浙江省土地利用地形梯度综合分析涉及全省土地利用现状、坡度、高程等数据; 数据切割、数据叠加、面积统计等分析过程; 统计图表输出等成果内容, 具有数据源多、数据量大、处理过程复杂、成果表多等问题^[1]。以往的人工处理方法效率较低, 且重复性劳动较多, 汇总成果管理缺乏系统性、规范性。为了解决这些问题, 本文开发了浙江省土地利用地形梯度分析系统, 减轻了人工处理工作量, 提高了工作效率, 实现了地形梯度分析及汇总成果的信息化、规范化、高效化管理。

1 系统设计

本文结合工作流程与任务进行需求分析, 在设计系统时, 首先需要按用户绘制范围对DEM数据、土地利用现状数据库数据进行裁切, 对裁切后的DEM数据生成等值面, 并将等值面与裁切后数据库指定层进行叠加处理; 然后对叠加后的数据库层进行面积统计; 最后生成成果汇总表。系统运行于数据基础之上, 对数据进行处理。因此, 在进行系统设计与开发之前, 首先需要对待处理数据进行收集与处理。

1) DEM数据。使用的329幅1:5万DEM数据由浙江省国土资源厅提供, 范围覆盖浙江省全境。由于核查分析时是以每个县市的行政勘界区划为单位进行统计分析, 因此需要对1:5万的DEM数据进行拼接处理, 保证拼接后的DEM数据能够覆盖各个县市, 并且图幅之间的拼接无缝隙。

2) 土地利用现状数据库。本文使用的土地利用现状数据库是第二次全国土地调查土地利用数据库成果, 数据由浙江省国土资源厅统一提供。浙江全省下辖11个地级市, 90个县(市、区)。由于第二次全国土地调查时各县市所采用的调查方式和使用的软件不完全一致, 致使第二次全国土地调查土地利用数据库成果存在差异。在数据处理时把数据库成果格式统一转换为ArcGIS的PDB(mdb)格式, 坐标系统统一到Xi’an 1980 3 Degree GK Zone 40。

3) 坡度分级图数据。坡度分级图数据使用的是第二次全国土地调查时的坡度数据, 数据格式:ArcGIS的PDB(mdb)文件, 坐标系统采用Xi’an 1980 3 Degree GK Zone 40, 数据按县(市、区)组织, 数据范围与本次调查涉及的县(市、区)范围一致^[2]。全省坡度划分为5个等级, 具体为0~2°为1级(平地), 2~6°为2级(平缓坡), 6~15°为3级(缓坡), 15~25°为4级(斜坡), 25°以上为5级(陡坡)。由于宁波市、温州市、台州市、舟山市的一些海岛地区没有坡度图数据, 在坡度分级时对此全部赋值为0。

经过上述的需求分析及数据分析处理, 本系统逻辑结构图如图 1所示。

2 系统功能实现 2.1 系统功能开发

ArcGIS作为应用基础软件, 提供了许多通用的GIS功能, 但是不同的行业总有很多独特的应用, 因此根据某一行业或某一部门的特定需求进行二次开发是必需的^[3]。ArcGIS提供了强大的二次开发工具和可重用的通用二次开发组件集(ArcObjects组件库、ArcEngine组件库)。其二次开发方式主要有使用VBA(visual basic for application)环境开发、动态链接库(dynamic link library, DLL)组件进行开发和构建独立应用系统(基于ArcEngine的开发)等3种。

地形梯度分析系统采用了第二种开发方式, 即动态链接库的方式, 采用ArcObject+C#的方式, 开发出动态链接库, 供用户在ArcMap中以工具按钮的形式使用^[4-5]。动态链接库的方式可以直接嵌入到ArcMap界面中使用, 方便用户使用ArcMap的基础GIS功能。本系统为了方便用户使用, 没有设计多个按钮或工具条, 而是将各功能模块都集成在一个窗体界面中, 设计了数据处理、面积计算、成果汇总3个按钮, 供用户根据数据处理不同阶段的需要选择使用, 系统处理进度设计在窗体的右边显示, 用户可以随时查看数据处理的进度, 整个功能界面简洁、友好、直观, 便于用户操作, 如图 2所示。

2.2 系统主要功能

1) 矢量、栅格数据切割。该功能根据用户在ArcMap窗体绘制的感兴趣范围对矢量、栅格数据进行裁切, 得到绘制范围内的矢量、栅格数据, 如图 3所示。使用该功能时, 首先在ArcMap窗体中加载需要裁切的栅格数据, 并在系统运行界面(图 2)中选择矢量数据库路径及裁切后栅格数据的保存路径, 切割后矢量数据默认保存路径与原矢量数据库相同, 切割进度在右面的进度窗口显示。

2) 等值面生成。用户在系统运行界面输入等高线值, 如10、50、100、150、200等。系统自动分析DEM中每个像元的高程值, 将每个像元重新分类:高程值小于10的像元生成小于10的等高线范围面矢量数据; 高程值为10到50之间的像元生成10~50的等高线范围面矢量数据, 以此类推, 系统会根据输入的等高线值生成各个区间的等值面数据。图 4为生成等值面的效果图。

3) 叠加分析。由于土地利用地形梯度分析需要得到每块地类图斑的高程信息和坡度信息, 而土地利用现状数据中无坡度值、高程值等数据, 所以等值面生成后, 需要把坡度级图层、带有高程信息的等值面层、地类图斑层进行叠加, 确定每块图斑的坡度级信息和所属高程区间的范围。系统首先会把地类图斑层和等值面层进行叠加, 得到带有高程信息的DLTB_identi层(叠加后的地类图斑层), 然后与坡度级图层叠加, 最终得到带有高程范围信息和坡度级信息的图斑层(图 5)。

4) 面积计算。经过叠加分析后, 二次调查成果的原始图斑形状发生了变化, 因此图斑净面积需要重新计算。面积计算模块是对带有高程区间信息和坡度信息的地类图斑层, 以及线状地物层和零星地物层进行分析, 通过计算得到每块地类图斑扣除相关线状地物面积和零星地物面积后的净面积值。面积计算按照全国第二次土地调查要求计算图斑、线状地物、零星地物面积^[6]。

5) 成果汇总。成果汇总模块实现对矢量数据库进行分类汇总的功能, 生成成果表包括以下4个表:①按地貌类型和坡度级二级分类面积汇总; ②按地貌类型和坡度级一级分类面积汇总; ③按地貌类型二级分类面积汇总; ④按地貌类型一级分类面积汇总。使用该功能首先需要将汇总模板放入C盘根目录下, 在系统运行界面选择汇总表格存放目录, 待系统依次运行完数据处理和面积汇总之后, 点击成果汇总按钮, 系统会自动生成汇总成果表。

本系统应用在浙江省土地利用地形梯度分析项目上, 实现了自动对全省90个县市区地形梯度分析处理并生成统计结果。实践证明, 与传统人工处理方式相比, 系统处理方式大大提高了工作效率, 提高了汇总准确度, 有利于汇总表格的管理。

3 结束语

地形梯度分析系统为处理、分析、统计全省土地利用地形梯度特征提供了便捷的方式, 它将GIS二次开发^{[7, 8]}技术应用于浙江省土地利用地形梯度综合分析, 为地形梯度分析提供了新的技术手段和方法。目前浙江省各县市区第一次地理国情普查正在如火如荼地进行, 也可将此技术手段应用于地理国情普查中的专项普查, 如低丘缓坡、总体地形地貌特征等普查项的调查, 能有效提高数据统计精度和作业效率, 改进原有的内业处理模式, 具有技术推广使用的意义。