ArcScan在土地利用數據縮編中的應用

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在土地利用數據縮編中的應用

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)

基于矢量數據進行圖斑中軸化剖分合并的土地利用數據縮編處理方法存在不足,本文介紹一種將矢量數據柵格化后在ArcScan環境下進行自動矢量化的解決方法,并通過實例驗證了該方法的有效性和實用性。

柵格化;縮編;土地利用;中軸化;合并

1 引 言

第二次全國土地調查結束后,如何采用縮編等手段對第二次土地調查成果數據進行整理縮編,建立系列比例尺土地利用數據庫,并快速編制出各市、縣、鄉鎮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。由于柵格數據具有處理方便、靈活的優點,通過“矢量-柵格-矢量”的轉換是一種非常有效的縮編方法。一些在矢量格式下較難實現的縮編操作,可以將數據先轉為柵格形式再進行處理,處理完以后再恢復矢量格式,從而達到預期的縮編目的。本文介紹了如何使用ArcScan基于這種縮編方法進行土地利用數據縮編。

2 土地利用數據縮編要求

土地利用數據縮編主要是對面狀的土地利用圖斑進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,達到減少地圖信息量,在單一比例尺土地利用數據的基礎上獲取系列比例尺土地利用數據的目的。下面以某市第二次土地調查成果數據縮編項目的要求為例,說明土地利用數據縮編流程中應用ArcScan處理的幾個關鍵步驟的具體要求。

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行表示,這樣使得原來全覆蓋的土地利用數據就產生了空隙,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行分割,然后合并到周圍的圖斑中去,保持土地利用現狀數據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則合并的小圖斑以及那些雖然達到最小上圖面積,但由于圖斑的形狀較細長,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目進行剖分,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 常用的縮編技術方法

3.1 常用的技術方法

針對土地利用數據縮編中進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函數等,可用于對細長地物進行中軸化處理,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。目前只有武漢大學研制開發的DoMap綜合縮編軟件提供了對條帶狀地物進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據進行處理,采用Delaunay三角網算法實現的。

3.2 存在的問題

基于Delaunay三角網算法對矢量數據進行處理,實現“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。它雖然可以實現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,才能得到較好的結果。由于Delaunay三角網算法對不規則條帶狀地物圖斑的中心線提取只能分段進行,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,且容易在交叉處導致中心線不嚴格連接,并且嚴重時會出現折線。

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

4 使用ArcScan縮編土地利用數據

4.1 思路和方法

ArcScan是ArcGIS中一個把柵格圖像轉化為矢量GIS圖層的工具。使用ArcScan進行“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據按照需要進行圖層組合,并以適當的像素大小轉化為二值柵格圖像,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行拓撲處理和屬性賦值等后續處理,得到經過剖分合并的結果數據。流程如下圖3所示。

圖3 應用ArcScan進行中軸化及剖分合并處理流程圖

4.2 ArcScan縮編的優勢

采用傳統的方法對土地利用數據進行縮編需要經過多道中間工藝,如必須經過工程復印機縮圖、數字化儀展繪和拼圖等步驟,容易帶來描繪誤差、拼接誤差等,導致圖面精度的降低。而采用計算機基于矢量數據進行的數字地圖縮編,只能采用交互式、半自動化的方法對地物圖斑進行中軸化和剖分合并,不能做批量處理從而導致效率較低。在ArcScan環境下應用“矢量-柵格-矢量”縮編的方法,相比傳統方法可大大提高處理效率,解決了基于矢量數據處理存在的問題,具有較大優勢。

4.3 操作流程

下面以1∶1萬土地利用數據縮編為1∶5萬土地利用數據為例,說明ArcScan在土地利用數據縮編中處理數據的步驟。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,只是它們在整個縮編流程中的執行順序不同,這里僅介紹利用ArcScan進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)面狀數據轉為線數據和點數據

將面狀1∶1萬土地利用數據,轉換成邊界線數據和內點數據。其中邊界線數據用于隨后和面狀條帶狀地物進行疊加顯示,內點數據用于保存面狀地類圖斑的屬性數據以及最后完成中軸化剖分合并后的拓撲構面。

(2)提取條帶狀地物

將面狀1∶1萬土地利用數據轉換成邊界線數據和內點數據的同時,根據地類屬性進行查詢,提取出公路、鐵路、河流、溝渠等條帶狀地物圖斑。用于和邊界線數據進行疊加顯示后進行矢量數據柵格化。

(3)統一顏色渲染并柵格化

矢量數據柵格化分兩步進行。第一步是提取面狀條帶狀地物后,直接以0.4 m～0.6 m的像素大小將其轉為二值柵格圖。第二步是將面狀條帶狀地物疊加邊界線數據顯示,并使用同一種顏色對它們進行渲染(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行填充,最后以和第一步相同的像素大小將這2個圖層的矢量數據一起轉為二值柵格圖。分兩步進行柵格化時使用相同的像素大小,有利于保證生成的中心線數據和中軸化剖分合并后的數據之間的拓撲一致性。

(4)ArcScan自動矢量化

在ArcGIS軟件中創建用于存放自動矢量化結果數據的圖層后,分別添加(3)中分兩步柵格化得到的二值圖像,然后在ArcScan模塊中合理設置柵格矢量化的各個參數(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行自動矢量化,得到條帶狀地物的中心線數據以及對(3)中第二步得到的二值圖像執行自動矢量化,得到完成中軸化及剖分合并后的線數據。

(5)矢量化數據整理

ArcScan自動矢量化得到的中心線數據和中軸化剖分合并后的線數據,會多少存在一些懸掛、自相交、相似等拓撲錯誤。因此需要疊加原1∶1萬土地利用數據對其進行拓撲檢查和拓撲清除。經過拓撲檢查和拓撲清除后的線數據,才能和先前生成的內點數據一起進行拓撲構面,得到最后完成中軸化剖分合并的結果數據。

4.4 縮編結果

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行自動矢量化,其剖分合并處理的效果完全滿足縮編項目的各項技術要求和《第二次全國土地調查成果數據縮編技術指標規范(試行)》相關規定。

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 語

常規的基于矢量數據進行“條帶狀地物中軸化及剖分合并”、“小圖斑剖分合并”處理方法,需要較智能的數學算法進行各種判斷,且無法進行批量處理,無法達到令人滿意的效果。采用矢量數據柵格化后再矢量化的方法,具有操作簡便、效率高等優點。只要在柵格化時設置合適的像素大小,不需要進行二次開發工作,充分利用ArcScan強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據縮編。

[1] 朱正邦.土地利用數據綜合縮編中的關鍵算法探究[J].中國科技論文在線,2010

[2] 楊海燕.廣西玉林25萬土地利用現狀圖編制[J].桂林工學院學報,1999,19(3):297～301

[3] 蔣新華,鄭家文.計算機制圖綜合在土地詳查中的應用研究[J].四川測繪,1999,22(01):25～28

[4] 魏士春,張紅日,蘇奮振等.基于ArcGIS的面狀要素中軸線提取方法研究[J].地理空間信息,2007,5(2):45～47

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數據采集、處理和應用方面的工作。