本站原创摘 要：以浙江凤阳山自然保护区为例,对GIS在林业规划中的应用进行了深入分析.详细介绍了在ArcGIS软件环境下进行DEM创建、地表分析（包括坡度、坡向、剖面等）、地图设计和三维可视化的方法.
关 键 词：林业制图；林业规划；ArcGIS；DEM；3D
中图分类号：S7574；S7586；P208
文献标识码：A文章编号：1671-3168（2012）06-0019-03
收稿日期：2012-09-25
作者简介：涂琼（1963-）,女,湖北人,高级工程师.从事林业规划设计、林业制图工作.：tuchiung<13661363016@163.
在我国林业部门,过去最常用的软件是AutoCAD、Photoshop和CorelDraw,其作用主要是用于绘制林业地图[1].近些年来,GIS软件已逐渐被林业工作者所接受,相关的应用研究也越来越多.据许易琦等作者的统计：在2003～2008年间《林业调查规划》期刊发表的论文中,按照关 键 词出现频次排序,GIS位列第四,并有逐年增长的趋势[1].这在一定程度上说明,GIS已经成为林业调查规划研究领域的热点之一.GIS软件不仅能够帮助制图人员设计出精美的地图,而且其强大的空间分析、数据处理功能更是可以在林业规划、管理和决策中发挥重要作用.ArcGIS是美国ESRI公司推出的商业化软件,它是GIS软件中的佼佼者,在地图制图和数据分析等方面都领先于其它的GIS软件.我国的森林分布以山地为主,林区的海拔高程、地表的坡度、坡向都是影响森林分布的重要因素,是森林资源调查内容的一部分,也是林业规划前期分析中必不可少的方面.本文以浙江省凤阳山自然保护区为例,针对ArcGIS软件的DEM（数字高程模型）建模及其相关分析功能在林业规划中的应用进行阐述.
1ArcGIS环境下的3D分析
ArcGIS工具箱ArcToolbox管理所有数据处理分析工具,3D分析是其中的一个工具集,这些工具可以帮助用户对3维空间数据进行创建、可视化和分析.3D分析的首要任务是创建数字高程模型DEM.
11创建DEM
无论是森林资源调查,还是林区规划,作为基本资料的地形图是必不可少的.地形图上的等高线和高程点就是创建DEM的基础数据源.DEM创建的主要过程如图1所示.
图1DEM创建流程
Fig1DEMcreationprocess
CAD格式的数据,可以直接加载（add）到ArcGIS的ArcMap窗口中使用.一幅完整的地形图包含了包括地形在内的若干基础地理要素,必须将高程信息从中提取出来.方法是利用Selection工具,根据图层属性或高程属性进行属性查询选择,然后输出待用.制作规范的CAD数字地形图,等高线、高程点不仅赋有高程属性,而且是单独分层存放的,因而可以很轻松地将它们提取出来.
林业调查规划第37卷第6期涂琼：基于ArcGIS的林业规划3D分析与制图
TIN是不规则三角网（TriangleIrregularNetwork）的简称,它是根据等高线及高程点创建的.距离最近的3个高程点（包括等高线上的数字化点）形成一个三角面,表示地表面的一个局部.TIN的属性不仅包括所有三角网点的高程,而且记录了每个三角面的坡度、坡向信息.TIN也属于一种数字高程模型,但它的数据结构复杂,每个三角面都具有独立性,故而表达的地表亦具有不连续特征.实际应用中,常常将TIN转换为可以连续表达地表的栅格数据模型GRID,“TINtoRaster”工具可以实现这种转换.图2是凤阳山自然保护区DEM局部视图.
图2凤阳山自然保护区DEM（局部）
Fig2DEM（partial）ofFengyangMountainNatureReserve
12表面分析
ArcGIS提供了多种表面分析工具,包括坡度、坡向、曲率、通视状况等.图3是以上述DEM为数据源,使用ArcToolbox中的Slope工具制作的凤阳山自然保护区坡度图局部（原图为彩色）.在DEM的基础上,画任意一条剖面线便可即刻得到其剖面图,亦可对剖面线起讫点间的通透情况作出分析.图4是凤阳尖至江浙第一峰的剖面图,图上实线部分表示从凤阳尖仰望江浙第一峰时的可见区域,虚线则表示不可见区域.
图3凤阳山自然保护区坡度（局部）Fig3Slope（partial）ofFengyangMountainNatureReserve
图4凤阳尖→江浙第一峰分析
Fig4Fengyangsharp→firstpeakInsightofJiangsuandZhejiang
有了数字高程模型,利用流域分析工具还可以进行流域的划分、流量的计算,有助于对林区的水土保持状况作出评估.基于DEM的开挖方量计算工具更可以为山地区域的规划、开发、施工提供便捷的决策支持.
2ArcGIS地图可视化
ArcGIS不仅具有强大的数据分析功能,在地图设计制作方面也是同类产品中的佼佼者,它不仅可以辅助制图者完成精美的二维地图,而且可以制作逼真的3D产品和动画.
21ArcMap制图
ArcMap是ArcGIS桌面产品中最主要的应用程序,它具有基于地图的所有功能.在ArcMap的地图窗口,用户可以对基础空间数据层进行符号化显示,或者根据图层属性数据创建专题地图.
当设计好的地图需要输出时,可以启用ArcMap的布局窗口.在这里用户可以添加各种必要的地图元素,如图名、图例、比例尺、指北针等.通过布局工具条,用户既可从系统提供的若干布局模板中选择合适的模板轻松完成图面配置,也可以自己设计版面并保存为模板以备后续使用.
22ArcScene3D制作
ArcScene是ArcGIS的一个支持3D建模和动画的可视化应用程序.用户可以对具有三维属性的地理要素（地形地貌、建筑等）进行三维显示和渲染.通过设置不同的视点高度、不同的观察视角,可以获得“横看成岭侧成峰”的视觉效果.图5所示的是凤阳山自然保护区DEM可视化效果图的局部.如果以遥感影像为可视化图层,取同一区域DEM高程为基础高度,则可获得更加直观的视觉效果.在三维可视化的基础上,利用ArcScene动画工具,可轻松地完成三维动画的制作.
图5不同视角下的三维场景
Fig53Dscenegraphindifferentperspective3结语
实践证明,GIS软件,尤其是ArcGIS,相对于AutoCAD、Photoshop、CorelDraw等软件具有明显的优越性.首先,它们具有高精度的地图投影及坐标转换模块,可以整合不同投影、不同比例尺的多源数据,确保数据精度.其次,提供各种地理分析工具,帮助用户完成必要的数据分析.再者,模块化的地图可视化环境使用户可以轻松地设计精美的地图.GIS在林业部门的推广应用,必将有助于林业规划、林业制图实现新的飞跃.