在ArcGIS下基于Python的矢量数据处理方法

测绘技术装备 第18卷 2016年第4期 技术交流 63在ArcGIS 下基于Python 的矢量数据处理方法林璐 王爽 李海泉 侯兴泽 马鹏刚（国家测绘地理信息局第二地形测量队 陕西西安 710054）摘 要：在ArcGIS 中地理处理可以通过Python 脚本语言来具体实现。

通过Python 串联Arcgis 的地理处理工具，实现工作流自动化完成，同时，实践批处理过程，解放人工的机械重复工作，提高效率，进而保证数据质量。

现以地形图中示坡线的正确、严谨表达为实践案例，介绍了在ArcGIS 下利用Python 处理矢量数据，为矢量数据处理的高效、自动化提供解决方法。

关键词：Python ARCGIS 地理处理 示坡线1 引言地理处理是GIS 用户应用的重要组成部分，ArcGIS 的ArcToolbox 窗口为GIS 用户提供了数百个地理处理。

对于数据处理人员在使用ArcGIS 地理处理工具时，就会遇到这样的难题，如何将几个简单的地理处理工具串联起来，自动化地完成一个简单工作流，使得人工操作转换为自动化的程序批处理过程[1]。

Python 是一种不受局限、跨平台的开源编程语言，它功能强大且简单易学。

同时，它可伸缩程度高，适于大型项目或小型的一次性程序（称为脚本），并且可嵌入（使ArcGIS 可脚本化）。

目前，Python 已延伸到ArcGIS 中，成为了一种用于进行数据分析、数据转换、数据管理和地图自动化的语言。

运用Python 语言可以实现对地理数据的批处理，从而有助于提高工作效率[2]。

2 开发案例说明示坡线，是指示斜坡降落的方向线，它与等高线垂直相交。

一般表示在谷地、山头、鞍部、图廓边及斜坡方向不易判读的地方。

凹地的最高、最低一条等高线上也应表示示坡线[3]。

在测绘4D 产品之一的数字线划图（DLG）中，示坡线一般以有向点或有向线（长度为定值的线段）的方式表达。

其中，有向点应严格捕捉相应等高线，通过填写要素角度属性项表达所示方向；有向线为线段，起始节点应严格捕捉相应等高线，终止节点指向所示方向，线段长度为规范要求长度。

图1 山丘、山峰和盆地、洼地的示坡线示意图一般在DLG 制作过程中，特别是中小比例尺地形图，通常利用立体测图系统，在恢复立体影像相对模型的情况下，人工判断地貌，并采集示坡线。

采集时要求在对应等高线采集第一点，沿斜坡的方向采集第二点。

为提高生产效率及生产工序技术要求，此时采集的示坡线，不符合前述DLG 拓扑规范要求。

存在未严格捕捉等高线，造成悬挂和相交的拓扑问题；或示坡线要素长度不定，不符合技术要求；亦或示坡线采集图形上看正确，实际上刚好与要求相反，是由斜坡降落方向向等高线采集。

这些情况致使下工序矢量数据编辑处理时，需要人工核对、修改，工作量大且繁琐（尤其是在沙漠、特殊丘陵地区，1幅1∶10000比例尺地形图可能需要上千个示坡线表示地貌形态），如果作业人员责任心不足还易造成质量隐患。

3 处理方案设计 3.1 方案设计思路数据要素处理的关键是两点：一是解决拓扑问题，二是实现示坡线角度正确表达。

因此解决思路是：首先，要满足拓扑要求，即相应要素之间严格64 技术交流 测绘技术装备 第18卷 2016年第4期捕捉，可以通过处理要素线段与等高线之间的悬挂和相交拓扑问题实现，使得要素线段的一个端点捕捉到等高线上。

然后，在确定该端点为要素线段起始点的基础上，将方向正确的要素线段转换为点，并继承线段方向，即获得有向点。

最后，如果示坡线是由定长有向线表达，再依据有向点的角度值，生成方向、长度均符合要求的有向线。

3.2 方案操作的具体流程（1）提取等高线和原始示坡线要素，并导入一个新的数据集，为数据处理做好准备。

经过后续处理，将成果示坡线与数据中原始示坡线要素核对，没有错漏后，自动将原始示坡线要素删除，并导入核对后最终示坡线。

（2）使用悬挂、相交功能，将示坡线延伸或打断，使得示坡线与相应的等高线实现严格的捕捉。

应注意合理设置拓扑容差，过小可能不能自动化延伸或打断，过大可能形成错误的拓扑关系，造成新的问题。

（3）判断示坡线与等高线相交的节点是起始点，指向斜坡方向的是终止点。

首尾节点位置的正确性，是决定角度计算值合理的前提。

当节点位置不正确时，利用反向功能，将要素采集方向反转。

（4）将示坡线要素线段转有向点。

示坡线要素与等高线相交处为有向点的位置。

角度值依据示坡线要素方向确定。

在角度确定时，应考虑不同项目设计要求，对角度0值的起算方向，以及旋转方向的定义。

另外，还要注意角度值的精度取位要求。

（5）示坡线除了有向点表达方式外，还有固定长度要求向线段表达方式。

可以依据上步有向点的位置及角度，创建符合相应项目设计要求的定长有向线段要素。

（6）经过核查处理好的示坡线要素，将最终成果导入数据库。

图2 示坡线要素处理流程示意图4 关键函数及源代码实现 ArcGIS 的地理处理均有相应功能函数，Python 可以直接调用，对于开发人员十分友好。

同时，Python 也可以通过程序开发语言实现需求功能[4]、[5]。

（1）处理悬挂、及打断可通过调用“延伸线”、“修剪线”两个功能函数实现。

其中，延伸线功能语法是：ExtendLine_edit(in_features,{length},{ex tend_to})；修剪线功能语法是：TrimLine_edit(in_features,{dangle_length},{delete_shorts})。

测绘技术装备第18卷 2016年第4期技术交流 65延伸线修剪线图3 函数功能示意图（2）将线要素转为点，并判断起始点或终止点，可调用“要素折点转点”功能函数，语法是：FeatureVerticesToPoints_management(in_featur es,out_feature_class,{point_location})。

参数point_location为指定输出点的创建位置。

本文关注“START”和“END”两个设置，即在输入要素的起点或终点（第一个或最后一个折点）处创建一个点。

创建起始点的代码实例：import arcpyfrom arcpy import envenv.workspace = “D:/Testdata”arcpy.FeatureVerticesToPoints_management (TestSPX.shp,“D:/Testdata/output/TestSPXstart.shp”,“START”)（3）将线要素反向调用“延伸线”功能函数，语法是：FlipLine_edit(in_features)。

（4）为获取线要素角度值，可调用“线性方向平均值”功能函数，该函数可识别一组线的平均方向、长度和地理中心。

其中，输出线要素的属性值包括罗盘角的CompassA（以正北为基准方向按顺时针旋转）、方向平均值的DirMean（以正东为基准方向按逆时针旋转）。

功能语法是：irectionalMean_stats(Input_Feature_Class,Output _Feature_Class,Orientation_Only,{Case_Field})。

代码实例：import arcpyarcpy.env.workspace = r“D:/Testdata”arcpy.DirectionalMean_stats(“TestSPX.sh p”,“TestdirSPX.shp”,“DIRECTION”,“#”) （5）通过已知端点位置和方向角度值，创建需求长度线段，是一个简单的几何原理。

依据方向角度值，将线段长度分解到直角坐标系两个方向的增量，然后叠加到已知端点的位置坐标值中，从而获取示坡线要素线段的终止节点坐标位置。

在两个已知点位置的基础上，Python实现点集合创建线段要素的代码实例：import arcpyfc=“D:/Testdata/TestSPXline.shp”cursor=arcpy.da.InsertCursor(fc,[“SHAPE@”])array=arcpy.Array([arcpy.Point(Ax,Ay),ar cpy.Point(Bx,By)])polyline=arcpy.Polyline(array)cursor.insertRow([polyline])5 结束语生产是一个重复的实践过程，测绘生产同时还要关注每一次重复的精度满足。

在测绘数据处理方面，Arcgis提供了众多地理处理工具，它保障了每次重复的可行性。

而通过Python我们将每一个可行性组装并统一起来，最终实现了提高效率、保证质量的结果，满足了测绘生产需求。

本文通过DLG产品中，示坡线要素的处理方案的成功实践，验证了基于Python的ARCGIS应用在测绘生产方面的高效与可靠，为矢量数据自动化处理提供解决思路。

参考文献:[1] 柳琳.基于工作流的地理处理建模技术[J].地理空间信息，2011，9(1)：39-42.[2] 石晶，郭子珍，李小勇.ArcGIS中应用Python脚本进行空间数据批量处理的研究与实现[J].河南科技，2012(11)：60-61.[3] GB/T 20257.2-2006，国家基本比例尺地形图图式第2部分:1:5 000 1:10 000地形图图式[S].[4] 田庆，陈美阳，田慧云.ArcGIS地理信息系统详解(10.1版)[M].北京：希望电子出版社，2014.[5] PaulA.Zandbergen.面向ArcGIS的Python脚本编程[M].北京：人民邮电出版社，2014.。