ArcGIS和Excel在生態(tài)環(huán)境狀況評(píng)價(jià)工作中的應(yīng)用

朱希希　卜偉　朱宇芳　孫海濤　吳瑩

摘要 隨著ArcGIS在生態(tài)環(huán)境狀況評(píng)價(jià)中應(yīng)用的增多，需要處理的環(huán)境數(shù)據(jù)也越來(lái)越多。該研究探討了如何運(yùn)用Excel技術(shù)批量處理數(shù)據(jù)，簡(jiǎn)化生態(tài)環(huán)境狀況評(píng)價(jià)工作，并結(jié)合泰州市環(huán)境專(zhuān)題圖的制作闡述了Excel的函數(shù)功能與ArcGIS相結(jié)合在環(huán)境專(zhuān)題圖方面的應(yīng)用。靈活運(yùn)用Excel與ArcGIS相結(jié)合，能簡(jiǎn)化生態(tài)環(huán)境評(píng)價(jià)工作中的批量數(shù)據(jù)處理，操作簡(jiǎn)單，節(jié)省大量時(shí)間和人力，更好地為環(huán)境管理部門(mén)提供決策支持。

關(guān)鍵詞 ArcGIS；Excel；生態(tài)環(huán)境；專(zhuān)題圖

中圖分類(lèi)號(hào) S126 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 0517-6611（2016）05-309-03

Abstract With increase of the application of ArcGIS in evaluation of ecoenvironment， more and more environmental data need to be processed.How to use Excel function for batch data processing and simplify the evaluation of ecoenvironmental quality were explored；combined with the production of the environmental thematic maps in Taizhou， the application of the combination of Excel function and ArcGIS in the environmental thematic maps was expounded. Flexible utilization of Excel and ArcGIS can simplify batch data processing in ecoenvironment evaluation， save a lot of time and manpower， provide policymaking support for environmental management department.

Key words ArcGIS； Excel； Ecological environment； Thematic map

ArcGIS是隨著地理科學(xué)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、遙感技術(shù)和信息科學(xué)的發(fā)展而發(fā)展起來(lái)的一項(xiàng)新興技術(shù)，是一個(gè)能夠?qū)臻g相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、管理、分析和可視化輸出的計(jì)算機(jī)信息系統(tǒng)[1]。隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，ArcGIS軟件已廣泛應(yīng)用于各領(lǐng)域，如城市規(guī)劃、環(huán)境保護(hù)、生態(tài)建設(shè)、交通運(yùn)輸、農(nóng)林業(yè)等領(lǐng)域，并取得了良好的經(jīng)濟(jì)社會(huì)效益。

近年來(lái)， 環(huán)境監(jiān)測(cè)部門(mén)加強(qiáng)ArcGIS技術(shù)在生態(tài)環(huán)境狀況評(píng)價(jià)工作中的應(yīng)用， 有效地體現(xiàn)了生態(tài)環(huán)境數(shù)據(jù)隨時(shí)間和空間的變化規(guī)律及特征。然而按照國(guó)家環(huán)境保護(hù)總局頒布的《生態(tài)環(huán)境狀況評(píng)價(jià)技術(shù)規(guī)范（試行）》（HJ/T192-2006）[2]的要求，在對(duì)區(qū)域生態(tài)環(huán)境質(zhì)量進(jìn)行評(píng)價(jià)前需要統(tǒng)計(jì)各類(lèi)評(píng)價(jià)指標(biāo)，如生物豐度指數(shù)、植被覆蓋指數(shù)、水網(wǎng)密度指數(shù)等。以往的操作需要用到多個(gè)Excel表，計(jì)算過(guò)程也相當(dāng)繁瑣，往往造成工作滯后的現(xiàn)象。通過(guò)重新審視此項(xiàng)工作的方式，靈活運(yùn)用Excel的函數(shù)功能，將各表通過(guò)函數(shù)匯總成為一個(gè)表，能達(dá)到事半功倍的效果。而基于ArcGIS專(zhuān)題圖制作是將各種專(zhuān)題數(shù)據(jù)圖形化， 在地圖上直觀、快捷、方便地顯示出來(lái)， 也就是利用屬性表中一列或多列數(shù)據(jù)編制專(zhuān)題地圖的方法[3]。筆者運(yùn)用Excel軟件對(duì)生態(tài)評(píng)價(jià)指數(shù)統(tǒng)計(jì)方法進(jìn)行簡(jiǎn)化，并將其應(yīng)用于基于ArcGIS的生態(tài)評(píng)價(jià)報(bào)告專(zhuān)題圖制作中，豐富了數(shù)據(jù)的表現(xiàn)形式， 獲得了更好的表征效果。

1 生態(tài)評(píng)價(jià)指數(shù)統(tǒng)計(jì)方法簡(jiǎn)化

Excel是大眾熟悉的常用電子表格軟件，具有強(qiáng)大的計(jì)算和分析能力。ArcGIS軟件的空間圖形分析功能雖然強(qiáng)大，但其統(tǒng)計(jì)功能有所欠缺，Excel處理數(shù)據(jù)和統(tǒng)計(jì)分析功能，彌補(bǔ)了ArcGIS軟件在數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)功能方面的欠缺[4]。Excel 中常用函數(shù)的使用，將極大地簡(jiǎn)化各生態(tài)評(píng)價(jià)指標(biāo)的計(jì)算，在某些常用的計(jì)算問(wèn)題上要比公式更為快速有效。

往年的全市生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)指數(shù)統(tǒng)計(jì)方法為，將各縣市矢量數(shù)據(jù)導(dǎo)入ArcMap中，輸出DBF格式的屬性表，再通過(guò)Excel方式打開(kāi)后，將不同土地利用類(lèi)型占地面積分類(lèi)匯總后，再錄入生態(tài)評(píng)價(jià)指標(biāo)計(jì)算表中，分別統(tǒng)計(jì)出上一年度和本年度的各類(lèi)生態(tài)指標(biāo)及其年度變化情況。此過(guò)程不僅繁瑣，且操作過(guò)程中極易出現(xiàn)錯(cuò)誤或者疏漏，導(dǎo)致后續(xù)統(tǒng)計(jì)工作需要作出相應(yīng)調(diào)整。現(xiàn)通過(guò)對(duì)此項(xiàng)工作的重新審視，充分利用Excel常用函數(shù)如Sumif，將各類(lèi)數(shù)據(jù)表整合。在今后的工作中，只需將ArcMap導(dǎo)出后的各縣市數(shù)據(jù)依次錄入該表，即可形成各類(lèi)生態(tài)指數(shù)、年度變化值及圖表，極大地提高了此項(xiàng)工作的完成效率。具體步驟如下：

（1）將各區(qū)縣名稱(chēng)及土地利用類(lèi)型名稱(chēng)錄入表格中，圖1上排數(shù)據(jù)代表當(dāng)前年度的指數(shù)，下排數(shù)據(jù)代表上一年度的指數(shù)。

（2）在Excel表中新增各類(lèi)分指數(shù)的數(shù)據(jù)表以及各區(qū)縣兩個(gè)年度的原始數(shù)據(jù)表（如圖1中靖江1、靖江0兩個(gè)數(shù)據(jù)表），其中1代表本年度的數(shù)據(jù)，0代表上一年度的數(shù)據(jù)。

（3）于各分指數(shù)表中錄入Sumif函數(shù)。Sumif函數(shù)是對(duì)滿足指定條件的單元格求和，語(yǔ)法形式為Sumif（range，criteria，sum_range），其中range為進(jìn)行條件判斷的單元格區(qū)域；criteria為進(jìn)行求和的條件，其形式可以為數(shù)字、表達(dá)式或文本；sum_range為需要求和的單元格區(qū)域。各單元格輸入函數(shù)后即可自動(dòng)將原始數(shù)據(jù)表中各土地利用類(lèi)型面積求和。如圖1，D2單元格函數(shù)表示當(dāng)全市1工作表中D列（土地利用類(lèi)型）數(shù)值為21（有林地）時(shí)，自動(dòng)將其相對(duì)應(yīng)的A列（占地面積）求和。

（4）將2個(gè)年度最終形成的指數(shù)值用公式相減后，形成年度變化值，再制成圖表。在今后的統(tǒng)計(jì)工作中，只需將原始數(shù)據(jù)導(dǎo)入各區(qū)縣工作表中即可形成最終數(shù)據(jù)及圖表。

2 生態(tài)評(píng)價(jià)報(bào)告專(zhuān)題圖制作

環(huán)境專(zhuān)題圖是環(huán)境監(jiān)測(cè)的基本工具和手段。目前已有許多具備強(qiáng)大圖形編輯、文字處理和符號(hào)制作功能的軟件工具， 如 Photoshop、AutoCAD等， 完成各種專(zhuān)題圖的制作。但各種數(shù)據(jù)處于離散狀態(tài)， 數(shù)據(jù)的處理分析完全依賴(lài)于制圖員操作， 而且數(shù)據(jù)之間沒(méi)有顯著的邏輯關(guān)系， 比如地理底圖數(shù)據(jù)和專(zhuān)題數(shù)據(jù)之間的邏輯關(guān)系是依靠制圖員的操作來(lái)建立的，這必然導(dǎo)致數(shù)據(jù)處理效率低、精度不高、數(shù)據(jù)一致性難以維護(hù)等缺陷[3]。

相比較，ArcGIS中的數(shù)據(jù)之間有著明確的對(duì)應(yīng)關(guān)系（屬性數(shù)據(jù)和空間數(shù)據(jù)）， 而且可以根據(jù)需要分層輸出各種專(zhuān)題圖，如污染物等值線分布圖、土地利用類(lèi)型圖等。在基礎(chǔ)電子地圖上，加入各類(lèi)專(zhuān)題數(shù)據(jù)，再用不同的顏色和符號(hào)大小來(lái)區(qū)分不同性質(zhì)的屬性數(shù)據(jù)和數(shù)值大小，用直方圖、曲線圖、餅圖等來(lái)表征數(shù)據(jù)特征，便可制作出內(nèi)容更加豐富的專(zhuān)題圖。

2.1 專(zhuān)題圖制圖流程

專(zhuān)題圖制作分為數(shù)據(jù)采集與分析、底圖制作與編輯、專(zhuān)題數(shù)據(jù)繪制3個(gè)階段。

2.1.1 數(shù)據(jù)采集與分析。

主要收集與該專(zhuān)題信息相關(guān)的數(shù)據(jù)資料，包括現(xiàn)有地形圖、遙感數(shù)據(jù)、技術(shù)文件、調(diào)查報(bào)告等。根據(jù)制圖目的、比例尺等因素綜合分析收集到的資料，確定資料的使用價(jià)值和程度，并從資料的現(xiàn)勢(shì)性、完備性、精確性、可靠性、是否便于使用和定位等方面進(jìn)行全面系統(tǒng)地分析評(píng)價(jià)，使編輯人員對(duì)資料的使用做到心中有數(shù)[1]。

2.1.2 底圖制作與編輯。

底圖對(duì)專(zhuān)題內(nèi)容起定位與控制作用，同時(shí)還反映各要素之間的關(guān)系，因此必須保證較高的制圖精度，一般采用質(zhì)量較好的地圖作為基礎(chǔ)資料進(jìn)行繪制。在編輯底圖時(shí)，為避免圖層之間混亂，應(yīng)按照要素分類(lèi)依次添加到當(dāng)前窗口，逐一編輯。

2.1.3 專(zhuān)題數(shù)據(jù)繪制。

依據(jù)處理好的專(zhuān)題數(shù)據(jù)繪制專(zhuān)題地圖，并通過(guò)豐富的表現(xiàn)形式來(lái)充分反映數(shù)據(jù)的特征。如修改圖名圖例的字體、大小、顏色等參數(shù)，選擇比例尺類(lèi)型，使用柱狀、餅狀等圖表直觀地表達(dá)各參數(shù)特征。

2.2 泰州市生態(tài)環(huán)境狀況專(zhuān)題圖

2.2.1 數(shù)據(jù)采集與分析。收集國(guó)家地理中心1∶250 000基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)、Landsat8遙感影像、泰州市矢量圖層、環(huán)境統(tǒng)計(jì)年報(bào)、環(huán)境質(zhì)量年報(bào)、江蘇省水資源公告等資料。

2.2.2 專(zhuān)題數(shù)據(jù)繪制。

基于泰州各區(qū)縣生態(tài)環(huán)境質(zhì)量指數(shù)及各分指數(shù)值，應(yīng)用ArcMap軟件中的圖表制作功能繪制出泰州市生態(tài)環(huán)境質(zhì)量狀況分布柱狀圖，如圖2a；在ArcMap中啟用SpatialAnalyst（空間分析）擴(kuò)展模塊，選擇適宜的空間插值算法，如距離反比計(jì)權(quán)（IDW）、樣條函數(shù)、克里金（kriging）等[5]，于全市TSP濃度分布基礎(chǔ)數(shù)據(jù)之上，制作出TSP等值線分布專(zhuān)題圖，如圖2b。此類(lèi)專(zhuān)題圖的制作在突出了地圖的空間屬性和層次屬性的同時(shí)，圖廓、指北針、比例尺、圖例等要素的整飾更加豐富了地圖的表現(xiàn)形式。

3 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)不斷地實(shí)踐與經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，靈活運(yùn)用Excel的函數(shù)功能與ArcGIS相結(jié)合，運(yùn)用文中簡(jiǎn)化后的方法步驟，在生態(tài)環(huán)境評(píng)價(jià)工作中，只需導(dǎo)出矢量數(shù)據(jù)，復(fù)制進(jìn)工作表中即可自動(dòng)生成評(píng)價(jià)工作所需的各類(lèi)數(shù)據(jù)，操作簡(jiǎn)單易行，能節(jié)省大量時(shí)間和人力，在生態(tài)評(píng)價(jià)工作中是完全可以運(yùn)用的方法。ArcGIS具有良好的地圖處理能力，是環(huán)境監(jiān)測(cè)部門(mén)重要的數(shù)據(jù)可視化平臺(tái)。專(zhuān)題圖的制作豐富了地圖內(nèi)容的同時(shí)， 向各類(lèi)環(huán)境監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)提供了更好的表征手段。近年來(lái)，環(huán)境監(jiān)測(cè)部門(mén)已積累了大量的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，各類(lèi)數(shù)據(jù)之間可以通過(guò)ArcGIS平臺(tái)關(guān)聯(lián)起來(lái)，提煉出更加具有指導(dǎo)意義并且能夠輔助環(huán)境管理部門(mén)作出決策的專(zhuān)題資料，再借助于圖形表達(dá)出抽象的數(shù)字背后更深一層的含義。

參考文獻(xiàn)

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