基于ArcGIS格網選點的優化技術研究

高瑛 蘇梓璇 王乃生

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基于ArcGIS格網選點的優化技術研究

高瑛 蘇梓璇 王乃生

（國家測繪地理信息局陜西基礎地理信息中心 陜西西安 710054）

ArcGIS作為一個通用的全面的GIS平臺，已經成為各種地理信息系統建設的首選平臺，“天地圖·陜西”省級節點建設也不例外?！疤斓貓D·陜西”自2011年上線以來已經進行了三次大規模的改版和升級，其中興趣點的數目就從最初區區9000個已經達到了現在的33萬余個?？墒敲鎸盗魁嫶蟮牡孛刂窋祿?，如何從中選取重要的、合理的進行逐級配置和顯示，是擺在我們面前的一大難題。筆者結合實際工作需要，對基于ArcGIS進行格網選點的技術進行深入分析和研究，提出一種切實可行的優化方案，大大提高了選點效率和可信度。

ArcGIS 優化 格網 選點

1 引言

隨著地理信息產業的快速發展，廣大的社會公眾、各行各業對于地理信息的需求也日益俱增，尤其是近年來數字城市、地理信息公共服務平臺、“天地圖”省級節點的建設在全國各地方興未艾。筆者近年來一直從事“天地圖·陜西”省級節點建設，也曾有幸負責了榆林市基礎地理信息數據庫、庫爾勒城市基礎地理信息數據共享服務平臺建設中的數據處理工作，并主要負責電子地圖生產工作，在工作的過程中發現對大量點要素進行分級分層次顯示時工作量巨大，在不斷深入學習和探索的過程中，找到將基于ArcGIS的格網選點技術進行優化的技術，可以實現較為快速對大量密集點要素進行分級分層次顯示控制。

2 傳統選點方式及優缺點

2.1 人工選點

這是一種非常傳統但效果最優的選點方式，即在一定的級別下，逐屏分析，人工選取該級別需要顯示的點要素。在級別很大的時候，尤其是當電子地圖級別大于1∶10000后，大面積的選點工作量將是海量的。筆者曾經試驗過在約500平方千米范圍內，在1∶5000比例尺下，人工選點的時間為12天。若是比例尺放大到1∶1000，甚至1∶500，選點所花費的時間將不可估算。

人工選點的優點是選點結果相對合理，但操作時對點的取舍主觀性強，與操作人員的認識和技術能力均有很大的相關性。

2.2 借助軟件選點

ArcGIS軟件做為專業的GIS軟件，運用其本身提供的相關功能也能實現從大量點中選點的效果，歸納起來主要有以下幾種：

1) 基于格網選點

即對每一個比例尺逐一劃定格網進行選點，保證每個格網里都有一個點存在。這個方法的優點是選取結果位置相對均勻。

2) 按照密度隨機選點

使用Geostatistical Analyst模塊中的Creat Subsets工具操作。其基本原理是對給定抽稀的百分比，即抽稀比例，從中選取出相應比例數目的點。該方法的優點是快速，但選取結果隨機，不能滿足均勻選擇且適當反映要素分布的要求。

3)點注記自動抽稀

使用Maplex標注引擎，在這是一種通過設置標注的某些參數，借助點與標注的聯動機制和標注自動避讓原理間接實現點位選取的方法。其實該方法并不是真正意義上的選點方法，因為它只對點的標注進行了操作，實際的點位是沒有動的。但是由于其操作性強、能滿足電子地圖的顯示需求，目前在國內多個省級節點建設時得到了廣泛的應用。

以上三種選點方案雖然都很好地解決了點的密度問題，但是由于三個選點方案都是隨機的，不能體現出點的重要性程度，因此在應用時具有很大的局限性。

實際上在陜西省公共服務平臺建設過程中，我們采取的是根據POI的重要性程度進行人工選點的方式，雖然能滿足需求，但是在比例尺放大到1∶18056時，選點工作就已經進行得非常緩慢了。

3 優化的選點技術研究思路

通過對以上選點技術的研究和總結，基于長期以來的電子地圖制作經驗，計劃從以下兩個方向對選點技術進行優化。

研究的前提條件是：每一個點都有大類碼（MAINCODE）、小類碼(SUBCODE)、重要性碼(IMPORT)和顯示級別碼（SCALE）。其中重要性碼是根據小類排列的一組經驗值，值越小重要性越高；顯示級別碼是用來標識該點應該在哪一級別進行顯示的代碼，有效取值為1—13，與地圖的顯示比例尺一一對應。

1)緩沖區分析選點

在固定某一顯示比例時做每一個點的緩沖區，緩沖區的大小根據比例尺的不同取值不同，這個取值也是經驗值，需要考慮圖面的實際負載能力和點標注大小所占圖面的大小來決定。對點的緩沖區做相交處理，得到某一緩沖區與周圍哪幾個緩沖區有壓蓋，分析比較所壓蓋的緩沖區對應點的重要性，選取重要性碼值最小的進行標示。通過對每一個點所對應的緩沖區進行分析，最終得到該比例尺下的選取結果。

優點：理想化的方法，既滿足制圖需要，又能充分體現點的重要性；

缺點：

ESRI中國論壇中可以下載運用該原理編寫的選點工具GPSubPoints，經充分試驗驗證了筆者總結的優缺點的正確性。

2)格網選點

充分利用ArcGIS軟件中的選點方法，結合應用實際，通過增加判斷條件、區分不同地域的方式對此方案進行優化，滿足選取的合理性和可行性。格網大小的取值是經驗值，該值通過對每一比例尺下地圖圖面負載程度的分析和計算得出。通過比較每一格網中點的重要性程度選點，最終得到選取結果。

優點：可以滿足制圖需要，能充分體現點的重要性，且程序運算較為簡單。

缺點：需要經驗值，主要是小類的重要性碼的取值，對選取結果影響較大。

4 優化的格網選點技術實現

經過充分的研究和試驗，最終確定對格網選點的技術路線進行研究和優化。根據ArcGIS基于格網選點的原理，基于實際需要，通過以下操作實現格網選點技術的優化。

4.1 生成格網

試驗基于“天地圖·陜西”電子地圖的興趣點分級選取開展，地圖顯示級別為11級。通過反復試驗認為每個級別每屏幕興趣點的飽含量為120-140個為宜。而格網大小的選值參考了顯示級別、每屏興趣點的飽含量、該級別興趣點標注字長等諸多要素，通過了多次的測試，逐級選定的格網大小如表1所示。

表1：各顯示級別下選定的格網尺寸

4.2 分級選點

格網生成后，需進行以下操作：

1) 確定點的重要程度：點的重要程度應綜合考慮地圖的定位和用戶的讀圖習慣，用特定的數字或字母標識?！疤斓貓D·陜西”中點的重要程度用從1開始排列的自然數標識，數字越小重要程度越高。

2) 確定可選點：可選的點由上一級別的已選點和本級的備選點組成；最初一級顯示的點應人工標識。

3) 逐格網選點：按比例尺從小到大的順序，逐級逐格網選取可以標注的點位，每級最新被選取點位的SCALE將被賦予該級別的比例尺序號。如：在比例尺1∶36,071下新選中的點位，其SCALE項賦為“5”，依此類推。

所有級別的點都處理完畢之后，在配置地圖時只需在相應級別對點進行控制即可。

5 結束語

該技術方案已經在“天地圖·陜西”的電子地圖生產工作中得到了應用，據統計實際的選點時間從以前的12天縮短為3天，工作效率提高了4倍，證明該技術有很大的應用前景。但是同樣，在應用中也發現一些問題需要改進和完善，如選定的格網尺寸不能滿足所有制圖需要、興趣點的重要性程度的劃定還有很大的隨機性等，這些問題將在后面的工作中尋求更好的解決辦法。

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[2] 王屏，宋昊，劉淑紅.基于點距離的點抽稀算法在電子地圖符號化中的應用[J]，科技與企業,2014(17).

[3] 張晶，王曉波.ArcGIS電子地圖配圖技巧探討[J]，科技信息，2012(27).