ArcGIS在柵格數據和矢量數據處理中的運用

楊 峰

(云南省林業調查規劃院，云南 昆明 650051)

1 引言

柵格數據和矢量數據是ArcGIS數據存儲的兩種重要形式，ArcGIS內置的多種編輯器可以較好地完成地圖生產全過程，為地圖分析和數據處理提供新的解決方案，在開展森林資源調查過程中特別是在數據處理過程中達到事半功倍的效果。

2 ArcGIS 簡介

ArcGIS是美國ESRI公司集近40年GIS研發之經驗，奉獻給用戶的一套從低到高、可無縫擴展的GIS 平臺系列產品。ArcGIS產品建立在工業標準之上，不但功能強大、使用方便，還可以滿足不同層次的用戶需求，ArcGIS能夠支持超大數據量的存儲和用戶對響應效率的需求，ArcGIS系列產品具備的核心技術，為系統資源的共享、系統的無縫升級、數據和應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展的體系結構，而且在保留原來強大功能的基礎上，界面風格更加簡單友好，易于使用。同時ArcGIS具有公共組件庫，詳盡的文檔和例子代碼，使開發ArcGIS 變得異常簡單，Arcgis數據倉庫具有海量數據的存儲企業級信息系統以及社會級信息系統，用來存儲和管理所有的空間和屬性數據，具備海量數據的存儲和管理能力[1]。

3 柵格數據處理

3.1 通過繪制工具進行柵格裁剪

使用繪制裁剪柵格數據較原始數據更為清晰，且裁剪范圍較矢量范圍大、操作靈活性較強，在森林資源調查過程中使調查范圍得以延伸，可通過在自定義工具條中找到繪圖工具并勾選，根據需求繪制形狀，并通過“屬性”中的符號更改填充顏色為“無顏色”，更改輪廓顏色為“無顏色”，輪廓寬度值設為“0”，其次選中原始影像并導出數據在彈出的對話框中范圍勾選“所選圖層(裁剪)”，空間參考勾選“柵格數據集(原始)”選項，并對導出柵格數據進行命名和格式的選擇。在柵格數據導出過程中可以將影像數據進行像素深度提升，通過上述操作既可根據輪廓裁剪出柵格數據，形成如圖1效果。

3.2 按掩膜提取進行柵格數據的裁剪

用于定義提取區域的輸入掩膜數據，它可以是柵格或要素數據集。操作步驟如下：選擇需要裁剪的要素掩膜數據，在“空間分析”工具中找到“按掩膜提取”選項，輸入需要裁剪的柵格數據和要素掩膜數據，即可通過ArcGIS開發的批量裁剪工具進行柵格數據的批量裁剪[2]。

3.3 分割柵格工具對柵格數據進行裁剪

分割工具進行柵格數據進行裁剪主要根據數據集的分塊大小和數量分塊輸出，操作步驟如下：在“Arctoolbox”中找到“分割柵格”工具，在對話框中選擇需要裁剪的柵格數據，并根據不不同的裁剪方法進行柵格數據的裁剪，在裁剪方法中選擇“SIZE_OF_TILE”時在對應輸出柵格大小按實際需求填寫x坐標，y坐標數據[3]，選擇“NUMBER_OF_TILES”裁剪方法時在對應輸出柵格數中按照使用需求填寫x坐標，y坐標數據，選擇“POLYGON_FEATURES”時按照“矢量-面”的范圍進行柵格數據的裁剪，對應選擇分割面要素，不同的分割方法可以呈現不同的分割效果。

圖1 繪制裁剪前后

3.4 柵格數據自動矢量化

在ArcGis柵格數據處理過程中為實現數據可編輯效果，需要將柵格數據轉化為矢量數據，例如需要將柵格數據的等值線線轉化為矢量數據；操作步驟如下：在自定義菜單欄擴展模塊中打開“ArcScan”擇項，在photoshop中進行柵格數據的二值化處理，將設置好的柵格數據進行配準，將配準好的柵格數據導出形成圖層文件，在柵格圖層屬性中設置符號系統“已分類”中將類別設置為“2”，設置后若部分柵格數據消失，在類別中設置中間值，使柵格數據全部呈現，其次根據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“選項”在“常規”選項中勾選經典捕捉，再次在編輯器下打開捕捉并勾選柵格下“中心線”同時設置好捕捉容差值，在“ArcScan”編輯器中使用“柵格清理”工具對不需要的柵格數據進行清理，在矢量化數據編輯器中點擊生成要素，即可完成柵格數據矢量化，如圖2效果。

圖2 矢量化前后

3.5 柵格數據鑲嵌

影像鑲嵌指將多個輸入柵格鑲嵌到現有柵格數據集，可以在“ArcToolbox”工具箱中找到鑲嵌至新柵格工具，在輸入柵格選項框中選擇中需要鑲嵌的柵格數據，選擇輸出位置和具有擴展名的柵格數據集名稱[4]，波段數(可以在上個數據圖層屬性中查看波段數)，其他選項按照默認值填寫。在鑲嵌過程中鑲嵌運算符和鑲嵌范圍運算表達式時可以根據實際需要進行選擇。

4 矢量數據處理

4.1 矢量數據融合

在矢量數據的處理過程中如果需要將矢量數據基于指定屬性聚合要素，例如某個矢量文件按照林地保護等級進行矢量的融合時既可以采用融合功能[5]，具體操作為：在地理處理中幾點融合選項，在選項框中找到基于融合的字段名稱(也可以基于多個字段的融合)，即可生成融合的效果。效果如圖3所示。

4.2 拓撲前的矢量數據處理

在矢量數據處理過程中，因矢量數據會存在空間位置差異或錯誤，需要將數據進行拓撲檢查前的修正，在拓撲檢查中有較多適用規則，根據不同規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據質量，更提高了工作效率[6]。

4.2.1 修復幾何

修復幾何是用于檢查要素類中每個要素的幾何問題，發現幾何問題后，將應用相關修復，以便識別要素并確定遇到的問題，“修復幾何”一般用于面狀矢量的檢查和修復，操作步驟如下，在“ArcToolbox”工具箱的“數據管理工具”中找到“要素”點擊“修復幾何”選項(也可在搜素工具中搜索“修復幾何”)，添加需要進行修復的矢量文件，即可對矢量進行修復。

4.2.2 “要素轉面”

要素轉面過程中主要針對封閉區域的各類矢量文件進行轉換，在矢量文件處理過程，特別是面狀文件有相交部分時會形成多部件，造成較多空間錯誤，在此過程中為減少拓撲錯誤，在進行拓撲檢查前可以采用“要素轉面”進行相交要素分割。

圖3 數據融合前后

4.2.3 “刪除相同的”

如果要素類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，將會對要素幾何進行比較。操作步驟：在“系統工具箱”中點擊“刪除相同項”(通過搜索“刪除相同項”)進行重復值的刪除，在操作過程中：可以根據字段名稱進行矢量的刪除或者屬性的刪除，例如在“字段”中勾選“shape”既對矢量文件進行刪除，反之不勾選“shape”勾選其他字段名稱既是對屬性表進行重復值的刪除。

4.3 矢量數據賦值

矢量數據處理中，需要對矢量文件進行賦值，以方便根據屬性表生成不同的制圖表達式，例如在森林資源二類調查專題圖制作，需要對不同邊界進行不同的表達：操作步驟如下：將矢量數據(面狀)在要素轉換文件中轉為線狀文件，在線狀文件中添加所需字段，對每一條邊界進行賦值，在相交(重疊)區域邊界中通過“標識”或者按位置屬性通過“字段計算器”依次的對矢量進行賦值，其次在矢量“屬性”中通過“系統符號”按照制圖規范生成不同的表達式，如圖4所示。

圖4 數據賦值前后

4.4 漸變處理

4.4.1 面狀漸變處理

具體操作步驟：矢量數據右鍵“屬性”中找到“符號系統”點擊“要素”選擇“單一符號”選項；在符號中進入當前符號并“編輯符號”在屬性中選擇漸變填充[7]。既可以完成矢量數據(面狀)進行漸變填充，在漸變填充過程中，漸變填充的方向在“角度”中進行設置。顏色在“色帶”中進行選擇，根據森林資源調查相關制圖表達要求可在“樣式”“百分比”“間隔”等對圖層漸變進行設置。

4.4.2 線狀漸變處理

在森林資源調查過程中，需要將不同的線狀文件生成不同的制圖表達式。例如根據河流的流量大小或主干流和支流的區別，在圖上形成河流的簡易表達式。具體操作如下：在矢量數據中添加需要漸變得初始值和終值，具體步驟：在個人數據集(.gdb文件)中的矢量“屬性”點擊找到“將系統符號轉換為制圖表達式”并在“系統符號”制圖表達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，調整填充顏色既可以完成漸變填充。

4.5 經緯度坐標轉換與個xy坐標相互轉換

在開展森林資源調查設計過程中因不同調查規劃設計要求不同，需要將各類坐標系的x、y與經緯度坐標相互轉換，已滿足不同的調查規劃設計需求。

4.5.1 XY坐標轉經緯度坐標

在“系統工具箱”中“添加xy坐標”將矢量文件進行xy數據的賦值，其次通過計算幾何進行經緯度的計算，計算單位選擇“十進制度”[8]，效果如圖5所示。

圖5 XY坐標轉經緯度坐標

4.5.2 經緯度坐標轉XY坐標

在包含有經緯度坐標的表格中，創建要素類從xy中進行操作，定義需要轉換為的坐標系[9]，制定文件的存放位置，同時在圖層屬性中設置坐標進行坐標的轉換(也可以采用投影)，再通過“添加xy坐標”后導出數據即可完成經緯度坐標跟xy坐標的轉換[10]，如圖6所示。

圖6 經緯度坐標轉XY坐標

5 注意事項

(1)柵格數據鑲嵌時目標柵格必須是一個現有的柵格數據集，該數據集可以是空柵格數據集，也可以是已包含數據的柵格數據集；按掩膜提取進行柵格數據的裁剪過程中可以根據要素掩膜數據進行靈活操作，在操作過程中需要注意柵格數據和要素掩膜數據坐標系需一致[11]，通過柵格分割工具對柵格數據進行裁剪時，需要注意不同的裁剪方法對應的輸出方式，分割完成后柵格數據會存在默認或者制定的數據庫中，需進行手工添加。

(2)在柵格數據矢量化處理過程中必須將柵格數據進行配準，重新導出柵格數據，導出的柵格數據進行二值化處理主要元素必須呈現，建立保存矢量化的圖層坐標系需要跟柵格數據坐標系一致,在矢量化過程生成要素過程中及時勾選“選擇新要素”，在處理的過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矢量數據的屬性編輯同時可根據一定最大線寬度設置為面。

(3)影像鑲嵌時輸出位置選擇時保存為數據庫格式時可以不加擴展名，輸出為文件格式時需要加擴展名，在鑲嵌運算符選擇過程中需結合重疊部分或空隙部分的“RGB”值進行運算符的選擇。

(4)矢量數據融合會形成多部件情況，需高級編輯器中進行多部件的處理，矢量數據進行拓撲檢查時，需建“.shp”文件導入“個人數據集(.gdb)”或“文件數據集(.mdb)”中進行拓撲檢查；其次注意矢量數據和個人數據集或文件數據集坐標系匹配，在拓撲檢查和矢量數據批量處理前拷貝數據。

(5)矢量數據賦值在轉換的過程中不要勾選“保留屬性”，防止轉換后形成兩個相同的屬性，賦值過程中，注意相交(重疊)區域邊界的包含關系：例如在專題制作過程中鄉鎮界包含村界，村界包含林班界，林班界包含小班界，在賦值過程中需要將相交(重疊)部分的值賦為最高一項值，例如將小班界與林班界重疊時賦值為林班界，小班界與縣界重合時賦值為縣界，依次類推。

(6)經緯度轉為xy坐標時，矢量數據的坐標系和數據框坐標系需要一致，數據導出時使用與數據框相同的坐標系[12]。

6 結論

Arcgis軟件在柵格數據分割、鑲嵌，自動矢量化、地理處理(融合)、坐標轉換呈現方法多樣、技術針對性強，特別是在數據拓撲處理前的批量操作，不僅可以為用戶減少較多工作量、提高數據精度，更展現了其功能強大、可伸縮性、便捷、相互操作，技術成熟等優點[13]，同時也為林業信息化發展提供了技術支撐，因此值得在更廣的范圍進行推廣和運用。