如何利用ArcGIS對面拓撲錯誤批量修改

黃思明

(黑龍江省林業(yè)和草原調(diào)查規(guī)劃設(shè)計院綏化院，黑龍江 綏化 152000)

引言

ArcGIS (地理信息軟件)自誕生以來，其應(yīng)用越來越廣泛，它不僅能夠管理空間信息數(shù)據(jù)，還能對龐大的數(shù)據(jù)進行各種分析和處理。ArcGIS被廣泛應(yīng)用于林業(yè)工作中，能夠輕松地實現(xiàn)柵格數(shù)據(jù)的鑲嵌以及裁剪、矢量化，對于各種矢量數(shù)據(jù)也能夠根據(jù)不同的需求，進行處理和分析，形成各類成果。

隨著林業(yè)技術(shù)的進步和發(fā)展，大數(shù)據(jù)時代應(yīng)時而生，云端讓大數(shù)據(jù)的應(yīng)用更加具有實用價值。利用大數(shù)據(jù)進行全國林地落界和林地變更，整合林地基礎(chǔ)信息資源，開發(fā)建設(shè)我省林業(yè)大數(shù)據(jù)前置平臺，為林業(yè)管理工作提供了信息化手段。基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的真實可靠，是平臺應(yīng)用的前提和必要條件。在以往的林業(yè)管理工作中，很多數(shù)據(jù)沒有進行過系統(tǒng)的檢查和綜合分析，特別是拓撲分析，導(dǎo)致大數(shù)據(jù)時代的數(shù)據(jù)應(yīng)用出現(xiàn)很多錯誤和問題，降低了數(shù)據(jù)使用效率，浪費了歷史調(diào)查數(shù)據(jù)的參考價值，甚至導(dǎo)致數(shù)據(jù)完全不可用。因此數(shù)據(jù)的拓撲檢查，特別是大數(shù)據(jù)時代的拓撲檢查效率尤為重要。

1 拓撲檢查

自ArcGIS 8以后，Geodatabase(地理數(shù)據(jù)庫)已成為一種全新的空間數(shù)據(jù)模型。它是一種開放的空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，能存放并處理矢量、柵格、多種格式圖片、三維地形等。可是Geodatabase中不能直接建立拓撲關(guān)系，需要通過數(shù)據(jù)集去構(gòu)建拓撲關(guān)系。同一種要素類(點、線、面)之間的公共點、公共邊等要素是在建立拓撲之后，通過拓撲的編輯過程中動態(tài)地檢測到的。例如，我們想對兩個面的公共邊進行修改或者編輯，那么Geodatabase將自動檢測到與此公共邊要素具有公共幾何關(guān)系的所有其它要素，當我們修改該條公共邊要素或者該公共邊上的某個點時，系統(tǒng)會自動對該公共邊或公共點所涉及的所有面要素進行維護，以保持其原有的拓撲關(guān)系。這種方法的優(yōu)點在于可以對特定部分，有選擇的維護和修改拓撲關(guān)系，但是對于大量的數(shù)據(jù)修改就顯得不快捷，耗時費力。

1.1 建立拓撲關(guān)系

建立拓撲關(guān)系最重要的就是注意投影與坐標設(shè)定。由于拓撲關(guān)系只能在要素數(shù)據(jù)集里操作，所以在導(dǎo)入數(shù)據(jù)的時候，投影的設(shè)定一定要與矢量數(shù)據(jù)保持一致。同時添加拓撲規(guī)則，如不能有面空隙、不能有面重疊。表1是某兩個林場數(shù)據(jù)在拓撲錯誤檢查時，顯示的錯誤類型和數(shù)量。

表1 拓撲錯誤類型和數(shù)量Tab.1 Type and Quantity of Topology Errors

1.2 面重疊的修改方法

面重疊可以通過以下幾種方法進行修改。首先可以直接修改要素節(jié)點，去除重疊部分。第二種方法是在錯誤檢查器中的相應(yīng)錯誤上右鍵選擇merge(合并)，將重疊部分合并到其中相鄰的一個面里。第三種方法是在錯誤的右鍵選擇create feature(創(chuàng)建要素)，將重疊部分生成一個新的要素，然后利用editor(編輯器)下的merge(合并)把生成的面合并到相鄰的面中。第四種方法是用editor(編輯器)下的clip(裁剪)功能，直接將重疊部分裁除。

1.3 面空隙的修改方法

面空隙可以通過以下幾種方法修改。第一種去節(jié)點，可以直接修改空隙面上的節(jié)點要素；第二種方法，在該空隙錯誤上右鍵選擇create feature(創(chuàng)建要素)，此時空隙部分會生成一個新的面要素，然后利用editor(編輯器)下的merge(合并)把生成的面合并到相鄰的面里。第三種在task(創(chuàng)建要素)菜單下選則auto-complete polygon(自動完成面)工具，用草圖工具功能自動生成多邊形，此時空隙區(qū)域會自動生成一個新面，按照上述辦法，再將面合并到相鄰的面里。

無論基于以上哪種辦法，都需要對7000多個錯誤逐一修改，工作量無疑是巨大的而且不能保證全部正確。

2 批量修改

拓撲檢查出來的面錯誤，想要實現(xiàn)批量操作并不能在拓撲數(shù)據(jù)庫里進行操作，而是需要用數(shù)據(jù)管理工具中要素工具進行操作。

2.1 添加識別字段

在屬性表中添加字段“編號識別”，利用字段計算器計算該字段，令其等于FID或者OBJECTID，得到如圖結(jié)果。此步的操作目的有二，一是將原始地塊和即將要新生成的面區(qū)別開來，二是為了下步屬性的空間鏈接做準備。

圖1 編號識別Fig.1 Number Identification

2.2 要素轉(zhuǎn)點

打開工具箱，數(shù)據(jù)管理工具目錄下要素轉(zhuǎn)點。這一步操作的目的是每個小班面轉(zhuǎn)成其內(nèi)部點。因為此處的點和原始的面屬性是一一對應(yīng)的，為了便于與最后形成的面在同一位置保證屬性鏈接。注意，轉(zhuǎn)點時要將“內(nèi)部”項勾上，這樣能保證每個小班所轉(zhuǎn)的點都會落在小班面內(nèi)部，避免很多不規(guī)則的小班將中心點落在外面，而影響下一步操作。

2.3 要素轉(zhuǎn)線

同樣的路徑下，要素轉(zhuǎn)線。注意，是要將原始小班面轉(zhuǎn)線。

2.4 要素轉(zhuǎn)面

此步的操作是將上一步轉(zhuǎn)成的線層再生成面層。這樣做的結(jié)果就是將重疊和空隙的部分都將生成獨立的面狀小班。此時的面要素已經(jīng)不存在空隙和重疊部分。

2.5 結(jié)果檢查

此時可以將拓撲關(guān)系中檢查出來的錯誤導(dǎo)出，作為參考，對照相應(yīng)位置錯誤是否已被修復(fù)。具體操作如下：數(shù)據(jù)管理工具下-拓撲-導(dǎo)出拓撲錯誤。此時會形成兩個新的圖層，一個是線層，一個是面層。線層代表的是空隙錯誤，面層代表的是重疊錯誤。

2.6 點面空間鏈接

這一步的操作目的是實現(xiàn)屬性的鏈接。此時生成面層，屬性是空值，沒有屬性。而且原始面原有的屬性和字段都不存在，屬性表只有系統(tǒng)自動生成字段。第一步轉(zhuǎn)成點層的目的就是為了此時將屬性進行鏈接。具體操作分析工具-疊加分析-空間連接，所得結(jié)果圖2所示。

圖2 空間連接Fig.2 Spatial Connection

篩選編號識別字段，“0”值為新形成的面。其中重疊部分單獨成面，空隙部分也被創(chuàng)建成要素面。

2.7 消除空值

此步的操作就是要消除這些“0”值。有兩種方法，第一種可以逐個點取，選擇相鄰的適宜的面進行逐個合并。第二種方法就是利用數(shù)據(jù)管理工具中制圖綜合的消除工具。具體操作數(shù)據(jù)管理工具-制圖綜合-消除。此步操作需注意要素的選擇，必須從屬性表中選出屬性為空值的進行操作，將面與具有面積最大或公用邊界最長的鄰近面合并來消除面。具體操作屬性表-按屬性選擇-編號識別=0。

編號識別中空值字段已經(jīng)全部被合并。此時可以再建拓撲進行檢驗。

圖3 消除空值Fig.3 Eliminating Null Values

3 不足與改進

這種方法雖然操作簡單快捷，準確率高，但是對那些面兩端都跨多個小班的狹長縫隙和重疊面的操作有一定不準確，可能會形成尖銳角。

這種現(xiàn)象主要見于各個林場的接界處，由于早些年沒有先進的檢查軟件和技術(shù)支持，導(dǎo)致各個林場的數(shù)據(jù)“各自為政”，匯總?cè)謭D的時候就會出現(xiàn)這種肉眼難以察覺的狹長縫隙或重疊。雖然此時拓撲錯誤已經(jīng)糾正，但是對于數(shù)據(jù)的美觀來講還存在的一定的瑕疵。需要另一樣工具對其修正。擴展模塊下的Data Reviewer工具具有檢測急銳角化的功能。實際操作中對于角度要求一般需大于30度。

圖4 急銳角化校驗Fig.4 Sharp Angle Verification

這樣就可以對整個數(shù)據(jù)庫里的急銳角化誤差進行檢測并對其改正。

4 結(jié)語

拓撲關(guān)系被用來描述要素之間的幾何錯誤，在確定要素之間的空間位置關(guān)系之后，才能進行相應(yīng)的查找和修改，但是需要對其手工逐一檢查，對技術(shù)人員的技術(shù)和水平也有相應(yīng)的要求，出錯率也相對高些。大數(shù)據(jù)平臺的應(yīng)用加快我省實現(xiàn)數(shù)字化林業(yè)的進程，對生態(tài)林業(yè)的發(fā)展具有非常重要的價值，大數(shù)據(jù)是需要龐大的數(shù)據(jù)作為基礎(chǔ)支撐，具有大量、高速、真實等特點。同時生態(tài)林業(yè)的生存和發(fā)展是一個長期且不斷更新的事業(yè)，離不開大數(shù)據(jù)的支撐，只有通過大數(shù)據(jù)不斷的積累和演算分析，才能夠更好地為生態(tài)林業(yè)提供更加合理的資源配置方案。這些要求決定了我們對數(shù)據(jù)的處理在保證其準確和精確的前提下，提高效率非常重要。利用上述方法屬性的操作基本實現(xiàn)零失誤，同時對于矢量面上角度的要求，可以得到任意角度的檢測和改正，最重要的是通過批量處理拓撲存在的問題，可以高效提升作業(yè)效率。