凌向明

（衡陽縣林業(yè)局，湖南 衡陽 421200）

0 前言

衡陽市享有“湘南油?！焙汀叭珖筒柚l(xiāng)”之美譽(yù)，全市油茶林面積和茶油產(chǎn)量均居全國各地州市之首，油茶已經(jīng)成為衡陽市最有條件、最有基礎(chǔ)、最有可能達(dá)到百億甚至千億產(chǎn)值的特色農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)。為摸清全市油茶優(yōu)質(zhì)資源家底，促進(jìn)油茶產(chǎn)業(yè)發(fā)展信息化、動(dòng)態(tài)化管理，推動(dòng)智慧油茶建設(shè)，衡陽市委、市政府組織開展油茶專項(xiàng)調(diào)查工作，并建設(shè)全市油茶優(yōu)質(zhì)資源管理數(shù)據(jù)庫。筆者以衡陽縣數(shù)據(jù)為實(shí)驗(yàn)，利用ArcGIS 空間分析方法成功完美解決數(shù)據(jù)更新的技術(shù)難題，取得較為精準(zhǔn)的油茶優(yōu)質(zhì)資源管理數(shù)據(jù)成果。

1 任務(wù)內(nèi)容和技術(shù)方法

（1）工作任務(wù)內(nèi)容：通過油茶優(yōu)質(zhì)資源專項(xiàng)調(diào)查，查清油茶資源的空間位置、面積、完善油茶類別、經(jīng)營形式、業(yè)主名稱、造林年度、苗木品系、保存率等屬性因子，并將油茶資源在林地?cái)?shù)據(jù)庫中精準(zhǔn)落實(shí)到山頭地塊，建立全市油茶優(yōu)質(zhì)資源“一張圖”，實(shí)現(xiàn)油茶資源動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，搭建平臺(tái)在線實(shí)時(shí)互動(dòng)。

（2）主要技術(shù)方法：以油茶林標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫為結(jié)構(gòu)模板，加載“底版”數(shù)據(jù)2019 年森林資源管理“一張圖”，充分利用油茶經(jīng)營管理年度調(diào)查矢量數(shù)據(jù)成果，通過遙感判讀區(qū)劃、實(shí)地調(diào)查核實(shí)等技術(shù)手段，內(nèi)業(yè)運(yùn)用ArcGIS 空間分析方法分析最新油茶資源數(shù)據(jù)，更新衡陽市優(yōu)質(zhì)油茶資源標(biāo)準(zhǔn)模板數(shù)據(jù)，最后形成油茶資源“一張圖”。

2 ArcGIS 建庫技術(shù)路線

具體技術(shù)路線流程圖見建庫流程見圖1。

圖1 建庫流程

2.1 ArcGIS 空間分析前的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)前期準(zhǔn)備

前期工作主要包括油茶經(jīng)營管理資料收集、油茶經(jīng)營管理數(shù)據(jù)矢量化與遙感判圖、實(shí)地驗(yàn)證、油茶優(yōu)質(zhì)資源標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)模板建立、數(shù)據(jù)預(yù)處理幾個(gè)工作流程。

（1）油茶經(jīng)營管理資料收集。收集歷年油茶造林驗(yàn)收資料、油茶撫育低改驗(yàn)收資料、現(xiàn)有油茶林基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫、林權(quán)檔案、行政界線等資料及近期高清遙感影像。

（2）油茶經(jīng)營管理圖斑矢量化與遙感判圖。對(duì)于油茶歷年經(jīng)營管理圖斑資料是紙質(zhì)版的，首先進(jìn)行油茶林經(jīng)營小班紙質(zhì)圖掃描后，統(tǒng)一地理坐標(biāo)配準(zhǔn)將圖斑進(jìn)行ArcGIS 矢量化。不同工程、不同經(jīng)營方式、不同年度的小班建在同一個(gè)圖層中，然后統(tǒng)一圖層數(shù)據(jù)庫屬性字段及結(jié)構(gòu)并用唯一關(guān)聯(lián)字段掛接小班屬性表或直接人工錄入因子，形成油茶經(jīng)營管理調(diào)查矢量圖。在矢量過程中疊加本期遙感影像判讀修正小班界線明顯錯(cuò)誤的圖斑。

（3）實(shí)地驗(yàn)證。對(duì)照歷史檔案記錄圖斑，重點(diǎn)對(duì)有疑問的地塊開展現(xiàn)場(chǎng)核實(shí)，記錄油茶林資源的位置、范圍，根據(jù)油茶經(jīng)營管理檔案信息、林權(quán)管理檔案、造林撫育驗(yàn)收等資料轉(zhuǎn)錄記載并根據(jù)調(diào)查修訂因子和補(bǔ)充圖斑調(diào)查。

（4）油茶優(yōu)質(zhì)資源標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)模板建立。利用設(shè)置好的油茶優(yōu)質(zhì)資源標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)模板，加載“森林資源一張圖”的數(shù)據(jù)，規(guī)范數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)。此時(shí)的數(shù)據(jù)為待更新油茶資源的“底版”數(shù)據(jù)，進(jìn)一步完善油茶優(yōu)質(zhì)資源屬性字段。

（5）數(shù)據(jù)預(yù)處理。①數(shù)學(xué)基礎(chǔ)要求。油茶優(yōu)質(zhì)資源管理數(shù)據(jù)庫建庫所有數(shù)據(jù)和影像的坐標(biāo)系統(tǒng)統(tǒng)一采用高斯-克呂格3·分帶投影的“CGCS2000 國家大地坐標(biāo)系”平面坐標(biāo)系統(tǒng)，衡陽地區(qū)根據(jù)各地地理位置不同選擇中央經(jīng)線為“111°、114°”帶。對(duì)于已有的油茶驗(yàn)收矢量數(shù)據(jù)，由于前期數(shù)據(jù)地圖投影和坐標(biāo)系的不同，在定義坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)的條件下采用數(shù)據(jù)管理工具<投影和變換<投影轉(zhuǎn)換和坐標(biāo)轉(zhuǎn)換的方法統(tǒng)一到投影坐標(biāo)系CGCS2000_3_Degree_GK_CM_111 或114E；②數(shù)據(jù)的預(yù)處理。油茶經(jīng)營管理矢量數(shù)據(jù)預(yù)處理主要是拓?fù)潢P(guān)系檢查小班圖形錯(cuò)誤，不允許存在面積小于666.7m2的碎小班、重疊小班、多部件小班等錯(cuò)誤，并對(duì)小班各字段的完整性以及各字段間的邏輯性檢查，糾正小班屬性錯(cuò)誤，經(jīng)修改處理后形成標(biāo)準(zhǔn)化結(jié)構(gòu)、屬性因子完整的油茶經(jīng)營管理矢量數(shù)據(jù)。

2.2 ArcGIS 空間分析方案

2.2.1 ArcGIS 空間分析方案需要解決的問題分析

ArcGIS 地圖窗口加載柵格地形圖和遙感圖后，添加油茶經(jīng)營管理矢量數(shù)據(jù)和衡陽市優(yōu)質(zhì)油茶資源標(biāo)準(zhǔn)模板數(shù)據(jù)，兩個(gè)圖層疊加后明顯可以看出：圖形方面兩個(gè)圖層的圖斑存在小班界線不完全吻合的情況，技術(shù)要求在林況、地況因子無顯著變化時(shí)，且不存在不合理區(qū)劃的前提下，盡量尊重油茶優(yōu)質(zhì)資源模板數(shù)據(jù)的已有成果，應(yīng)保持小班界線的相對(duì)穩(wěn)定，更新數(shù)據(jù)圖形時(shí)出現(xiàn)細(xì)碎圖斑和狹長細(xì)條狀和蝌蚪狀圖形必須消除。屬性賦值方面存在油茶經(jīng)營管理矢量數(shù)據(jù)屬性值與優(yōu)質(zhì)油茶資源標(biāo)準(zhǔn)模板數(shù)據(jù)的屬性字段值跨圖層賦值空間關(guān)聯(lián)的唯一性問題。

2.2.2 ArcGIS 空間分析解決問題過程

該方案一共包含數(shù)據(jù)更新、數(shù)據(jù)修飾、數(shù)據(jù)整合三個(gè)操作單元，各單元及步驟分解如下。

（1）數(shù)據(jù)更新。

利用ArcGIS 分析工具<疊加分析<標(biāo)識(shí)工具可以獲得輸入要素“優(yōu)質(zhì)油茶資源標(biāo)準(zhǔn)模板數(shù)據(jù)”與標(biāo)識(shí)要素“油茶經(jīng)營管理矢量數(shù)據(jù)”的幾何交值，完成油茶資源圖斑的圖形更新；與標(biāo)識(shí)要素“油茶經(jīng)營管理矢量數(shù)據(jù)”相重疊的輸入要素“優(yōu)質(zhì)油茶資源標(biāo)準(zhǔn)模板數(shù)據(jù)”油茶資源更新圖斑將獲得油茶經(jīng)營管理數(shù)據(jù)的全部屬性。利用屬性表中“字段計(jì)算器”工具把標(biāo)識(shí)要素“油茶經(jīng)營管理矢量數(shù)據(jù)”的字段屬性值賦值到輸入要素“優(yōu)質(zhì)油茶資源標(biāo)準(zhǔn)模板數(shù)據(jù)”的相應(yīng)字段，達(dá)到屬性更新的要求。利用數(shù)據(jù)管理工具<字段<添加字段工具添加短整型字段“標(biāo)記”字段，對(duì)屬性更新完成好的小班“標(biāo)記”字段值為“1”，對(duì)未更新的小班“標(biāo)記”字段值為“2”（后面步驟需用）。屬性賦值完成后刪除“優(yōu)質(zhì)油茶資源標(biāo)準(zhǔn)模板數(shù)據(jù)”屬性表關(guān)聯(lián)的“油茶經(jīng)營管理矢量數(shù)據(jù)”的相應(yīng)字段后導(dǎo)出數(shù)據(jù)。

（2）數(shù)據(jù)修飾。

包刮多部件至單部件、消除碎小班和狹長細(xì)條狀和蝌蚪狀圖形小班三個(gè)操作單元。利用數(shù)據(jù)管理工具<要素<多部件至單部件工具完成小班多部件處理。在消除碎小班和狹長細(xì)條狀和蝌蚪狀圖形小班工序前為防止已更新完成的優(yōu)質(zhì)油茶資源數(shù)據(jù)的林地與非林地界線改變，還需進(jìn)行“面邊比”分析、拆分、消除三步驟。

“面邊比”分析。利用數(shù)據(jù)管理工具<字段<添加字段工具添加雙精度字段“周面比”字段，即周長和面積的比值。經(jīng)過對(duì)衡陽縣油茶更新數(shù)據(jù)的圖形抽樣結(jié)果解讀，可以認(rèn)為因油茶經(jīng)營管理矢量數(shù)據(jù)對(duì)衡陽市優(yōu)質(zhì)油茶資源標(biāo)準(zhǔn)模板數(shù)據(jù)更新后造成的狹長細(xì)條狀和蝌蚪狀圖形圖斑的周長面積比一定程度上能反映出圖斑的形狀：當(dāng)周長面積比<0.15 時(shí)，均屬塊狀圖斑；當(dāng)周長面積比≥0.15 且<0.2，呈帶狀圖斑，但不排除蝌蚪狀（塊狀圖斑帶個(gè)尾巴）；當(dāng)周長面積比≥0.2 時(shí)，呈細(xì)長條狀圖斑，但仍不排除蝌蚪狀，對(duì)面積0.5hm2以上圖斑應(yīng)重點(diǎn)分析。

林地與非林地拆分。首先利用選擇<屬性選擇工具分別選擇地類為非林地地類、林地地類的圖斑，然后利用數(shù)據(jù)<數(shù)據(jù)導(dǎo)出工具導(dǎo)出林地和非林地?cái)?shù)據(jù)。

消除碎小班和狹長細(xì)條狀和蝌蚪狀圖形小班。第一步消除碎小班，以更新完成的林地?cái)?shù)據(jù)為例，首先打開屬性表，屬性選擇面積小于666.7m2的小班，利用數(shù)據(jù)管理工具<制圖綜合<消除工具進(jìn)行碎小班消除。第二步消除狹長細(xì)條狀和蝌蚪狀圖形小班，消除過程中為達(dá)到更新數(shù)據(jù)與原始經(jīng)營管理檔案數(shù)據(jù)一致，利用選擇<屬性選擇工具分別選擇“標(biāo)記”字段值設(shè)置為“1”和“2”的圖斑，然后利用數(shù)據(jù)<數(shù)據(jù)導(dǎo)出工具導(dǎo)出未更新數(shù)據(jù)和已更新數(shù)據(jù)，對(duì)未更新數(shù)據(jù)利用選擇<按位置選擇與油茶經(jīng)營管理矢量數(shù)據(jù)相交的小班后，打開更新數(shù)據(jù)屬性表，利用屬性選擇工具<在當(dāng)前選擇內(nèi)容中再選擇出周長面積比≥0.2 的小班進(jìn)行消除，用相同操作步驟再次對(duì)林地已更新數(shù)據(jù)進(jìn)行消除狹長細(xì)條狀和蝌蚪狀圖形小班。使用消除工具時(shí)，選擇排除表達(dá)式小班面積大于等于0.5hm2小班，小班面積大于等于0.5hm2小班人工識(shí)別。非林地?cái)?shù)據(jù)修飾操作方法與林地?cái)?shù)據(jù)相同，依序進(jìn)行同樣步驟。

（3）數(shù)據(jù)整合。

包含數(shù)據(jù)合并和數(shù)據(jù)拓?fù)錂z查兩個(gè)過程，第一步數(shù)據(jù)合并，將修飾完成好的林地（油茶更新數(shù)據(jù)、未更新數(shù)據(jù)）和非林地（油茶更新數(shù)據(jù)、未更新數(shù)據(jù)）利用數(shù)據(jù)管理工具<常規(guī)<合并工具進(jìn)行數(shù)據(jù)合并，形成統(tǒng)一的完整數(shù)據(jù)庫。第二步數(shù)據(jù)拓?fù)錂z查，將合并完整數(shù)據(jù)庫導(dǎo)入拓?fù)涞乩頂?shù)據(jù)庫內(nèi)，利用數(shù)據(jù)管理工具<拓?fù)涔ぞ哌M(jìn)行數(shù)據(jù)最后拓?fù)錂z查，確保數(shù)據(jù)所有圖斑不存在拓?fù)溴e(cuò)誤。

3 利用ArcGIS 空間分析方案解決油茶資源數(shù)據(jù)建庫的成果對(duì)比分析結(jié)論

首先基于油茶經(jīng)營管理資料數(shù)據(jù)矢量化為前提，加強(qiáng)人工判讀工作，在油茶經(jīng)營管理矢量數(shù)據(jù)圖形位置和屬性無偏差的條件下，然后可以迅速利用計(jì)算機(jī)ArcGIS 分析和更新油茶數(shù)據(jù)，無須逐小班人工疊加分析、切割和合并圖形和屬性因子錄入，大大節(jié)省時(shí)間，而且不存在邏輯判斷錯(cuò)誤和數(shù)據(jù)填寫錯(cuò)誤的問題，可以保證油茶經(jīng)營管理矢量數(shù)據(jù)對(duì)衡陽市優(yōu)質(zhì)油茶資源標(biāo)準(zhǔn)模板油茶更新數(shù)據(jù)的完美覆蓋，實(shí)現(xiàn)油茶經(jīng)營管理數(shù)據(jù)庫與森林資源管理數(shù)據(jù)庫的統(tǒng)一融合，確保油茶更新數(shù)據(jù)小班在圖形上和屬性上與原始資料數(shù)據(jù)的一一對(duì)應(yīng)，確保資源林地“一張圖”因油茶數(shù)據(jù)更新的林地和非林地邊界不發(fā)生改變，尊重原有數(shù)據(jù)成果的不變性。