式的轉(zhuǎn)換，將DEM（GeoTIN的*.dem）數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換為ArcGIS軟件平臺下的Grid柵格數(shù)據(jù)格式。

（2）、由于DEM數(shù)據(jù)是按照1：1萬標準分幅進行存儲和組織的，因此需要對分幅圖數(shù)據(jù)按照各個縣市的區(qū)域范圍進行拼接處理，得到完整縣市區(qū)域的柵格數(shù)據(jù)。

（3）、在ArcGIS軟件平臺下進行坡度分析和計算，應(yīng)用ArcGIS軟件的坡度計算算法生成每個柵格格網(wǎng)點的坡度信息，形成坡度柵格數(shù)據(jù)圖，將坡度柵格數(shù)據(jù)圖按照《第二次全國土地調(diào)查技術(shù)規(guī)程》的坡度分級規(guī)定進行坡度分級并做矢量化處理，經(jīng)界線平滑、圖斑綜合、拓撲重建等處理過程，形成矢量坡度分級圖。

（4）、把矢量坡度圖數(shù)據(jù)按縣級行政區(qū)域進行裁切，接邊處理，得到縣級區(qū)域的坡度分級圖成果。

圖2 坡度分級圖制作流程

5.2、坡度分級圖制作具體步驟

5.2.1、ArcGIS軟件下DEM數(shù)據(jù)處理

5.2.1.1、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換

數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換包括對不符合要求的的數(shù)據(jù)格式、坐標系統(tǒng)、高程基準、投影帶等進行轉(zhuǎn)換。

①數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換

1：1萬DEM數(shù)據(jù)格式為*.dem，為GeoTIN軟件的數(shù)據(jù)格式，需要轉(zhuǎn)換為ARCGIS軟件平臺下的Grid格式。DEM數(shù)據(jù)格式的轉(zhuǎn)換采用程序工具批量自動處理。

②數(shù)據(jù)坐標系統(tǒng)轉(zhuǎn)換

浙江省第二次全國土地調(diào)查所采用的平面坐標系為1980西安坐標系，以東經(jīng)120度為中央經(jīng)線，3度分帶；高程系統(tǒng)采用1985國家高程基準。坡度分級圖采用的1：1萬DEM數(shù)據(jù)坐標系統(tǒng)與高程基準在118°30′—121°30′以內(nèi)的區(qū)域與《第二次全國土地調(diào)查技術(shù)規(guī)程》的要求一致，但118°30′—121°30′以外的區(qū)域需要進行投影帶換帶處理，統(tǒng)一到120°中央經(jīng)線。

5.2.1.2、數(shù)據(jù)拼接

由于DEM數(shù)據(jù)為1：1萬標準分幅文件，因此需要對分幅文件按照區(qū)域的范圍進行拼接，形成覆蓋區(qū)域的完整的柵格數(shù)據(jù)文件，如圖3所示。DEM數(shù)據(jù)的拼接采用ArcGIS軟件或者ERDAS軟件的Mosaic命令工具批量處理。

圖3 DEM拼接

5.2.1.3、格網(wǎng)間距修改

坡度分級圖的制作經(jīng)過前期的試驗和分析，表明類似浙江省地形地貌區(qū)域，計算耕地坡度最好采用比例尺為1：1萬DEM，格網(wǎng)間距采用20米到30米間距為宜。因此需要對原始拼接后的DEM數(shù)據(jù)進行格網(wǎng)間距的修改。下圖4是不同格網(wǎng)間距DEM數(shù)據(jù)生成的坡度分級圖。

圖4 不同格網(wǎng)間距DEM數(shù)據(jù)生成坡度圖比較

5.2.2、ArcGIS軟件下坡度分級圖的制作

在ArcGIS軟件平臺下，利用其坡度分析和數(shù)據(jù)處理功能，制作坡度分級圖，制作流程如下：（流程圖如圖5所示）

Ⅰ、計算柵格格網(wǎng)點坡度

Ⅱ、提取等值線

Ⅲ、等值線構(gòu)面

Ⅳ、坡度級別賦值

Ⅴ、界線平滑、圖斑綜合、拓撲重建

圖5 ArcGIS中坡度圖制作流程

5.2.3、矢量坡度分級圖裁切整理

對生成好的矢量坡度分級圖數(shù)據(jù)按縣級行政區(qū)域在ArcGIS軟件下用clip工具進行裁切，并對相鄰區(qū)域的坡度分級圖進行接邊處理，形成縣級坡度分級圖成果，如圖6所示。

圖6 坡度分級圖成果

6、遇到的問題與處理方法

利用DEM可以自動進行圖斑的坡度計算和分析，但DEM的比例尺及格網(wǎng)間距大小對計算結(jié)果存在較大影響，因此究竟采用何種比例尺數(shù)據(jù)以及多大格網(wǎng)間距來進行坡度分級圖制作對浙江省的第二次全國土地調(diào)查來說是一個非常重要的問題。經(jīng)過不斷的試驗和分析，DEM數(shù)據(jù)宜采用1：1萬DEM，格網(wǎng)間距采用20米到30米間距為宜。因此，制作坡度分級圖時采用數(shù)據(jù)源為1：1萬DEM數(shù)據(jù)，格網(wǎng)間距采用25米。

7、結(jié)束語

利用DEM數(shù)據(jù)進行自動提取耕地坡度等級的圖幅數(shù)為浙江全省的DEM數(shù)據(jù)，檢查拼接等處理的工作量大，在生產(chǎn)作業(yè)初期不斷發(fā)現(xiàn)各種問題，制作過程經(jīng)常出現(xiàn)反復，隨著項目深入，作業(yè)人員積累了一些經(jīng)驗，對流程更加熟悉，通過編寫一些小軟件，提高了效率，使得數(shù)據(jù)獲取方法更科學，獲得的數(shù)據(jù)更準確。

采用GIS空間分析技術(shù)利用DEM數(shù)據(jù)進行自動提取耕地坡度等級，由于使用的DEM精度高、現(xiàn)勢性強，能夠準確描述地形結(jié)構(gòu)，通過程序自動處理，提取耕地坡度等級，減少了人為誤差，保證了精度，效率較常規(guī)方法量算耕地坡度等級有了質(zhì)的提高。

參考文獻

[1]柯正誼，何建邦，池天河.數(shù)字高程模型[M].北京：中國科技文獻出版社，1995

[2] 胡紹永，王玉川，鄭進軍，宋孟強. 基于DEM的四川省坡度圖制作[J]. 《測繪》2010年第5期

[3]韋金麗，李啟賢.地理信息系統(tǒng)技術(shù)在土地坡度分析統(tǒng)計方面的應(yīng)用[J].中國土地科學，2003（8）：45—51.

[4] 張偉，王建弟，朱寧.土地利用調(diào)查中圖斑平均坡度的獲取方法[J].地理與地理信息科學，2005，22（6）：37-40

圖4 不同格網(wǎng)間距DEM數(shù)據(jù)生成坡度圖比較

5.2.2、ArcGIS軟件下坡度分級圖的制作

在ArcGIS軟件平臺下，利用其坡度分析和數(shù)據(jù)處理功能，制作坡度分級圖，制作流程如下：（流程圖如圖5所示）

Ⅰ、計算柵格格網(wǎng)點坡度

Ⅱ、提取等值線

Ⅲ、等值線構(gòu)面

Ⅳ、坡度級別賦值

Ⅴ、界線平滑、圖斑綜合、拓撲重建

圖5 ArcGIS中坡度圖制作流程

5.2.3、矢量坡度分級圖裁切整理

對生成好的矢量坡度分級圖數(shù)據(jù)按縣級行政區(qū)域在ArcGIS軟件下用clip工具進行裁切，并對相鄰區(qū)域的坡度分級圖進行接邊處理，形成縣級坡度分級圖成果，如圖6所示。

圖6 坡度分級圖成果

6、遇到的問題與處理方法

利用DEM可以自動進行圖斑的坡度計算和分析，但DEM的比例尺及格網(wǎng)間距大小對計算結(jié)果存在較大影響，因此究竟采用何種比例尺數(shù)據(jù)以及多大格網(wǎng)間距來進行坡度分級圖制作對浙江省的第二次全國土地調(diào)查來說是一個非常重要的問題。經(jīng)過不斷的試驗和分析，DEM數(shù)據(jù)宜采用1：1萬DEM，格網(wǎng)間距采用20米到30米間距為宜。因此，制作坡度分級圖時采用數(shù)據(jù)源為1：1萬DEM數(shù)據(jù)，格網(wǎng)間距采用25米。

7、結(jié)束語

利用DEM數(shù)據(jù)進行自動提取耕地坡度等級的圖幅數(shù)為浙江全省的DEM數(shù)據(jù)，檢查拼接等處理的工作量大，在生產(chǎn)作業(yè)初期不斷發(fā)現(xiàn)各種問題，制作過程經(jīng)常出現(xiàn)反復，隨著項目深入，作業(yè)人員積累了一些經(jīng)驗，對流程更加熟悉，通過編寫一些小軟件，提高了效率，使得數(shù)據(jù)獲取方法更科學，獲得的數(shù)據(jù)更準確。

采用GIS空間分析技術(shù)利用DEM數(shù)據(jù)進行自動提取耕地坡度等級，由于使用的DEM精度高、現(xiàn)勢性強，能夠準確描述地形結(jié)構(gòu)，通過程序自動處理，提取耕地坡度等級，減少了人為誤差，保證了精度，效率較常規(guī)方法量算耕地坡度等級有了質(zhì)的提高。

參考文獻

[1]柯正誼，何建邦，池天河.數(shù)字高程模型[M].北京：中國科技文獻出版社，1995

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[3]韋金麗，李啟賢.地理信息系統(tǒng)技術(shù)在土地坡度分析統(tǒng)計方面的應(yīng)用[J].中國土地科學，2003（8）：45—51.

[4] 張偉，王建弟，朱寧.土地利用調(diào)查中圖斑平均坡度的獲取方法[J].地理與地理信息科學，2005，22（6）：37-40

圖4 不同格網(wǎng)間距DEM數(shù)據(jù)生成坡度圖比較

5.2.2、ArcGIS軟件下坡度分級圖的制作

在ArcGIS軟件平臺下，利用其坡度分析和數(shù)據(jù)處理功能，制作坡度分級圖，制作流程如下：（流程圖如圖5所示）

Ⅰ、計算柵格格網(wǎng)點坡度

Ⅱ、提取等值線

Ⅲ、等值線構(gòu)面

Ⅳ、坡度級別賦值

Ⅴ、界線平滑、圖斑綜合、拓撲重建

圖5 ArcGIS中坡度圖制作流程

5.2.3、矢量坡度分級圖裁切整理

對生成好的矢量坡度分級圖數(shù)據(jù)按縣級行政區(qū)域在ArcGIS軟件下用clip工具進行裁切，并對相鄰區(qū)域的坡度分級圖進行接邊處理，形成縣級坡度分級圖成果，如圖6所示。

圖6 坡度分級圖成果

6、遇到的問題與處理方法

利用DEM可以自動進行圖斑的坡度計算和分析，但DEM的比例尺及格網(wǎng)間距大小對計算結(jié)果存在較大影響，因此究竟采用何種比例尺數(shù)據(jù)以及多大格網(wǎng)間距來進行坡度分級圖制作對浙江省的第二次全國土地調(diào)查來說是一個非常重要的問題。經(jīng)過不斷的試驗和分析，DEM數(shù)據(jù)宜采用1：1萬DEM，格網(wǎng)間距采用20米到30米間距為宜。因此，制作坡度分級圖時采用數(shù)據(jù)源為1：1萬DEM數(shù)據(jù)，格網(wǎng)間距采用25米。

7、結(jié)束語

利用DEM數(shù)據(jù)進行自動提取耕地坡度等級的圖幅數(shù)為浙江全省的DEM數(shù)據(jù)，檢查拼接等處理的工作量大，在生產(chǎn)作業(yè)初期不斷發(fā)現(xiàn)各種問題，制作過程經(jīng)常出現(xiàn)反復，隨著項目深入，作業(yè)人員積累了一些經(jīng)驗，對流程更加熟悉，通過編寫一些小軟件，提高了效率，使得數(shù)據(jù)獲取方法更科學，獲得的數(shù)據(jù)更準確。

采用GIS空間分析技術(shù)利用DEM數(shù)據(jù)進行自動提取耕地坡度等級，由于使用的DEM精度高、現(xiàn)勢性強，能夠準確描述地形結(jié)構(gòu)，通過程序自動處理，提取耕地坡度等級，減少了人為誤差，保證了精度，效率較常規(guī)方法量算耕地坡度等級有了質(zhì)的提高。

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