陕北黄土高原丘陵沟壑区耕地三维分析

第22卷第1期干旱地区农业研究

V o l

.22N o .12004年3月Agr icultura l Research i n the Ar id Area s M ar .2004

陕北黄土高原丘陵沟壑区耕地三维分析

①

李登科,刘安麟,邓凤东,张京红,卓　静

(陕西省农业遥感信息中心,陕西西安　710015)

摘　要:以延安市宝塔区为例,利用遥感土地利用分类图和数字地形图,在地理信息系统A RC I N FO 和遥感图像处理系统ERDA S I M A G I N E 的支持下,进行坡度计算,通过对土地利用类型图和坡度图的复合分析,编制坡耕地专题图,统计不同坡度的耕地面积。该方法可为其它地区坡耕地调查分析提供借鉴。

关键词:坡度;耕地;黄土高原;地理信息系统

中图分类号:P 285.2+3 文献标识码:A 文章编号:100027601(2004)0120176203

陕北黄土高原丘陵沟壑区是黄河中游水土流失

严重、农业垦殖过度和生态环境恶化的典型地区,该地区生态环境建设工程的一项重要内容是恢复植被,退耕还林(草)。政府提出大于25°坡耕地必须退耕还林(草),15～25°坡耕地要视情况退一部分。符合退耕条件的耕地有多少,它们分布情况如何?成为实施生态环境建设工程的首要问题。为此,我们依据土地利用类型的遥感调查结果、数字高程模型(D E M )和基础地理信息数据,通过坡度计算、土地利用类型图与坡度图复合分析,编制了这一地区坡耕地专题图,统计了各种坡度的面积。

1　基础数据

1.1　土地利用类型图

土地利用类型图为本底调查结果(1997年)[1],

图像像素点大小为30m ×30m ,投影系统采用GK (中央经线为东经108°)。1.2　基础地理信息

基础地理信息采用全国1∶250000基础地理信息数据图,主要利用边界层、居民层和水系层。先将各个层面进行拼接,再进行投影变换,投影格式与土地利用类型图的投影格式保持一致。1.3　D E M

D E M 采用1∶50000数字高程模型数据[2]

。利用数字化现有地形图的方式生产,采用1980年西安坐标系、1985年国家高程基准、GK 投影,等高距为25m 。D E M 为栅格数据,像素尺寸为25m ×25m 。为了便于与TM 分类结果复合分析,在标准分幅拼

接时,利用双线性插值方法,使D E M 的像素点大小

转换为30m ×30m 。

2　坡度计算

坡度是坡地斜平面与地平面之间夹角,反映一定距离上高程的变化值[3]。计算每个像素点的坡度时采用3×3窗口,在高程为e 的点(X ,Y )处,其周围的高程均用于计算坡度,如图1所示。图中a 、b 、c 、d 、e 、f 、g 、h 、i 为各像素点的高程值。

图1　用3×3窗口计算每一像素点的坡度

F ig .1　Calcu lati on of the slope at each p ixel w ith 3×3w indow

在X 和Y 方向上单位距离高程变化的平均值△x 、△y 计算方法如下:

△x 1=c -a △y 1=a -g △x 2=f -d

△y 2=b -h

△x 3=i -g △y 3=c -i

△x =(△x 1+△x 2+△x 3) (3×X s )△y =(△y 1+△y 2+△y 3) (3×Y s )

其中X s 为像素点(X ,Y )在X 方向上的尺寸,Y s 为像素点(X ,Y )在Y 方向上的尺寸,则像素点(X ,Y )的坡度Η为:

Η=arctg [(△x 2+△y 2)1 2

2]×180 Π

①收稿日期:2003206219

基金项目:陕西省生态办资助项目:陕西省生态环境遥感本底调查(19992002)

作者简介:李登科(1963-),男,陕西眉县人,高级工程师,主要从事3S 技术应用研究。

以图1为例,假设X s =30m ,Y s =30m ,于是:　△x 1=25-10=15(m ) △y 1=10-20=-10(m )　△x 2=25-22=3(m )△y 2=20-24=-4(m )　△x 3=18-20=-2(m )△y 3=25-18=7(m )

　△x =(15+3-2) (30×3)=0.177

　△y =(-10-4+7) (30×3)=-0.078

则像素点(X ,Y )的坡度Η为:

Η=arctg [(△x 2+△y 2)1 2

2]×180 Π

=arctg (0.0967)×180 Π

=5.54按照上述计算方法,利用数字高程模型数据(D E M )

计算每个像素点的坡度值,生成坡度图。

图2　坡耕地提取示意图

F ig .2　D iagram of ab stracting slop ing cu ltivated land

3　空间模型和坡耕地提取

用Sp atialM odeler (空间模型)编制的坡耕地提

取空间模型[4]见图2。在模型中加入土地利用分类图数据文件和坡度图数据文件,编写运算规则,运行该模型,即可得到一幅坡耕地图。

4　坡耕地图制作

4.1　坡度图

按照上文所述的计算方法制作坡度图(图3)。4.2　坡耕地提取运算规则和面积统计

制作坡耕地图就是提取不同等级坡度的耕地。坡耕地提取运算规则见表1。表1的含义是在土地利用图上为非耕地的像素点,无论其坡度为多少,在输出的坡耕地图上用“1”表示;在土地利用图上是耕地的像素点,按其坡度分级,在输出的坡耕地图上用不同数字表示。把这些条件加入空间模型,运行后得到坡耕地图(图4)。对坡耕地图按照行政区域进行不同坡度等级面积统计,可得到各坡度等级的耕地面积(表2)。

表1　坡耕地提取运算规则

T ab le 1　C riteria of ab stracting slop ing cu ltivated land

土地利用类型

L and use class

坡度(Η,°)Slope 坡耕地代码

Code 非耕地U ncultivated land 0≤Η≤901耕　地Cultivated land Η<22耕　地Cultivated land

2≤Η<63耕　地Cultivated land 6≤Η<154耕　地Cultivated land 15≤Η<255耕　地Cultivated land 25≤Η<356耕　地Cultivated land

Η

>357

图3　延安市宝塔区坡度图(局部)

F ig .3　M ap of slope in Bao ta district

in Yan’an (part )图4　延安市宝塔区坡耕地图(局部)F ig .4　M ap of slop ing cu ltivated land in bao ta district in Yan’an (part )

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