ArcScan在土地利用數(shù)據(jù)縮編中的應(yīng)用

周萬里,莫艷雪,周卿

(1.南寧市勘測院,廣西南寧 530022; 2.廣西國土測繪院,廣西南寧 530023)

ArcScan在土地利用數(shù)據(jù)縮編中的應(yīng)用

周萬里1*,莫艷雪2,周卿1

(1.南寧市勘測院,廣西南寧 530022; 2.廣西國土測繪院,廣西南寧 530023)

基于矢量數(shù)據(jù)進(jìn)行圖斑中軸化剖分合并的土地利用數(shù)據(jù)縮編處理方法存在不足,本文介紹一種將矢量數(shù)據(jù)柵格化后在ArcScan環(huán)境下進(jìn)行自動矢量化的解決方法,并通過實(shí)例驗(yàn)證了該方法的有效性和實(shí)用性。

柵格化;縮編;土地利用;中軸化;合并

1 引 言

第二次全國土地調(diào)查結(jié)束后,如何采用縮編等手段對第二次土地調(diào)查成果數(shù)據(jù)進(jìn)行整理縮編,建立系列比例尺土地利用數(shù)據(jù)庫,并快速編制出各市、縣、鄉(xiāng)鎮(zhèn)的土地利用圖件和各種專題圖件,是各級國土部門面臨的共同問題。由于柵格數(shù)據(jù)具有處理方便、靈活的優(yōu)點(diǎn),通過“矢量-柵格-矢量”的轉(zhuǎn)換是一種非常有效的縮編方法。一些在矢量格式下較難實(shí)現(xiàn)的縮編操作,可以將數(shù)據(jù)先轉(zhuǎn)為柵格形式再進(jìn)行處理,處理完以后再恢復(fù)矢量格式,從而達(dá)到預(yù)期的縮編目的。本文介紹了如何使用ArcScan基于這種縮編方法進(jìn)行土地利用數(shù)據(jù)縮編。

2 土地利用數(shù)據(jù)縮編要求

土地利用數(shù)據(jù)縮編主要是對面狀的土地利用圖斑進(jìn)行地物的取舍和合并、條帶狀地物中心線提取、圖斑剖分合并、圖形化簡等操作,達(dá)到減少地圖信息量,在單一比例尺土地利用數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上獲取系列比例尺土地利用數(shù)據(jù)的目的。下面以某市第二次土地調(diào)查成果數(shù)據(jù)縮編項(xiàng)目的要求為例,說明土地利用數(shù)據(jù)縮編流程中應(yīng)用ArcScan處理的幾個(gè)關(guān)鍵步驟的具體要求。

2.1 條帶狀地物中軸化及剖分合并

對條帶狀的地類圖斑,如公路、鐵路、河流和溝渠等,縮編后主要以中心線進(jìn)行表示,這樣使得原來全覆蓋的土地利用數(shù)據(jù)就產(chǎn)生了空隙,因此需要將條帶狀地物圖斑按照其中心線和相鄰地類圖斑到中心線的延長線進(jìn)行分割,然后合并到周圍的圖斑中去,保持土地利用現(xiàn)狀數(shù)據(jù)的全覆蓋和縮編后各地類的面積比例與綜合前基本一致。如圖1所示。

圖1 條帶狀地物中軸化及剖分合并示意圖

2.2 小圖斑剖分合并

為保持縮編后各地類的面積比例與綜合前基本一致,對那些小于最小上圖面積,與相鄰圖斑屬不同地類,無法直接按照語義鄰近規(guī)則合并的小圖斑以及那些雖然達(dá)到最小上圖面積,但由于圖斑的形狀較細(xì)長,寬度較小,在縮編后已無法分辨清楚邊界線的圖斑,需按照與其相鄰的地類圖斑數(shù)目進(jìn)行剖分,然后分別合并到周圍的地類圖斑中。如圖2所示。

圖2 小圖斑剖分合并示意圖

3 常用的縮編技術(shù)方法

3.1 常用的技術(shù)方法

針對土地利用數(shù)據(jù)縮編中進(jìn)行條帶狀地物中軸化及剖分合并和小圖斑剖分合并的要求,常見的幾種GIS商業(yè)軟件都提供了一些處理工具。如ArcGIS中的Collapse Dual Lines To Centerline工具、清華山維EPS2008中的“面中心線提取”工具、加拿大Safe公司FME軟件中的CenterLineReplacer函數(shù)等,可用于對細(xì)長地物進(jìn)行中軸化處理,提取它們的中心線,但都不能完成中軸化后的剖分合并處理。目前只有武漢大學(xué)研制開發(fā)的DoMap綜合縮編軟件提供了對條帶狀地物進(jìn)行中軸化及剖分合并和小圖斑剖分合并的處理功能。但所有這些軟件提供的處理此類問題的功能都是基于矢量數(shù)據(jù)進(jìn)行處理,采用Delaunay三角網(wǎng)算法實(shí)現(xiàn)的。

3.2 存在的問題

基于Delaunay三角網(wǎng)算法對矢量數(shù)據(jù)進(jìn)行處理,實(shí)現(xiàn)“中軸化及剖分合并”功能和“小圖斑剖分合并”功能,具有一定的局限性。它雖然可以實(shí)現(xiàn)條帶狀地物圖斑的骨架線(對于道路、河流則為中心線)生成,但在提取時(shí)需要把道路和河流在交叉處分割成一段一段的,才能得到較好的結(jié)果。由于Delaunay三角網(wǎng)算法對不規(guī)則條帶狀地物圖斑的中心線提取只能分段進(jìn)行,在有大量的道路和河流需要提取中心線的情況下,這種方法不僅繁瑣,且容易在交叉處導(dǎo)致中心線不嚴(yán)格連接,并且嚴(yán)重時(shí)會出現(xiàn)折線。

土地利用數(shù)據(jù)縮編時(shí)有大量不規(guī)則的道路、河流圖斑以及小圖斑需要提取中心線和骨架線、進(jìn)行剖分合并的處理,如果采用交互式、半自動化的方法進(jìn)行作業(yè),將會帶來較大的縮編工作量。

4 使用ArcScan縮編土地利用數(shù)據(jù)

4.1 思路和方法

ArcScan是ArcGIS中一個(gè)把柵格圖像轉(zhuǎn)化為矢量GIS圖層的工具。使用ArcScan進(jìn)行“條帶狀地物中軸化及剖分合并”和“小圖斑剖分合并”的思路是采用“矢量-柵格-矢量”的縮編方法,將需要處理的矢量數(shù)據(jù)按照需要進(jìn)行圖層組合,并以適當(dāng)?shù)南袼卮笮∞D(zhuǎn)化為二值柵格圖像,然后利用ArcScan的自動矢量化功能,生成柵格圖像的中心線,并將生成的矢量圖進(jìn)行拓?fù)涮幚砗蛯傩再x值等后續(xù)處理,得到經(jīng)過剖分合并的結(jié)果數(shù)據(jù)。流程如下圖3所示。

圖3 應(yīng)用ArcScan進(jìn)行中軸化及剖分合并處理流程圖

4.2 ArcScan縮編的優(yōu)勢

采用傳統(tǒng)的方法對土地利用數(shù)據(jù)進(jìn)行縮編需要經(jīng)過多道中間工藝,如必須經(jīng)過工程復(fù)印機(jī)縮圖、數(shù)字化儀展繪和拼圖等步驟,容易帶來描繪誤差、拼接誤差等,導(dǎo)致圖面精度的降低。而采用計(jì)算機(jī)基于矢量數(shù)據(jù)進(jìn)行的數(shù)字地圖縮編,只能采用交互式、半自動化的方法對地物圖斑進(jìn)行中軸化和剖分合并,不能做批量處理從而導(dǎo)致效率較低。在ArcScan環(huán)境下應(yīng)用“矢量-柵格-矢量”縮編的方法,相比傳統(tǒng)方法可大大提高處理效率,解決了基于矢量數(shù)據(jù)處理存在的問題,具有較大優(yōu)勢。

4.3 操作流程

下面以1∶1萬土地利用數(shù)據(jù)縮編為1∶5萬土地利用數(shù)據(jù)為例,說明ArcScan在土地利用數(shù)據(jù)縮編中處理數(shù)據(jù)的步驟。由于“條帶狀地物中軸化及剖分合并”和“小圖斑剖分合并”的處理方法和步驟基本相同,只是它們在整個(gè)縮編流程中的執(zhí)行順序不同,這里僅介紹利用ArcScan進(jìn)行條帶狀地物中軸化及剖分合并的步驟。圖3為處理流程圖。

(1)面狀數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)為線數(shù)據(jù)和點(diǎn)數(shù)據(jù)

將面狀1∶1萬土地利用數(shù)據(jù),轉(zhuǎn)換成邊界線數(shù)據(jù)和內(nèi)點(diǎn)數(shù)據(jù)。其中邊界線數(shù)據(jù)用于隨后和面狀條帶狀地物進(jìn)行疊加顯示,內(nèi)點(diǎn)數(shù)據(jù)用于保存面狀地類圖斑的屬性數(shù)據(jù)以及最后完成中軸化剖分合并后的拓?fù)錁?gòu)面。

(2)提取條帶狀地物

將面狀1∶1萬土地利用數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成邊界線數(shù)據(jù)和內(nèi)點(diǎn)數(shù)據(jù)的同時(shí),根據(jù)地類屬性進(jìn)行查詢,提取出公路、鐵路、河流、溝渠等條帶狀地物圖斑。用于和邊界線數(shù)據(jù)進(jìn)行疊加顯示后進(jìn)行矢量數(shù)據(jù)柵格化。

(3)統(tǒng)一顏色渲染并柵格化

矢量數(shù)據(jù)柵格化分兩步進(jìn)行。第一步是提取面狀條帶狀地物后,直接以0.4 m～0.6 m的像素大小將其轉(zhuǎn)為二值柵格圖。第二步是將面狀條帶狀地物疊加邊界線數(shù)據(jù)顯示,并使用同一種顏色對它們進(jìn)行渲染(為方便生成二值柵格圖像),其中面狀條帶狀地物要使用渲染色進(jìn)行填充,最后以和第一步相同的像素大小將這2個(gè)圖層的矢量數(shù)據(jù)一起轉(zhuǎn)為二值柵格圖。分兩步進(jìn)行柵格化時(shí)使用相同的像素大小,有利于保證生成的中心線數(shù)據(jù)和中軸化剖分合并后的數(shù)據(jù)之間的拓?fù)湟恢滦浴?/p>

(4)ArcScan自動矢量化

在ArcGIS軟件中創(chuàng)建用于存放自動矢量化結(jié)果數(shù)據(jù)的圖層后,分別添加(3)中分兩步柵格化得到的二值圖像,然后在ArcScan模塊中合理設(shè)置柵格矢量化的各個(gè)參數(shù)(如提取中心線的柵格像素寬度,容差,背景色和前景色等),最后對(3)中第一步得到的二值圖像執(zhí)行自動矢量化,得到條帶狀地物的中心線數(shù)據(jù)以及對(3)中第二步得到的二值圖像執(zhí)行自動矢量化,得到完成中軸化及剖分合并后的線數(shù)據(jù)。

(5)矢量化數(shù)據(jù)整理

ArcScan自動矢量化得到的中心線數(shù)據(jù)和中軸化剖分合并后的線數(shù)據(jù),會多少存在一些懸掛、自相交、相似等拓?fù)溴e(cuò)誤。因此需要疊加原1∶1萬土地利用數(shù)據(jù)對其進(jìn)行拓?fù)錂z查和拓?fù)淝宄?。?jīng)過拓?fù)錂z查和拓?fù)淝宄蟮木€數(shù)據(jù),才能和先前生成的內(nèi)點(diǎn)數(shù)據(jù)一起進(jìn)行拓?fù)錁?gòu)面,得到最后完成中軸化剖分合并的結(jié)果數(shù)據(jù)。

4.4 縮編結(jié)果

圖4和圖5分別為使用ArcScan完成條帶狀地物中軸化及剖分合并、小圖斑剖分合并后的效果。通過縮編前后的對比可以看出,ArcScan可以很好的沿著保留條帶狀地物和小圖斑的骨架線方向進(jìn)行自動矢量化,其剖分合并處理的效果完全滿足縮編項(xiàng)目的各項(xiàng)技術(shù)要求和《第二次全國土地調(diào)查成果數(shù)據(jù)縮編技術(shù)指標(biāo)規(guī)范(試行)》相關(guān)規(guī)定。

圖4 條帶狀地物中軸化及剖分合并效果圖

圖5 小圖斑剖分合并效果圖

5 結(jié) 語

常規(guī)的基于矢量數(shù)據(jù)進(jìn)行“條帶狀地物中軸化及剖分合并”、“小圖斑剖分合并”處理方法,需要較智能的數(shù)學(xué)算法進(jìn)行各種判斷,且無法進(jìn)行批量處理,無法達(dá)到令人滿意的效果。采用矢量數(shù)據(jù)柵格化后再矢量化的方法,具有操作簡便、效率高等優(yōu)點(diǎn)。只要在柵格化時(shí)設(shè)置合適的像素大小,不需要進(jìn)行二次開發(fā)工作,充分利用ArcScan強(qiáng)大的自動矢量化功能即可得到令人滿意的處理效果,適用于各比例尺的土地利用數(shù)據(jù)縮編。

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The Application of ArcScan in Land use Data Generalization

Zhou WanLi1,Mo YanXue2,Zhou Qing1
(1.Nanning Exploration&Survey Institute,Nanning 530022,China; 2.Institute of Surveying and Mapping of Guangxi Land Administration,Nanning 530023,China)

The common generalization methods based on vector data have disadvantage with generating skeleton edges.The author gives a way to convert vector to raster data and then vectorized automately under the ArcScan software environment,and gives an example to prove its practicability and efficiency.

Rasterize;generalization;land use;medical axis;aggregation

1672-8262(2011)04-54-03

P208.1

B

2010—12—15

周萬里(1982—),男,助理工程師,主要從事測量和GIS數(shù)據(jù)采集、處理和應(yīng)用方面的工作。