ArcGIS環境下提高空間數據庫建庫效率和精度的技術方法研究

摘 要：為了提高空間數據庫的建庫效率和精度，本文以縣級土地利用數據庫建設為例，重點對建庫過程中數學基礎的建立、矢量化的方法及順序選擇、圖形編輯處理方式等關鍵技術進行了探討，為以后土地利用數據庫的建設提供了一定的借鑒價值，對于加快實現國土資源的信息化、科學化具有重要意義。

關鍵詞：縣級土地利用數據庫；ArcGIS；效率；精度

1、引言

近年來，隨著“數字國土”工作的深入，縣級土地利用數據庫建設在各省區迅速展開。然而，有些地區已經建立的土地利用數據庫達不到應有的應用需求，部分建立的土地利用數據庫精度達不到規定要求，無法通過驗收，給國土資源管理部門帶來了嚴重不便，在一定程度上阻礙了土地管理工作的信息化和服務社會化。因此，對縣級土地利用數據庫建設的效率和精度問題進行研究是相當必要的。

2、建庫效率和精度的方法探討

縣級土地利用數據庫建設包括諸多過程和步驟，每一過程的進展和質量控制如何直接影響到整個數據庫建設的效率和精度。

2.1 數學基礎的建立

數學基礎的確立，可以說是土地利用數據建庫的首要前提和基礎。因此，確保數學基礎建立的正確性，有利于以后工作的順利進行，從而對于提高整個建庫的效率和精度均具有重要意義。數學基礎的建立包括以下三個部分：

（1）經緯網的建立

這里為便于說明，以重慶市某地區為例：首先，根據該地區的土地接合表讀得該區圖幅范圍左下角和右上角點的坐標分別為（106°52′30″，28°45′），（107°30′， 29°32′30″），可知該區在經緯線方向的跨度分別為37′30″，47′30″。由于1：1萬地形圖經緯線網間隔的圖幅經緯差分別為3′45″和2′30″，由此可計算出該區要建立的經緯網的列行數分別為10列和19行，以及經緯網的度數間隔（即單個網格的像元大小）分別為0.0625，0.04166667。然后在ArcGIS（9.2及以上版本）中，通過Arc Toolbox的Data Manage tools中的Create fishnet命令，打開Create fishnet對話框，依次輸入相應參數，單擊OK則生成經緯網。

這里有三點需要注意：第一，所有的經緯度均化成以度為單位；第二，在Y-Axis Coordinate對話框中輸入的y坐標要稍大于28°45′以確定y軸方向；第三，此時生成的經緯網還沒有空間參考，因此還必須對其進行定義投影并進行投影轉換，這里不作詳細介紹。

（2）公里網的建立

公里網的建立過程同經緯網，不同的是在輸入要生成的公里網格數據時，要輸入公里網起點的地理坐標和距離間隔（1000，1000）。然后對生成的公里網直接定義投影即可。

（3）十字絲的生成

根據生成的公里網格范圍，再執行一次公里網格的建立過程，但在輸入要生成的公里網格數據時，公里網格的起點坐標和間隔都不變，將生成的列數和行數在原來的基礎上各加1，目的是使生成的公里網格比正常的公里網在最右邊和最上面多出一列和一行；然后將生成的公里網格文件輸出成coverage格式，在輸出文件中既包含有公里網格的線數據層，又包含有各個網格中心的點數據層，所以將點數據輸出成shapefile格式的文件；之后將shapefile的點文件進行配準，使所有的點向左向下各平移500m，這樣所有的點都跟公里網格的交點重合，然后改變點的符號表示，即可得到十字絲。

2.2 矢量化的方法及順序選擇

矢量化是縣級土地利用數據庫建設非常關鍵的一個環節。Arc Scan是ArcGIS的一個掃描矢量化模塊，Arc Scan用于GIS的建庫工作，可大大提高圖形數據錄入的效率和準確性[1] .在對掃描校正的圖件二值化之后，由于掃描質量及底圖本身的原因，常常造成地類界線、河流、道路等地物出現斷點。鑒于建庫的實踐和經驗，采用跟蹤矢量化加手工即在地物連續的地方采用跟蹤矢量化、在斷點的地方采用手工錄入的方法是目前較好的一種作業方式，既可減少大批量的數字化錯誤，又可大大提高矢量化的效率和準確性。

矢量化的方法確定之后，下一步的工作即進行圖形要素矢量化，縣級土地利用數據庫中的線性要素主要包括行政界線、道路、水系、地類界線四大部分。由于矢量化工作任務繁重且需先行，因此設計科學有效、條理清晰的分層矢量化順序，對于提高矢量化效率起著基礎性的作用。加之縣級土地利用數據庫的建設在很大程度上都會涉及到行政區劃的調整，首先保證行政區劃的系統性和完整性，有利于以后工作的順利開展。鑒于上述原因和建庫實踐，較為理想的順序為：行政界線、道路、水系、地類界線。

在矢量化的過程中，有幾點是需要注意的：其一，矢量化底圖的比例尺不可放得過大或過小，最好控制在1：1000左右，過大或過小均會導致所畫線條與圖上實際偏差過大。其二，按圖形中心線矢量化，在轉彎的地方盡量增加采點數量以保證矢量化的圖形精度。其三，設置捕捉。將ArcGIS Editor工具條的下拉菜單項Snapping下的頂點Vertex和結點End選中，以減少拓撲錯誤。其四，對于圖上行政界線與公路、機耕道、河流等線狀地物重合的部分，只對行政界線矢量化，在后期數據處理的過程中，復制重合部分到相應的線狀地物層，對重合部分行政界線賦特殊代碼，采用跳線線形，與普通行政界線區分。這樣既保證了地物邏輯關系上的正確性，也提高了矢量化工作的速度和效率。

2.3 圖形編輯處理方式的探討

在縣級土地利用數據庫的建庫過程中，矢量化的工作完成之后，需要進行大量的數據編輯及空間處理操作，如果處理得當，不僅可以提高圖形的精度，而且可以大大加快數據編輯處理的速度和效率。

2.3.1 圖幅的接邊處理

圖幅數據的拼接處理可以說是縣級土地利用數據庫建設的關鍵技術之一，圖幅拼接處理的好壞直接影響著地物空間關系的位置正確與否，從而間接影響到整個數據庫建設的精度問題。

由于掃描誤差、校正誤差、以及基礎圖件紙張收縮特性都會導致兩個相鄰圖幅接合處產生裂隙，需要進行圖幅的拼接處理。圖幅的拼接包括幾何接邊和屬性接邊。幾何接邊主要有平均法、強制法和優化法三種，在實際操作中，可根據圖形的實際情況分別采用不同的方法。屬性接邊主要檢查在接邊線處連續地物的屬性是否一致。具體實現方法：以接邊主圖幅為基準，沿接邊線搜索相鄰圖幅是否有相應要素，比較屬性代碼是否一致，位置偏差是否符合要求[2]。

2.3.2 拓撲成面細碎多邊形的處理

拓撲成面的過程中，由于矢量化操作不可避免地存在一些誤差，如果按系統工具默認而不手動設置容差，拓撲成面之后，常常會產生大量的細碎多邊形，給之后屬性數據的輸入造成很大的工作量，既費力亦費時。為了盡可能減少細碎多邊形的產生，首選的方法是在拓撲成面之前設置適當的容差。如果已經成面，可選方法之一是將已生成的面數據polygon輸出為coverage格式的文件，在ArcGIS的Arc Toolbox中，執行clean命令，然后將生成的文件轉成shapefile格式，重新導入geodatabase中成面，即可達到清除一些細碎多邊形的目的。

2.3.3 圖斑屬性的處理

拓撲成面之后，大量的圖斑屬性需要輸入，此時若采用手工的方式，逐一對要素輸入屬性值，不僅費力且效率低下，ArcGIS為我們提供了一種簡單易行的處理方案——Model。在ArcGIS中，Model的作用就是把GIS數據集的一個或多個空間處理過程形象的組織起來，通過可視化的Model Building窗口，若干個分析操作可以很容易的轉化成有序的處理步驟。Model允許把數據和工具按照用戶指定的順序鏈接到一塊，形成一個自動進行空間處理的流程結構，其中的處理操作可以是ArcToolBox中的各種工具，也可以嵌入腳本或者其它Model[3]。下面以建庫過程中常見的地類圖斑屬性計算的Model為例進行說明。

如圖1所示，此模型的功能是首先進行地類圖斑與行政區劃的疊加，獲取行政區劃的相關信息，然后增加TBH（圖斑號）字段，接著計算TBH字段，最后刪除多余字段（數據冗余）。通過這個例子不難看出，該模型把原本要分別操作的幾個步驟集成一個連續的過程，不僅減輕了工作量，而且大大加快了屬性數據的錄入效率。當然，這只是一個簡單的例子，在實際的工作中，可以添加所需的多個字段、集成多個步驟參與計算，可以大大提高圖斑屬性的錄入速度和準確性。

3、結論與討論

縣級土地利用數據庫是土地管理的基礎數據庫之一，它的建成不僅能為國土資源管理部門的日常業務工作提供詳細的土地利用信息，還可以為土地變更、土地利用規劃、農用地轉用審批等提供基礎數據，具有較寬的應用輻射面。因此加快縣級土地利用數據庫的建設并保證其精度具有重要的意義，本文闡述的只是加快建庫效率和確保其精度的一部分技術問題，要建立完善的縣級土地利用數據庫需要多環節的技術支持。整個數據庫建設涉及精度要求的環節較多，尚有其他方面需要以后做進一步的探討與研究。

參考文獻

[1]周小成，武法東，盧文龍.Arc Scan 在GIS空間數據庫建庫中的應用[J ].礦山測量，2002，12 （4）：38 - 40.

[2]曾衍偉，龔健雅.空間數據質量控制與評價方法及實現技術.武漢大學學報，2004，29（8） ：686-690.