連玉紅，馬林峰,劉延芳

(1.陜西省林業(yè)調(diào)查規(guī)劃院,西安 710082；2. 寧東林業(yè)局，西安 710100)

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基于ArcGIS的森林撫育設(shè)計(jì)制圖

連玉紅1，馬林峰2,劉延芳1

(1.陜西省林業(yè)調(diào)查規(guī)劃院,西安 710082；2. 寧東林業(yè)局，西安 710100)

利用ArcGIS地理信息系統(tǒng)軟件為平臺(tái)，以森林撫育補(bǔ)貼試點(diǎn)作業(yè)設(shè)計(jì)為例，介紹了森林撫育外業(yè)調(diào)查方法以及森林撫育作業(yè)設(shè)計(jì)圖的制圖方法，從坐標(biāo)定義、圖層添加、邊界線制作、圖幅配置小班標(biāo)注、出圖打印等方面詳細(xì)地介紹了林業(yè)基本圖的制作方法與步驟。

森林撫育；ArcGIS；制圖設(shè)計(jì)

ArcGIS作為一種空間信息管理系統(tǒng)，已普遍地用于空間數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和管理。目前，ArcGIS已經(jīng)廣泛應(yīng)用于政府部門管理、公共安全與應(yīng)急減災(zāi)、公共事業(yè)如煤氣天然氣、教育、交通運(yùn)輸、自然資源和商業(yè)與公共服務(wù)等行業(yè)或領(lǐng)域中[1-3]。林業(yè)建設(shè)中，林業(yè)專題圖能夠直觀地顯示森林資源的面積、樹種、齡級等多項(xiàng)林分因子的分布狀況，且能體現(xiàn)規(guī)劃設(shè)計(jì)的思想，是林業(yè)生產(chǎn)、科研和管理不可缺少的基礎(chǔ)資料，也是各類林業(yè)調(diào)查、規(guī)劃設(shè)計(jì)工程必須提供的主要成果之一[4]。傳統(tǒng)的林業(yè)制圖方法多是以手工制作為主，首先根據(jù)需要設(shè)定比例尺大小，然后設(shè)計(jì)版面、建立圖面控制方格網(wǎng)進(jìn)行清繪、注記植字、涂色色樣、人工分涂、圖面整飾后再印制成果，流程極其繁雜，且存在線條不均、圖班套印不準(zhǔn)、生產(chǎn)效率低、周期長，且成果難以保存，不論今后資源數(shù)據(jù)如何變化圖面資料都不會(huì)隨之變動(dòng)，是一種非常“死”的資源圖。隨著計(jì)算機(jī)的普及與相關(guān)制圖軟件的出現(xiàn)，利用計(jì)算機(jī)繪制林業(yè)專題圖的工作引起了林業(yè)工作者的關(guān)注。而且利用計(jì)算機(jī)制作的專題圖具有準(zhǔn)確性、高效性、美觀性，易保存，易修改，易更新，易復(fù)制等一系列優(yōu)點(diǎn)，利用計(jì)算機(jī)繪制林業(yè)專題圖已成為林業(yè)工作者的重要手段之一[5-6]，同時(shí)，應(yīng)用地理信息系統(tǒng)制作林業(yè)專題圖是數(shù)字林業(yè)建設(shè)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，ArcGIS的應(yīng)用能夠解決林業(yè)專題圖制作中的諸多復(fù)雜問題，對推動(dòng)數(shù)字林業(yè)建設(shè)具有重要而積極的意義。

秦嶺國家植物園位于西安市周至縣境內(nèi)，地處亞熱帶和暖溫帶分界線。北起省道S107環(huán)山旅游專用公路，南至秦嶺梁，西起黑河，東至周至縣與戶縣縣界，海拔480～3 000 m，域內(nèi)有13條河流，總面積639 km2，是目前世界上占地面積最大的植物園。園內(nèi)林地也面臨撫育作業(yè)問題，為了提高森林撫育設(shè)計(jì)制圖水平和時(shí)效，我們進(jìn)行了以外業(yè)調(diào)查資料和ArcGIS系統(tǒng)為基礎(chǔ)的秦嶺植物園森林撫育設(shè)計(jì)制圖嘗試，取得了滿意效果，現(xiàn)將有關(guān)方法和程序介紹如下。

1 外業(yè)調(diào)查

1.1 小班調(diào)查

小班調(diào)查采用標(biāo)準(zhǔn)地調(diào)查法。按小班調(diào)查設(shè)計(jì)表，逐項(xiàng)調(diào)查、填寫各項(xiàng)調(diào)查因子；在撫育區(qū)域設(shè)置標(biāo)準(zhǔn)地大小為20 m×30 m；在標(biāo)準(zhǔn)地內(nèi)按樹種分別進(jìn)行每木檢尺，填寫每木檢尺記錄表，起測徑階為6 cm；在標(biāo)準(zhǔn)地四角和中央各設(shè)1個(gè)2 m×2 m的小樣方，分別記錄灌木的種類、蓋度、高度以及空間分布格局；用角規(guī)繞測對撫育小班部分因子進(jìn)行修正和核對。

1.2 立地因子調(diào)查

在標(biāo)準(zhǔn)地內(nèi)，調(diào)查標(biāo)準(zhǔn)地位置的海拔、地形、坡度、坡向等因子。

1.3 郁閉度調(diào)查

郁閉度調(diào)查采用樣線調(diào)查方法，即在每個(gè)小班內(nèi)隨機(jī)布設(shè)樣線100 m，每隔1 m采用抬頭垂直仰視的方法，判斷該樣點(diǎn)是否被樹冠覆蓋，統(tǒng)計(jì)被覆蓋的樣點(diǎn)數(shù)。

郁閉度=樹冠覆蓋樣點(diǎn)數(shù)/總樣點(diǎn)數(shù)

2 內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理

將調(diào)查的數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總整理成電子版的excel表格，方便作圖使用。

3 作圖

3.1 準(zhǔn)備工作

借紙質(zhì)地形圖，掃描紙質(zhì)地形圖為柵格圖像、圖像配準(zhǔn)、建立要素類、矢量化柵格地圖、屬性數(shù)據(jù)的錄入，最后在版面視圖中制作出所需要的林業(yè)專題圖。

3.1.1 掃描紙質(zhì)地形圖 將掃描儀與電腦連接，并正確安裝掃描儀的驅(qū)動(dòng)程序，然后將紙質(zhì)地形圖進(jìn)行掃描(為了減少誤差，地圖要平展，不要有褶皺，盡量使用大幅面掃描儀)，將掃描后的地圖保存為.JPG或者其他格式。

3.1.2 加載數(shù)據(jù)和柵格配準(zhǔn) 地形圖經(jīng)過掃描后都必須經(jīng)過掃描配準(zhǔn)，對掃描后的柵格圖進(jìn)行檢查，以確保矢量化工作順利進(jìn)行。

(1)打開ArcMap，添加“柵格配準(zhǔn)”工具欄。

(2)把需要進(jìn)行配準(zhǔn)的柵格圖加載到ArcMap中，會(huì)發(fā)現(xiàn)“柵格配準(zhǔn)”工具欄中的工具被激活。把需要進(jìn)行配準(zhǔn)的影像增加到ArcMap中，一種方法是把需要配準(zhǔn)的影像拖移四個(gè)角點(diǎn)到陜西圖幅接合表里的Index50000(Index10000).shp相對應(yīng)的圖幅號的方框里。另一種方法是通過輸入控制點(diǎn)進(jìn)行配準(zhǔn)和自動(dòng)調(diào)整矯正，則完成了柵格圖形配準(zhǔn)。

在“柵格配準(zhǔn)”菜單下，點(diǎn)擊“矯正”，對配準(zhǔn)的柵格圖另存為一個(gè)新的柵格文件。加載新的柵格文件，并將原始的柵格文件從數(shù)據(jù)框中刪除。后面我們的數(shù)字化工作是對這個(gè)配準(zhǔn)和矯正后的柵格圖進(jìn)行操作的。

3.2 林業(yè)專題地圖制作

3.2.1 定義坐標(biāo) 打開ArcGIS軟件，右擊“圖層→屬性→坐標(biāo)系→預(yù)定義→Geographic Coordinate Systems→Gauss Kruger→Beijing 1954→Beijing 1954 Degree GK CM 111E”，完成坐標(biāo)定義。

3.2.2 建立要素類 打開ArcCatalog，在指定目錄下，鼠標(biāo)右擊，在“新建”中，選擇(個(gè)人空間數(shù)據(jù)庫)“personal?Geodatabase”。并修改該Geodatabase數(shù)據(jù)庫的名稱(秦嶺植物園)。接著為該Geodatbase創(chuàng)建新的要素類，鼠標(biāo)右擊Geodatabase數(shù)據(jù)庫，在“新建”中選擇“要素類”(圖1)。

建新的要素類(New feature class),這里主要是建點(diǎn)(Point)、線(Polyline)、面(Polygon)要素，分別命名要素名稱，點(diǎn)擊“下一步”，分別設(shè)定投影系統(tǒng)、要素屬性表字段等。

3.2.3 區(qū)劃小班 根據(jù)外業(yè)調(diào)查區(qū)劃的草圖，在Arcmap下用面圖層區(qū)劃小班。在小班因子表里填寫必要的各類因子。用計(jì)算幾何體計(jì)算面積。計(jì)算的面積單位為平方米，然后換算成畝，小班面積控制在20 hm2以下。

根據(jù)不同的撫育方式，對小班進(jìn)行著色(圖2)。

圖1 要素類建立

圖2 小班著色

3.2.4 控制點(diǎn)建立 編輯點(diǎn)文件，在每個(gè)小班的拐角處添加點(diǎn)，在表里進(jìn)行編號，計(jì)算點(diǎn)的縱橫坐標(biāo)。輸出成exl格式，添加到Arcmap下。

3.2.5 小班注記 根據(jù)比例尺的大小，決定注記的放置位置，在1∶10 000比例尺下，小班注記放置在小班內(nèi)，本森林撫育圖比例尺1∶25 000，小班內(nèi)范圍小，放置注記擁擠，采用在圖下注記的方法。小班標(biāo)注是由6個(gè)因子組成，它的制作方法：右擊“屬性→標(biāo)注”命令，勾選“標(biāo)注此圖層中的要素(L)”，再單擊“表達(dá)式(E)”按鈕，彈出“標(biāo)注表達(dá)式”框，輸∧[小班號] &"-" & [作業(yè)面積] &"-" & [郁閉度] &chr(13)&"————————"&chr(13)& [樹種組成] &"-" & [起源]&"-" & [撫育方式] (圖4)。然后右擊“屬性→標(biāo)注要素→將標(biāo)注轉(zhuǎn)化成注記”，按小班號順序移動(dòng)注記到下邊的小班注記框里(圖3)。

圖3 標(biāo)注注記式

3.2.6 圖例的生成 單擊“插入→圖例”菜單命令，彈出“圖例向?qū)А笨颍x擇需要生成圖例的“地圖圖層”個(gè)數(shù)，通過中間的“>”和“<”按鈕，設(shè)置“圖例項(xiàng)”中圖例列數(shù)，通過最右邊的“↑”按鈕可以對圖例項(xiàng)進(jìn)行排序，然后按“下一步”按鈕，依次對圖例的標(biāo)題、顏色、大小、圖例框架等進(jìn)行設(shè)置，完成圖例制作。

3.2.7 圖廓 調(diào)出“繪圖工具→矩形”命令，在數(shù)據(jù)框外繪制一個(gè)矩形，雙擊它，彈出“屬性”框，把填充顏色改為“白色”，輪廓線顏色設(shè)為“黑色”。

3.2.8 “圖名”的制作 單擊“插入→文本”菜單命令，輸入圖名，雙擊，在“屬性”欄里，調(diào)整字大小，顏色以及其他的內(nèi)容。

3.2.9 版面設(shè)計(jì)

(1)圖面尺寸設(shè)置

ArcMap窗口包括數(shù)據(jù)視圖和版面視圖，正式輸出森林撫育圖之前，應(yīng)該首先進(jìn)入版面視圖，按照比例尺、打印機(jī)型號等來設(shè)置版面的尺寸。

(2)圖框和底色設(shè)置

調(diào)整圖框的形式，改變圖框的顏色和雙線間距。

(3)繪制坐標(biāo)格網(wǎng)

坐標(biāo)格網(wǎng)反映地圖的坐標(biāo)系統(tǒng)或地圖投影信息。不同的制圖區(qū)域的大小，有著不同類型的坐標(biāo)格網(wǎng)：小比例尺大區(qū)域的地圖，通常使用經(jīng)緯線格網(wǎng)；大、中比例尺中、小區(qū)域地圖，通常使用公里格網(wǎng)。本圖采用公里格網(wǎng)。格網(wǎng)的制作方法：右擊“圖層→屬性→格網(wǎng)→新建格網(wǎng)”命令，彈出“格網(wǎng)和經(jīng)緯網(wǎng)向?qū)А笨?，選擇“方里格網(wǎng)”，按“下一步”按鈕，依次對方格網(wǎng)的外觀、間隔、軸、邊框等進(jìn)行設(shè)置，完成方格網(wǎng)制作。

(4)圖名、圖例、指北針的放置

根據(jù)圖幅有效區(qū)域、圖紙大小及相關(guān)位置關(guān)系，從傳統(tǒng)、相關(guān)規(guī)定、美觀、清晰等角度考慮，確定圖名、圖例、指北針的大小和放置的位置。

(5)圖形打印輸出

文件菜單下選擇導(dǎo)出地圖，輸入圖名，選擇存儲(chǔ)類型、適當(dāng)?shù)姆直媛?、保存路徑，至此專題圖制作完成(圖4)。

圖4 設(shè)計(jì)圖輸出

4 討論

通過基于ArcGIS的秦嶺國家植物園森林撫育設(shè)計(jì)制圖，我們體會(huì)到計(jì)算機(jī)編繪圖有如下主要特點(diǎn)：一是制圖標(biāo)準(zhǔn)化和規(guī)范化，采用統(tǒng)一的字庫、符號庫、線型庫、顏色庫、圖案庫等，以及規(guī)范化的標(biāo)注，圖面色彩均勻，符號大小統(tǒng)一；二是提高了成圖質(zhì)量；三是對森林資源的空間屬性數(shù)據(jù)進(jìn)行動(dòng)態(tài)管理，一旦資源數(shù)據(jù)發(fā)生變更，即時(shí)對資源數(shù)據(jù)進(jìn)行更新，實(shí)現(xiàn)圖形與屬性的交互查詢；四是便于存放，利于資源共享；五是專題圖比例可隨意調(diào)節(jié)；提高了工作效率，從成圖到統(tǒng)計(jì)都可以實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)化，縮短內(nèi)業(yè)時(shí)間，使林業(yè)經(jīng)營管理更趨科學(xué)化。今后結(jié)合不同的資料數(shù)據(jù)和需要，ArcGIS軟件在森林資源清查、野生動(dòng)植物資源調(diào)查、自然災(zāi)害調(diào)查、森林防火、病蟲害監(jiān)測與預(yù)測預(yù)報(bào)、森林資源等動(dòng)態(tài)監(jiān)測、制圖方面，應(yīng)該也會(huì)有較為廣闊的應(yīng)用前景。

[1] 張建鋒,房義福,郗金標(biāo).GIS在林業(yè)上的應(yīng)用[J].山東林業(yè)科技,1997(5):20-22.

[2] 王紅梅.MAPGIS在數(shù)字地圖制圖方面的初步研究[M].北京:測繪出版社,2000.

[3] 陸守一,唐小明,王國勝.地理信息系統(tǒng)實(shí)用教程[M].北京:中國林業(yè)出版社,1998.

[4] 馬克西,張敏中.林業(yè)專題圖的計(jì)算機(jī)制作[J].陜西林業(yè)科技,1999(1):46-48.

[5] 武剛,盧澤洋,呂洪利.森林資源管理信息基礎(chǔ)建設(shè)[J].北京林業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),2001,23(3) :77-80.

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ArcGIS-based Design Maps Making of Forest Tending

LIAN Yu-hong1,MA Lin-feng2,LIU Yan-fang1

(1.ShaanxiInstituteofForestryInventoryandPlanning,Xi'an710082;2.NingdongForestryBureau,Xi’an710100)

ArcGIS geographic information system software was applied as the platform for operation design of pilot forest tending subsidy as an example. The forest tending field investigation methods and map making of forest tending design were introduced ranging from the definition of coordinates,layers addition,boundary line production,FIG. small class label web configuration,printing and other aspects showing detailed description of the production methods and procedures forestry basic map.

Forest tending; ArcGIS; mapping design

2016-04-21

連玉紅(1978-)，女，陜西澄城人，工程師，主要從事森林資源調(diào)查工作。

S771.3

A

1001-2117(2016)05-0066-05