周万里,莫艳雪,周卿

(1.南宁市勘测院,广西南宁 530022; 2.广西国土测绘院,广西南宁 530023)

ArcScan在土地利用数据缩编中的应用

周万里1*,莫艳雪2,周卿1

(1.南宁市勘测院,广西南宁 530022; 2.广西国土测绘院,广西南宁 530023)

基于矢量数据进行图斑中轴化剖分合并的土地利用数据缩编处理方法存在不足,本文介绍一种将矢量数据栅格化后在ArcScan环境下进行自动矢量化的解决方法,并通过实例验证了该方法的有效性和实用性。

栅格化;缩编;土地利用;中轴化;合并

1 引 言

第二次全国土地调查结束后,如何采用缩编等手段对第二次土地调查成果数据进行整理缩编,建立系列比例尺土地利用数据库,并快速编制出各市、县、乡镇的土地利用图件和各种专题图件,是各级国土部门面临的共同问题。由于栅格数据具有处理方便、灵活的优点,通过“矢量-栅格-矢量”的转换是一种非常有效的缩编方法。一些在矢量格式下较难实现的缩编操作,可以将数据先转为栅格形式再进行处理,处理完以后再恢复矢量格式,从而达到预期的缩编目的。本文介绍了如何使用ArcScan基于这种缩编方法进行土地利用数据缩编。

2 土地利用数据缩编要求

土地利用数据缩编主要是对面状的土地利用图斑进行地物的取舍和合并、条带状地物中心线提取、图斑剖分合并、图形化简等操作,达到减少地图信息量,在单一比例尺土地利用数据的基础上获取系列比例尺土地利用数据的目的。下面以某市第二次土地调查成果数据缩编项目的要求为例,说明土地利用数据缩编流程中应用ArcScan处理的几个关键步骤的具体要求。

2.1 条带状地物中轴化及剖分合并

对条带状的地类图斑,如公路、铁路、河流和沟渠等,缩编后主要以中心线进行表示,这样使得原来全覆盖的土地利用数据就产生了空隙,因此需要将条带状地物图斑按照其中心线和相邻地类图斑到中心线的延长线进行分割,然后合并到周围的图斑中去,保持土地利用现状数据的全覆盖和缩编后各地类的面积比例与综合前基本一致。如图1所示。

图1 条带状地物中轴化及剖分合并示意图

2.2 小图斑剖分合并

为保持缩编后各地类的面积比例与综合前基本一致,对那些小于最小上图面积,与相邻图斑属不同地类,无法直接按照语义邻近规则合并的小图斑以及那些虽然达到最小上图面积,但由于图斑的形状较细长,宽度较小,在缩编后已无法分辨清楚边界线的图斑,需按照与其相邻的地类图斑数目进行剖分,然后分别合并到周围的地类图斑中。如图2所示。

图2 小图斑剖分合并示意图

3 常用的缩编技术方法

3.1 常用的技术方法

针对土地利用数据缩编中进行条带状地物中轴化及剖分合并和小图斑剖分合并的要求,常见的几种GIS商业软件都提供了一些处理工具。如ArcGIS中的Collapse Dual Lines To Centerline工具、清华山维EPS2008中的“面中心线提取”工具、加拿大Safe公司FME软件中的CenterLineReplacer函数等,可用于对细长地物进行中轴化处理,提取它们的中心线,但都不能完成中轴化后的剖分合并处理。目前只有武汉大学研制开发的DoMap综合缩编软件提供了对条带状地物进行中轴化及剖分合并和小图斑剖分合并的处理功能。但所有这些软件提供的处理此类问题的功能都是基于矢量数据进行处理,采用Delaunay三角网算法实现的。

3.2 存在的问题

基于Delaunay三角网算法对矢量数据进行处理,实现“中轴化及剖分合并”功能和“小图斑剖分合并”功能,具有一定的局限性。它虽然可以实现条带状地物图斑的骨架线(对于道路、河流则为中心线)生成,但在提取时需要把道路和河流在交叉处分割成一段一段的,才能得到较好的结果。由于Delaunay三角网算法对不规则条带状地物图斑的中心线提取只能分段进行,在有大量的道路和河流需要提取中心线的情况下,这种方法不仅繁琐,且容易在交叉处导致中心线不严格连接,并且严重时会出现折线。

土地利用数据缩编时有大量不规则的道路、河流图斑以及小图斑需要提取中心线和骨架线、进行剖分合并的处理,如果采用交互式、半自动化的方法进行作业,将会带来较大的缩编工作量。

4 使用ArcScan缩编土地利用数据

4.1 思路和方法

ArcScan是ArcGIS中一个把栅格图像转化为矢量GIS图层的工具。使用ArcScan进行“条带状地物中轴化及剖分合并”和“小图斑剖分合并”的思路是采用“矢量-栅格-矢量”的缩编方法,将需要处理的矢量数据按照需要进行图层组合,并以适当的像素大小转化为二值栅格图像,然后利用ArcScan的自动矢量化功能,生成栅格图像的中心线,并将生成的矢量图进行拓扑处理和属性赋值等后续处理,得到经过剖分合并的结果数据。流程如下图3所示。

图3 应用ArcScan进行中轴化及剖分合并处理流程图

4.2 ArcScan缩编的优势

采用传统的方法对土地利用数据进行缩编需要经过多道中间工艺,如必须经过工程复印机缩图、数字化仪展绘和拼图等步骤,容易带来描绘误差、拼接误差等,导致图面精度的降低。而采用计算机基于矢量数据进行的数字地图缩编,只能采用交互式、半自动化的方法对地物图斑进行中轴化和剖分合并,不能做批量处理从而导致效率较低。在ArcScan环境下应用“矢量-栅格-矢量”缩编的方法,相比传统方法可大大提高处理效率,解决了基于矢量数据处理存在的问题,具有较大优势。

4.3 操作流程

下面以1∶1万土地利用数据缩编为1∶5万土地利用数据为例,说明ArcScan在土地利用数据缩编中处理数据的步骤。由于“条带状地物中轴化及剖分合并”和“小图斑剖分合并”的处理方法和步骤基本相同,只是它们在整个缩编流程中的执行顺序不同,这里仅介绍利用ArcScan进行条带状地物中轴化及剖分合并的步骤。图3为处理流程图。

(1)面状数据转为线数据和点数据

将面状1∶1万土地利用数据,转换成边界线数据和内点数据。其中边界线数据用于随后和面状条带状地物进行叠加显示,内点数据用于保存面状地类图斑的属性数据以及最后完成中轴化剖分合并后的拓扑构面。

(2)提取条带状地物

将面状1∶1万土地利用数据转换成边界线数据和内点数据的同时,根据地类属性进行查询,提取出公路、铁路、河流、沟渠等条带状地物图斑。用于和边界线数据进行叠加显示后进行矢量数据栅格化。

(3)统一颜色渲染并栅格化

矢量数据栅格化分两步进行。第一步是提取面状条带状地物后,直接以0.4 m～0.6 m的像素大小将其转为二值栅格图。第二步是将面状条带状地物叠加边界线数据显示,并使用同一种颜色对它们进行渲染(为方便生成二值栅格图像),其中面状条带状地物要使用渲染色进行填充,最后以和第一步相同的像素大小将这2个图层的矢量数据一起转为二值栅格图。分两步进行栅格化时使用相同的像素大小,有利于保证生成的中心线数据和中轴化剖分合并后的数据之间的拓扑一致性。

(4)ArcScan自动矢量化

在ArcGIS软件中创建用于存放自动矢量化结果数据的图层后,分别添加(3)中分两步栅格化得到的二值图像,然后在ArcScan模块中合理设置栅格矢量化的各个参数(如提取中心线的栅格像素宽度,容差,背景色和前景色等),最后对(3)中第一步得到的二值图像执行自动矢量化,得到条带状地物的中心线数据以及对(3)中第二步得到的二值图像执行自动矢量化,得到完成中轴化及剖分合并后的线数据。

(5)矢量化数据整理

ArcScan自动矢量化得到的中心线数据和中轴化剖分合并后的线数据,会多少存在一些悬挂、自相交、相似等拓扑错误。因此需要叠加原1∶1万土地利用数据对其进行拓扑检查和拓扑清除。经过拓扑检查和拓扑清除后的线数据,才能和先前生成的内点数据一起进行拓扑构面,得到最后完成中轴化剖分合并的结果数据。

4.4 缩编结果

图4和图5分别为使用ArcScan完成条带状地物中轴化及剖分合并、小图斑剖分合并后的效果。通过缩编前后的对比可以看出,ArcScan可以很好的沿着保留条带状地物和小图斑的骨架线方向进行自动矢量化,其剖分合并处理的效果完全满足缩编项目的各项技术要求和《第二次全国土地调查成果数据缩编技术指标规范(试行)》相关规定。

图4 条带状地物中轴化及剖分合并效果图

图5 小图斑剖分合并效果图

5 结 语

常规的基于矢量数据进行“条带状地物中轴化及剖分合并”、“小图斑剖分合并”处理方法,需要较智能的数学算法进行各种判断,且无法进行批量处理,无法达到令人满意的效果。采用矢量数据栅格化后再矢量化的方法,具有操作简便、效率高等优点。只要在栅格化时设置合适的像素大小,不需要进行二次开发工作,充分利用ArcScan强大的自动矢量化功能即可得到令人满意的处理效果,适用于各比例尺的土地利用数据缩编。

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[3] 蒋新华,郑家文.计算机制图综合在土地详查中的应用研究[J].四川测绘,1999,22(01):25～28

[4] 魏士春,张红日,苏奋振等.基于ArcGIS的面状要素中轴线提取方法研究[J].地理空间信息,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

周万里(1982—),男,助理工程师,主要从事测量和GIS数据采集、处理和应用方面的工作。