應(yīng)用ArcGIS柵格計(jì)算功能矢量化位圖信息的探索
——以開平市灌區(qū)地類信息為例

梁珍平 江門市江新聯(lián)圍管理處

1.引言

在水文水資源領(lǐng)域，GIS發(fā)揮了非常重要的作用。本文探索了應(yīng)用ArcGIS軟件中對(duì)顏色的識(shí)別功能將位圖信息快速矢量化的方法，并用開平市地類信息進(jìn)行驗(yàn)證，效果良好。

2.位圖矢量化的一般方法

在水利工作中，有時(shí)需將位圖矢量化。目前較簡(jiǎn)單的方法是描繪法，即先加載位圖作為底圖，再沿要素的邊線進(jìn)行描繪。描繪法的優(yōu)點(diǎn)在于操作簡(jiǎn)單，容易掌握，但當(dāng)對(duì)象數(shù)量較多或者形狀復(fù)雜時(shí)，描繪法的效率非常低，且易出錯(cuò)。

3.應(yīng)用柵格計(jì)算器矢量化的基本思路

對(duì)位圖而言，一個(gè)像素相當(dāng)于一個(gè)柵格，柵格中的數(shù)值可以放到柵格計(jì)算器中參與運(yùn)算，然后通過(guò)柵格數(shù)據(jù)的形式輸出。在ArcGIS中，可通過(guò)柵格計(jì)算器中的Con()條件函數(shù)實(shí)現(xiàn)位圖數(shù)據(jù)的矢量化。

柵格計(jì)算器的Con()函數(shù)Con()函數(shù)為條件函數(shù)，語(yǔ)法為Con(＜條件>,＜條件為真的值>,＜條件為假的值>)。如Arc GIS 加載了位圖（A.jpg）以及它的三個(gè)波段，在柵格計(jì)算器中輸入Con("A.jpg-Band_1"==255,1,0)，按此語(yǔ)句執(zhí)行后將得到一個(gè)新的圖層，這個(gè)圖層里的柵格數(shù)據(jù)只有0和1兩種取值，A.jpg中紅色值為255的所有像素在新圖層的值是1，其余位置的像素為0，這就相當(dāng)于把具有某一類顏色特征的區(qū)域提取出來(lái)。

3.1 矢量化思路

利用柵格計(jì)算器進(jìn)行位圖矢量化的實(shí)質(zhì)是把顏色相近的區(qū)域提取出來(lái)，再轉(zhuǎn)換成矢量數(shù)據(jù)，具體思路如下：

（1）加載位圖及各個(gè)波段；

（2）確定數(shù)據(jù)顏色RGB 數(shù)值范圍；

（3）利用柵格計(jì)算器提取相似顏色；

（4）把輸出的柵格數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)成矢量數(shù)據(jù)；

（5）后期調(diào)整處理。

4.實(shí)例應(yīng)用

基礎(chǔ)資料位圖基礎(chǔ)資料為《開平市土地利用總體規(guī)劃圖》，圖中不同顏色區(qū)分了不同地類要素，各地類要素分布較為分散，且邊界不規(guī)則，描繪困難、效率低下、易出錯(cuò)。本實(shí)例嘗試采用柵格計(jì)算的方法對(duì)水利行業(yè)較為關(guān)注的基本農(nóng)田保護(hù)區(qū)進(jìn)行矢量化。

4.1 操作步驟

4.1.1加載位圖并配準(zhǔn)

加載位圖并進(jìn)行坐標(biāo)配準(zhǔn)，本實(shí)例按西安1980坐標(biāo)系為位圖配準(zhǔn)。

4.1.2 獲取目標(biāo)地類的顏色值范圍

利用工具條上的identify工具查看目標(biāo)地類的RGB顏色分量數(shù)值，盡量在圖上不同位置的進(jìn)行多次采樣，以確定基本農(nóng)田保護(hù)區(qū)的RGB數(shù)值范圍。反復(fù)采樣比較，初步確定目標(biāo)地類的RGB數(shù)值范圍，紅色的范圍為237-255，綠色為243-255，藍(lán)色為28-90。

4.1.3 調(diào)出柵格計(jì)算器進(jìn)行柵格運(yùn)算

調(diào)出柵格計(jì)算器工具，鍵入以下Con()函數(shù)語(yǔ)句：Con(("開平-Band _ 1" >=237) & ("開平-Band_1"＜=255)&("開平-Band _ 2 " >=243) & (" 開平-Band_2"＜=255)&("開平-Band_3">=28)&("開平-Band_3"＜=90),1,0)。

執(zhí)行語(yǔ)句后，以柵格數(shù)據(jù)格式輸出計(jì)算結(jié)果。輸出的結(jié)果與原圖進(jìn)行對(duì)比，輸出結(jié)果與目標(biāo)范圍基本上是吻合的，可將其轉(zhuǎn)為矢量。

4.1.4 柵格數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)為矢量數(shù)據(jù)

直接采用柵格轉(zhuǎn)多邊形工具，以柵格計(jì)算結(jié)果圖層作為輸入，轉(zhuǎn)化后的保留屬性值為1的矢量多邊形數(shù)據(jù)即可。

4.1.5 矢量數(shù)據(jù)后期處理

如圖1所示可以發(fā)現(xiàn)由于原圖中基本農(nóng)田保護(hù)區(qū)內(nèi)還有農(nóng)作物類型的圖例，導(dǎo)致柵格計(jì)算結(jié)果存在一部分鏤空的區(qū)域，矢量化的結(jié)果應(yīng)該會(huì)比實(shí)際范圍偏小。這說(shuō)明矢量化后依然需要對(duì)某些不合理的矢量化結(jié)果進(jìn)行調(diào)整，可以利用ArcGIS中針對(duì)矢量數(shù)據(jù)的分析工具進(jìn)行后期處理，并對(duì)比原圖，盡量使最終矢量化的結(jié)果趨于合理。

4.2 成果分析

為驗(yàn)證矢量化方法的可靠性，作者在矢量化數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上結(jié)合鎮(zhèn)區(qū)邊界的矢量化成果統(tǒng)計(jì)了開平市各鎮(zhèn)區(qū)基本農(nóng)田保護(hù)區(qū)面積，以之與《廣東省開平市土地利用規(guī)劃（2010-2020年）》報(bào)告書中各鎮(zhèn)的規(guī)劃基本農(nóng)田保護(hù)區(qū)的面積對(duì)比，如表1所示。

從表1比較的結(jié)果看，通過(guò)位圖矢量化得到的統(tǒng)計(jì)面積與土地利用規(guī)劃的地類面積比較接近，平均相對(duì)誤差為-1.89%，誤差最大的鎮(zhèn)區(qū)為赤坎鎮(zhèn)，相對(duì)誤差達(dá)-9.35%，總體上誤差較小，說(shuō)明利用本文所述方法對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行矢量化是可行、可靠的，方法具有一定的實(shí)用價(jià)值。從誤差的正負(fù)看來(lái)，本實(shí)例中相對(duì)誤差為負(fù)值的情況較多，說(shuō)明矢量化方法提取的目標(biāo)范圍相比于實(shí)際情況偏小，是此類方法在本實(shí)例應(yīng)用中存在的一個(gè)弊端。

5.結(jié)語(yǔ)

在計(jì)算機(jī)技術(shù)高速發(fā)展的今天，利用新技術(shù)往往可以事半功倍。在水利工作中常會(huì)碰到矢量化問(wèn)題，對(duì)于一些簡(jiǎn)單的問(wèn)題，描繪法基本可以解決，然而對(duì)復(fù)雜的問(wèn)題則效率不高。圖像編碼技術(shù)與柵格運(yùn)算技術(shù)的有機(jī)結(jié)合為解決矢量化問(wèn)題開辟了一條高效可行的途徑。本文探討了利用柵格計(jì)算功能的位圖矢量化方法，并通過(guò)實(shí)例驗(yàn)證，認(rèn)為該方法雖然尚存在某方面的弊端，但也可靠，具有一定的實(shí)用價(jià)值。