基于模型構建器的地理國情數據更新字段說明自動賦值方法

耿源浩 楊旭東 王子強 劉博文 黃迎春 紀雷鳴

(1. 北京市測繪設計研究院, 北京 100038; 2. 城市空間信息工程北京市重點實驗室, 北京 100038)

0 引言

地理國情監測工作以地理國情普查數據為支撐,針對自然社會資源等自然和人文地理要素進行監測,通過遙感以及全球定位系統(Global Positioning System,GPS)等技術,對地理要素進行變化特征趨勢等方面的分析[1]。地理國情監測工作的內容主要是對自然地理要素以及人文地理要素進行調查,對相關地理國情信息進行統計分析,以此為城鄉規劃、環境整治和重要工程等提供一定的決策依據[2]。目前的地理國情監測工作需要通過使用ArcGIS對大量數據進行分析和處理,其中ArcToolbox的各種工具被廣泛地應用于實際的生產工作中。ModelBuilder是ArcGIS提供的一種可視化編程環境,通過直接利用ArcGIS平臺中的各種工具,按照一定的規則將工具進行組合,形成一個完整的流程化的模型程序。ModelBuilder具有以下特點:可視性、快捷性、組合性[3],構建的模型程序可以通過流程化、自動化的方式保存和共享,減少重復性的勞作[4]。

本文提出一種基于ModelBuilder的數據更新(ChangeAtt)字段說明進行自動賦值的方法,通過簡單的一鍵操作即可對數據更新字段說明進行自動更新,操作人員不需要具備地理國情數據整理的相關知識就可進行生產工作。在面對海量的地理國情數據時,仍能高效、快速地對更新字段說明進行自動賦值[5]。

1 數據更新字段說明賦值方法

ChangeAtt字段主要體現的內容為本底地理國情數據(上一年度的監測成果)與現年度的成果數據在屬性上發生的改變,將變化屬性相應的編碼填入本字段。如若存在同一要素的屬性發生兩種及以上變化,則用“/”對編碼進行分割。以北京市地理國情單體建筑數據為例,其屬性字段如表1所示,需對其各種屬性進行差異分析。

表1 地理國情監測數據更新字段包含內容屬性及編碼

數據更新字段說明可幫助相關人員對要素屬性的變化情況進行直觀地核驗,客觀且真實地反應單體建筑的地上建筑規模、地上層數等屬性變化情況。

傳統對數據更新字段說明賦值需要對本底數據和版本數據通過要素唯一識別碼進行掛接,掛接成功之后逐條對相關屬性說明字段進行變化分析,將變化的部分在數據更新字段中通過對應的編碼進行標識。在生產工作中,需要將ArcGIS中多種工具組合使用,然而待處理的數據量往往非常龐大,完全依靠人工干預不僅會致使生產效率低下，還會導致隨機誤差產生。

將2020年房山區地理國情監測單體建筑數據作為測試數據,一臺普通工作電腦作為測試工具,針對17個字段,采用傳統人工賦值的方法對更新字段說明進行更新,一個人使用普通工作機則至少需要13 h的時間才可完成處理工作。如果涉及全北京市的數據更新字段說明的處理,時間成本會以指數型的量級增加,并且由于數據量的龐大,人工操作的過程中誤差的產生率會極大地增加。

2 基于ModelBuilder的地理國情數據更新字段說明自動賦值方法

2.1 關鍵技術

地理國情數據更新字段說明自動賦值主要關鍵技術是基于ModelBuilder,將ArcToolbox的所需工具進行符合邏輯的組合,從而形成一個完整且連續的模型,簡化多部操作[6]。通過計算機自動處理提高工作效率,降低誤差率。應用ArcGIS模型構建器構建模型的本質是對ArcToolbox工具進行充分利用。但是在實際使用的過程中,需要對其邏輯性以及可行性進行評估,即所需實現的功能是否能通過ArcGIS軟件得到實現。所構建模型主要的組成部分為:輸入數據、空間處理工具、輸出數據[7]。

2.2 技術要點

基于ArcGIS ModelBuilder對地理國情數據更新字段說明自動賦值方法,需要掌握以下幾個技術要點:

一是利用結構化查詢語言(Structured Query Language,SQL)和VB(Visual Basic)編程語言語句對數據進行篩選以及賦值,SQL作為一種查詢語句[8],在本實驗中的作用是對監測數據和本底數據進行篩選,篩選兩期數據目標屬性產生差異的單體要素,之后通過VB語句對篩選后的要素根據相應的編碼進行賦值。

二是需掌握ArcGIS相關應用知識,ModelBuilder作為ArcGIS的一個組件,以可視化流程化的方式將數據處理中的多個處理任務進行繼承處理,將相應的腳本工具加載進入作業區,以一定的邏輯性進行連接,不需要針對腳本工具編寫程序就可以建立高效且精準的工作流[9]。

三是需掌握北京市地理國情監測技術標準, 北京市地理國情內容與指標體系是根據北京市的實際需求結合國家對地理國情監測內容指標的要求進行制定[10]。本文中所涉及的相關內容均來自2020年北京市地理國情監測內容與指標。

2.3 技術流程

北京市地理國情監測單體建筑數據更新字段主要包括監測數據的地理國情信息分類碼、建筑編碼、門牌地址、占地面積、總建筑規模、地上建筑面積、地上層數、地下層數、地下建筑面積、建筑高度、房屋性質、建筑使用性質、土地性質、所在區縣、所在鄉鎮、數據來源、外業說明。北京市每個區縣的監測數據屬性內容原則上具有一致性,本文選擇房山區2020年的單體建筑數據作為實驗數據,主要技術流程如圖1所示。具體模型如圖2所示。

圖1 基于ModelBuilder的地理國情數據更新字段說明自動賦值技術流程

圖2 更新字段說明自動賦值模型結構

2.3.1本底數據與監測數據連接

將監測數據和本底數據導入模型構建器內,加入ArcToolbox中的連接字段工具。之所以使用連接字段工具,是因為連接字段是一種永久連接,可使之后按屬性進行分類篩選符合條件的單體要素時的速度得到顯著提高。將要素唯一識別碼作為監測數據和本底的屬性連接字段而不采用空間掛接的方式,是因為采用這種方法可以避開在實際生產工作中由于精度提高使單體建筑矢量發生空間位置偏移或變形而帶來的影響。

2.3.2添加標識字段

為了方便記錄數據更新字段,建立新的字段作為計算操作的基礎。字段名命名為“chayi”,字段類型選擇字符串。

2.3.3篩選要素并對其賦值

在模型編輯器中加入按屬性查找工具并運用SQL查詢語句,對單體要素進行篩選。SQL可視為數據查詢的特殊語言,通過SQL語句對本底數據和監測數據所感興趣的字段進行篩選,篩選出屬性發生變化的要素。得到篩選后的單體建筑要素后,通過VB語言并且參照相應屬性說明字段的編碼進行賦值。由于存在多種屬性發生變化的單體建筑,需要通過[chayi]&“編碼”形式的語句對篩選后要素的“chayi”字段進行計算,此表達式的具體意思為“chayi”字段中的原始數據得到保留后,在其后添加入自己所規定的內容,通過這樣的方式可以完整地保留經多次篩選得到的成果記錄。以地理國情信息分類碼發生變化的單體建筑要素為例,計算字段時的表達式應為:[chayi]&“/CC”。

2.3.4字段處理

由于實際生產中存在只有一種屬性發生變化的單體建筑，以至于“chayi”字段中會出現例如“/CC”這種間隔符在字段內容前的情況，這種情況不符合技術設計要求，所以需要對這種單體建筑要素的“chayi”字段進行處理以滿足生產標準，將例如“/CC”通刷為“CC”。此時會運用到VB語言中的MID函數“Mid(string, start[,length])”,string為字符串的名稱,start[,length]的意義為從第A個字符開始,截至B個字符,其中的字符串得到保留。所以選擇從第二個字符開始,對其之后的所有字符進行保留,則表達式為Mid([chayi],2,1000)。并且由于此模型選擇將兩期房屋單體建筑進行的連接是一種永久鏈接,所以就會導致本底房屋單體數據的屬性值會被復制到監測數據內,所以就需要采用刪除字段工具對其進行刪減。

3 實驗結果分析

由于數據量過于龐大,本文選取房山區某一單體建筑做為舉例說明。表2為房山區某一單體建筑2019年和2020年ChangeAtt字段所要體現出差異的屬性字段。

表2 房山區某單體建筑ChangeAtt字段屬性字段

依據表2可知，這一單體建筑在2019—2020年間的CC、ABOVE_AREA、ALL_AREA、PAREA、SOURCE、U_PROPER屬性均發生了改變。經過基于ModelBuilder編譯模型處理后的結果如表3所示。

表3 房山區某單體建筑ChangeAtt字段

經過模型處理后的ChangeAtt字段將本單體存在的變化全部進行了標識,其規范以及標準完全符合2020年北京市地理國情監測任務規定的相關標準。ChangeAtt字段將單體建筑在一年間的變化進行了非常直觀并且全面地展示,便于對地理國情數據進行相關統計分析工作。

基于ModelBuilder的地理國情數據更新字段說明自動賦值方法只需要對模型進行架構,然后將本底數據和監測數據加載入編寫的模型內且不需要人工對中間過程進行干預,完全依靠計算機就可以對更新字段進行自動賦值。不同于傳統人工賦值的手段,傳統手段需要人工對每一項操作進行干預,從鏈接字段到賦值皆需要至少一個人全程監督。

經過2020年地理國情監測工作的檢驗,運用基于ModelBuilder的地理國情數據更新字段說明自動賦值的方法,對北京市房山區這樣擁有眾多單體建筑的區縣,一個人操作普通工作機只需要大約1 h即可完成數據更新字段說明的工作。但是如果通過傳統人工賦值的手段,需要大概13 h才可以完成相應工作；如果由于人為疏忽產生錯誤,對其進行修正同樣需要大量時間。

4 結束語

通過ArcGIS ModelBuilder進行模型的編寫,以此來完成地理國情數據更新字段說明自動賦值的方法在2020年地理國情監測工作的實際應用中得到了充分的驗證,通過模型構建器進行地理國情數據更新字段說明自動賦值的方法具備以下幾個特點。

一是自動性,將監測數據和本底數據加載入編譯的模型內,完全依靠計算機進行自動賦值,不需要人工進行任何干預,節省人力成本。

二是高效性,通過計算機自動操作,即使是龐大的數據量也可將所需時間壓縮10倍左右,可以在實際生產工作中節省時間成本。

三是準確性,完全依靠計算機,擺脫人工干預,不需要人為進行機械性的工作,減少隨機誤差的產生。

由于北京市的地理國情監測任務標準每年存在變化,需要對模型進行相應的調整,以便滿足實際生產工作中的需要。本文提出基于ModelBuilder的地理國情數據更新字段說明自動賦值的方法,以此希望ArcGIS ModelBuilder在之后的北京市地理國情監測工作中得到更多的應用。