基于3S技術的電網專題地圖矢量化的應用

摘 要：3S技術的發展給空間地理數據的采集和更新帶來了方便，本文將3S技術應用到電網基礎地理數據的獲取。首先對亞米影像進行解譯，然后再利用MapInfo，ArcGIS軟件對柵格影像矢量化。GIS+RS技術結合應用能更好地支撐智能電網和“三集五大”體系中基礎地理數據的建設，為GIS電網平臺的空間數據提供技術支持，有效提高了數據質量，減少投資成本。

關鍵詞：3S技術；電網信息化；影像解譯；專題圖

中圖分類號：P208；P228 文獻標識碼：A 文章編號：2096-4706（2018）11-0039-03

Application on the Vectorization of Power Network Thematic Map

Based on 3S Technology

LI Wei

（Tianjin Land Resources and House Vocational College，Tianjin 300270，China）

Abstract：The development of “3S” technology brings convenience to the collection and update of spatial geographic data. This paper applies “3S” technology to the acquisition of basic geographic data of power grid. First，interpret the image of Yami，then use MapInfo and ArcGIS software to vectorization of raster image. The combination of GIS and RS technology can better support the construction of basic geographic data in smart grid and “three intensifications and five systems” system，provide technical support for spatial data of GIS grid platform，effectively improve data quality and reduce investment costs.

Keywords：“3S” technology；grid informatization；imagery interpretation；thematic map

0 引 言

隨著國家電網公司信息化SG186工程建設的提前竣工，電網信息化建設邁向智能電網和“三集五大”體系建設服務的新里程。國家電網公司統一的電網GIS地理信息服務平臺是構建在SG186工程一體化平臺之內的企業級空間信息服務平臺，主要為了實現電網資源的結構化管理和可視化顯示，以面向服務的架構以及松耦合方式，實現與各種類業務應用的集成，提供各種電網空間信息服務。

支撐電網GIS平臺運行的數據包括電網資源空間基礎數據、矢量數據、電網資源的屬性數據、GIS平臺管理數據、電網資源的拓撲關系數據、相關文檔數據這六種類型。其中，矢量數據的構建是電網GIS平臺建設的重要組成部分。3S技術是指GNSS，GIS，RS技術結合的簡稱，本文利用GIS+RS的技術方法，完成數據矢量化的工作。高分辨率遙感數據具有多時相、面積大等諸多優點，與GIS數據處理和分析功能相結合，為電網的矢量化工作提供了有效的方法。

1 相關技術介紹

1.1 遙感技術

遙感技術是從遠距離感知目標反射或自身輻射的電磁波、可見光、紅外線，對目標進行探測和識別的技術。

1.1.1 遙感衛星

高分二號（GF-2）衛星是我國自主研制的首顆空間分辨率優于1m的民用光學遙感衛星，搭載兩臺0.8m高分辨率的全色相機和3.2m多光譜相機[1]，具有高定位精度、快速姿態機動能力和亞米級空間分辨率等特點，標志著我國遙感衛星技術進入了亞米級“高分時代”。

高分二號衛星作為我國首顆分辨率達到亞米級的寬幅民用遙感衛星，其在設計上具有諸多創新特點[2]：（1）亞米級、大幅寬成像技術。GF-2衛星配備兩臺相機，星下點地面像元分辨率全色達到0.81m、多光譜達到3.2m、幅寬45.3km，在亞米級高分辨率衛星中幅寬達到世界最高水平[2]；（2）寬覆蓋、高重訪率軌道優化設計。對側擺和軌道等機動優化，使得高分二號衛星可以實現全球任意地區重訪周期不大于5天，覆蓋效率大幅提升；（3）高穩定度快速姿態側擺機動控制技術。高分二號衛星首次依靠全國產化部件實現了高精度、高穩定度的姿態控制；（4）圖像高定位精度設計。GF-2衛星采用了多項提高圖像定位精度的措施，保障定量化應用要求；（5）圖像高輻射質量設計。GF-2針對圖像輻射質量提升采取了多項保證方法，采用格雷碼編碼降低系統噪聲，確保GF-2圖像信號噪聲盡量小；（6）輕小型相機設計技術。GF-2相機光學系統設計首次采用小相對孔徑三反同軸方案；（7）高集成度、高動態低噪聲成像電路設計。GF-2為適應相機輕小型設計，相機成像電路采用了先進的高動態、低噪聲、高集成度設計技術；（8）載荷多種靈活工作模式設計。GF-2設計了成像傳輸、記錄與數據回放等多種靈活荷載工作模式，滿足不同用戶使用需要。

1.1.2 影像解譯

遙感衛星影像通過亮度值或像元值的高低差異（反映地物的光譜信息）及空間變化（反映地物的空間信息）來表示不同地物的差異，這是區分不同地物的物理元素。

影像解譯，也就是判讀要素，指能直接反映和判別地物信息的影像特征，包括形狀、大小、陰影、色調、顏色、紋理、圖案、位置和布局。解譯者利用其中某些標志能直接在圖像上識別地物或現象的性質、類型和狀況；或者通過已識別出的地物或現象，進行相互關系的推理分析，進一步弄清楚其它不易在遙感影像上直接解譯的目標[3]，如表1所示。比如根據地貌、植被、地理位置、氣候條件、人類活動和土壤的關系，判讀土壤的分布和類型等。

1.2 GIS技術

GIS是由計算機硬件、軟件和不同的方法組成的系統，該系統設計支持空間數據的采集、管理、處理、分析、建模和顯示，以便解決復雜的規劃和管理問題[4]。GIS相關軟件包括很多，國內的有MapGIS，SuperMap等，國外相關軟件主要有MapInfo和ArcGIS。

GIS數據結構可以分為矢量數據結構和柵格數據結構。矢量數據主要應用于大比例尺地形圖。矢量數據結構是將現實世界表示為有形的實體集合，包括點、線、面實體以及三者的集合。矢量數據文件占用的內在空間較小，由于這種數據文件包含獨立的分離圖像，可以自由無限制地重新組合。它與柵格數據相比，最大的特點是可以無限放大縮小，文件存儲空間較小。

柵格數據是將空間分割為有規律的格網，每一個格網成為一個單元，并在各單元上賦予相應的屬性值來表示實體的一種數據形式[5]。每一個單元都由行列號定義它的位置，單元的屬性值用實體的數據形式表示。例如遙感影像屬于柵格數據。

2 案例分析

本項目工作內容為根據亞米影像生產1：2000矢量數據，矢量數據生產主要包括：對采集范圍內的影像進行影像解譯、矢量化采集和屬性編輯。

采用的是國產衛星高分二號拍攝的全色影像，影像分辨為0.8m。對遙感影像進行解譯，利用MapInfo和ArcGIS軟件的功能特點，綜合應用到影像矢量化過程中，提高工作效率和數據質量。首先對影像解譯，通過MapInfo軟件進行數據矢量化以及空間數據和屬性數據編輯，在ArcGIS軟件中對數據進行檢查。

項目矢量數據共計13個圖層，線圖層有線狀水系，道路邊線，道路面，隧道邊線，鐵路線；面狀圖層有面狀水系，水利設施面，居民地面，隧道面，道路面，綠地面和范圍框面；點圖層有注記點層。

2.1 數據矢量化

2.1.1 加載圖層及影像

加載圖層：使用快捷鍵Ctrl+O或點擊工具欄中的打開按鈕，彈出打開文件對話框，找到圖層（tab格式），注意視圖設置為當前地圖。

加載影像：同樣的方法打開影像，但是在打開對話框中文件類型選擇Raster Image格式，視圖設置為當前地圖。

2.1.2 屬性編輯

根據地圖矢量化的制作要求，對各個采集要素賦值，如建筑物賦值310000，綠地賦值800000，面狀河流賦值210000等。方法：統一賦值或逐個賦值，當批量的要素的屬性一致時，可統一賦值，否則必須逐個分開賦值。

（1）統一賦值：使用快捷鍵Shift+V或點擊表——更新列，打開更新列對話框，設置更新表、更新列、更新值等參數，點擊OK，完成統一賦值，如下面表示“建筑物圖層的geocode列統一賦值為310000”；

（2）逐個賦值：按快捷鍵X，點擊某個要素，出現要素信息對話框，編輯列表的值，即完成賦值。

2.1.3 數據格式轉換

在本項目中涉及到tab-shp，tab-E00之間的格式轉換，如在道路中心線矢量化中，需要將tab-E00，實現道路中心線在相交處打斷的功能。而在數據整合完成之后，需要將所有數據從tab格式轉換為shp格式，進而在ArcGIS軟件操作平臺進行檢查編輯。

點擊工具—Universal Translator，Universal Translator彈出數據格式轉換框，設置好轉換前的數據格式及之后的數據格式，導入數據，點擊OK，轉換成功。需要注意的是：轉換的數據所在的目錄不能存在中文目錄，否則會轉換失敗。

2.2 數據檢查

為了改善矢量數據加工項目人工作業模式，提升工作自動化程度，提高工作效率，針對矢量數據生產項目構建數據生產和成果數據質量檢查工具。該工具通過使用ArcGIS自帶編程語言Python和模型構建器構建數據制作及成果數據質量檢查模塊，本檢查工具共包括8個質量檢查模塊和2個數據導出模塊。檢查模塊為GeoCode值檢查、道路符號化、復雜要素檢查、拓撲錯誤檢查、線面壓蓋關系檢查、懸掛點檢查、要素字段檢查、重合點檢查。

2.3 成果數據

成果數據包括矢量數據、元數據、文檔資料等相關文件，矢量數據應按照各要素劃分圖層，分別放置相應的數據。文檔資料共有4個文件，包括1：2000矢量數據生產項目檢查報告、1：2000矢量數據（DLG）元數據、1：2000矢量數據產品說明書和矢量數據資料清單。

3 結 論

基礎地理數據主要是作為背景底圖進行使用，為電網業務運行提供空間位置參照，并且也為地名查詢、路名查詢、目標點定位、最佳路徑分析、緩沖區分析等功能提供空間數據分析支持，支撐電網GIS平臺建設。

ArcGIS具有強大的二次開發功能，通過模塊的開發應用，檢查程序和模型工具集進行人機交互作業，降低人為誤操作概率，提高了數據生產及成果檢查效率。

高分辨率遙感數據能提供最新的大面積的柵格數據，由遙感技術獲取的豐富地理信息依賴GIS加以科學的管理，遙感的應用也依賴于GIS提供多種信息源進行信息融合和綜合分析，以提高遙感識別分類的精度，遙感圖像的定量分析同樣需要GIS提供應用模型。

參考文獻：

[1] 曾彩云.國產高分衛星影像質量評價及特征分析 [D].成都：成都理工大學，2017：7-9.

[2] 潘騰.高分二號衛星的技術特點 [J].中國航天，2015（1）：3-9.

[3] 戎桂風.SPOT5衛星遙感影像解譯方法 [J].山西林業科技，2007（3）：42-43+52.

[4] 鐘志農，李軍，景寧，等.地理信息系統原理及應用 [M].北京：國防工業出版社，2013.

[5] 蒲薇，陳光榮.淺談基于ArcGIS空間分析工具對柵格數據的分析方法 [C].云南省測繪地理信息學會學術年會，2017：42-45.

作者簡介：李偉（1983-），女，漢族，天津人，講師，碩士。研究方向：遙感專題地圖制作。