基于Arcpy的影像地圖自動(dòng)處理技術(shù)研究

余詠勝，彭艷麗，尹言軍，黃兵杰

(1. 武漢市測(cè)繪研究院，湖北 武漢 430022； 2. 武漢市規(guī)劃研究院，湖北 武漢 430014)

Research on Photographic Map Automatic Processing Technology

Based on Arcpy

YU Yongsheng,PENG Yanli，YIN Yanjun,HUANG Bingjie

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基于Arcpy的影像地圖自動(dòng)處理技術(shù)研究

余詠勝1，彭艷麗2，尹言軍1，黃兵杰1

(1. 武漢市測(cè)繪研究院，湖北 武漢 430022； 2. 武漢市規(guī)劃研究院，湖北 武漢 430014)

Research on Photographic Map Automatic Processing Technology

Based on Arcpy

YU Yongsheng,PENG Yanli，YIN Yanjun,HUANG Bingjie

摘要：針對(duì)影像地圖的制作過(guò)程中存在重復(fù)作業(yè)、效率不高等問(wèn)題，采用基于Arcpy站點(diǎn)包實(shí)現(xiàn)了影像地圖的自動(dòng)處理，該方法通過(guò)地圖模板制作影像地圖標(biāo)準(zhǔn)文件，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行圖面要素和注記信息的自動(dòng)處理，實(shí)現(xiàn)無(wú)用戶參與情況下高效地制作影像地圖。

關(guān)鍵詞：Arcpy；影像地圖；地圖模板；自動(dòng)制圖

一、引言

影像地圖是以數(shù)字正射影像圖(DOM)為基礎(chǔ)，根據(jù)一定的數(shù)學(xué)規(guī)則、按照一定的比例尺將基礎(chǔ)地理信息和地圖專題信息以符號(hào)、注記等形式綜合表示在圖面上的一種地圖形式。影像地圖既包含豐富的影像信息內(nèi)容，又能保證地形圖的整飾和幾何精度，在城市規(guī)劃、國(guó)土資源管理、環(huán)境保護(hù)和重大工程建設(shè)等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。

目前生產(chǎn)單位制作影像地圖主要通過(guò)人工方式采用計(jì)算機(jī)輔助制圖模式進(jìn)行，利用具備強(qiáng)大圖形編輯、文字處理和符號(hào)制作功能的軟件如CorelDRAW、Adobe Illustrator等完成影像及相關(guān)專題地圖的制作。這類制圖軟件雖然具有豐富的地圖符號(hào)、注記和色彩表現(xiàn)等功能，但由于軟件沒(méi)有地理坐標(biāo)的概念，圖形圖像要素不能與地理信息關(guān)聯(lián)，導(dǎo)致生產(chǎn)中作業(yè)效率不高、準(zhǔn)確率難以保證，而且存在重復(fù)作業(yè)、自動(dòng)化程度低等問(wèn)題。本文針對(duì)這些問(wèn)題，在影像地圖的制作技術(shù)、規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化方面進(jìn)行了探索和試驗(yàn)，提出了基于Arcpy的影像地圖自動(dòng)處理技術(shù)并在生產(chǎn)中得到實(shí)際應(yīng)用。

二、Arcpy與影像地圖模板

1. Arcpy站點(diǎn)包

Python是一種通用的開(kāi)源編程語(yǔ)言，易于學(xué)習(xí)和使用，在ArcGIS地理處理中用作腳本語(yǔ)言，在ArcGIS 9.3版本以前使用Python腳本擴(kuò)展地理處理框架(GP，GeoProcessing)，需要引用arcgisscripting，通過(guò)其提供的方法、屬性和函數(shù)完成自定義的GP開(kāi)發(fā)與定制，而在ArcGIS 10中則不需要引用arcgisscripting命名空間，而是采用新的Arcpy命名空間，通過(guò)引用Arcpy站點(diǎn)包可以直接調(diào)用其提供的一系列方法、類和模塊。

Arcpy主要由制圖模塊、數(shù)據(jù)訪問(wèn)模塊、空間分析模塊及擴(kuò)展模塊和基本函數(shù)功能組成。通過(guò)Arcpy可以訪問(wèn)并使用來(lái)自多個(gè)不同領(lǐng)域的GIS專業(yè)人員和程序員開(kāi)發(fā)的大量Python模塊，用戶可以在交互式環(huán)境中快速創(chuàng)建腳本原型并進(jìn)行測(cè)試，通過(guò)Arcpy訪問(wèn)地理處理工具和其他函數(shù)、類和模塊，可以快速地創(chuàng)建各種簡(jiǎn)單或大型應(yīng)用程序，靈活高效地實(shí)現(xiàn)各類業(yè)務(wù)邏輯。在Python腳本中引用Arcpy的方式如下：

import arcpy

需要注意的是，Arcpy作為地理處理框架的一部分，旨在作為自動(dòng)化處理工具，而不是自定義應(yīng)用程序框架，Arcpy設(shè)計(jì)的出發(fā)點(diǎn)并不是用來(lái)代替ArcObject，因此不能通過(guò)Arcpy定義ArcGIS用戶界面的按鈕、對(duì)話框、菜單選項(xiàng)等功能，訪問(wèn)的對(duì)象和函數(shù)也是有限制的，如不能通過(guò)Arcpy新建地圖文檔或更改地圖文檔的頁(yè)面大小和方向，這些功能必須通過(guò)ArcObject來(lái)實(shí)現(xiàn)。

2. Arcpy制圖模塊和影像地圖模板

Arcpy制圖模塊(arcpy.mapping)提供了對(duì)AO的高級(jí)封裝，通過(guò)一系列方法實(shí)現(xiàn)地圖范圍、比例尺、符號(hào)化、圖廓整飾等要素的修改，完成自動(dòng)化的地圖打印或?qū)С觯茍D模塊設(shè)計(jì)側(cè)重于修改已有的地圖文檔或圖層文件中的現(xiàn)有元素，不允許新建地圖文檔，因此在實(shí)現(xiàn)影像地圖自動(dòng)處理之前必須先在ArcGIS中創(chuàng)建一個(gè)包含相應(yīng)元素的影像地圖模板，然后再通過(guò)arcpy.mapping操作相關(guān)要素和內(nèi)容。

影像地圖模板是一個(gè)Esri MXD文件，其目的在于方便Python腳本程序處理實(shí)現(xiàn)制圖處理的自動(dòng)化。模板可以包含底圖圖層，也可以創(chuàng)建各種常用的頁(yè)面布局。創(chuàng)建地圖模板前應(yīng)先確定地圖投影，然后按照設(shè)計(jì)要求設(shè)置紙張大小、確定制圖比例尺、圖名、圖例、坐標(biāo)格網(wǎng)、指北針等一系列制圖要素的放置。

下面以A3幅面圖廓為例，簡(jiǎn)述建立影像地圖模板的過(guò)程：在頁(yè)面布局視圖將頁(yè)面尺寸設(shè)置為42 cm×29.7 cm，將數(shù)據(jù)框的尺寸設(shè)置為39 cm×26.7 cm，然后按照文獻(xiàn)[2]設(shè)置圖名、圖廓線、指北針、圖例和注記等要素的位置、規(guī)格和顏色。圖式中一般情況下線劃粗細(xì)為0.15 mm，ArcGIS中線寬設(shè)置的默認(rèn)尺寸單位為磅(1磅=1 mm×2.845)，線寬數(shù)值應(yīng)輸入0.427磅。創(chuàng)建的影像地圖模板如圖1所示，其中外圍黑線為頁(yè)面尺寸范圍，內(nèi)圖廓矩形為數(shù)據(jù)框范圍。

圖1　影像地圖模板

三、影像地圖自動(dòng)處理的實(shí)現(xiàn)

1. 研究方法和技術(shù)路線

影像地圖一般以真彩色航空或衛(wèi)星數(shù)字正射影像圖為基礎(chǔ)，輔助符號(hào)和注記要素進(jìn)行圖面表達(dá)。本文以ArcGIS為平臺(tái)，保證影像底圖和矢量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確疊加，結(jié)合頁(yè)面布局技術(shù)制作標(biāo)準(zhǔn)化的影像地圖模板，通過(guò)注記模板完成圖面內(nèi)容及標(biāo)注的設(shè)計(jì)，根據(jù)數(shù)據(jù)框?qū)ο笠蕴囟ǖ睦L圖順序和地圖投影顯示影像和矢量圖層，并控制制圖比例尺和輸出范圍，最后根據(jù)制圖需要處理圖廓要素并輸出處理成果。影像地圖表達(dá)應(yīng)注重影像和地圖符號(hào)層的視覺(jué)層次關(guān)系，本文主要涉及影像地圖的自動(dòng)化處理，符號(hào)和注記的形式和色彩設(shè)計(jì)不是本文研究的重點(diǎn)。影像地圖自動(dòng)處理技術(shù)流程如圖2所示。

圖2　影像地圖自動(dòng)處理技術(shù)流程

2. 影像底圖和圖面注記

影像底圖數(shù)據(jù)應(yīng)根據(jù)制圖的用途、精度等要求，盡可能地選擇時(shí)相最合適、波段最理想的數(shù)字正射影像圖作為影像底圖資料。作為底圖的遙感影像應(yīng)注重處理的視覺(jué)效果，而不一定是解譯效果。通常影像數(shù)據(jù)組織包括影像數(shù)據(jù)的分幅處理、影像文件的標(biāo)準(zhǔn)化命名和影像數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)方式。影像文件存儲(chǔ)可以按文件方式保存，也可以在ArcGIS中通過(guò)柵格數(shù)據(jù)集和柵格目錄兩種方式存儲(chǔ)和管理，柵格數(shù)據(jù)集表現(xiàn)為連續(xù)的單幅影像數(shù)據(jù)，而柵格目錄則是多個(gè)柵格數(shù)據(jù)的集合。無(wú)論影像數(shù)據(jù)以何種方式組織，在Arcpy中處理的方式類似，以下代碼是影像圖層的處理，其中cPath為影像文件路徑名，cName為影像文件名：

lay.replaceDataSource(cPath,"RASTER_WORKSPA

CE", cName) # 重定義圖層數(shù)據(jù)源

lay.name=cName# 重定義圖層名稱

圖面注記是影像地圖必不可少的內(nèi)容，在成圖過(guò)程中占用較大的制圖工作量。圖面注記一般通過(guò)標(biāo)注(Label)方式實(shí)現(xiàn)，在Label Manager中進(jìn)行統(tǒng)一管理。Label對(duì)象是一種動(dòng)態(tài)標(biāo)注，可以自動(dòng)調(diào)整標(biāo)注位置、解決壓蓋沖突等問(wèn)題，但Label對(duì)象會(huì)隨圖面顯示內(nèi)容不同發(fā)生變化，考慮到固定比例尺制圖的需要，應(yīng)在完成字體大小、顏色和方向等屬性設(shè)置后將動(dòng)態(tài)Label對(duì)象轉(zhuǎn)換為該比例尺下的Annotation對(duì)象。Annotation是固定比例尺下靜態(tài)標(biāo)注對(duì)象，以數(shù)據(jù)庫(kù)方式保存，系統(tǒng)會(huì)在數(shù)據(jù)庫(kù)中創(chuàng)建一個(gè)地圖注記類保存靜態(tài)標(biāo)注的Annotation對(duì)象。由于地形地物的特殊性和復(fù)雜性，局部區(qū)域注記密集和壓蓋等的問(wèn)題，仍需要通過(guò)人工方式進(jìn)行局部修改。影像地圖的圖面注記具有可重用性，多數(shù)情況下不同時(shí)期的影像地圖注記可以略作修改或不需修改直接利用，需要對(duì)標(biāo)注字體大小、顏色、方向等參數(shù)修改時(shí)，只需對(duì)注記模板進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。

3. 圖面要素處理

影像地圖圖面要素處理主要包括數(shù)據(jù)框操作、書(shū)簽要素生成和圖廓要素編輯等內(nèi)容，圖面要素不能在數(shù)據(jù)視圖中操作，需要切換到布局頁(yè)面中完成。

(1) 文檔對(duì)象的設(shè)置

首先應(yīng)設(shè)置文檔對(duì)象，通過(guò)文檔對(duì)象才能處理地圖屬性，處理完畢后應(yīng)保存并刪除文檔對(duì)象，解除文檔鎖定，釋放系統(tǒng)資源，避免不同地圖文檔引用可能引起的錯(cuò)誤。根據(jù)Arcpy使用原則，用戶只能處理當(dāng)前文檔或已有文檔，而不能通過(guò)Python腳本新建MXD文檔。打開(kāi)MXD模板文檔的相關(guān)代碼如下，其中pMXD為模板文檔的路徑全名：

mxd=arcpy.mapping.MapDocument(pMXD)

(2) 數(shù)據(jù)框?qū)ο蟮奶幚?/h3>

數(shù)據(jù)框?qū)ο笫茿rcpy制圖模塊的重要對(duì)象，一幅地圖文檔必須至少包含一個(gè)數(shù)據(jù)框?qū)ο螅绻臋n存在圖中圖或圖外圖的情況，則可以創(chuàng)建多個(gè)數(shù)據(jù)框?qū)ο蟆?shù)據(jù)框具有定義顯示和使用其包含數(shù)據(jù)上下文的屬性，在數(shù)據(jù)視圖中顯示窗口即為數(shù)據(jù)框，系統(tǒng)根據(jù)圖層列表從下往上的順序顯示活動(dòng)數(shù)據(jù)框的圖層。影像地圖模板中的數(shù)據(jù)框?qū)ο筇幚碇饕强刂频貓D范圍，當(dāng)頁(yè)面上數(shù)據(jù)框大小保持不變時(shí)，縮放地圖會(huì)導(dǎo)致地圖范圍發(fā)生變化。以下代碼是根據(jù)影像文件名cName設(shè)置數(shù)據(jù)框顯示范圍：

df=arcpy.mapping.ListDataFrames(mxd)[0]

cx, cy=cName[3:6], cName[0:3]

ext=df.extent

ext.XMin, ext.XMax=int(cx)*1000, (int(cx)+1)*1000

ext.YMin, ext.YMax=int(cy)*1000, (int(cy)+1)*1000

df.extent=ext

(3) 書(shū)簽對(duì)象的操作

ArcGIS通過(guò)書(shū)簽對(duì)象標(biāo)識(shí)要保存和引用的特定地理位置，當(dāng)用戶進(jìn)行平移或縮放操作時(shí)，可以通過(guò)書(shū)簽快速返回該研究區(qū)域。書(shū)簽對(duì)象必須在MXD模板中建立，然后才能通過(guò)制圖模塊進(jìn)行操作，每個(gè)數(shù)據(jù)框?qū)ο蠖加凶约旱臅?shū)簽列表。以下代碼是根據(jù)影像文件名cName設(shè)置書(shū)簽范圍，注意書(shū)簽對(duì)象可以直接修改屬性，而數(shù)據(jù)框顯示范圍只能通過(guò)范圍對(duì)象賦值：

ext=arcpy.mapping.ListBookmarks(mxd, "", df)[0].extent

ext.XMin, ext.XMax=int(cx)*1000, (int(cx)+1)*1000

ext.YMin, ext.YMax=int(cy)*1000, (int(cy)+1)*1000

(4) 圖廓要素的操作

影像地圖圖廓要素操作通過(guò)頁(yè)面布局元素對(duì)象來(lái)實(shí)現(xiàn)，頁(yè)面對(duì)象類型包括：數(shù)據(jù)框、文本、圖形、圖像、圖例和其他六大類，不同的圖廓要素分屬不同的圖廓頁(yè)面對(duì)象類別，但操作方式類似。下面簡(jiǎn)述影像地圖圖廓要素的指北針、圖例和圖面注記的位置操作方式，相關(guān)代碼如下：

# 設(shè)定指北針位置

nArrow=arcpy.mapping.ListLayoutElements(mxd, "MAPSURROUND_ELEMENT")[0]

nArrow.elementPositionX=df.elementPositionX + df.elementWidth-10

nArrow.elementPositionY=df.elementPositionY + df.elementHeight-10

# 設(shè)定圖例位置

legend=arcpy.mapping.ListLayoutElements(mxd, "GRAPHIC_ELEMENT")[0]

legend.elementPositionX=df.elementPositionX + df.elementWidth

legend.elementPositionY=df.elementPositionY

# 設(shè)定圖面注記內(nèi)容和位置

txt=arcpy.mapping.ListLayoutElements(mxd, "TEXT_ELEMENT")[0]

txt.text="標(biāo)題"

txt.elementPositionX=df.elementPositionX + df.elementWidth/2.0

txt.elementPositionY=df.elementPositionY + df.elementHeight + 10

4. 自動(dòng)化處理和輸出

ArcGIS的地圖輸出方式有3種：第1種是輸出到位圖，第2種是輸出到PDF文件，第3種是通過(guò)ArcPress直接打印。考慮到實(shí)際生產(chǎn)中可能會(huì)用到專業(yè)的柵格化打印軟件，這里采用直接輸出為JPEG成果文件。通過(guò)Arcpy輸出JPEG成果文件的代碼如下：

arcpy.mapping.ExportToJPEG(mxd, jpgPathName, "PAGE_LAYOUT", 4200, 2970, 254)

自動(dòng)化處理的關(guān)鍵是影像文件的遍歷，程序自動(dòng)根據(jù)數(shù)字正射影像的范圍信息載入影像地圖模板文件，修改坐標(biāo)標(biāo)注及結(jié)合表信息，更新圖面注記內(nèi)容，實(shí)現(xiàn)了影像地圖處理的自動(dòng)化操作。圖3是程序自動(dòng)生成的影像地圖成果數(shù)據(jù)。

圖3　影像地圖自動(dòng)處理成果

四、結(jié)束語(yǔ)

本文在頁(yè)面布局技術(shù)的基礎(chǔ)上完成了影像地圖的創(chuàng)建，通過(guò)Arcpy方式實(shí)現(xiàn)了影像地圖制圖與輸出處理的自動(dòng)化，同時(shí)采用地圖模板方式實(shí)現(xiàn)了影像地圖處理的標(biāo)準(zhǔn)化和規(guī)范化，使得影像地圖的制圖更加方便快捷，在很大程度上提高了生產(chǎn)作業(yè)效率。同時(shí)， 本文通過(guò)Python開(kāi)發(fā)模式實(shí)現(xiàn)， 最終處

理程序以腳本文件方式提供使用，具有較好的可擴(kuò)展性和移植性。

參考文獻(xiàn)：

[1]龐小平，趙羲，高峰,等. 真彩色城市影像地圖統(tǒng)一協(xié)調(diào)性研究[J]. 武漢大學(xué)學(xué)報(bào)：信息科學(xué)版，2006，31(6)：481-488.

[2]中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì).GB/T 20257.1—2007國(guó)家基本比例尺地圖圖式 第1部分：1∶500 1∶1000 1∶2000地形圖圖式[S].北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2007.

[3]劉艷，關(guān)雷，韓冬，等. ArcGIS環(huán)境下數(shù)據(jù)裁切技術(shù)研究[J]. 測(cè)繪與空間地理信息，2012(5)：108-113.

[4]黃昌勝，姜圓盈. 基于ArcGIS的專題圖制作[J]. 城市勘測(cè)，2012(2)：28-30.

[5]徐穎，趙萍，黃亞萍. 基于ArcGIS標(biāo)準(zhǔn)分幅裁切新方法[J]. 現(xiàn)代測(cè)繪，2006(3)：43-45.

[6]劉云彤，黃鐵成，吳焱. ArcGIS制圖技術(shù)在森林分類經(jīng)營(yíng)中的應(yīng)用——以喀什地區(qū)地方公益林區(qū)劃定界為例[J]. 新疆師范大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2011(6)：9-12.

引文格式： 余詠勝，彭艷麗，尹言軍，等. 基于Arcpy的影像地圖自動(dòng)處理技術(shù)研究[J].測(cè)繪通報(bào)，2015(3)：82-85.DOI:10.13474/j.cnki.11-2246.2015.0083

作者簡(jiǎn)介：余詠勝(1979—)，男，碩士，主要研究方向?yàn)楹綔y(cè)遙感數(shù)字影像處理、海量數(shù)據(jù)的集成應(yīng)用與開(kāi)發(fā)工作。E-mail:104680040@qq.com

收稿日期：2014-02-25

中圖分類號(hào)：P28

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：0494-0911(2015)03-0082-04