基于ArcGIS的矢量數據單元提取柵格值的方法實現

陳明明　何方　楊媛

摘 要：矢量和柵格是地理信息系統中2種基本的數據結構形式，在處理過程中2種形式之間可以相互轉換。該文基于ArcGIS軟件，提出了以特定的矢量數據單元來提取柵格數據值的方法實現，間接達到柵格數據向矢量數據轉換的目的。該方法為耕地地力評價工作中利用采樣點空間插值得到的柵格數據向耕地資源管理單元圖賦養分值提供了有價值的參考。

關鍵詞：柵格；矢量；分區統計；空間連接

中圖分類號 S159 文獻標識碼 A 文章編號 1007-7731（2015）03-04-125-02

Abstract：Raster and vector are the two basic forms of data structure of geographic information system， and the two forms can be converted to each other in the process. In this paper， based on the ArcGIS software，the method of extraction of raster data value by vector data units is put forward，indirectly achieving raster data conversion to vector. The method provides a valuable reference in farmland fertility evaluation.It can be used to extract raster data nutrient contents by farmland management units.

Key words：Raster；Vector；Zonal statistics；Spatial join

1 前言

地理信息系統的核心部分是數據，矢量和柵格是2種基本的數據結構形式。矢量數據結構是利用歐幾里得幾何學中的點、線、面及其組合體來表示地理實體空間分布的一種數據組織方式[1]。矢量數據對象的空間特征可以和屬性特征一起存儲，根據屬性特征的不同，不同對象可以用不同符號來表示，如圖1所示。柵格數據是指將空間分割成有規則的網格，在各個網格上給出相應的值來表示空間實體的一種數據組織形式[2]。這里的每個網格是一個像元，每個像元有一個值，記錄了不同的屬性，如圖2所示。

在ArcGIS平臺下，矢量和柵格2種數據格式在處理過程中可以相互轉換[3-4]。2種數據格式的轉換可以節約時間和經費投入，同時保證了數據的一致性[5]。但是，直接的格式轉換，有時并不能得到所需要的數據。例如，在耕地地力評價過程中，利用采樣點做空間插值得到了柵格數據，通過轉換可以生成矢量數據，但得到的數據與已經存在的耕地評價單元不吻合，即無法將插值得到的柵格數據值提取到需要的耕地評價單元中。因此，本文提出了2種方法，分別直接和間接地實現了通過特定矢量數據單元來提取柵格數據值。

2 2種方法的實現

2.1 分區統計法 分區統計法（Zonal Statistics），就是運用分區統計函數，用一個數據集的分類區作為統計單元，對另一個數據集中相應位置的單元值進行統計，輸出為分類區數據集的每個分區對應的統計值的表格數據和圖表[6]。這一方法應用到地力評價中，即可將矢量耕地評價單元圖與插值得到的柵格數據進行疊加（如圖3），通過數學運算，分別計算每個矢量單元所覆蓋范圍內的柵格數據的值的綜合。運算中，有些單元面積可能比較小，不能得到賦值，因此需要適當增加柵格數據的精度。但高精度又會增加運算成本和存儲空間，因此需要適當地平衡插值時的柵格數據的表達精度和工作效率兩者之間的關系[7]。

2.2 空間連接法 空間連接（Spatial Join）是在2個圖層之間根據要素的相對位置關系創建表格連接，連接的結果是將一個圖層（連接圖層）的屬性追加到另一個圖層（目標圖層）上[8]。這一方法要求是矢量與矢量之間疊加，所以插值得到的柵格數據要先轉換成矢量數據。通過矢量單元與單元之間位置的對應關系，計算出每個耕地管理單元對應位置的數據值。

2.3 2種實現方法的比較 這2種方法都可以實現矢量數據單元對柵格數據值的提取，但結果是有區別的。空間連接法要求柵格先轉成矢量，但這種轉換需要先經過重分類，即柵格數據值根據某一范圍被分成了幾類并被重新賦值。這一轉換過程會造成面積和精度的損失[9]，這種方法適用于對耕地養分等級的提取。而分區統計法可以準確的統計到矢量單元覆蓋范圍內的柵格像元值的綜合，適用于對耕地具體養分值的提取。

3 結語

隨著GIS技術的發展，對空間數據處理的要求也越來越高。柵格和矢量作為GIS中的2種基本數據類型，它們的快速轉換有著重要意義[10]。本文提出的2種用矢量數據單元來提取柵格數據值的方法，是間接的柵格轉矢量的方法，對于耕地地力評價過程中提取養分值或養分等級有著重要的參考。

參考文獻

[1]扶卿華，倪少祥，郭劍，等.柵格數據矢量化及其相關問題的解決方法[J].地球信息科學，2004，6（4）：85-89.

[2]劉曉潔.GIS中矢量與柵格數據模型比較[J].吉林地質，2005，24（1）：89-91.

[3]張東林，何鳳良.在SuperMap平臺下的柵格數據矢量化[J].測繪與空間地理信息，2007，30（3）：56-59.

[4]李飛.遙感影像分類柵格數據矢量化方法研究[D].長沙：中南大學，2013.

[5]左偉，周慧珍，謝文君.地圖生產中的矢量數據格式及其轉換[J].測繪通報，2001，2：22-24.

[6]吳秀芹，張洪巖，李瑞改，等.ArcGIS9地理信息系統應用與實踐下[M].北京：清華大學出版社，2007，6：347.

[7]趙煒，金卓.柵格數據及其處理技術[J].礦山測量，2008，1：31-34.

[8]邢超，李斌，等.ArcGIS學習指南—ArcToolbox[M].北京：科學出版社，2010：36.

[9]白燕，廖順寶.矢量數據屬性信息無損柵格化的實現—以全國1∶25萬土地覆被數據為例[J].2010，12（3）：385.

[10]蘇程，周祖煜，倪廣翼，等.基于像元有向邊的柵格數據掃描線矢量化方法[J].計算機輔助設計與圖形學學報，2011，23（7）：1139-1147. （責編：張宏民）