廣東平遠(yuǎn)南臺(tái)山丹霞地貌面積計(jì)算的研究

歐陽杰+馬育宣

摘要：在國(guó)家科技基礎(chǔ)性工作重點(diǎn)專項(xiàng)“全國(guó)丹霞地貌基礎(chǔ)數(shù)據(jù)調(diào)查（2013FY111900）”的研究中，丹霞地貌地等高線空間范圍的界定，是描述丹霞地貌類型空間分布、定量計(jì)算坡面與坡度的基礎(chǔ)。本文以廣東平遠(yuǎn)南臺(tái)山為案例，以DEM數(shù)據(jù)為研究基礎(chǔ)，重點(diǎn)介紹南臺(tái)山丹霞地貌核心區(qū)等高線的提取、范圍的界定以及面積計(jì)算的方法與步驟，可以為其他丹霞地貌地的研究提供參考。本文通過ARCGIS提供的計(jì)算幾何（Calculate Geometry）以及ArcToolbox空間分析模塊中的“Utilitis”功能兩種辦法，計(jì)算出南臺(tái)山核心區(qū)丹霞地貌的面積均為6153704平方米，說明利用ARCGIS進(jìn)行面積計(jì)算，具有快速、準(zhǔn)確的優(yōu)勢(shì)。這在全國(guó)丹霞地貌基礎(chǔ)數(shù)據(jù)調(diào)查研究的過程中，需要大量的數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算和處理時(shí)，值得考慮使用和推廣。

關(guān)鍵詞：丹霞地貌；廣東平遠(yuǎn)；南臺(tái)山

1 引言

2013年8月17日，國(guó)家科技基礎(chǔ)性工作專項(xiàng)“全國(guó)丹霞地貌基礎(chǔ)數(shù)據(jù)調(diào)查（2013FY111900）”項(xiàng)目正式啟動(dòng)，這標(biāo)志著中國(guó)丹霞地貌的區(qū)域調(diào)查工作，進(jìn)入一個(gè)具有長(zhǎng)期性、系統(tǒng)性、規(guī)范性和科學(xué)性研究的新階段，在中國(guó)丹霞地貌研究史上具有重要意義。

筆者在參與由中山大學(xué)彭華教授主持的這項(xiàng)研究中[1]，主要負(fù)責(zé)對(duì)廣東、廣西和海南三省丹霞地貌基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的調(diào)查。在眾多的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)類別調(diào)查和采集過程中，丹霞地貌地等高線空間范圍的界定，是描述丹霞地貌類型空間分布以及、坡面與坡度等微地貌形態(tài)定量計(jì)算的基礎(chǔ)。齊德利首先根據(jù)紅層對(duì)丹霞地貌的貢獻(xiàn)率，在全國(guó)尺度范圍內(nèi)計(jì)算出我國(guó)丹霞地貌的面積約為22萬平方千米[2]。鑒于目前我國(guó)發(fā)現(xiàn)的1057處[3-4]丹霞地貌地的范圍大部分都比較狹小，例如，廣東平遠(yuǎn)縣目前已經(jīng)開發(fā)的丹霞地貌景區(qū)有五指石、南臺(tái)山、酒甕石和大河背等地的面積基本都不超過10平方千米。謝小康、曾志軍[5-6]等還對(duì)平遠(yuǎn)縣五指石、南臺(tái)山的丹霞地貌旅游規(guī)劃及旅游產(chǎn)品開發(fā)等做了詳細(xì)的研究，也取得了巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。但是，關(guān)于五指石丹霞地貌景區(qū)的面積目前有8平方千米和5.6平方千米兩個(gè)研究數(shù)據(jù)，雖然這兩者的差別不是很大，但是，也會(huì)造成學(xué)術(shù)界上的混亂。

基于上述問題，本文以廣東平遠(yuǎn)縣南臺(tái)山為研究案例，利用DEM數(shù)據(jù)和ARCGIS空間分析模塊，提取南臺(tái)山等高線，在此基礎(chǔ)上，界定南臺(tái)山丹霞地貌核心區(qū)的范圍并計(jì)算南臺(tái)山丹霞地貌核心區(qū)的面積。

2數(shù)據(jù)準(zhǔn)備及方法的驗(yàn)證

利用ARCGIS計(jì)算面積最重要的兩個(gè)基礎(chǔ)條件是研究地丹霞地貌的面狀矢量數(shù)據(jù)以及范圍的確定。至于利用ARCGIS計(jì)算面積的方法則很多。例如，可以通過字段計(jì)算器（field Caculator）和Shp轉(zhuǎn)GDB的方法，都可以計(jì)算出有確定范圍的矢量圖層的面積。在使用后者方法時(shí)，要先創(chuàng)建GDB（PGDB或者FGDB），再創(chuàng)建Feature Dataset時(shí)，需要保持Feature Dataset和原Shp矢量圖層的坐標(biāo)系統(tǒng)一致，將shp數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)存到GDB后，ARCGIS就會(huì)自動(dòng)計(jì)算出矢量圖層的面積。此外，ARCGIS還提供了計(jì)算幾何（Calculate Geometry）以及ArcToolbox工具箱中的“Utilitis”功能，都可以計(jì)算出面積。

為了驗(yàn)證方法的可行性，本案例首先以平遠(yuǎn)縣的面積計(jì)算為案例，主要使用后面兩種方法來進(jìn)行面積計(jì)算和精度的比較，其步驟如下：

首先啟動(dòng)ARCGIS10.0，在“Table of Content”中定義數(shù)據(jù)框投影坐標(biāo)系統(tǒng)為：Gauss Kruger-Beijing 1954 3 Degree 117E，打開“平遠(yuǎn)縣范圍”矢量圖層和廣東省DEM數(shù)據(jù)，執(zhí)行ArcToolbox-Extraction-Extract by Mask命令，從廣東省DEM數(shù)據(jù)中裁剪出平遠(yuǎn)縣DEM數(shù)據(jù)，為后面提取南臺(tái)山等高線數(shù)據(jù)做準(zhǔn)備。

在“平遠(yuǎn)縣范圍”圖層點(diǎn)右鍵，打開”open Attribute Table” –add field，設(shè)置對(duì)話框name為area， Type為Double類型，點(diǎn)擊確定。在area欄目點(diǎn)右鍵，選擇calculate geometry命令，設(shè)置好參數(shù)（面積單位設(shè)置為平方米[sq m]）（圖1），系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)計(jì)算出平遠(yuǎn)縣的面積為：1419301539平方米（圖2）。

為了驗(yàn)證數(shù)據(jù)的可靠性，還可以執(zhí)行ArcToolbox-Spatial Statistics Tools-Utilitis –Calculate Areas功能，在對(duì)話框內(nèi)下拉菜單中點(diǎn)擊所要計(jì)算面積的圖層并保存文件路徑，點(diǎn)擊確定后，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)計(jì)算出一個(gè)新的面積矢量圖層保存在Layers內(nèi)，在圖層上點(diǎn)右鍵，打開屬性表，可以看到系統(tǒng)自動(dòng)計(jì)算出矢量圖層的面積為1419301539.3平方米（圖3），這與剛才（圖2）的計(jì)算結(jié)果僅在十分位上有0.3平方米可以忽略不計(jì)的差別。

根據(jù)平遠(yuǎn)縣人民政府門戶網(wǎng)站（http：//www.pingyuan.gov.cn/）上數(shù)據(jù)顯示，平遠(yuǎn)縣范圍在24° 23′-24° 56′N，115 °43-′116 °07′之間，面積為1381平方千米，這與本文兩種計(jì)算方法的差別度僅有：（1419.301539-1381）/1381=2.7773464%，這也說明了該方法面積計(jì)算的可靠性和準(zhǔn)確性。

3 南臺(tái)山DEM數(shù)據(jù)分割、等高線提取與面積計(jì)算

3.1 南臺(tái)山DEM數(shù)據(jù)分割、等高線提取

啟動(dòng)ARCGIS10.0，在“Table of Content”中定義數(shù)據(jù)框投影坐標(biāo)系統(tǒng)為：Gauss Kruger-Beijing 1954 3 Degree 117E，添加已經(jīng)裁剪好的平遠(yuǎn)縣DEM數(shù)據(jù)，執(zhí)行ArcToolbox-Extraction-Extract by Mask命令，從平遠(yuǎn)縣DEM數(shù)據(jù)中裁剪出南臺(tái)山DEM數(shù)據(jù)。執(zhí)行ArcToolbox-Raster Surface-Contour命令，在南臺(tái)山DEM數(shù)據(jù)上提取南臺(tái)山20米間距的等高線以及海拔310米的山麓特征等高線，進(jìn)行海拔高度的顏色分級(jí)，添加經(jīng)緯網(wǎng)、圖例、比例尺等，獲取南臺(tái)山及附近區(qū)域等高線地形圖（圖4）。

3.2 南臺(tái)山丹霞地貌核心區(qū)范圍界定與面積計(jì)算

選擇山腳海拔310米等高線圍成的閉合區(qū)域?yàn)槟吓_(tái)山核心區(qū)范圍，用上述預(yù)實(shí)驗(yàn)同樣方法，計(jì)算南臺(tái)山丹霞地貌核心區(qū)的面積。首先啟動(dòng)Catalog并右鍵新建“南臺(tái)山范圍”面狀圖層，設(shè)置好各項(xiàng)參數(shù)，點(diǎn)擊確定。點(diǎn)擊editor-start editing， 編輯“南臺(tái)山范圍”圖層，使310米等高線形成一個(gè)封閉的面狀圖層并保存。在“南臺(tái)山范圍”圖層上右鍵，打開”open Attribute Table” –add field，設(shè)置對(duì)話框name為area， Type為Double類型，點(diǎn)擊確定。在area欄目點(diǎn)右鍵，選擇calculate geometry命令，設(shè)置好參數(shù)（面積單位設(shè)置為平方米[sq m]）（圖5），ARCGIS會(huì)自動(dòng)計(jì)算出南臺(tái)山丹霞地貌核心區(qū)面積為：6153704平方米（圖6）。

在此基礎(chǔ)上，還可以根據(jù)旅游規(guī)劃與開發(fā)的實(shí)際需要，劃定緩沖區(qū)范圍后，同樣可以用ARCGIS的空間分析模塊，統(tǒng)計(jì)并計(jì)算出緩沖區(qū)的面積，由于方法和步驟與上述過程完全一樣，這里就不再一一贅述。

3.3 南臺(tái)山丹霞地貌核心區(qū)面積計(jì)算的驗(yàn)證

執(zhí)行ArcToolbox-Spatial Statistics Tools-Utilitis –Calculate Areas功能，在對(duì)話框內(nèi)設(shè)置所要計(jì)算面積的圖層并保存文件路徑，后點(diǎn)擊確定，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)計(jì)算出一個(gè)新的面積矢量圖層保存在Layers內(nèi)，在圖層上點(diǎn)右鍵，打開屬性表，可以看到系統(tǒng)自動(dòng)計(jì)算出矢量圖層的面積為6153704平方米（圖7），這與方法3.2計(jì)算的數(shù)據(jù)完全一致（圖6）。

4 結(jié)論與討論

4.1 在國(guó)家科技基礎(chǔ)性工作專項(xiàng)“全國(guó)丹霞地貌基礎(chǔ)數(shù)據(jù)調(diào)查（2013FY111900）”的研究中，丹霞地貌地等高線空間范圍的界定，是描述丹霞地貌類型空間分布以及坡面與坡度定量計(jì)算的基礎(chǔ)[7-8]。本文以廣東平遠(yuǎn)南臺(tái)山為案例，重點(diǎn)介紹了南臺(tái)山丹霞地貌核心區(qū)等高線的提取、范圍的界定以及面積的計(jì)算，其研究流程，可以為其他丹霞地貌地的研究提供參考。

4.2 丹霞地貌地面積計(jì)算的基礎(chǔ)是DEM數(shù)據(jù)，比較有爭(zhēng)議的地方就是范圍界定的問題。目前，這在丹霞地貌研究領(lǐng)域中，還沒有一個(gè)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。本文以南臺(tái)山山麓最外緣的310米等高線圍成的閉合區(qū)域，作為丹霞地貌核心區(qū)面積計(jì)算的標(biāo)準(zhǔn)，這種界定方法，不可能作為其他所有丹霞地貌地核心區(qū)面積計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)使用，只是提供了研究方法上的參考案例。

4.3 通過ARCGIS提供的計(jì)算幾何（Calculate Geometry）以及ArcToolbox空間分析模塊中的“Utilitis”功能兩種辦法，計(jì)算出界定的南臺(tái)山核心區(qū)丹霞地貌的面積都是6153704平方米，這說明利用計(jì)算機(jī)ARCGIS軟件進(jìn)行面積計(jì)算，可以減少人為因素的誤差，具有快速、準(zhǔn)確的優(yōu)勢(shì)。尤其是在全國(guó)丹霞地貌基礎(chǔ)數(shù)據(jù)調(diào)查中，需要大量的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理時(shí)，值得考慮使用和推廣。

致謝

廣東省梅州市文化旅游特色區(qū)管委會(huì)謝小康主任提供平遠(yuǎn)丹霞地貌旅游開發(fā)與研究的基礎(chǔ)資料，特此鳴謝！

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