浅谈辽宁省第三次国土调查坡度图制作方法

齐超

（辽宁省基础测绘院,辽宁 锦州 121003）

自2018年起全国开展了第三次国土调查工作，为了更准确的计算耕地的净面积[1]，掌握确切的耕地、农田基本数量、质量和空间分布情况，国务院三调办要求各省、市、自治区统一坡度图的制作。在这样的背景下，辽宁省以ArcGIS 10.3为基础版本，基于5米格网的DEM数据，进行影像拼接、矢量化、制图综合、接边处理、合并和裁剪等处理后，生产出较高精度的矢量坡度图数据，更精确地查清不同坡度分级和耕地类型的面积及空间分布。同时，坡度图的制作可以全面掌握辽宁省低丘缓坡土地的全面数据[2]，为今后的综合开发做好充分准备。本文主要是以沈阳市辽中区为例，系统的阐述坡度图的制作流程及出现的问题和相应的解决方法。

一、资料准备

本次全省坡度图制作使用的DEM数据，主要为历年的1:1万DEM，部分地区使用的是2014年和2016年的雷达数据[3]。辽中区主要是以1:1万DEM为数据来源，雷达数据与1万数据处理的步骤相同，本文就不再加以赘述。辽中区所用到的1:1万比例尺DEM数据为41°投影带，中央经线为123°。若县区内的数据出现换带情况，则把县区内多数DEM所在的投影带为主要投影带，其他带内的DEM投影到主要投影带内进行其他生产步骤，其他两种数据的操作与1:1万数据相同[4]。

ArcGIS采用10.3版本，首先是考虑到以县区为单位进行生产时数据量比较大，此软件在运行大数据量时比较稳定且运行时间比较短；其次，在生产坡度图时有很多需要人为操作的重复步骤，可以利用该版本的迭代功能，将重复的步骤迭代在一个工具集下，避免了人为操作的失误，且提高生产效率。

二、生产流程

1.DEM数据预处理

辽中区的数据主要采用2012年1:1万DEM和2014年雷达DEM，分别将两种数据进行拼接、处理后对矢量数据进行合并。

（1）DEM合并

运用ArcGIS10.3镶嵌至新栅格工具把所有的1万DEM合并成一个新栅格，其中要确定像元大小为5，波段数为1（图1）。

（2）坡度计算

坡度是反映地形的重要因子，是地形描述中常用的参数，是一个具有方向与大小的矢量。利用坡度计算公式计算出每个格网的坡度值，生成坡度栅格数据图。计算时采用 3×3窗口，利用坡度计算模型计算坡度值。每个栅格中心有一个高程值，分析窗口的DEM数据矩阵中连续移动完成整个区域的计算工作（图2）。

（3）坡度分级

利用坡度数据对县区进行坡度分级（图3），通常情况下一个图斑确定一个等级；当一个图斑包含两个及以上等级时可依据大面积的等级确定为该图斑等级，也可将图斑分割分别定级。辽中区的分级栅格有两个，要对两个栅格数据镶嵌为一个数据作为成果提交，其中雷达数据的精度较高，在镶嵌时要用雷达的栅格覆盖1万栅格。坡度分级界定为：坡度≤2°为1级，2°＜坡度≤6°为2级，6°＜坡 度 ≤ 6°15°为 3级 ，15°＜坡 度 ≤ 6°25°为 4级 ， ＞25°为5级。

2.转矢量数据及数据处理

将栅格分级数据转为矢量后，此时的图斑在矢量数据中图斑面积小于750平方米定为小图斑，按坡度级就低不就高逐级并入邻近图斑的原则，将小面积图斑全部消除，将宽度小于或等于1个格网尺寸的线状坡度图斑按平均配赋原则合并至相邻图斑中。此项工作完成后要对不同数据来源的矢量成果数据与原始矢量数据相交，提取出更改过等级的图斑面积总和，算出同县区总面积的占比，项目要求面积更改占比不能超过3%。

辽中区的成果矢量数据分为1万与雷达两个部分，要对矢量数据进行合并处理。与坡度分级数据相同，雷达生成的矢量数据要覆盖1万的矢量数据进行更新裁剪后，与周围县区接边后，按照要求整理数据结构，以县区为单位进行成果提交。

三、问题及解决办法

1.矢量数据偏移

在首批坡度图生产过程中，用县区界限裁剪的并非为矢量数据而是裁剪的DEM合并后的栅格数据，矢量成果完成后的图斑与未裁切的栅格生成的矢量图斑有偏差，如图4。在对DEM数据裁切后，栅格影像有偏移的情况（线状图斑为未裁剪栅格转出的矢量，面状图斑为裁剪后栅格转出的矢量）。

分别在两个矢量中找到相同的两块图斑（图4），分别在属性表中建立两个最大X坐标和最大Y坐标字段，通过字段计算器分别计算图斑X、Y坐标，算出偏移距离，将矢量成果平移回正确位置，在之后的生产过程中则采取裁剪矢量数据以避免相同问题的发生。

2.融合小面积图斑与条状图斑

在进行去除小面积图斑时，最初是采用人工融合，先筛选出面积为25等级为1的图斑，更改等级1为2，进行数据融合；再选出面积为25等级为2的图斑，更改等级2为3，进行数据融合；依此类推将面积为25等级为4的图斑合并到等级为5的图斑中，再从等级5融合回等级1。此数据为5米格网，所以图斑的面积最小为25平方米，递进区间为25平方米，要将小于750平方米的图斑全部消除，要分别进行240次筛选、更改等级、融合操作，不但耗时耗力还容易操作失误。

运用ArcGIS10.3二次开发功能，将筛选、更改等级、融合这样重复的工作通过模型构建器形成一系列的程序操作，这样可以提高工作效率也减少了失误。

最初排查细长图斑时采用人工排查，逐屏看细长图斑，在遇到比较大的县区时，需要大量的排查时间，并且还不能排除会有遗漏的情况。

在矢量成果的属性表中添加7个字段，分别计算出最大X坐标、最小X坐标、长度、最大Y坐标、最小Y坐标、宽度与绝对距离。为保证差异率不过大，通过属性选择，选择出面积与绝对距离的比值小于等于5的图斑即为需要去除的细长图斑，再通过合并原则更改坡度等级进行数据融合。

3.换代接边

由于辽宁省DEM数据分为40°，41°，42°三个投影带，并且在数据裁剪时采用的是县区境界外扩1000米为界限。换带后矢量数据有变形情况，造成换带不接边。

将不同投影带的县区的界限往内缩减1100米，分别裁剪两个县区，就得到两个环状矢量数据，去掉不需要换带接边的部分。将41°带数据投影到40°带，并且融合，筛选出面积小于750平方米且不在境界边的图斑，按照融合要求进行消除（图5）。加载上县区境界，通过手动修改矢量进行接边，形成了宽度为2200米的矢量，分别用这部分数据更新到接边前的两个县区内，融合后用标准境界外扩1000图廓裁剪接边成果。

4.大图斑错误排查

矢量数据处理时会对图斑等级有所修改，正确的操作是更改小面积图斑等级，按照合并原则与周围图斑融合。但在实际作业时会有错误操作，更改了大图斑的等级，这不但造成了差异率变大，也造成了大图斑错误，如果一个县区内有一处大图斑错误那整个县区的工作就会被判为不合格，因此需要进行判别。

在矢量成果与原始矢量添加面积字段，将两个矢量进行相交，提取出原始图斑等级不等于成果图斑等级，并且原始矢量图斑面积与成果矢量图斑面积比大于0.5的图斑，以此排查有没有大图斑更改的错误和图斑合并错误，发现问题后加以改正保证正确率。

四、结语

辽宁省是以各市县为单位分别生成坡度成果数据，每个成果主要包括：合并的DEM数据、坡度分级矢量数据、坡度分级栅格数据、 元数据及差异率计算成果表。

由于图幅换带造成的不接边，由于涉及到的县市比较多并且不接边的情况明显，为了解决这个问题，分别裁剪出换带处两边各1000米的接边区域，将一侧投影到另一侧合并后，人为对矢量数据进行接边处理，再将接边区域分别合并回原来的数据。

由于前期裁剪矢量数据造成的数据偏移问题，找到偏移前后相同的点，计算出偏移的坐标值，进行逆向转换纠正。

通过上述方法，辽宁省保质保量地完成了生产任务，并通过了国家的核查，全面掌握了地形情况，对土地的规划、分析土地的利用都起到了重要作用。