ArcGIS在栅格数据和矢量数据处理中的运用

杨 峰

(云南省林业调查规划院，云南 昆明 650051)

1 引言

栅格数据和矢量数据是ArcGIS数据存储的两种重要形式，ArcGIS内置的多种编辑器可以较好地完成地图生产全过程，为地图分析和数据处理提供新的解决方案，在开展森林资源调查过程中特别是在数据处理过程中达到事半功倍的效果。

2 ArcGIS 简介

ArcGIS是美国ESRI公司集近40年GIS研发之经验，奉献给用户的一套从低到高、可无缝扩展的GIS 平台系列产品。ArcGIS产品建立在工业标准之上，不但功能强大、使用方便，还可以满足不同层次的用户需求，ArcGIS能够支持超大数据量的存储和用户对响应效率的需求，ArcGIS系列产品具备的核心技术，为系统资源的共享、系统的无缝升级、数据和应用功能的平滑移植提供了有力的保障，全新的ArcGIS系列软件不仅有着完善的可扩展的体系结构，而且在保留原来强大功能的基础上，界面风格更加简单友好，易于使用。同时ArcGIS具有公共组件库，详尽的文档和例子代码，使开发ArcGIS 变得异常简单，Arcgis数据仓库具有海量数据的存储企业级信息系统以及社会级信息系统，用来存储和管理所有的空间和属性数据，具备海量数据的存储和管理能力[1]。

3 栅格数据处理

3.1 通过绘制工具进行栅格裁剪

使用绘制裁剪栅格数据较原始数据更为清晰，且裁剪范围较矢量范围大、操作灵活性较强，在森林资源调查过程中使调查范围得以延伸，可通过在自定义工具条中找到绘图工具并勾选，根据需求绘制形状，并通过“属性”中的符号更改填充颜色为“无颜色”，更改轮廓颜色为“无颜色”，轮廓宽度值设为“0”，其次选中原始影像并导出数据在弹出的对话框中范围勾选“所选图层(裁剪)”，空间参考勾选“栅格数据集(原始)”选项，并对导出栅格数据进行命名和格式的选择。在栅格数据导出过程中可以将影像数据进行像素深度提升，通过上述操作既可根据轮廓裁剪出栅格数据，形成如图1效果。

3.2 按掩膜提取进行栅格数据的裁剪

用于定义提取区域的输入掩膜数据，它可以是栅格或要素数据集。操作步骤如下：选择需要裁剪的要素掩膜数据，在“空间分析”工具中找到“按掩膜提取”选项，输入需要裁剪的栅格数据和要素掩膜数据，即可通过ArcGIS开发的批量裁剪工具进行栅格数据的批量裁剪[2]。

3.3 分割栅格工具对栅格数据进行裁剪

分割工具进行栅格数据进行裁剪主要根据数据集的分块大小和数量分块输出，操作步骤如下：在“Arctoolbox”中找到“分割栅格”工具，在对话框中选择需要裁剪的栅格数据，并根据不不同的裁剪方法进行栅格数据的裁剪，在裁剪方法中选择“SIZE_OF_TILE”时在对应输出栅格大小按实际需求填写x坐标，y坐标数据[3]，选择“NUMBER_OF_TILES”裁剪方法时在对应输出栅格数中按照使用需求填写x坐标，y坐标数据，选择“POLYGON_FEATURES”时按照“矢量-面”的范围进行栅格数据的裁剪，对应选择分割面要素，不同的分割方法可以呈现不同的分割效果。

图1 绘制裁剪前后

3.4 栅格数据自动矢量化

在ArcGis栅格数据处理过程中为实现数据可编辑效果，需要将栅格数据转化为矢量数据，例如需要将栅格数据的等值线线转化为矢量数据；操作步骤如下：在自定义菜单栏扩展模块中打开“ArcScan”择项，在photoshop中进行栅格数据的二值化处理，将设置好的栅格数据进行配准，将配准好的栅格数据导出形成图层文件，在栅格图层属性中设置符号系统“已分类”中将类别设置为“2”，设置后若部分栅格数据消失，在类别中设置中间值，使栅格数据全部呈现，其次根据需要建立保存矢量化的图层，添加所需字段，在编辑器下打开“选项”在“常规”选项中勾选经典捕捉，再次在编辑器下打开捕捉并勾选栅格下“中心线”同时设置好捕捉容差值，在“ArcScan”编辑器中使用“栅格清理”工具对不需要的栅格数据进行清理，在矢量化数据编辑器中点击生成要素，即可完成栅格数据矢量化，如图2效果。

图2 矢量化前后

3.5 栅格数据镶嵌

影像镶嵌指将多个输入栅格镶嵌到现有栅格数据集，可以在“ArcToolbox”工具箱中找到镶嵌至新栅格工具，在输入栅格选项框中选择中需要镶嵌的栅格数据，选择输出位置和具有扩展名的栅格数据集名称[4]，波段数(可以在上个数据图层属性中查看波段数)，其他选项按照默认值填写。在镶嵌过程中镶嵌运算符和镶嵌范围运算表达式时可以根据实际需要进行选择。

4 矢量数据处理

4.1 矢量数据融合

在矢量数据的处理过程中如果需要将矢量数据基于指定属性聚合要素，例如某个矢量文件按照林地保护等级进行矢量的融合时既可以采用融合功能[5]，具体操作为：在地理处理中几点融合选项，在选项框中找到基于融合的字段名称(也可以基于多个字段的融合)，即可生成融合的效果。效果如图3所示。

4.2 拓扑前的矢量数据处理

在矢量数据处理过程中，因矢量数据会存在空间位置差异或错误，需要将数据进行拓扑检查前的修正，在拓扑检查中有较多适用规则，根据不同规则可以采取不同的矢量处理方法，批量处理不仅可以较好提高数据质量，更提高了工作效率[6]。

4.2.1 修复几何

修复几何是用于检查要素类中每个要素的几何问题，发现几何问题后，将应用相关修复，以便识别要素并确定遇到的问题，“修复几何”一般用于面状矢量的检查和修复，操作步骤如下，在“ArcToolbox”工具箱的“数据管理工具”中找到“要素”点击“修复几何”选项(也可在搜素工具中搜索“修复几何”)，添加需要进行修复的矢量文件，即可对矢量进行修复。

4.2.2 “要素转面”

要素转面过程中主要针对封闭区域的各类矢量文件进行转换，在矢量文件处理过程，特别是面状文件有相交部分时会形成多部件，造成较多空间错误，在此过程中为减少拓扑错误，在进行拓扑检查前可以采用“要素转面”进行相交要素分割。

图3 数据融合前后

4.2.3 “删除相同的”

如果要素类或表中的记录在字段列表中具有相同值，则可删除这些记录，如果选择了Shape字段，将会对要素几何进行比较。操作步骤：在“系统工具箱”中点击“删除相同项”(通过搜索“删除相同项”)进行重复值的删除，在操作过程中：可以根据字段名称进行矢量的删除或者属性的删除，例如在“字段”中勾选“shape”既对矢量文件进行删除，反之不勾选“shape”勾选其他字段名称既是对属性表进行重复值的删除。

4.3 矢量数据赋值

矢量数据处理中，需要对矢量文件进行赋值，以方便根据属性表生成不同的制图表达式，例如在森林资源二类调查专题图制作，需要对不同边界进行不同的表达：操作步骤如下：将矢量数据(面状)在要素转换文件中转为线状文件，在线状文件中添加所需字段，对每一条边界进行赋值，在相交(重叠)区域边界中通过“标识”或者按位置属性通过“字段计算器”依次的对矢量进行赋值，其次在矢量“属性”中通过“系统符号”按照制图规范生成不同的表达式，如图4所示。

图4 数据赋值前后

4.4 渐变处理

4.4.1 面状渐变处理

具体操作步骤：矢量数据右键“属性”中找到“符号系统”点击“要素”选择“单一符号”选项；在符号中进入当前符号并“编辑符号”在属性中选择渐变填充[7]。既可以完成矢量数据(面状)进行渐变填充，在渐变填充过程中，渐变填充的方向在“角度”中进行设置。颜色在“色带”中进行选择，根据森林资源调查相关制图表达要求可在“样式”“百分比”“间隔”等对图层渐变进行设置。

4.4.2 线状渐变处理

在森林资源调查过程中，需要将不同的线状文件生成不同的制图表达式。例如根据河流的流量大小或主干流和支流的区别，在图上形成河流的简易表达式。具体操作如下：在矢量数据中添加需要渐变得初始值和终值，具体步骤：在个人数据集(.gdb文件)中的矢量“属性”点击找到“将系统符号转换为制图表达式”并在“系统符号”制图表达式中添加新填充图层并删除原始的线状图层，在线输入中点击“锥状面”后显示字段覆盖，依次填充起始宽度和终止宽度，调整填充颜色既可以完成渐变填充。

4.5 经纬度坐标转换与个xy坐标相互转换

在开展森林资源调查设计过程中因不同调查规划设计要求不同，需要将各类坐标系的x、y与经纬度坐标相互转换，已满足不同的调查规划设计需求。

4.5.1 XY坐标转经纬度坐标

在“系统工具箱”中“添加xy坐标”将矢量文件进行xy数据的赋值，其次通过计算几何进行经纬度的计算，计算单位选择“十进制度”[8]，效果如图5所示。

图5 XY坐标转经纬度坐标

4.5.2 经纬度坐标转XY坐标

在包含有经纬度坐标的表格中，创建要素类从xy中进行操作，定义需要转换为的坐标系[9]，制定文件的存放位置，同时在图层属性中设置坐标进行坐标的转换(也可以采用投影)，再通过“添加xy坐标”后导出数据即可完成经纬度坐标跟xy坐标的转换[10]，如图6所示。

图6 经纬度坐标转XY坐标

5 注意事项

(1)栅格数据镶嵌时目标栅格必须是一个现有的栅格数据集，该数据集可以是空栅格数据集，也可以是已包含数据的栅格数据集；按掩膜提取进行栅格数据的裁剪过程中可以根据要素掩膜数据进行灵活操作，在操作过程中需要注意栅格数据和要素掩膜数据坐标系需一致[11]，通过栅格分割工具对栅格数据进行裁剪时，需要注意不同的裁剪方法对应的输出方式，分割完成后栅格数据会存在默认或者制定的数据库中，需进行手工添加。

(2)在栅格数据矢量化处理过程中必须将栅格数据进行配准，重新导出栅格数据，导出的栅格数据进行二值化处理主要元素必须呈现，建立保存矢量化的图层坐标系需要跟栅格数据坐标系一致,在矢量化过程生成要素过程中及时勾选“选择新要素”，在处理的过程中可智能地将各线要素的平均宽度保存在制定字段既完成对矢量数据的属性编辑同时可根据一定最大线宽度设置为面。

(3)影像镶嵌时输出位置选择时保存为数据库格式时可以不加扩展名，输出为文件格式时需要加扩展名，在镶嵌运算符选择过程中需结合重叠部分或空隙部分的“RGB”值进行运算符的选择。

(4)矢量数据融合会形成多部件情况，需高级编辑器中进行多部件的处理，矢量数据进行拓扑检查时，需建“.shp”文件导入“个人数据集(.gdb)”或“文件数据集(.mdb)”中进行拓扑检查；其次注意矢量数据和个人数据集或文件数据集坐标系匹配，在拓扑检查和矢量数据批量处理前拷贝数据。

(5)矢量数据赋值在转换的过程中不要勾选“保留属性”，防止转换后形成两个相同的属性，赋值过程中，注意相交(重叠)区域边界的包含关系：例如在专题制作过程中乡镇界包含村界，村界包含林班界，林班界包含小班界，在赋值过程中需要将相交(重叠)部分的值赋为最高一项值，例如将小班界与林班界重叠时赋值为林班界，小班界与县界重合时赋值为县界，依次类推。

(6)经纬度转为xy坐标时，矢量数据的坐标系和数据框坐标系需要一致，数据导出时使用与数据框相同的坐标系[12]。

6 结论

Arcgis软件在栅格数据分割、镶嵌，自动矢量化、地理处理(融合)、坐标转换呈现方法多样、技术针对性强，特别是在数据拓扑处理前的批量操作，不仅可以为用户减少较多工作量、提高数据精度，更展现了其功能强大、可伸缩性、便捷、相互操作，技术成熟等优点[13]，同时也为林业信息化发展提供了技术支撑，因此值得在更广的范围进行推广和运用。