ArcGIS 空间分析在油茶优质资源管理数据库建设上的解决方案

凌向明

（衡阳县林业局，湖南 衡阳 421200）

0 前言

衡阳市享有“湘南油海”和“全国油茶之乡”之美誉，全市油茶林面积和茶油产量均居全国各地州市之首，油茶已经成为衡阳市最有条件、最有基础、最有可能达到百亿甚至千亿产值的特色农业产业。为摸清全市油茶优质资源家底，促进油茶产业发展信息化、动态化管理，推动智慧油茶建设，衡阳市委、市政府组织开展油茶专项调查工作，并建设全市油茶优质资源管理数据库。笔者以衡阳县数据为实验，利用ArcGIS 空间分析方法成功完美解决数据更新的技术难题，取得较为精准的油茶优质资源管理数据成果。

1 任务内容和技术方法

（1）工作任务内容：通过油茶优质资源专项调查，查清油茶资源的空间位置、面积、完善油茶类别、经营形式、业主名称、造林年度、苗木品系、保存率等属性因子，并将油茶资源在林地数据库中精准落实到山头地块，建立全市油茶优质资源“一张图”，实现油茶资源动态监测，搭建平台在线实时互动。

（2）主要技术方法：以油茶林标准结构数据库为结构模板，加载“底版”数据2019 年森林资源管理“一张图”，充分利用油茶经营管理年度调查矢量数据成果，通过遥感判读区划、实地调查核实等技术手段，内业运用ArcGIS 空间分析方法分析最新油茶资源数据，更新衡阳市优质油茶资源标准模板数据，最后形成油茶资源“一张图”。

2 ArcGIS 建库技术路线

具体技术路线流程图见建库流程见图1。

图1 建库流程

2.1 ArcGIS 空间分析前的基础数据前期准备

前期工作主要包括油茶经营管理资料收集、油茶经营管理数据矢量化与遥感判图、实地验证、油茶优质资源标准结构模板建立、数据预处理几个工作流程。

（1）油茶经营管理资料收集。收集历年油茶造林验收资料、油茶抚育低改验收资料、现有油茶林基础数据库、林权档案、行政界线等资料及近期高清遥感影像。

（2）油茶经营管理图斑矢量化与遥感判图。对于油茶历年经营管理图斑资料是纸质版的，首先进行油茶林经营小班纸质图扫描后，统一地理坐标配准将图斑进行ArcGIS 矢量化。不同工程、不同经营方式、不同年度的小班建在同一个图层中，然后统一图层数据库属性字段及结构并用唯一关联字段挂接小班属性表或直接人工录入因子，形成油茶经营管理调查矢量图。在矢量过程中叠加本期遥感影像判读修正小班界线明显错误的图斑。

（3）实地验证。对照历史档案记录图斑，重点对有疑问的地块开展现场核实，记录油茶林资源的位置、范围，根据油茶经营管理档案信息、林权管理档案、造林抚育验收等资料转录记载并根据调查修订因子和补充图斑调查。

（4）油茶优质资源标准结构模板建立。利用设置好的油茶优质资源标准结构模板，加载“森林资源一张图”的数据，规范数据库结构。此时的数据为待更新油茶资源的“底版”数据，进一步完善油茶优质资源属性字段。

（5）数据预处理。①数学基础要求。油茶优质资源管理数据库建库所有数据和影像的坐标系统统一采用高斯-克吕格3·分带投影的“CGCS2000 国家大地坐标系”平面坐标系统，衡阳地区根据各地地理位置不同选择中央经线为“111°、114°”带。对于已有的油茶验收矢量数据，由于前期数据地图投影和坐标系的不同，在定义坐标转换参数的条件下采用数据管理工具<投影和变换<投影转换和坐标转换的方法统一到投影坐标系CGCS2000_3_Degree_GK_CM_111 或114E；②数据的预处理。油茶经营管理矢量数据预处理主要是拓扑关系检查小班图形错误，不允许存在面积小于666.7m2的碎小班、重叠小班、多部件小班等错误，并对小班各字段的完整性以及各字段间的逻辑性检查，纠正小班属性错误，经修改处理后形成标准化结构、属性因子完整的油茶经营管理矢量数据。

2.2 ArcGIS 空间分析方案

2.2.1 ArcGIS 空间分析方案需要解决的问题分析

ArcGIS 地图窗口加载栅格地形图和遥感图后，添加油茶经营管理矢量数据和衡阳市优质油茶资源标准模板数据，两个图层叠加后明显可以看出：图形方面两个图层的图斑存在小班界线不完全吻合的情况，技术要求在林况、地况因子无显著变化时，且不存在不合理区划的前提下，尽量尊重油茶优质资源模板数据的已有成果，应保持小班界线的相对稳定，更新数据图形时出现细碎图斑和狭长细条状和蝌蚪状图形必须消除。属性赋值方面存在油茶经营管理矢量数据属性值与优质油茶资源标准模板数据的属性字段值跨图层赋值空间关联的唯一性问题。

2.2.2 ArcGIS 空间分析解决问题过程

该方案一共包含数据更新、数据修饰、数据整合三个操作单元，各单元及步骤分解如下。

（1）数据更新。

利用ArcGIS 分析工具<叠加分析<标识工具可以获得输入要素“优质油茶资源标准模板数据”与标识要素“油茶经营管理矢量数据”的几何交值，完成油茶资源图斑的图形更新；与标识要素“油茶经营管理矢量数据”相重叠的输入要素“优质油茶资源标准模板数据”油茶资源更新图斑将获得油茶经营管理数据的全部属性。利用属性表中“字段计算器”工具把标识要素“油茶经营管理矢量数据”的字段属性值赋值到输入要素“优质油茶资源标准模板数据”的相应字段，达到属性更新的要求。利用数据管理工具<字段<添加字段工具添加短整型字段“标记”字段，对属性更新完成好的小班“标记”字段值为“1”，对未更新的小班“标记”字段值为“2”（后面步骤需用）。属性赋值完成后删除“优质油茶资源标准模板数据”属性表关联的“油茶经营管理矢量数据”的相应字段后导出数据。

（2）数据修饰。

包刮多部件至单部件、消除碎小班和狭长细条状和蝌蚪状图形小班三个操作单元。利用数据管理工具<要素<多部件至单部件工具完成小班多部件处理。在消除碎小班和狭长细条状和蝌蚪状图形小班工序前为防止已更新完成的优质油茶资源数据的林地与非林地界线改变，还需进行“面边比”分析、拆分、消除三步骤。

“面边比”分析。利用数据管理工具<字段<添加字段工具添加双精度字段“周面比”字段，即周长和面积的比值。经过对衡阳县油茶更新数据的图形抽样结果解读，可以认为因油茶经营管理矢量数据对衡阳市优质油茶资源标准模板数据更新后造成的狭长细条状和蝌蚪状图形图斑的周长面积比一定程度上能反映出图斑的形状：当周长面积比<0.15 时，均属块状图斑；当周长面积比≥0.15 且<0.2，呈带状图斑，但不排除蝌蚪状（块状图斑带个尾巴）；当周长面积比≥0.2 时，呈细长条状图斑，但仍不排除蝌蚪状，对面积0.5hm2以上图斑应重点分析。

林地与非林地拆分。首先利用选择<属性选择工具分别选择地类为非林地地类、林地地类的图斑，然后利用数据<数据导出工具导出林地和非林地数据。

消除碎小班和狭长细条状和蝌蚪状图形小班。第一步消除碎小班，以更新完成的林地数据为例，首先打开属性表，属性选择面积小于666.7m2的小班，利用数据管理工具<制图综合<消除工具进行碎小班消除。第二步消除狭长细条状和蝌蚪状图形小班，消除过程中为达到更新数据与原始经营管理档案数据一致，利用选择<属性选择工具分别选择“标记”字段值设置为“1”和“2”的图斑，然后利用数据<数据导出工具导出未更新数据和已更新数据，对未更新数据利用选择<按位置选择与油茶经营管理矢量数据相交的小班后，打开更新数据属性表，利用属性选择工具<在当前选择内容中再选择出周长面积比≥0.2 的小班进行消除，用相同操作步骤再次对林地已更新数据进行消除狭长细条状和蝌蚪状图形小班。使用消除工具时，选择排除表达式小班面积大于等于0.5hm2小班，小班面积大于等于0.5hm2小班人工识别。非林地数据修饰操作方法与林地数据相同，依序进行同样步骤。

（3）数据整合。

包含数据合并和数据拓扑检查两个过程，第一步数据合并，将修饰完成好的林地（油茶更新数据、未更新数据）和非林地（油茶更新数据、未更新数据）利用数据管理工具<常规<合并工具进行数据合并，形成统一的完整数据库。第二步数据拓扑检查，将合并完整数据库导入拓扑地理数据库内，利用数据管理工具<拓扑工具进行数据最后拓扑检查，确保数据所有图斑不存在拓扑错误。

3 利用ArcGIS 空间分析方案解决油茶资源数据建库的成果对比分析结论

首先基于油茶经营管理资料数据矢量化为前提，加强人工判读工作，在油茶经营管理矢量数据图形位置和属性无偏差的条件下，然后可以迅速利用计算机ArcGIS 分析和更新油茶数据，无须逐小班人工叠加分析、切割和合并图形和属性因子录入，大大节省时间，而且不存在逻辑判断错误和数据填写错误的问题，可以保证油茶经营管理矢量数据对衡阳市优质油茶资源标准模板油茶更新数据的完美覆盖，实现油茶经营管理数据库与森林资源管理数据库的统一融合，确保油茶更新数据小班在图形上和属性上与原始资料数据的一一对应，确保资源林地“一张图”因油茶数据更新的林地和非林地边界不发生改变，尊重原有数据成果的不变性。