ArcGIS在柵格數(shù)據(jù)和矢量數(shù)據(jù)處理中的運(yùn)用

楊 峰

(云南省林業(yè)調(diào)查規(guī)劃院，云南 昆明 650051)

1 引言

柵格數(shù)據(jù)和矢量數(shù)據(jù)是ArcGIS數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的兩種重要形式，ArcGIS內(nèi)置的多種編輯器可以較好地完成地圖生產(chǎn)全過(guò)程，為地圖分析和數(shù)據(jù)處理提供新的解決方案，在開(kāi)展森林資源調(diào)查過(guò)程中特別是在數(shù)據(jù)處理過(guò)程中達(dá)到事半功倍的效果。

2 ArcGIS 簡(jiǎn)介

ArcGIS是美國(guó)ESRI公司集近40年GIS研發(fā)之經(jīng)驗(yàn)，奉獻(xiàn)給用戶(hù)的一套從低到高、可無(wú)縫擴(kuò)展的GIS 平臺(tái)系列產(chǎn)品。ArcGIS產(chǎn)品建立在工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)之上，不但功能強(qiáng)大、使用方便，還可以滿(mǎn)足不同層次的用戶(hù)需求，ArcGIS能夠支持超大數(shù)據(jù)量的存儲(chǔ)和用戶(hù)對(duì)響應(yīng)效率的需求，ArcGIS系列產(chǎn)品具備的核心技術(shù)，為系統(tǒng)資源的共享、系統(tǒng)的無(wú)縫升級(jí)、數(shù)據(jù)和應(yīng)用功能的平滑移植提供了有力的保障，全新的ArcGIS系列軟件不僅有著完善的可擴(kuò)展的體系結(jié)構(gòu)，而且在保留原來(lái)強(qiáng)大功能的基礎(chǔ)上，界面風(fēng)格更加簡(jiǎn)單友好，易于使用。同時(shí)ArcGIS具有公共組件庫(kù)，詳盡的文檔和例子代碼，使開(kāi)發(fā)ArcGIS 變得異常簡(jiǎn)單，Arcgis數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)具有海量數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)企業(yè)級(jí)信息系統(tǒng)以及社會(huì)級(jí)信息系統(tǒng)，用來(lái)存儲(chǔ)和管理所有的空間和屬性數(shù)據(jù)，具備海量數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和管理能力[1]。

3 柵格數(shù)據(jù)處理

3.1 通過(guò)繪制工具進(jìn)行柵格裁剪

使用繪制裁剪柵格數(shù)據(jù)較原始數(shù)據(jù)更為清晰，且裁剪范圍較矢量范圍大、操作靈活性較強(qiáng)，在森林資源調(diào)查過(guò)程中使調(diào)查范圍得以延伸，可通過(guò)在自定義工具條中找到繪圖工具并勾選，根據(jù)需求繪制形狀，并通過(guò)“屬性”中的符號(hào)更改填充顏色為“無(wú)顏色”，更改輪廓顏色為“無(wú)顏色”，輪廓寬度值設(shè)為“0”，其次選中原始影像并導(dǎo)出數(shù)據(jù)在彈出的對(duì)話(huà)框中范圍勾選“所選圖層(裁剪)”，空間參考勾選“柵格數(shù)據(jù)集(原始)”選項(xiàng)，并對(duì)導(dǎo)出柵格數(shù)據(jù)進(jìn)行命名和格式的選擇。在柵格數(shù)據(jù)導(dǎo)出過(guò)程中可以將影像數(shù)據(jù)進(jìn)行像素深度提升，通過(guò)上述操作既可根據(jù)輪廓裁剪出柵格數(shù)據(jù)，形成如圖1效果。

3.2 按掩膜提取進(jìn)行柵格數(shù)據(jù)的裁剪

用于定義提取區(qū)域的輸入掩膜數(shù)據(jù)，它可以是柵格或要素?cái)?shù)據(jù)集。操作步驟如下：選擇需要裁剪的要素掩膜數(shù)據(jù)，在“空間分析”工具中找到“按掩膜提取”選項(xiàng)，輸入需要裁剪的柵格數(shù)據(jù)和要素掩膜數(shù)據(jù)，即可通過(guò)ArcGIS開(kāi)發(fā)的批量裁剪工具進(jìn)行柵格數(shù)據(jù)的批量裁剪[2]。

3.3 分割柵格工具對(duì)柵格數(shù)據(jù)進(jìn)行裁剪

分割工具進(jìn)行柵格數(shù)據(jù)進(jìn)行裁剪主要根據(jù)數(shù)據(jù)集的分塊大小和數(shù)量分塊輸出，操作步驟如下：在“Arctoolbox”中找到“分割柵格”工具，在對(duì)話(huà)框中選擇需要裁剪的柵格數(shù)據(jù)，并根據(jù)不不同的裁剪方法進(jìn)行柵格數(shù)據(jù)的裁剪，在裁剪方法中選擇“SIZE_OF_TILE”時(shí)在對(duì)應(yīng)輸出柵格大小按實(shí)際需求填寫(xiě)x坐標(biāo)，y坐標(biāo)數(shù)據(jù)[3]，選擇“NUMBER_OF_TILES”裁剪方法時(shí)在對(duì)應(yīng)輸出柵格數(shù)中按照使用需求填寫(xiě)x坐標(biāo)，y坐標(biāo)數(shù)據(jù)，選擇“POLYGON_FEATURES”時(shí)按照“矢量-面”的范圍進(jìn)行柵格數(shù)據(jù)的裁剪，對(duì)應(yīng)選擇分割面要素，不同的分割方法可以呈現(xiàn)不同的分割效果。

圖1 繪制裁剪前后

3.4 柵格數(shù)據(jù)自動(dòng)矢量化

在ArcGis柵格數(shù)據(jù)處理過(guò)程中為實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)可編輯效果，需要將柵格數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為矢量數(shù)據(jù)，例如需要將柵格數(shù)據(jù)的等值線線轉(zhuǎn)化為矢量數(shù)據(jù)；操作步驟如下：在自定義菜單欄擴(kuò)展模塊中打開(kāi)“ArcScan”擇項(xiàng)，在photoshop中進(jìn)行柵格數(shù)據(jù)的二值化處理，將設(shè)置好的柵格數(shù)據(jù)進(jìn)行配準(zhǔn)，將配準(zhǔn)好的柵格數(shù)據(jù)導(dǎo)出形成圖層文件，在柵格圖層屬性中設(shè)置符號(hào)系統(tǒng)“已分類(lèi)”中將類(lèi)別設(shè)置為“2”，設(shè)置后若部分柵格數(shù)據(jù)消失，在類(lèi)別中設(shè)置中間值，使柵格數(shù)據(jù)全部呈現(xiàn)，其次根據(jù)需要建立保存矢量化的圖層，添加所需字段，在編輯器下打開(kāi)“選項(xiàng)”在“常規(guī)”選項(xiàng)中勾選經(jīng)典捕捉，再次在編輯器下打開(kāi)捕捉并勾選柵格下“中心線”同時(shí)設(shè)置好捕捉容差值，在“ArcScan”編輯器中使用“柵格清理”工具對(duì)不需要的柵格數(shù)據(jù)進(jìn)行清理，在矢量化數(shù)據(jù)編輯器中點(diǎn)擊生成要素，即可完成柵格數(shù)據(jù)矢量化，如圖2效果。

圖2 矢量化前后

3.5 柵格數(shù)據(jù)鑲嵌

影像鑲嵌指將多個(gè)輸入柵格鑲嵌到現(xiàn)有柵格數(shù)據(jù)集，可以在“ArcToolbox”工具箱中找到鑲嵌至新柵格工具，在輸入柵格選項(xiàng)框中選擇中需要鑲嵌的柵格數(shù)據(jù)，選擇輸出位置和具有擴(kuò)展名的柵格數(shù)據(jù)集名稱(chēng)[4]，波段數(shù)(可以在上個(gè)數(shù)據(jù)圖層屬性中查看波段數(shù))，其他選項(xiàng)按照默認(rèn)值填寫(xiě)。在鑲嵌過(guò)程中鑲嵌運(yùn)算符和鑲嵌范圍運(yùn)算表達(dá)式時(shí)可以根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行選擇。

4 矢量數(shù)據(jù)處理

4.1 矢量數(shù)據(jù)融合

在矢量數(shù)據(jù)的處理過(guò)程中如果需要將矢量數(shù)據(jù)基于指定屬性聚合要素，例如某個(gè)矢量文件按照林地保護(hù)等級(jí)進(jìn)行矢量的融合時(shí)既可以采用融合功能[5]，具體操作為：在地理處理中幾點(diǎn)融合選項(xiàng)，在選項(xiàng)框中找到基于融合的字段名稱(chēng)(也可以基于多個(gè)字段的融合)，即可生成融合的效果。效果如圖3所示。

4.2 拓?fù)淝暗氖噶繑?shù)據(jù)處理

在矢量數(shù)據(jù)處理過(guò)程中，因矢量數(shù)據(jù)會(huì)存在空間位置差異或錯(cuò)誤，需要將數(shù)據(jù)進(jìn)行拓?fù)錂z查前的修正，在拓?fù)錂z查中有較多適用規(guī)則，根據(jù)不同規(guī)則可以采取不同的矢量處理方法，批量處理不僅可以較好提高數(shù)據(jù)質(zhì)量，更提高了工作效率[6]。

4.2.1 修復(fù)幾何

修復(fù)幾何是用于檢查要素類(lèi)中每個(gè)要素的幾何問(wèn)題，發(fā)現(xiàn)幾何問(wèn)題后，將應(yīng)用相關(guān)修復(fù)，以便識(shí)別要素并確定遇到的問(wèn)題，“修復(fù)幾何”一般用于面狀矢量的檢查和修復(fù)，操作步驟如下，在“ArcToolbox”工具箱的“數(shù)據(jù)管理工具”中找到“要素”點(diǎn)擊“修復(fù)幾何”選項(xiàng)(也可在搜素工具中搜索“修復(fù)幾何”)，添加需要進(jìn)行修復(fù)的矢量文件，即可對(duì)矢量進(jìn)行修復(fù)。

4.2.2 “要素轉(zhuǎn)面”

要素轉(zhuǎn)面過(guò)程中主要針對(duì)封閉區(qū)域的各類(lèi)矢量文件進(jìn)行轉(zhuǎn)換，在矢量文件處理過(guò)程，特別是面狀文件有相交部分時(shí)會(huì)形成多部件，造成較多空間錯(cuò)誤，在此過(guò)程中為減少拓?fù)溴e(cuò)誤，在進(jìn)行拓?fù)錂z查前可以采用“要素轉(zhuǎn)面”進(jìn)行相交要素分割。

圖3 數(shù)據(jù)融合前后

4.2.3 “刪除相同的”

如果要素類(lèi)或表中的記錄在字段列表中具有相同值，則可刪除這些記錄，如果選擇了Shape字段，將會(huì)對(duì)要素幾何進(jìn)行比較。操作步驟：在“系統(tǒng)工具箱”中點(diǎn)擊“刪除相同項(xiàng)”(通過(guò)搜索“刪除相同項(xiàng)”)進(jìn)行重復(fù)值的刪除，在操作過(guò)程中：可以根據(jù)字段名稱(chēng)進(jìn)行矢量的刪除或者屬性的刪除，例如在“字段”中勾選“shape”既對(duì)矢量文件進(jìn)行刪除，反之不勾選“shape”勾選其他字段名稱(chēng)既是對(duì)屬性表進(jìn)行重復(fù)值的刪除。

4.3 矢量數(shù)據(jù)賦值

矢量數(shù)據(jù)處理中，需要對(duì)矢量文件進(jìn)行賦值，以方便根據(jù)屬性表生成不同的制圖表達(dá)式，例如在森林資源二類(lèi)調(diào)查專(zhuān)題圖制作，需要對(duì)不同邊界進(jìn)行不同的表達(dá)：操作步驟如下：將矢量數(shù)據(jù)(面狀)在要素轉(zhuǎn)換文件中轉(zhuǎn)為線狀文件，在線狀文件中添加所需字段，對(duì)每一條邊界進(jìn)行賦值，在相交(重疊)區(qū)域邊界中通過(guò)“標(biāo)識(shí)”或者按位置屬性通過(guò)“字段計(jì)算器”依次的對(duì)矢量進(jìn)行賦值，其次在矢量“屬性”中通過(guò)“系統(tǒng)符號(hào)”按照制圖規(guī)范生成不同的表達(dá)式，如圖4所示。

圖4 數(shù)據(jù)賦值前后

4.4 漸變處理

4.4.1 面狀漸變處理

具體操作步驟：矢量數(shù)據(jù)右鍵“屬性”中找到“符號(hào)系統(tǒng)”點(diǎn)擊“要素”選擇“單一符號(hào)”選項(xiàng)；在符號(hào)中進(jìn)入當(dāng)前符號(hào)并“編輯符號(hào)”在屬性中選擇漸變填充[7]。既可以完成矢量數(shù)據(jù)(面狀)進(jìn)行漸變填充，在漸變填充過(guò)程中，漸變填充的方向在“角度”中進(jìn)行設(shè)置。顏色在“色帶”中進(jìn)行選擇，根據(jù)森林資源調(diào)查相關(guān)制圖表達(dá)要求可在“樣式”“百分比”“間隔”等對(duì)圖層漸變進(jìn)行設(shè)置。

4.4.2 線狀漸變處理

在森林資源調(diào)查過(guò)程中，需要將不同的線狀文件生成不同的制圖表達(dá)式。例如根據(jù)河流的流量大小或主干流和支流的區(qū)別，在圖上形成河流的簡(jiǎn)易表達(dá)式。具體操作如下：在矢量數(shù)據(jù)中添加需要漸變得初始值和終值，具體步驟：在個(gè)人數(shù)據(jù)集(.gdb文件)中的矢量“屬性”點(diǎn)擊找到“將系統(tǒng)符號(hào)轉(zhuǎn)換為制圖表達(dá)式”并在“系統(tǒng)符號(hào)”制圖表達(dá)式中添加新填充圖層并刪除原始的線狀圖層，在線輸入中點(diǎn)擊“錐狀面”后顯示字段覆蓋，依次填充起始寬度和終止寬度，調(diào)整填充顏色既可以完成漸變填充。

4.5 經(jīng)緯度坐標(biāo)轉(zhuǎn)換與個(gè)xy坐標(biāo)相互轉(zhuǎn)換

在開(kāi)展森林資源調(diào)查設(shè)計(jì)過(guò)程中因不同調(diào)查規(guī)劃設(shè)計(jì)要求不同，需要將各類(lèi)坐標(biāo)系的x、y與經(jīng)緯度坐標(biāo)相互轉(zhuǎn)換，已滿(mǎn)足不同的調(diào)查規(guī)劃設(shè)計(jì)需求。

4.5.1 XY坐標(biāo)轉(zhuǎn)經(jīng)緯度坐標(biāo)

在“系統(tǒng)工具箱”中“添加xy坐標(biāo)”將矢量文件進(jìn)行xy數(shù)據(jù)的賦值，其次通過(guò)計(jì)算幾何進(jìn)行經(jīng)緯度的計(jì)算，計(jì)算單位選擇“十進(jìn)制度”[8]，效果如圖5所示。

圖5 XY坐標(biāo)轉(zhuǎn)經(jīng)緯度坐標(biāo)

4.5.2 經(jīng)緯度坐標(biāo)轉(zhuǎn)XY坐標(biāo)

在包含有經(jīng)緯度坐標(biāo)的表格中，創(chuàng)建要素類(lèi)從xy中進(jìn)行操作，定義需要轉(zhuǎn)換為的坐標(biāo)系[9]，制定文件的存放位置，同時(shí)在圖層屬性中設(shè)置坐標(biāo)進(jìn)行坐標(biāo)的轉(zhuǎn)換(也可以采用投影)，再通過(guò)“添加xy坐標(biāo)”后導(dǎo)出數(shù)據(jù)即可完成經(jīng)緯度坐標(biāo)跟xy坐標(biāo)的轉(zhuǎn)換[10]，如圖6所示。

圖6 經(jīng)緯度坐標(biāo)轉(zhuǎn)XY坐標(biāo)

5 注意事項(xiàng)

(1)柵格數(shù)據(jù)鑲嵌時(shí)目標(biāo)柵格必須是一個(gè)現(xiàn)有的柵格數(shù)據(jù)集，該數(shù)據(jù)集可以是空柵格數(shù)據(jù)集，也可以是已包含數(shù)據(jù)的柵格數(shù)據(jù)集；按掩膜提取進(jìn)行柵格數(shù)據(jù)的裁剪過(guò)程中可以根據(jù)要素掩膜數(shù)據(jù)進(jìn)行靈活操作，在操作過(guò)程中需要注意柵格數(shù)據(jù)和要素掩膜數(shù)據(jù)坐標(biāo)系需一致[11]，通過(guò)柵格分割工具對(duì)柵格數(shù)據(jù)進(jìn)行裁剪時(shí)，需要注意不同的裁剪方法對(duì)應(yīng)的輸出方式，分割完成后柵格數(shù)據(jù)會(huì)存在默認(rèn)或者制定的數(shù)據(jù)庫(kù)中，需進(jìn)行手工添加。

(2)在柵格數(shù)據(jù)矢量化處理過(guò)程中必須將柵格數(shù)據(jù)進(jìn)行配準(zhǔn)，重新導(dǎo)出柵格數(shù)據(jù)，導(dǎo)出的柵格數(shù)據(jù)進(jìn)行二值化處理主要元素必須呈現(xiàn)，建立保存矢量化的圖層坐標(biāo)系需要跟柵格數(shù)據(jù)坐標(biāo)系一致,在矢量化過(guò)程生成要素過(guò)程中及時(shí)勾選“選擇新要素”，在處理的過(guò)程中可智能地將各線要素的平均寬度保存在制定字段既完成對(duì)矢量數(shù)據(jù)的屬性編輯同時(shí)可根據(jù)一定最大線寬度設(shè)置為面。

(3)影像鑲嵌時(shí)輸出位置選擇時(shí)保存為數(shù)據(jù)庫(kù)格式時(shí)可以不加擴(kuò)展名，輸出為文件格式時(shí)需要加擴(kuò)展名，在鑲嵌運(yùn)算符選擇過(guò)程中需結(jié)合重疊部分或空隙部分的“RGB”值進(jìn)行運(yùn)算符的選擇。

(4)矢量數(shù)據(jù)融合會(huì)形成多部件情況，需高級(jí)編輯器中進(jìn)行多部件的處理，矢量數(shù)據(jù)進(jìn)行拓?fù)錂z查時(shí)，需建“.shp”文件導(dǎo)入“個(gè)人數(shù)據(jù)集(.gdb)”或“文件數(shù)據(jù)集(.mdb)”中進(jìn)行拓?fù)錂z查；其次注意矢量數(shù)據(jù)和個(gè)人數(shù)據(jù)集或文件數(shù)據(jù)集坐標(biāo)系匹配，在拓?fù)錂z查和矢量數(shù)據(jù)批量處理前拷貝數(shù)據(jù)。

(5)矢量數(shù)據(jù)賦值在轉(zhuǎn)換的過(guò)程中不要勾選“保留屬性”，防止轉(zhuǎn)換后形成兩個(gè)相同的屬性，賦值過(guò)程中，注意相交(重疊)區(qū)域邊界的包含關(guān)系：例如在專(zhuān)題制作過(guò)程中鄉(xiāng)鎮(zhèn)界包含村界，村界包含林班界，林班界包含小班界，在賦值過(guò)程中需要將相交(重疊)部分的值賦為最高一項(xiàng)值，例如將小班界與林班界重疊時(shí)賦值為林班界，小班界與縣界重合時(shí)賦值為縣界，依次類(lèi)推。

(6)經(jīng)緯度轉(zhuǎn)為xy坐標(biāo)時(shí)，矢量數(shù)據(jù)的坐標(biāo)系和數(shù)據(jù)框坐標(biāo)系需要一致，數(shù)據(jù)導(dǎo)出時(shí)使用與數(shù)據(jù)框相同的坐標(biāo)系[12]。

6 結(jié)論

Arcgis軟件在柵格數(shù)據(jù)分割、鑲嵌，自動(dòng)矢量化、地理處理(融合)、坐標(biāo)轉(zhuǎn)換呈現(xiàn)方法多樣、技術(shù)針對(duì)性強(qiáng)，特別是在數(shù)據(jù)拓?fù)涮幚砬暗呐坎僮?，不僅可以為用戶(hù)減少較多工作量、提高數(shù)據(jù)精度，更展現(xiàn)了其功能強(qiáng)大、可伸縮性、便捷、相互操作，技術(shù)成熟等優(yōu)點(diǎn)[13]，同時(shí)也為林業(yè)信息化發(fā)展提供了技術(shù)支撐，因此值得在更廣的范圍進(jìn)行推廣和運(yùn)用。