基于arcpy實現地理國情監測路網更新自動化檢查

任雷鵬

（山西省測繪地理信息院測繪地理信息數據中心，山西 太原 030001）

0.引言

地理國情是空間化、可視化的國情信息，是從地理的角度分析、研究和描述國情，是重要的基本國情之一。地理國情監測是綜合利用現代測繪技術和各時期已有測繪成果檔案，對地表覆蓋和地理國情要素等進行全面普查和監測，并統計分析其分布特征與差異、變化量和變化頻率以及相互關系等，形成反映各類自然資源、生態環境、社會經濟要素的空間分布及其發展變化規律的地理國情數據、地圖和報告。

其中地理國情監測成果建庫是地理國情監測的重要內容,是對監測成果數據進行集成管理、統計分析、應用服務的前提,是為今后開展地理國情監測常態監測提供本底數據庫及應用服務平臺。地理國情監測數據庫與傳統的基礎地理數據庫相比,在技術要求和標準都有較大幅度的提高。由于在建庫過程中遇到地理數據結構復雜、數據量大、數據源多等特點，因此需要在建庫前對地理國情數據進行數據預處理。地理國情監測入庫前預處理，是指按照數據庫技術設計，對監測生產成果數據作入庫前處理，使得成果數據內容及形式滿足數據建庫與管理要求。

在地理國情監測數據預處理過程中，路網數據更新與檢查是整個數據預處理過程中很重要的一步。由于道路數據量大，更新情況比較多，更新工作量大，尤其是2019年收集公路數據中，道路數據屬性變化比較多，全省道路數據有20多萬條記錄，發生變化的道路達到7萬多條記錄，更新比例超過30%。如果單純依靠人工檢查，在預處理時間不充裕的情況下，很難保證路網數據及時檢查完成，因此需要實現對路網檢查實現自動化檢查，以提高質檢效率。本文選擇Python作為開發語言，以arcpy站點包作為工具，實現地理國情監測路網更新自動化檢查，提高質檢效率與質檢準確率。

1.路網更新主要內容

路網更新是將本底數據N_LRDL層拷貝為變化數據層UN_LRDL，并按要求從分區數據中提取道路變化信息通用屬性項，更新到相應路網數據中。

1.1 路網數據

地理國情監測路網更新數據包括本底路網數據和分區數據中變化道路數據。其中本底路網數據主要是指上一年度不分區數據中的路網數據，主要是由公路數據以及部分起聯通作用的農村道路、城市道路合并的一套完整的道路路網。

分區數據中包括公路UV_LRDL、城市道路UV_LCTL、農村道路UV_LVLL，不分區數據庫中包括路網本底數據N_LRDL，更新結果為UN_LRDL。路網更新數據（以太原市為例）（如圖1所示）：

圖1 太原市路網更新數據

1.2 路網變化類型

路網變化類型主要包括三種變化：圖形變化、屬性變化以及圖形和屬性變化，變化類型通過屬性字段changetype與changeatt兩個字段表示。其中changeatt主要是記錄變化字段，changetype主要記錄變化類型，分別用 -2、-1、0、1、2、3、9 表示，Changetype 字段說明（如表1所示）：

表1 分區數據道路中的Changetype字段說明

2.路網更新方法

路網更新方法是以上一年度路網數據UN_LRDL作為本底，從完成入庫檢查和修改的分區公路要素層UV_LRDL、城市道路UV_LCTL層和鄉村道路UV_LVLL層中提取除標記為滅失的國道、省道、縣道和鄉道、連接道等要素以及保持公路網弧段連通所需的其他要素，提取后按照相應的變化類型，對UN_LRDL進行更新。更新時對路網中不再存在的路網弧段，直接進行物理刪除，不記錄變化類型。更新時注意保持路網連通性，最終形成以省級任務區為整體的不分區數據庫文件UN_LRDL層，路網更新方法（如圖2所示）：

圖2 路網更新方法

3.路網質檢方法

路網質檢主要是檢查路網數據是否根據分區道路數據進行合理更新，主要包括圖形信息與屬性信息是否根據分區數據中道路變化類型進行相應更新。

3.1 需求分析

在數據預處理過程中，路網生產相對其他數據預處理工作量比較大。而且過程繁雜、參與作業人員較多，導致路網生產過程中出現數據質量不一致，不合理的情況相對較多。在全省數據匯交時，各類更新問題同時被發現，如果依靠人工檢查，在匯交時間緊張，數據質量不能下降的情況下，路網質檢很難做到及時準確發現問題。

由于分區數據中的道路數據分散在全省117個任務區數據庫中，道路數據達到20多萬條記錄，數據量非常大。人工檢查需要分別加載分區道路對比路網更新內容，過程繁雜，容易漏檢查，因此，需要一款軟件實現路網自動化檢查，以提高質檢效率。

arcpy是以arcgisscripting模塊為基礎，并繼承了相應功能而構建成的站點包。它是以實用高效的方式通過Python執行地理數據分析、數據轉換、數據管理和地圖自動化創建基礎。通過arcpy可訪問地理處理工具和其他函數、類和模塊，從而快速輕松地創建各種簡單或復雜工作流。本文選擇Python作為編程語言，結合arcpy站點包實現路網質檢自動化，通過程序實現路網問題的快速定位，以快速反饋給作業人員及時進行相應修改，提高數據預處理的效率。

3.2 整體設計

根據路網數據與路網更新方法，質檢程序整體設計主要包括讀取數據、數據預處理、數據分析對比、結果輸出四個模塊。其中數據分析對比是整個程序的主要模塊，根據地理國情監測路網更新方法，在此確定數據對比分析分為圖形更新檢查與屬性更新檢查，整體設計（如圖3所示）：

圖3 整體設計圖

3.3 詳細設計

通過對數據內容與總體設計分析，結合python特點，分別對數據讀取、數據預處理、數據分析對比、成果輸出四個部分進行詳細設計，詳細設計（如圖4所示）：

圖4 詳細設計圖

3.3.1 數據讀取

由于分區數據中道路包括UV_LRDL、UV_LVLL、UV_LCTL，分別存儲在分區數據庫的數據集中，分別讀取比較費時費力，在此我們利用arcpy.ListWorkspaces與arcpy.ListFeatureClass函數實現對分區數據庫中道路的遍歷。

3.3.2 數據預處理

第一步，通過數據遍歷獲取各分區數據庫中的UV_LRDL、UV_LCTL、UV_LVLL,利用 arcpy.Append_management實現各分區道路的合并，將質檢任務區內分區道路合并成整個任務區完整道路。

第二步，由于路網更新主要是更新UV_LRDL中變化數據，而UV_LCTL與UV_LRDL存在道路重疊情況，因此，需要先通過空間選擇算法將重疊的城市道路選出并進行刪除操作，在此主要用到arcpy.SelectLayer ByLocation_management與arcpy.DeleteFeatures_management函數實現。

第三步，是需要將整合的UV_LRDL、UV_LCTL、UV_LVLL進行進一步合并，形成融合公路、城市道路、農村道路的數據UV_LRDL1，方便下一步對路網數據進行對比，在此主要利用arcpy.Merge_management函數實現道路合并。

3.3.3 數據分析對比

數據分析對比主要包括圖形對比與屬性對比。

圖形對比分為兩部分，分別是對打斷更新識別判斷與對伸縮、新增、滅失等更新的識別判斷。

（1）對道路容易漏更新的打斷更新進行檢查，主要檢查changetype為 -1、0的變化道路；利用FeatureVerticesToPoints_management函數實現道路斷點的提取，然后對兩者進行擦出，提取多余斷點，生成斷點圖層，并輸出到結果數據庫中。

（2）對變化類型為微調、伸縮、新增、滅失等更新的檢查，重點檢查 changetype為 -2、1、2、3、9 等變化類型的UN_LRDL是否根據分區數據進行相應更新。分別提取UN_LRDL1與UN_LRDL中變化要素，利用arcpy.Erase_analysis進行擦出操作，提取圖形未更新的道路，并輸出到結果數據庫中。

屬性對比主要包括道路相交提取與字段對比兩部分。

（1）針對發生變化的UV_LRDL1與相同位置的UN_LRDL進行字段對比，通過篩選UV_LRDL1中變化數據與路網數據進行相交，利用arcpy.Intersect_analysis實現道路相交形成新圖層，然后利用arcpy.AddField_management實現字段追加，新增字段用來記錄字段值不相等的字段名稱。

（2）對相交形成的新圖層進行字段對比實現分區道路字段與路網字段的訓循環對比。如果字段不相等，則在新增的問題字段中追加相應字段名稱，利用arcpy.da.UpdateCursor實現對新增字段的字段值更新。

3.3.4 結果輸出

質檢結果主要包括三層數據，分別是漏打斷更新的點圖層、判斷伸縮、新增、滅失等更新不一致的線圖層、判斷字段更新不一致的線圖層。

4.結束語

本文研究了使用Python和arcpy實現路網更新自動化檢查。經實踐，通過該程序能快速定位路網更新問題，提高質檢工作效率。相比人工檢查，質檢程序能高效、準確的定位更新問題，以往需要數天甚至十多天的質檢工作，縮短至十幾分鐘，極大的提高質檢效率。

在實踐操作過程中，同時發現匯交數據的多樣性與數據問題的差異性，造成全省路網數據檢查過程中，個別問題仍需要依靠人工排查。因此，還需認真研究建立相關檢查方法與檢查模型，最大程度的實現計算機自動化檢查，以促進地理國情監測數據預處理工作與匯交工作的順利、快速、準確的完成。