苏文静，卢 远

(广西师范学院资源与环境科学学院，广西南宁530001)

全国水土保持普查包括土壤侵蚀、侵蚀沟道和水土保持措施普查，其中土壤侵蚀的对象包括水力侵蚀、风力侵蚀和冻融侵蚀［1－2］，按照《土壤侵蚀分类分级标准》(SL 190—2007)规定的土壤侵蚀区划，广西属西南土石山区，因此只涉及水力侵蚀普查。目前，广西在第一次全国水利普查中的水土保持普查已进入收尾阶段，在此就GIS 在水土保持普查中的应用技巧进行归纳和总结，仅供交流和学习。

在水土保持普查数据处理中，广西使用的是Geoway 与ArcGIS。其中，Geoway 在精度方面，采用的是真实的大地坐标，能保证数据在存储和输出过程中不失真;在可靠性方面，高效的光栅识别算法能保证自动识别生成的矢量线与背景光栅线中心的垂直偏差不超过2 像素，还有一套齐全的矢量化数据质量检查工具;在兼容性方面，处理的数据可存储成不同格式的文件，方便不同平台使用，能与ArcGIS 数据格式很好地兼容。广西水土保持普查数据处理中选用Geoway 与ArcGIS 相结合，能使整个工作流程更加顺畅，数据质量有保证，工作效率得到提高。

1 数据处理流程

数据处理流程主要包括数据准备、数据处理、成图、成果整理、数据上报5 个阶段，其中:数据准备阶段主要是地形图的获取和扫描;数据处理阶段包括扫描图件的几何纠正、野外调查单元范围划定以及等高线矢量化;成图阶段主要是输出野外调查单元底图;成果整理阶段主要包括清绘图矢量化、地块属性录入、外业照片整理等。数据处理流程见图1。

2 数据处理关键技术

Geoway 的专项软件GeowayDRG 主要是进行地形图几何纠正和等高线矢量化并赋值。ArcGIS 的ArcMap 主要处理坐标定义、投影转换、野外调查底图成图、清绘图配准、地块边界矢量化、地块属性录入等。

图1 数据处理流程

2．1 地形图几何纠正

GeowayDRG 在数字栅格图像上布设若干控制点，按照控制点的理论坐标与实际坐标的对应关系建立多项式方程，根据解算的几何变换系数对扫描图像进行重采样即几何纠正，重采样后的图像就同时具有了地理坐标。在GeowayDRG 几何纠正过程中，地图数据加工分为地图信息设置、配准图廓左下角、控制点采集(内图廓点采集)、整体纠正4 个部分，其中:地图信息设置主要是设置图幅名称、图幅编号、扫描分辨率、坐标系统，在GeowayDRG 中根据国家标准分幅地形图的图幅编号便可解算出地形图相应的4 个内图廓点的理论坐标;配准图廓左下角要手动找到图廓左下角才能进行，以方便后续内图廓点的自动搜索;内图廓点采集时，软件将会自动定位到内图廓点附近;一般情况下，采集4 个内图廓点后进行整体纠正就能满足精度要求，如果精度达不到要求则需进行分格网纠正，以三角形为单元进行数字微分纠正可有效解决因图纸伸缩引起的非均匀局部变形。将纠正后的图像与理论图廓线和网格线套合，可用于检验几何纠正的精度。在菜单栏的加工→设置中可以设置纠正后自动生成DRG 文件，作为纠正后的成果图像，方便在Geoway 中矢量化等高线;还可存储成．TFW 文件，此文件带有相应的坐标信息，在ArcGIS 中可与存储的．TIFF 文件配套使用。

2．2 划定野外调查单元

野外调查单元是在遵循国家普查办选取原则［3］的基础上，根据广西的地形地貌，依照以下5 个原则进行划定:①位置。调查单元应在地形图中心方格网内或与中心方格网有关联。②面积。与地形图中心方格网相连的面积0．2～1．0 km2的小流域或0．25 km2的四方格网。③行政区内。小流域边界不跨县级行政区。④丘陵区、山区尽量以小流域的形式划定野外调查单元。以小流域为调查单元，流域边界与等高线垂直相交，沿山脊线延伸，在沟口处闭合，如果流域面积大于1 km2，则要进行适当调整，尽量避免地类单一。⑤平原区野外调查单元的确定。中心方格网一分为四，取其中1 个四方格网，地类尽量满足多样性原则。

2．3 等高线矢量化

地形图矢量化是在Geoway 软件中实现的，采用的算法及“所见即所得”技术在矢量化过程中能基本防止线的打折、重叠。在数据输出前，Goeway 还提供了多种直观的检测手段，如图形检测、属性检测、矛盾检测、拓扑检测等，能消除错误隐患，保证数据质量。在Geoway 中新建工程，在工程管理器中加载勾绘的野外调查边界，新建等高线层，在等高线层矢量化调查边界范围内的等高线。矢量化用到的工具栏包括编辑工具栏与输入工具栏。编辑工具栏中的“专业功能”主要是设置线跟踪参数和识别跟踪颜色，其中线跟踪参数主要是控制跟踪步长、界址点容限误差、捕捉容差，经过反复试验，分别设置为3、2、2 时较合适;识别跟踪颜色主要是识别要跟踪等高线的颜色，可以是彩色底图，也可以是二值图，若将首曲线与计曲线分开，则颜色识别效果会更好，但一般单色选择也可以。线跟踪是矢量化作业的一个主要工序，交互跟踪是最常用的跟踪方法，在设置好线跟踪参数与跟踪颜色后，即可在背景图上实现交互跟踪。Geoway 的图形编辑也有专门的工具条——矢量编辑，它能方便快捷地对所跟踪的线条进行编辑，包括线的打断、连接、延伸、局部移动和节点的增加、删除、移动等。

2．4 等高线高程赋值

Geoway 中编辑工具栏“专业功能”下的高程赋值能完成等高线高程赋值，其中的自动高程标赋可对并排的多条矢量等高线批量标赋高程值。步骤是先选择“输入起始高程”，输入起始高程值与等高距，然后选择递增或递减模式，从起始等高线向要赋高程值的等高线拉线，在拉线范围内，系统将根据助手中的设置，自动计算出等高线的高程值。为了方便检查，还可以打开“Tip 提示”以及“高程谱显示”开关，随时检查标赋过值的等高线。赋值完成后要在“专业功能”工具条下的“质检”中进行检测，检测是否有0 值等高线、高程值是否矛盾等。确认无误后输出ArcView SHP(．SHP)格式文件，高程字段名称可以按要求命名，方便在ArcMap 中使用。

2．5 定义坐标与投影转换

GeowayDRG 中几何纠正后的图像和Geoway 中矢量化后的等高线，本身并没有坐标系统，只是能够在相应的坐标系统下显示正确的位置，因此需要在ArcMap 的“Data Management Tools”工具下定义坐标并按一定要求进行投影转换。本次普查中用到的1 ∶1 万地形图采用的是高斯克里格投影3°分带，广西的3°分带包括35、36、37、38 四个带号;坐标系统有高斯克里格的北京54 和西安80 坐标，要按照地形图本身的坐标定义。国家对提交数据投影的要求:UTM 的WGS 1984;UTM 投影是6°分带，广西涉及的分带包括48N 和49N 两个带号。3°分带投影转换到6°分带需要参数转换;北京54 投影转换到WGS1984在ArcMap 中自带转换参数，即在“Geographic Transformation(optional)”选项中选择属于广西所在的选项;西安80 投影转换到WGS1984 在ArcMap 中没有自带转换参数，要根据广西的具体情况，按照dx、dy、dz 3 个参数进行转换。

2．6 野外调查底图编制

广西的地形地貌复杂多变，采用国家普查办推荐的等高线+调查边界制作底图信息量较小，也不利于野外调查，而利用地形图做底图不仅信息量丰富，而且能反映调查单元周围的地物，对野外调查人员找到调查单元有参考作用，因此广西在水土保持普查中采用经过投影转换后的调查边界及地形图在ArcMap 中制作野外调查底图。由于在野外需要用GPS 定点，而GPS 采用的是WGS84 坐标，因此在ArcMap 中应将“Table of Contents”的“Layers”中的“Coordinate System”设置为“GCS_WGS_1984”，在“General”中设置“Display”的单位为“Degree Minutes Seconds”，方便野外调查人员根据坐标定点。同时，根据调查单元的形状，在“General”中的“Rotation”设置旋转角度为0°或90°，使调查单元能够更合理地分布在出图版面上。用ArcGIS制图的关键是前期设计，只要在前期把图中需要表达的各要素考虑清楚，建好模板，后期成果图输出时只需把相关数据往模板里面添加，再局部修改即可，因此在ArcGIS 中建库是相当方便的。

2．7 野外调查清绘图配准，地块属性录入

野外调查清绘图配准使用的是ArcMap 的“Georeferencing”工具条，用投影转换后的边界线配准。控制点一般选择有代表性的特征点，如界线拐点、河流与等高线交点，如果是1/4 格网，4 个角点就是控制点，一般3～4 个控制点就能完成配准。配准完成后，用“Georeferencing”工具条的“Rectify”命令可以存储校正后的图像，也可在“Link Table”中保存控制点坐标。

地块属性录入是根据清绘图中划定的地块边界，矢量化后将线要素转成面要素。每个地块有18 个属性字段，如果在每个调查单元的地块面图层新建字段会非常浪费时间和精力，因此在实际操作中只需新建一个空的点要素图层，在该图层中新建属性字段，包括地块编号(DKBH)、土地利用名称(TDLYMC)、土地利用代码(TDLYDM)等，根据要求设置字段类型和字段长度，在ArcMap 的“Data Management Tools”→“Feature”→“Feature To Polygon”对话框中“Label features(Optional)”选项选择建好的点要素图层，转出来的面图层就会继承点图层的属性结构，然后根据相应调查单元的水蚀野外调查表属性按字段录入即可。

3 结 语

Geoway 软件具有栅格图像纠正、矢量数据采集、数据格式兼容性等方面的优势，与其他软件相比，提供了更便捷、更强大的交互输入方法，使矢量化工作效率大大提高，同时提供的质量检查功能在很大程度上保证了成果质量。ArcGIS 的优势是很多重复性的工作可以批量处理，只要设计好模板，后期制图就可以批量完成。广西在水土保持普查中将Geoway 与ArcGIS软件配合使用，发挥它们速度快、精度高、可行性与实用性的优势，为普查工作的顺利完成提供了保证。

［1］郭索彦．第一次全国水利普查水土保持普查总体设计［J］．中国水利，2010(9):61－62．

［2］李智广，刘宪春，刘建祥，等．第一次全国水利普查水土保持普查方案［J］．水土保持通报，2010，30(3):87－88．

［3］国务院第一次全国水利普查领导小组办公室．第一次全国水利普查培训教材之六——水土保持情况普查［M］．北京:中国水利水电出版社，2010:23－24，38－45．