劉　雄，李　宇，陳　剛

(中國地質(zhì)大學(xué)(武漢)信息工程學(xué)院，湖北 武漢 430074)

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Arcpy支持下的線要素幾何自動接邊與屬性檢查

劉雄，李宇，陳剛

(中國地質(zhì)大學(xué)(武漢)信息工程學(xué)院，湖北 武漢 430074)

由于客觀條件所限或?yàn)榱颂岣吖ぷ餍剩€狀矢量數(shù)據(jù)的采集通常采用分人員分區(qū)域方法進(jìn)行采集，這導(dǎo)致后期數(shù)據(jù)接邊工作繁瑣且容易出錯。為提高線狀數(shù)據(jù)接邊效率和質(zhì)量，本文基于Arcpy編寫了幾何自動接邊和屬性檢查Python腳本工具，實(shí)現(xiàn)了線狀矢量數(shù)據(jù)自動匹配功能并能提示對應(yīng)不一致屬性，提高了接邊效率和成果質(zhì)量，減輕了工作人員工作強(qiáng)度。在第一次全國地理國情普查中的應(yīng)用驗(yàn)證了方法的可靠性。

Arcpy；自動匹配；幾何接邊；屬性檢查；地理國情

線狀矢量數(shù)據(jù)的生產(chǎn)常采用分幅分區(qū)域生產(chǎn)，因此容易造成跨圖幅的線狀要素的斷裂[1]，而且容易導(dǎo)致線狀數(shù)據(jù)很難在幾何上完全對應(yīng)[2]，屬性也可能存在差異。因此，生產(chǎn)的數(shù)據(jù)需要進(jìn)行后期處理，常規(guī)數(shù)據(jù)處理辦法是通過人工手動對幾何位置進(jìn)行調(diào)整，保證位置對應(yīng)，然后逐屬性進(jìn)行比對以確保屬性一致。對于一些數(shù)據(jù)接邊，不僅要求兩邊數(shù)據(jù)對應(yīng)位置、屬性一致，而且還要求兩邊數(shù)據(jù)同時(shí)處于接邊邊界上，這就要求工作人員非常耐心，對數(shù)據(jù)進(jìn)行反復(fù)調(diào)整、檢查，以保證接邊成果質(zhì)量。針對接邊常見問題，本文基于ArcGIS中的Arcpy，進(jìn)行Python腳本工具編寫，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)自動幾何接邊，而且生成屬性不一致定位矢量數(shù)據(jù)以便工作人員進(jìn)行屬性檢查。由于腳本工具充分利用ArcGIS已有的分析工具，因此易于實(shí)現(xiàn)。工具在第一次全國地理國情普查中得到了實(shí)際應(yīng)用。

一、Arcpy站點(diǎn)包

Python作為一種通用的開源編程語言，易于學(xué)習(xí)和使用，在ArcGIS地理處理中用作腳本語言[3]。而ArcGIS中Arcpy站點(diǎn)包，是為以實(shí)用高效的方式通過Python執(zhí)行地理數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)管理和地圖自動化創(chuàng)建基礎(chǔ)[4]。基于Arcpy編寫Python腳本工具可以充分利用ArcGIS已有的分析工具，大大減小程序編寫難度，同時(shí)也提高了運(yùn)行效率[5]。

二、幾何接邊與屬性檢查

一般情況下數(shù)據(jù)接邊包括幾何位置對應(yīng)一致和各字段屬性一致。幾何接邊要求包括：①待接邊數(shù)據(jù)在一定容差范圍內(nèi)處于接邊界線上；②待接邊數(shù)據(jù)幾何位置差值不超過容差[6-9]。完成幾何接邊之后，進(jìn)行屬性檢查，即對數(shù)據(jù)進(jìn)行屬性一致性判斷。在獲取待接邊數(shù)據(jù)屬性后，逐一對各屬性進(jìn)行比對，對屬性不一致要素生成定位文件，并記錄不一致屬性內(nèi)容。

1. 幾何接邊

幾何接邊不僅要求接邊數(shù)據(jù)端點(diǎn)位于接邊界線上，而且對應(yīng)數(shù)據(jù)端點(diǎn)位置小于容差。因此，在實(shí)現(xiàn)幾何接邊過程中，需要同時(shí)處理以上兩個(gè)問題。

(1) 接邊數(shù)據(jù)預(yù)處理

由于工作人員操作或其他原因，本該位于接邊界線上的數(shù)據(jù)可能不是嚴(yán)格位于邊界線上，出現(xiàn)如過伸線、未及線現(xiàn)象。因此在進(jìn)行數(shù)據(jù)接邊前需要對數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，使本應(yīng)該在邊界線上的要素嚴(yán)格位于邊界上。利用ArcGIS中已有的“修剪線”和“延伸線”工具完成數(shù)據(jù)預(yù)處理。對應(yīng)Python語句如下：

arcpy.TrimLine_edit(in_features,myDistance,"DELETE_SHORT")

arcpy.ExtendLine_edit(in_features,myDistance,"FEATURE")

其中，in_features為待預(yù)處理的接邊數(shù)據(jù)；myDistance為用戶給定的修剪、延伸范圍值。

(2) 獲取待接邊點(diǎn)列

通過上述操作完成了數(shù)據(jù)預(yù)處理。由于直接操作線要素會比較麻煩，因此本文采用操作點(diǎn)的方式實(shí)現(xiàn)對線要素進(jìn)行操作[10]。

為了獲取邊界線上的點(diǎn)列，首先需要將線要素進(jìn)行“要素折點(diǎn)轉(zhuǎn)點(diǎn)”操作，將獲取的點(diǎn)要素類與邊界線進(jìn)行相交處理，獲取的點(diǎn)要素類即為接邊數(shù)據(jù)邊界點(diǎn)列，調(diào)用語句分別為：

arcpy.FeatureVerticesToPoints_management(in_features,point_features,"BOTH_ENDS")

arcpy.Intersect_analysis([point_features,Edge_features],Ipoint_features,"ALL")

其中，in_features為經(jīng)過預(yù)處理后的待接邊數(shù)據(jù)；Edge_features為接邊邊界線。

(3) 自動匹配序?qū)?/p>

由于待接邊數(shù)據(jù)都有實(shí)際的現(xiàn)實(shí)意義，因此，在對待接邊數(shù)據(jù)進(jìn)行點(diǎn)列匹配時(shí)，按照距離最近進(jìn)行匹配是可行的。通過調(diào)用“近鄰分析”對數(shù)據(jù)進(jìn)行自動匹配并生成“空間校正”所需的鏈接文件，其具體調(diào)用語句如下：

arcpy.Near_analysis(Apoint_features,Bpoint_features,search_radius,"LOCATION","NO_ANGLE")

數(shù)據(jù)A和B為待接邊數(shù)據(jù)，其中Apoint_features為待接邊數(shù)據(jù)A在邊界線上的點(diǎn)列，Bpoint_features為待接邊數(shù)據(jù)B在邊界線上的點(diǎn)列，search_radius為指定用于搜索候選鄰近要素的半徑。

(4) 生成鏈接文件

利用已經(jīng)經(jīng)過“近鄰分析”處理的數(shù)據(jù)，生成鏈接文件。

DataRow=[]

for row in arcpy.da.SearchCursor(Apoint_features,["SHAPE@XY","NEAR_DIST","NEAR_X","NEAR_Y"]):

DataRow.append(row)

output=open('ListData.txt′,′w′)

i=1

for row in DataRow:

if row[1]>0:

gx,gy=row[0]

sx=row[2]

sy=row[3]

StrData=str(i)+′ ′+str(gx)+′ ′+str(gy)+′ ′+str(sx)+′ ′+str(sy)+′ ′

output.writelines(StrData)

i=i+1

output.close()

(5) 幾何接邊

對生成的鏈接文件，利用空間校正工具，完成幾何接邊。幾何接邊詳細(xì)步驟如圖1所示。

2. 屬性檢查

對于上述已經(jīng)完成幾何接邊的數(shù)據(jù)，需要對各接邊屬性進(jìn)行比對，保證屬性一致性。為了便于用戶能夠快速了解到各字段不一致屬性，本文在屬性判斷的同時(shí)生成定位點(diǎn)。創(chuàng)建點(diǎn)要素類語句如下：

arcpy.CreateFeatureclass_management(out_path,out_name,"POINT","","","",mySRef)其中,out_path為創(chuàng)建點(diǎn)要素類輸出位置；out_name為要素類名稱；mySRef為輸出要素?cái)?shù)據(jù)集的空間參考。

圖1　幾何接邊流程

為了便于操作，本文采用端點(diǎn)代替線要素的方法進(jìn)行檢查。與上述幾何接邊一樣，利用“要素折點(diǎn)轉(zhuǎn)點(diǎn)”獲取線要素端點(diǎn)，將獲取的端點(diǎn)與邊界線進(jìn)行相交處理，獲取邊界線上的點(diǎn)列代替線要素。然后按照一定容差對兩邊點(diǎn)列進(jìn)行匹配，并對屬性字段進(jìn)行逐一比對，輸出屬性不一致字段。

由于部分?jǐn)?shù)據(jù)不僅要求屬性字段一致，而且線條方向也要一致，如水系線，這就需要對接邊數(shù)據(jù)方向進(jìn)行判斷，本文采用的方式是將獲取的線要素終點(diǎn)與上面獲取邊界線上的端點(diǎn)進(jìn)行位置比對，以確定方向一致性。線要素方向存在4種可能，如圖2所示。

圖2　4種接邊方向情況

圖2中，箭頭和深灰點(diǎn)表示終點(diǎn)，淺灰點(diǎn)表示接邊線上的端點(diǎn)，豎向線條表示接邊界線。對圖2(b)(c)(d)中終點(diǎn)進(jìn)行了位置挪動，以便繪制。上述4種情況中，(b)、(d)表示方向一致，(a)、(c)表示方向不一致。對應(yīng)腳本語句如下：

def GetDirection(AEndP,BEndP,AID,BID,AXY,BXY,search_radius):

i=1

j=1

for row in AEndP:

if row[1]==AID:

ax,ay=row[0]

x,y=AXY

if (math.sqrt((ax-x)**2+(ay-y)**2)>search_radius):

i=-1

break

for row in BEndP:

if row[1]==BID:

bx,by=row[0]

x,y=BXY

if(math.sqrt((bx-x)**2+(by-y)**2)>search_radius):

j=-1

break

myDirection=True #方向一致

if i*j==1:

myDirection=False #方向不一致

return myDirection

其中，AXY、BXY分別表示A、B要素在邊界上的端點(diǎn)坐標(biāo)；AID、BID表示A、B要素的ID；AEndP、BEndP表示終點(diǎn)要素幾何位置和屬性列；search_radius為給定的匹配容差。

屬性檢查的具體流程如圖3所示。

三、實(shí)例利用

本文利用湖北省某相鄰兩縣第一次國情普查HYDL數(shù)據(jù)作測試。該兩縣數(shù)據(jù)由不同生產(chǎn)單位進(jìn)行生產(chǎn)采集。HYDL層數(shù)據(jù)涉及屬性要素較多，而且需要保持水流流向一致，因此具有較好的試驗(yàn)價(jià)值。

圖3　屬性檢查流程

圖4(a)為未經(jīng)處理數(shù)據(jù)，其中粗線表示兩縣接邊邊界線即縣界，從圖中可知，數(shù)據(jù)除了對應(yīng)位置錯位，部分?jǐn)?shù)據(jù)還存在未及線和過伸線問題。圖4(b)數(shù)據(jù)經(jīng)過幾何接邊處理，數(shù)據(jù)不僅都在邊界線上，而且也解決了錯位問題及幾何接邊問題。圖4(c)是進(jìn)行屬性檢查處理，其中圓點(diǎn)為生成的屬性問題定位點(diǎn)，各點(diǎn)對應(yīng)的屬性問題記錄如圖5屬性表所示。從圖5中可以很明確地得知問題類型和各字段屬性不一致內(nèi)容，且可以便捷地輔助工作人員對屬性進(jìn)行修改。

圖4　幾何接邊與屬性檢查成果

圖5　屬性檢查定位點(diǎn)屬性表

通過圖4、圖5可知，利用幾何接邊可以很便捷地處理接邊中存在的絕大部分問題，而屬性檢查則極大地幫助用戶進(jìn)行數(shù)據(jù)修改、檢查，能夠較好地解決接邊中的問題。

四、結(jié)束語

本文針對傳統(tǒng)手動接邊的缺陷，利用ArcGIS中的Arcpy站點(diǎn)包進(jìn)行幾何接邊和屬性檢查腳本工具編寫，較大程度上減輕了工作人員的工作量，同時(shí)也提高了工作效率和成果質(zhì)量。在第一次地理國情普查中的應(yīng)用則驗(yàn)證了方法的可靠性，有較好的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。另外，文中所涉及工具大部分以ArcGIS中自帶分析工具為主，容易實(shí)現(xiàn)，可以為其他單位提供參考。

[1]蔣勇,劉江，黃功文.基于ArcGIS Engine的IPointCollection接邊檢查法的研究[J].測繪與空間地理信息,2014,37(11):124-125.

[2]朱欣焰,張建超，李德仁.無縫空間數(shù)據(jù)庫的概念、實(shí)現(xiàn)與問題研究[J].武漢大學(xué)學(xué)報(bào)(信息科學(xué)版),2002,27(4):382-386.

[3]余詠勝,彭艷麗，尹言軍.基于Arcpy的影像地圖自動處理技術(shù)研究[J].測繪通報(bào),2015(3):82-84.

[4]牟乃夏,劉文寶，王海銀，等.ArcGIS 10地理信息系統(tǒng)教程——從初學(xué)到精通[M].北京：測繪出版社,2012.

[5]辛兵廠,王來強(qiáng)，張朝坤.淺談Python在地理國情普查數(shù)據(jù)處理中的應(yīng)用[J].測繪與空間地理信息,2014, 37(6):108-110.

[6]費(fèi)小睿,陳玉娜.大比例尺地形圖自動接邊檢查的實(shí)現(xiàn)[J].城市勘測,2015(1):60-62.

[7]隋春光,范榮雙，尹連旺.數(shù)字海圖無縫拼接方法研究[J].武漢大學(xué)學(xué)報(bào)(信息科學(xué)版),2005,30(3):278-281.

[8]吳銘杰. 基于AutoCAD擴(kuò)展實(shí)體數(shù)據(jù)的地形圖接邊功能的實(shí)現(xiàn)[J].測繪與空間地理信息, 2013,36(5):158-159.

[9]劉允,劉陽，楊釗.大比例尺地形圖數(shù)據(jù)接邊程序設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].城市勘測, 2012(1): 65-67.

[10]周順平,張江東，左澤均.線要素任意范圍接邊算法的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].測繪科學(xué),2012,37(5):20-22.

Automatic Edge Matching and Attribute Checking of Line Features Based on Arcpy

LIU Xiong，LI Yu，CHEN Gang

10.13474/j.cnki.11-2246.2016.0271.

2016-02-23

劉雄(1991—)，男，碩士，主要研究方向?yàn)榫芄こ虦y量與變形監(jiān)測。E-mail:cugliuxiong@163.com

P208

B

0494-0911(2016)08-0114-04

引文格式：劉雄，李宇，陳剛.Arcpy支持下的線要素幾何自動接邊與屬性檢查[J].測繪通報(bào)，2016(8)：114-117.