基于ArcGIS10地形数据提取与分析
舒城县林业局汪自胜
摘要：本文以森林资源调查工作实践为例，详细总结了如何利
用ArcGIS10软件对纸质地形图，通过扫描、矢量化生成高程栅格数据；利用高程栅格数据进行等高线加密、高程统计、坡向和坡度分析；以及利用坡向、坡度等地形因子实现自动区划图斑的方法和过程。
关键词：森林资源调查 ArcGIS 地形分析
地形因子是划分森林资源调查图斑的重要因子，在条件有限的
情况下，我们经常是利用纸质地形图，通过人工判定，来确定工作
图斑的海拔、坡向和坡度。
准确度受判定人员的业务水平影响较大。
利用ArcGIS10的矢量化工具和地形数据分析工具，可以实现对图斑
地形因子的自动判读，甚至可以自动区划图斑。
一、地形图矢量化
要想利用计算机来进行地形分析，首先应对纸质地形图进行扫
描矢量化，将其转化成计算机可以识别的数据格式(见图1)。
图1 地形图灰度栅格图像
地形图矢量化前，需要将纸质图扫描成灰度栅格图像，并对栅
格图像进行二值化处理。
1、在ArcMap中对栅格图像进行符号化处理。
分类方法：手动；类别数：2；调整中断值，直到满意为止，记录下中断值；
2、重分类。
利用ArcToolbox工具箱中的“空间分析-重分类”
工具，根据记录的中断值，对图像进行重分类，生成二值图（见图2）。
图2 重分类工具设置和二值图
3、矢量化。
加载用来保存矢量化成果的点、线要素类文件，在
编辑状态下，运用ArcScan工具开始矢量化。
（1）根据矢量化点、线的栅格宽度，在矢量化设置中设置理想
的最大线宽等参数。
可以在完成设置后，运用“显示预览”功能来
查看参数设置是否合理(见图3)。
图3 矢量化设置和效果预览
（2）运用“在区域内部生成要素”工具选择要矢量化的区域，
在弹出的模板对话框中，对点、线要素的模板采用默认设置，完成
自动矢量化。
（3）运用编辑工具清理掉错误短线和噪点，对断开的地方等进
行修补。
（4）将等高线、道路和水系地物进行分层，分别保存到等高线、道路、水系要素类中。
（5）采集独立的高程点，保存到高程点要素类中。
（6）输入等高线、高程点的高程值。
（7）根据矢量图的轮廓创建一个边界面要素类（见图4）。
图4 矢量化成果图
二、生成高程栅格数据
利用ArcToolbox工具箱中的“3D Analyst 工具-栅格插值”下面的“地形转栅格”工具，实现利用高程点、等高线生成高程栅格数据。
在“输入要素”中选择等高线、高程点和边界要素。
高程字段为存贮高程值的字段“高程值”；类型分别选择“Contour”（高程等值线）、“PointElevation”（高程点）和“Boundary”（边界）；在“输出表面栅格”中输入存贮位置和文件名，“输出像元大小”选择合适值，生成高程栅格数据(见图5)。
图5 地形转栅格工具设置和高程栅格数据
三、地形数据分析
根据高程栅格数据可以轻松完成等高线加密、统计高程、坡度
分析、坡向分析、自动区划图斑等工作。
1、等高线加密。
利用ArcToolbox工具箱的“Spatial
Analyst工具-表面分析”下的“等值线”工具可以完成等高线加密。
本例中原图纸的等高距为10米，将其加密为2.5米的等高距。
打开“等值线”工具，在“输入栅格”中选择高程栅格数据文件“高程
栅格”；在“输出折线要素”中输入保存等高线要素的文件位置和
文件名；在等值线间距中输入“2.5”；运行工具生成等高距为2.5
米的等高线图(见图6)
图6 等值线工具设置和等高线图
2、统计高程。
利用ArcToolbox工具箱的“Spatial Analyst
工具-区域分析”下的“以表格显示分区统计”可以统计图斑的平均
高程、最小高程、最大高程等。
在“输入栅格数据或要素区域数据”中选择需要提取高程值的“区划图斑”面要素类，在“区域字段”
中选择统计单位“XBH”（图斑号）；在“输入赋值栅格”中选择高
程栅格数据“高程栅格”；在“输出表”中输入生成的图斑高程登
记表的位置和文件名“海拔提取”；在“统计类型”中选择“ALL”,运行工具，生成图斑的高程MIN（最小）,MAX（最大）,MEAN（平均）值表(见图7)。
图7 以表格显示分区统计工具设置和高程统计结果
3、坡向、坡度分析。
利用ArcToolbox工具箱的“Spatial Analyst工具-表面分析”下的“坡向”和“坡度”工具，可以根据
高程栅格生成坡向、坡度栅格。
（1）生成坡向栅格。
启动“坡向”工具后，在“输入栅格”中
选择存贮高程栅格数据文件“高程栅格”；在“输出栅格”中输入
保存位置和文件名，生成坡向栅格（见图8）。
图8 坡向工具设置和坡向栅格
（2）生成坡度栅格。
同“生成坡向栅格”方法基本相同，启动“坡度”工具，在“输入栅格”中选择存贮高程栅格数据文件“高
程栅格”；在“输出栅格”中输入保存位置和文件名，“输出测量
单位”选择默认值“DEGREE”（度）；“Z因子”选择默认值“1”，生成坡度栅格(见图9)。
图9 坡度工具设置和坡度栅格
（3）统计图斑坡向、坡度。
与“统计高程”的方法一样，用“以表格显示分区统计”，在“输入赋值栅格”中分别选择“坡向栅格”和“坡度栅格”；在“输出表”中分别输入“坡向提取”和“坡度提取”，完成图斑的坡向和坡度统计(见图10、图11)。
图10 坡向统计
图11 坡度统计
四、自动区划图斑
坡向、坡度等地形因子是区划图斑的重要依据之一。
利用地形分析生成的“坡向栅格”和“坡度栅格”可以实现自动按坡向、坡度因子区划图斑。
1、重分类。
根据林业调查的坡向、坡度等级划分标准，对坡向栅格和坡度栅格,利用ArcToolbox工具箱中“3D Analyst 工具-栅格重分类”下的“重分类”工具，按下表1对坡向栅格和坡度栅格执行重分类,分别生成“坡向重分类”和“坡度重分类”栅格数据（见图1
2、图13）。
表1 坡向、坡度栅格重分类表
-1 0 无坡向0-6 1 平坡
0-22.5 1 北6-15 2 缓坡
22.5-67.5 2 东北15-25 3 斜坡
67.5-112.5 3 东
112.5-157.5 4 东南25-35 4 陡坡
157.5-202.5 5 南
202.5-247.5 6 西南35-45 5 急坡
247.5-292.5 7 西
292.5-337.5 8 西北45-90 6 险坡
337.5-360 1 北
图12 坡向重分类
图13 坡度重分类
2、叠加分析。
将坡向、坡度栅格利用ArcToolbox工具箱中的“Spatial Analyst工具-地图代数”下的“栅格计算器”,通过栅
格运算，在公式窗口中输入“"坡向重分类"*10+"坡度重分类"”；
在“输出栅格”中输入保存位置和文件名“坡向坡度叠加”，生成
坡向坡度叠加栅格 (见图14)。
图14 栅格计算和坡向坡度叠加栅格
3、自动生成区划图斑要素。
根据坡向坡度叠加栅格，利用ArcToolbox工具箱中“转换工具-由栅格转出”下的“栅格转面”
工具，在“输入栅格”中选择“坡向坡度叠加”；在“输出面要素”中输入保存位置和文件名“自动区划图斑”；勾选“简化面”，生
成“自动区划图斑”面要素（见图15）。
图15 栅格转面工具设置和自动区划图斑
4、消除细碎。
通过属性表选择“自动区划图斑”面积小于
“667平方米”的细碎图斑，利用ArcToolbox工具箱中“数据管理
-制图综合”下的“消除”工具，消除掉细碎部分（可能需要多次操作），得到根据坡向、坡度自动区划出来的图斑成果图（见图16）。
图16 自动区划图斑成果图
五、结束语
以上只是探讨了利用纸质地形图经过扫描、矢量化、地形分析
完成高程栅格创建，实现等高线加密、统计高程、坡向、坡度、并
利用坡向、坡度自动区划图斑的方法。
在森林资源调查实践中，我
们可以在利用卫星遥感影像完成林相图区划的基础上，再通过高程
栅格，细划林相图，将图斑区划得更加科学合理，并对图斑完成地形因子的自动填写。
参考文献：[1]牟乃夏刘文宝王海银戴洪磊《ArcGIS10 地理信息系统教程-从初学到精通》，2012.9。