高瑛 蘇梓璇 王乃生

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基于ArcGIS格網(wǎng)選點(diǎn)的優(yōu)化技術(shù)研究

高瑛 蘇梓璇 王乃生

（國(guó)家測(cè)繪地理信息局陜西基礎(chǔ)地理信息中心 陜西西安 710054）

ArcGIS作為一個(gè)通用的全面的GIS平臺(tái)，已經(jīng)成為各種地理信息系統(tǒng)建設(shè)的首選平臺(tái)，“天地圖·陜西”省級(jí)節(jié)點(diǎn)建設(shè)也不例外?！疤斓貓D·陜西”自2011年上線以來(lái)已經(jīng)進(jìn)行了三次大規(guī)模的改版和升級(jí)，其中興趣點(diǎn)的數(shù)目就從最初區(qū)區(qū)9000個(gè)已經(jīng)達(dá)到了現(xiàn)在的33萬(wàn)余個(gè)?？墒敲鎸?duì)數(shù)量龐大的地名地址數(shù)據(jù)，如何從中選取重要的、合理的進(jìn)行逐級(jí)配置和顯示，是擺在我們面前的一大難題。筆者結(jié)合實(shí)際工作需要，對(duì)基于ArcGIS進(jìn)行格網(wǎng)選點(diǎn)的技術(shù)進(jìn)行深入分析和研究，提出一種切實(shí)可行的優(yōu)化方案，大大提高了選點(diǎn)效率和可信度。

ArcGIS 優(yōu)化 格網(wǎng) 選點(diǎn)

1 引言

隨著地理信息產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，廣大的社會(huì)公眾、各行各業(yè)對(duì)于地理信息的需求也日益俱增，尤其是近年來(lái)數(shù)字城市、地理信息公共服務(wù)平臺(tái)、“天地圖”省級(jí)節(jié)點(diǎn)的建設(shè)在全國(guó)各地方興未艾。筆者近年來(lái)一直從事“天地圖·陜西”省級(jí)節(jié)點(diǎn)建設(shè)，也曾有幸負(fù)責(zé)了榆林市基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫(kù)、庫(kù)爾勒城市基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)共享服務(wù)平臺(tái)建設(shè)中的數(shù)據(jù)處理工作，并主要負(fù)責(zé)電子地圖生產(chǎn)工作，在工作的過(guò)程中發(fā)現(xiàn)對(duì)大量點(diǎn)要素進(jìn)行分級(jí)分層次顯示時(shí)工作量巨大，在不斷深入學(xué)習(xí)和探索的過(guò)程中，找到將基于ArcGIS的格網(wǎng)選點(diǎn)技術(shù)進(jìn)行優(yōu)化的技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)較為快速對(duì)大量密集點(diǎn)要素進(jìn)行分級(jí)分層次顯示控制。

2 傳統(tǒng)選點(diǎn)方式及優(yōu)缺點(diǎn)

2.1 人工選點(diǎn)

這是一種非常傳統(tǒng)但效果最優(yōu)的選點(diǎn)方式，即在一定的級(jí)別下，逐屏分析，人工選取該級(jí)別需要顯示的點(diǎn)要素。在級(jí)別很大的時(shí)候，尤其是當(dāng)電子地圖級(jí)別大于1∶10000后，大面積的選點(diǎn)工作量將是海量的。筆者曾經(jīng)試驗(yàn)過(guò)在約500平方千米范圍內(nèi)，在1∶5000比例尺下，人工選點(diǎn)的時(shí)間為12天。若是比例尺放大到1∶1000，甚至1∶500，選點(diǎn)所花費(fèi)的時(shí)間將不可估算。

人工選點(diǎn)的優(yōu)點(diǎn)是選點(diǎn)結(jié)果相對(duì)合理，但操作時(shí)對(duì)點(diǎn)的取舍主觀性強(qiáng)，與操作人員的認(rèn)識(shí)和技術(shù)能力均有很大的相關(guān)性。

2.2 借助軟件選點(diǎn)

ArcGIS軟件做為專(zhuān)業(yè)的GIS軟件，運(yùn)用其本身提供的相關(guān)功能也能實(shí)現(xiàn)從大量點(diǎn)中選點(diǎn)的效果，歸納起來(lái)主要有以下幾種：

1) 基于格網(wǎng)選點(diǎn)

即對(duì)每一個(gè)比例尺逐一劃定格網(wǎng)進(jìn)行選點(diǎn)，保證每個(gè)格網(wǎng)里都有一個(gè)點(diǎn)存在。這個(gè)方法的優(yōu)點(diǎn)是選取結(jié)果位置相對(duì)均勻。

2) 按照密度隨機(jī)選點(diǎn)

使用Geostatistical Analyst模塊中的Creat Subsets工具操作。其基本原理是對(duì)給定抽稀的百分比，即抽稀比例，從中選取出相應(yīng)比例數(shù)目的點(diǎn)。該方法的優(yōu)點(diǎn)是快速，但選取結(jié)果隨機(jī)，不能滿足均勻選擇且適當(dāng)反映要素分布的要求。

3)點(diǎn)注記自動(dòng)抽稀

使用Maplex標(biāo)注引擎，在這是一種通過(guò)設(shè)置標(biāo)注的某些參數(shù)，借助點(diǎn)與標(biāo)注的聯(lián)動(dòng)機(jī)制和標(biāo)注自動(dòng)避讓原理間接實(shí)現(xiàn)點(diǎn)位選取的方法。其實(shí)該方法并不是真正意義上的選點(diǎn)方法，因?yàn)樗粚?duì)點(diǎn)的標(biāo)注進(jìn)行了操作，實(shí)際的點(diǎn)位是沒(méi)有動(dòng)的。但是由于其操作性強(qiáng)、能滿足電子地圖的顯示需求，目前在國(guó)內(nèi)多個(gè)省級(jí)節(jié)點(diǎn)建設(shè)時(shí)得到了廣泛的應(yīng)用。

以上三種選點(diǎn)方案雖然都很好地解決了點(diǎn)的密度問(wèn)題，但是由于三個(gè)選點(diǎn)方案都是隨機(jī)的，不能體現(xiàn)出點(diǎn)的重要性程度，因此在應(yīng)用時(shí)具有很大的局限性。

實(shí)際上在陜西省公共服務(wù)平臺(tái)建設(shè)過(guò)程中，我們采取的是根據(jù)POI的重要性程度進(jìn)行人工選點(diǎn)的方式，雖然能滿足需求，但是在比例尺放大到1∶18056時(shí)，選點(diǎn)工作就已經(jīng)進(jìn)行得非常緩慢了。

3 優(yōu)化的選點(diǎn)技術(shù)研究思路

通過(guò)對(duì)以上選點(diǎn)技術(shù)的研究和總結(jié)，基于長(zhǎng)期以來(lái)的電子地圖制作經(jīng)驗(yàn)，計(jì)劃從以下兩個(gè)方向?qū)x點(diǎn)技術(shù)進(jìn)行優(yōu)化。

研究的前提條件是：每一個(gè)點(diǎn)都有大類(lèi)碼（MAINCODE）、小類(lèi)碼(SUBCODE)、重要性碼(IMPORT)和顯示級(jí)別碼（SCALE）。其中重要性碼是根據(jù)小類(lèi)排列的一組經(jīng)驗(yàn)值，值越小重要性越高；顯示級(jí)別碼是用來(lái)標(biāo)識(shí)該點(diǎn)應(yīng)該在哪一級(jí)別進(jìn)行顯示的代碼，有效取值為1—13，與地圖的顯示比例尺一一對(duì)應(yīng)。

1)緩沖區(qū)分析選點(diǎn)

在固定某一顯示比例時(shí)做每一個(gè)點(diǎn)的緩沖區(qū)，緩沖區(qū)的大小根據(jù)比例尺的不同取值不同，這個(gè)取值也是經(jīng)驗(yàn)值，需要考慮圖面的實(shí)際負(fù)載能力和點(diǎn)標(biāo)注大小所占圖面的大小來(lái)決定。對(duì)點(diǎn)的緩沖區(qū)做相交處理，得到某一緩沖區(qū)與周?chē)膸讉€(gè)緩沖區(qū)有壓蓋，分析比較所壓蓋的緩沖區(qū)對(duì)應(yīng)點(diǎn)的重要性，選取重要性碼值最小的進(jìn)行標(biāo)示。通過(guò)對(duì)每一個(gè)點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的緩沖區(qū)進(jìn)行分析，最終得到該比例尺下的選取結(jié)果。

優(yōu)點(diǎn)：理想化的方法，既滿足制圖需要，又能充分體現(xiàn)點(diǎn)的重要性；

缺點(diǎn)：

ESRI中國(guó)論壇中可以下載運(yùn)用該原理編寫(xiě)的選點(diǎn)工具GPSubPoints，經(jīng)充分試驗(yàn)驗(yàn)證了筆者總結(jié)的優(yōu)缺點(diǎn)的正確性。

2)格網(wǎng)選點(diǎn)

充分利用ArcGIS軟件中的選點(diǎn)方法，結(jié)合應(yīng)用實(shí)際，通過(guò)增加判斷條件、區(qū)分不同地域的方式對(duì)此方案進(jìn)行優(yōu)化，滿足選取的合理性和可行性。格網(wǎng)大小的取值是經(jīng)驗(yàn)值，該值通過(guò)對(duì)每一比例尺下地圖圖面負(fù)載程度的分析和計(jì)算得出。通過(guò)比較每一格網(wǎng)中點(diǎn)的重要性程度選點(diǎn)，最終得到選取結(jié)果。

優(yōu)點(diǎn)：可以滿足制圖需要，能充分體現(xiàn)點(diǎn)的重要性，且程序運(yùn)算較為簡(jiǎn)單。

缺點(diǎn)：需要經(jīng)驗(yàn)值，主要是小類(lèi)的重要性碼的取值，對(duì)選取結(jié)果影響較大。

4 優(yōu)化的格網(wǎng)選點(diǎn)技術(shù)實(shí)現(xiàn)

經(jīng)過(guò)充分的研究和試驗(yàn)，最終確定對(duì)格網(wǎng)選點(diǎn)的技術(shù)路線進(jìn)行研究和優(yōu)化。根據(jù)ArcGIS基于格網(wǎng)選點(diǎn)的原理，基于實(shí)際需要，通過(guò)以下操作實(shí)現(xiàn)格網(wǎng)選點(diǎn)技術(shù)的優(yōu)化。

4.1 生成格網(wǎng)

試驗(yàn)基于“天地圖·陜西”電子地圖的興趣點(diǎn)分級(jí)選取開(kāi)展，地圖顯示級(jí)別為11級(jí)。通過(guò)反復(fù)試驗(yàn)認(rèn)為每個(gè)級(jí)別每屏幕興趣點(diǎn)的飽含量為120-140個(gè)為宜。而格網(wǎng)大小的選值參考了顯示級(jí)別、每屏興趣點(diǎn)的飽含量、該級(jí)別興趣點(diǎn)標(biāo)注字長(zhǎng)等諸多要素，通過(guò)了多次的測(cè)試，逐級(jí)選定的格網(wǎng)大小如表1所示。

表1：各顯示級(jí)別下選定的格網(wǎng)尺寸

4.2 分級(jí)選點(diǎn)

格網(wǎng)生成后，需進(jìn)行以下操作：

1) 確定點(diǎn)的重要程度：點(diǎn)的重要程度應(yīng)綜合考慮地圖的定位和用戶的讀圖習(xí)慣，用特定的數(shù)字或字母標(biāo)識(shí)?！疤斓貓D·陜西”中點(diǎn)的重要程度用從1開(kāi)始排列的自然數(shù)標(biāo)識(shí)，數(shù)字越小重要程度越高。

2) 確定可選點(diǎn)：可選的點(diǎn)由上一級(jí)別的已選點(diǎn)和本級(jí)的備選點(diǎn)組成；最初一級(jí)顯示的點(diǎn)應(yīng)人工標(biāo)識(shí)。

3) 逐格網(wǎng)選點(diǎn)：按比例尺從小到大的順序，逐級(jí)逐格網(wǎng)選取可以標(biāo)注的點(diǎn)位，每級(jí)最新被選取點(diǎn)位的SCALE將被賦予該級(jí)別的比例尺序號(hào)。如：在比例尺1∶36,071下新選中的點(diǎn)位，其SCALE項(xiàng)賦為“5”，依此類(lèi)推。

所有級(jí)別的點(diǎn)都處理完畢之后，在配置地圖時(shí)只需在相應(yīng)級(jí)別對(duì)點(diǎn)進(jìn)行控制即可。

5 結(jié)束語(yǔ)

該技術(shù)方案已經(jīng)在“天地圖·陜西”的電子地圖生產(chǎn)工作中得到了應(yīng)用，據(jù)統(tǒng)計(jì)實(shí)際的選點(diǎn)時(shí)間從以前的12天縮短為3天，工作效率提高了4倍，證明該技術(shù)有很大的應(yīng)用前景。但是同樣，在應(yīng)用中也發(fā)現(xiàn)一些問(wèn)題需要改進(jìn)和完善，如選定的格網(wǎng)尺寸不能滿足所有制圖需要、興趣點(diǎn)的重要性程度的劃定還有很大的隨機(jī)性等，這些問(wèn)題將在后面的工作中尋求更好的解決辦法。

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