劉姝穎

(遼寧省林業(yè)調查規(guī)劃院，遼寧 沈陽 110122)

林地變更調查工作是近幾年開展的常規(guī)性基礎調查工作，是在林地“一張圖”基礎上，收集林業(yè)經營區(qū)劃數據(包括：森林采伐、造林、撫育、新成林等)和林地變化(包括征占林地和新增林地)數據，通過上一年度和本年度兩期遙感影像地類判讀，結合現地補充調查核實等技術手段，更新林地“一張圖”數據庫圖斑空間分布與管理因子屬性信息，作為林地變更調查工作的成果[1]。其中，兩期遙感影像地類判讀是林地變更調查工作的基礎，對林地變更調查的成果質量起著舉足輕重的作用。

兩期遙感影像地類判讀是利用最新遙感影像，對照上一年度林地數據庫和上一年度遙感影像判讀林地地類變化圖斑，重點判讀林地范圍內新增建設用地、新增耕地的圖斑，并利用計算機直接進行界線勾繪和判讀屬性的填寫。要求圖斑區(qū)劃的最小面積為0.0667 hm2，界線誤差現地不超過10 m。影像判讀主要采用人工目視判讀的方法。每個判讀圖斑要按照一定規(guī)則進行編號，作為唯一識別標志。判讀時按圖斑逐一填寫判讀因子。判讀因子包括：判讀圖斑地類、疑似變化原因、變化前地類、備注等。其中，判讀圖斑地類劃分為有林地、灌木林地、無立木林地、其他林地及非林地等5類；疑似變化原因劃分為造林更新、森林采伐、規(guī)劃調整、占用征收、毀林開墾、災害因素、自然因素、調查因素8個一級變化原因，16個二級變化原因。判讀地類疑似變化原因要求調查填寫到一級變化原因。本文以ArcGIS 10.3為例，具體講述利用ArcGIS監(jiān)測林地地類變化的方法和步驟。

1 需要準備的基礎數據和軟件

1.1 最新林地變更成果數據庫

本文以沈陽市沈北新區(qū)2016年林地“一張圖”數據為例。采用1985國家高程基準，Gauss Kruger(高斯-克呂格)投影(即橫圓柱正形投影)，6度分帶不加帶號，西安1980平面直角坐標系統(tǒng)。

1.2 前后兩期遙感影像數據

本文以2016年和2017年2個年度的遙感影像為例。同樣采用1985國家高程基準，Gauss Kruger(高斯-克呂格)投影(即橫圓柱正形投影)，6度分帶不加帶號，西安1980平面直角坐標系統(tǒng)。由國家林業(yè)草原局統(tǒng)一下發(fā)，分辨率不低于5 m，采用當地生長季節(jié)(一般北方地區(qū)為6—10月，南方地區(qū)為6—12月)接收的遙感影像數據(本文中舉例的沈北新區(qū)采用的是國家測繪局資源三號衛(wèi)星拍攝的6、7月的遙感影像數據)。經正射校正、影像增強、波段融合等處理，并以行政縣為單位進行鑲嵌、裁切等操作處理為各縣全域的影像。

1.3 軟件

本文以ArcGIS 10.3版本為例。ArcGIS 10作為一個可伸縮的GIS平臺，它的產品線家族涉及桌面、服務器、移動和Web應用等多個方面[2]。ArcCatalog能夠識別不同的GIS數據集，如ArcInfo Coverage、Esri Shapefile、Geodatabase、INFO表、圖像、Grid、TIN、CAD、地址表、動態(tài)分段事件表等[2]。ArcMap不僅是一個地圖制作和分析的工具，同時也是ArcGIS的數據編輯工具，提供了強大的數據編輯功能，可以編輯ArcGIS中任何矢量數據格式，如Shapefiles、Geodatabase、Feature Database[3]。

ArcToolbox功能模塊內嵌在ArcCatalog、ArcMap、ArcScene及ArcGlobe中，ArcInfo提供了大約250種工具，是地理處理工具的集合。其中的工具能夠很好地處理各種空間操作，涵蓋數據管理、數據轉換、矢量數據分析、柵格數據分析、統(tǒng)計分析等多方面的功能[2]。

ArcView、ArcEditor和ArcInfo是三級桌面軟件ArcGIS desktop的三級產品，功能逐漸由弱到強、由簡單到全面[4]。ArcInfo不僅包含ArcView和ArcEditor中的所有功能。除此以外，它在ArcToolbox中提供了一個支持高級空間處理的工具集合。ArcInfo還包括傳統(tǒng)的由ArcInfo WorkStation提供的應用和功能，通過增加高級空間處理功能，使ArcInfo成為一個完整的GIS數據創(chuàng)建、更新、查詢、制圖和分析系統(tǒng)[2]。

1.4 地類變化判讀圖層

通過ArcCatalog創(chuàng)建的Shapefiles(個人地理數據庫要素類)文件，初始為空的面要素圖層(Polygon Features)。采用1985國家高程基準，Gauss Kruger(高斯-克呂格)投影(即橫圓柱正形投影)，6度分帶不加帶號，西安1980平面直角坐標系統(tǒng)。

2 監(jiān)測林地地類變化應用的工具及操作步驟

2.1 準備工作

由于遙感影像覆蓋范圍廣，特別對于小班分布零散或者小班數量大的縣區(qū)，極容易出現漏看漏判的情況。為避免這一情況，可添加輔助判讀的漁網。

2.1.1 創(chuàng)建漁網 創(chuàng)建漁網工具(Create Fishnet)又名創(chuàng)建規(guī)則網格要素類工具，用來創(chuàng)建指定格子大小、行數、列數的要素類[5]。

打開ArcMap，添加需要判讀的縣行政面和兩期遙感影像，2017年遙感影像放在2016年遙感影像上層(圖1)。在ArcToolbox(工具箱)中找到并雙擊創(chuàng)建漁網工具(Create Fishnet)(圖2)：在Output Feature Class(輸出要素集)中選擇輸出文件的保存路徑并填寫文件名稱，Template Extent(optional)(模板范圍(可選))中選擇之前加進去的縣行政面，Cell Size Width(單元格寬)中輸入欲創(chuàng)建漁網單元格的寬的值(根據需要調整，創(chuàng)建1∶5000屏幕能顯示完整的方格，此處以2000為例)，Cell Size Height(單元格高)中輸入欲創(chuàng)建漁網單元格的高的值(根據需要調整，創(chuàng)建1∶5000屏幕能顯示完整的方格，此處以1000為例)，在Geometry Type (optional) (幾何類型(可選))中選擇POLYGON(面)，點擊OK(確定)即可生成漁網。

2.1.2 裁切漁網 數據裁剪(Clip)工具是將輸入要素與裁剪要素重疊的部分提取出來，并形成一個新的數據文件的過程[5]。用縣行政面裁切漁網是為了將漁網范圍縮小至所需判讀的行政范圍內，減少不必要的工作量。

在ArcToolbox(工具箱)中找到并雙擊數據裁剪(Clip)工具(圖3)：Input Features(輸入要素)選擇剛才生成的漁網，Clip Features(裁切要素)選擇縣行政面，Output Feature Class(輸出要素集)中選擇輸出文件的保存路徑并填寫文件名稱。處理結果見圖4。

圖1 沈北新區(qū)行政面和2個年度的遙感影像圖2 創(chuàng)建漁網參數設置界面

圖3 數據剪裁(Clip)工具參數設置界面圖4 縣行政面裁切漁網后效果圖

2.1.3 利用Field Calculator(字段計算器)給每個漁網網格編號 Field Calculator(字段計算器)可很方便的對單條記錄甚至是所有記錄執(zhí)行數學計算[5]。

打開裁切后漁網的屬性表(圖5)：鼠標右擊Id字段，選擇Field Calculator(字段計算器)，賦值為[FID]+1。其中，[FID]是軟件自動生成的序列號，從0開始。賦值為[FID]+1是為了方便統(tǒng)計記錄工作量。

2.1.4 漁網顯示設置

1)將漁網填充色設置為空。為了使?jié)O網圖層不遮擋遙感影像，需將漁網圖層填充色設置為空；為與遙感影像的色彩形成較大反差便于判讀，通常將漁網邊框色設置為黃色，并將漁網邊框寬度在默認值的基礎上適當調高(圖6)。

2)給漁網做標注。打開漁網屬性表，切換到Labels(標注)界面(圖7)：勾選Label features in this layer(在此圖層標注要素)，Label Field(標注字段)選擇Id，即顯示每個漁網網格的編號。

2.1.5 將漁網圖層設置為不可選擇 為避免操作失誤將漁網圖層設置為不可選擇(圖8)，全部操作完成后效果見圖9。

圖5 Field Calculator(字段計算器)賦值圖6 漁網填充色置空

圖7 標注設置界面圖8 漁網不可選擇設置界面

2.2 兩期遙感影像判讀

2.2.1 設置數據驅動頁面 數據驅動頁面(Data Driven Pages)是通過設置索引圖層生成多個輸出頁面的方法。索引圖層用于通過單個布局生成多個輸出頁面，每個頁面顯示不同范圍的數據，范圍由索引圖層中的要素定義[2]。

點擊Data Driven Pages(數據驅動頁面)(圖10)里的第一個工具Data Driven Pages Setup(數據驅動頁面設置)，彈出Set Up Data Driven Pages(設置數據驅動頁面)窗口，勾選Enable Data Driven Pages(啟動數據驅動頁面)，然后在Layers(圖層)下拉列表里選擇漁網圖層。點擊確定后，漁網會自動跳到第一個網格。

2.2.2 卷簾效果設置 效果(Effects)工具具有調節(jié)亮度(Contrast)、對比度(Brightness)、透明度(Transparency)、swipe(卷簾)功能[5]。在Effects(效果)工具條的下拉列表里選擇2017年遙感影像。點選Effects工具條里的swipe(卷簾)工具，鼠標指針會變?yōu)槿切?，按住鼠標后，通過上下或左右卷簾對比2017年與2016年遙感影像之間發(fā)生的林地地類變化(圖11)。

一個網格內的影像判讀完成后，點擊Data Driven Pages工具條上的Next Page(下一頁)按鈕，即可跳轉到下一個網格進行判讀。亦可指定跳轉到某一指定編號的網格(圖12，以編號24的網格為例)。

圖9 漁網設置完成效果圖10 數據驅動頁面設置界面

圖11 卷簾效果設置界面

圖12網格跳轉界面

2.3 區(qū)劃地類變化圖斑

打開Editor(編輯器)，在其下拉菜單中選擇Start Editing(開始編輯)，編輯圖層選擇地類變化判讀圖層。如果通過前后期遙感影像對比判讀出林地圖斑地類有變化，則需要在地類變化判讀圖層中將地類發(fā)生變化的圖斑區(qū)劃出來。具體操作(圖13)：點擊Editor(編輯器)工具條里中的Create Features(創(chuàng)建要素)工具，出現Create Features(創(chuàng)建要素)設置界面，編輯圖層選擇地類變化判讀圖層，在Construction Tools(構建工具)中選擇Auto Complete Polygon(自動完成面，即畫閉合的線時生成面狀圖形)。然后沿著影像變化的界線區(qū)劃地類變化圖斑(圖14)，如果需要修改調整已區(qū)劃完成的地類變化圖斑界線，可以用Editor(編輯器)工具條里的Reshape Feature Tool(重畫要素工具)修改調整。

圖13 創(chuàng)建要素設置界面圖14 區(qū)劃完成的圖斑

圖15 判讀圖斑信息

2.4 地類變化圖斑判讀屬性填寫

點擊Editor(編輯器)工具條里的Attributes(屬性)可填寫判讀圖斑的屬性信息。其中PAN_DILEI為判讀地類，即2017年圖斑地類；YS_BHYY為疑似變化原因；BHQ_DILEI為變化前地類，即2016年圖斑地類；BEIZU為備注，根據需要填寫(圖15)。

3 監(jiān)測方法在其他工作中的應用

在已有2個不同時相的遙感影像的基礎上，此方法可對比監(jiān)測出基礎設施、行政區(qū)劃、地貌等信息的變化，可廣泛應用到滿足條件的工作中去，例如：林地變更調查、青山保護、國土監(jiān)測等，是一種通用的方法。

4 小結

利用文中介紹的方法，通過ArcGIS工具箱(ArcToolbox)中創(chuàng)建漁網(Create Fishnet)和數據裁剪(Clip)、數據驅動頁面(Data Driven Pages)以及效果(Effects)等工具做遙感判讀監(jiān)測林地地類變化，為林地變更調查工作提供了基礎成果及外業(yè)核實的重要方向。文中介紹的監(jiān)測方法可廣泛地應用到滿足條件的各領域不同時期的數據對比監(jiān)測工作中。