ArcGIS在栅格数据处理中的应用初探

32 技术交流

测绘技术装备 季刊 第 7 卷 2005 年第 1 期

ArcGIS 在栅格数据处理中的应用初探

王宪民

（甘肃省基础地理信息中心 兰州 730000）

摘 要：本文主要介绍了应用 ArcGIS 的 GRID 模块处理栅格数据的思想、方法及关键技术，并给出几个应用 的具体例子。

关键词：ArcGIS 栅格 数据 处理 应用

1 引言 域分析、全域分析以及路径代价计算等强大的栅格

GIS 是集地球科学、信息科学与计算机技术为一 分析功能。除此之外，GRID 还具有许多栅格数据处 体的地理信息系统技术，已广泛应用于资源管理、 理能力。

AML(Arc Macro Language)是 ARC 环境下的一种 环境监测、灾害评估、城市与区域规划等众多领域，

成为社会许多领域有效的辅助决策手段。随着 GIS 全功能的第四代程序设计语言，它提供了变量和函 技术的发展，结合了栅格(影像、图像等)数据，虚 数，能实现逻辑分支和循环，提供简单的文件处理 拟现实技术逐渐成为 GIS 技术发展的新趋势，随之 和字符处理功能。通过调用 ArcGIS 命令，能实现专 而来的问题也越来越突出(例如：海量栅格数据的处 用终端 的操 作以及 对图 形环境 的控 制，能 利用 理遇到 PC 计算机处理能力限制的瓶颈)。本文结合 ArcGIS 命令语言和本身提供的大量宏命令和菜单进 工作中出现的问题及寻求解决途径的经验，介绍应 行二次开发，扩充 ArcGIS 的基本功能。 用 ArcGIS 的 GRID 模块处理栅格数据的技巧和方法。 3 栅格数据 地理特征可以用矢量，也可以用栅格数2 ArcGIS 简介 据表示。 栅格(Grid)是一种利用格网研究一个

地区的空 ArcGIS 是美国环境系统研究所(ESRI)于 1982 年

Grid 数据集由正方形网格组成， 推出的第一套地理信息软件。最近，ESRI 公司已经 间信息的数据模型。

推出的最新软件为 ArcGIS 9.0 版本。在当前众多的 在某一 Grid 中，所有网格的大小相等，而多个 Grid， 地理信息软件中，ArcGIS 是影响最广、功能最强、 其网格大小不同可以一起应用。栅格数据结构如图 1 市场占有率最高的地理信息系统软件产品。 所示：

GRID 是在 ArcGIS 集成下的功能强大的栅格数据 模型分析和显示模块，它提供了将 Coverage 矢量数 据转化为栅格数据的功能，并提供了局域分析、邻

图 1 栅格数据结构

在栅格数据集中，所有的地理特征都是以同一 中，你可以把这些值解释为点、线和多边形。

种方式表示，给网格赋予一定的值，在不同的应用

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3.1 点(Points) ArcGIS 来处理是比较方便的。下面举出处理以上问

在栅格数据集中，点被表示成一个充满的栅格 题的几个实例。

4.1 栅格数据网格大小的调整 格网(Grid Cell)的元素（见图 2）。

在 1:1 万 4D 生产过程中，生产的 DOM 数据格网 Vector Grid

大小(CellSize)为 0.9 米,而客户要求为 1 米，为了 满足客户的要求，需要对数据进行必要的处理。我 们采用 ArcGIS 来完成这项任务。 ①栅格数据网格大小调整的原理

应用 ArcGIS 的 GRID 模块来处理，其方法是栅

图2

格重采样，原理如图 5 所示：

3.2 线(Lines)

在栅格数据集中，线是由沿着一条线的相连接 的 cell 表示。在栅格产品中，组成线的 cell 必须 边相邻(即边靠着边)，而不是角相邻(角靠角)。因 为路径寻找(Path Finding)工具认为由角相邻的 cell 组成的线是分开的路径（见图 3）。

Vector

Grid

数据重采样函数 RESAMPLE 用来改变栅格数据的 格网尺寸，该函数的语法为： 3.3 多边形(Polygons)

RESAMPLE(,{cellsize},{NEAREST|BILI 在栅格数据集中，面状物体由具有相同值的一

NEAR|CUBIC|SEARCH}) 组连续的网格(Grid Cell)组成（见图 4）。

其中， - 输入的栅格名称，为必选项； Vector Grid

图3

图5

{cellsize} – 输出栅格的格网大小，默认为当 前环境的设置值，为可选项；

{NEAREST|BILINEAR|CUBIC|SEARCH} –选择重采 样方法，默认为最临近元法(NEAREST)，为可选项。 ②重采样处理步骤

首先，将格式为*.TIF 的 DOM 数据转换成 GRID 图4

IMAGEGRID。 因此，栅格数据(Grid Data)有时也称为位置数 格式，使用的命令为

然后，对 GRID 数据进行重采样，使用命令为 据(Locational Data)。地理特征在栅格数据中是通

CELLSIZE 为 1 米。 过给覆盖其位置的格网赋一定的值，而不是通过直 RESAMPLE。设置

最后，将 GRID 转换为 GeoTIFF 格式，完成数据 接给出其 x，y 坐标值来表示。栅格结构适合于空间

文件。 分析。栅格结构还适合于诸如数字高程模型和分类 处理，同时生成*.TFW

如果只有很少几幅，这样就可很方便地解决问 遥感图像等用格网方式存储的数据。通常栅格数据

题。但是，往往我们会同时碰到上百幅数据要处理， 主要包括 DEM、DRG、DOM 等。

显然这样要浪费很大的人力、物力。于是，我们想 4 ArcGIS 在栅格处理中的应用实例

在数字化生产和数字化产品应用过程中，我们 到 AML 宏命令语言，如果编写小程序，让计算机进 常常碰到以下问题：栅格数据的格网大小需要调整； 行批量处理，就可以将人解放出来。根据所处理数 栅格数据需要拼接和裁切；栅格数据的数学基础(投 据的特点，用几个循环语句来控制程序的运行，完 影、坐标系统等)需要转换等等，这些问题采用 成数据的批量处理。

下面给出示例：

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&do i = 0 &to 99 &by 1

&do j = 0 &to 99 &by 1

&s l = [translate [format '%1,-2%' %i%] '0' ' '] &s r = [translate [format '%1,-2%' %j%] '0' ' ']

&if [exists c:\\workspace\\j45g0%l%0%r%w_w.tif -file] &then &do

imagegrid j45g0%l%0%r%w_w.tif j45g0%l%0%r% grid j45g0%l%0%r%a = resample(c:\\workspace\\j45g0%l%0%r%,1,bilinear) quit

gridimage j45g0%l%0%r%a gray j45g0%l%0%r%w_z.tif tiff &end &end &end

以上只是一个简单的批处理程序，程序假设用 ymax | *> {snap_grid} 户要处理的文件在 c:\\workspace 目录下，假设文件 其中， 名为 J45G0**0**。用户可在此基础上完善此程序，

- 设置窗口大小，为必选项； 以扩展程序的适应性。

grid – 按一个 grid 的范围来设置； 4.2 栅格数据的拼接和裁切

①栅格数据的拼接 coverage – 按一个 coverage 的范围来设置；

GRID 下的 MERGE()函数可以一次拼接达 48 个 xmin ymin xmax ymax – 按地图单位设置； GRID。需拼接的 GRID 必须具有统一坐标系统，拼接

* - 按屏幕指针设置；

后像元大小与拼接图幅中最大像元一致(即：如 0.9

{snap_grid} – 用于捕捉角点坐标的基准 GRID

米的 GRID 与 1 米的 GIRD 拼接后像元大小为 1 米)。

MERGE()函数的用法在这里就不阐述，详见 ESRI 名称，为可选项。

实例： ArcDoc 联机帮助文档。

Grid ： SETWINDOW 398212.66 3871703.631 ②栅格数据的裁切

利用 ArcGIS 的 GRID 模块，还可以完成栅格数 483427.758 3996882.843

——按地图单位来设置裁切窗口大小 据的裁切功能，而且，还有意想不到的优点。当我

Grid：clip_grid = large_grid 们在 ERDAS 下进行栅格数据的裁切时，常常会遇到

——完成裁切 用该方法裁切后，栅格数据被这样的问题，我们进行裁切的目的就是要减少数据

消除了无效值， 量，增加处理速度，然而，裁切完成后，数据量却

数据量大大降低，满足了要求。 没有减少。怎么办？

我们就想到了 ArcGIS，既然它是号称最强大的 4.3 多波段彩色图像的处理

有时我们需要处理彩色图像，如，我们现在要 GIS 软件，应该能解决这个问题吧。

回答是肯定的。然后，就想到既然是栅格数据， 做一幅三维景观图，这就要求影像与 DEM 数据的数 就应该在 GRID 模块下来完成处理。通过认真思考和 学基础(投影、坐标系统等)一致。为了实现这一目 尝试，我们终于找到了问题的解决办法。栅格数据 的，我们就需要进行投影变换和坐标转换，显然，

在 ERDAS 下，很难完成这项任务。为此，我们将问 裁切步骤：

题转到 ArcGIS 下解决。多波段彩色图像处理步骤： 首先，将数据转换成 GRID 格式。

将彩色多波段图像转换为 ArcGIS 的 GRID 格然后，进行裁切，用 SETWINDOW 命令，结合 首先，

式，这时，就会生成 3 个波段的 GRID，同时有一 SELECTPOLYGON 命令来完成裁切。

个栈(Stack)。 最后，将 GRID 转出成原来的数据格式。

然后，分别对 3 个波段的 GRID 进行投影和坐标 SETWINDOW 命令用法及实例：

转换，使之符合要求。 用法：

再者，将 3 波段数据合成一个新的栈(Stack)。 SETWINDOW

（下转第 21 页）

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面，记入面拓扑信息文件。若多边形内无面标识点， 重复标识的面、悬挂结点、重叠链，并在显示的矢

则为未标识的面，记入面拓扑信息文件。 量数字地图上，用不同的颜色标出。 3.4.7 统计输入的面数、形成的面数、未标识的面、

Y

采集限差

居民地

水系 道路 道路

L4 L3

图 8 点分割线

L 2 X

图 9 端点分割线

图 10 线分割线

L1

图 11 多边形追踪

4 结束语

数据质量问题应在各生产单位解决。本文描述的拓

数字地图的数据质量直接影响到所有基于该数 扑关系自动检查方法已在数据生产单位应用，证明

是可行的。需要进一步改进的是拓扑检查功能，应

据的应用、分析、决策的正确性和可靠性，影响到

能更准确和更详细的报告数据错误，以便加快数据

系统的成败。因此地图数据的质量愈来愈受到人们

编辑过程，提高生产效率。

的关注和重视。目前，我国 1∶5 万矢量地形数据库 的建库工作正全面展开，为保证建库质量和速度，

参考文献

[1]蔡少华. GIS 图形空间关系的研究与实践. 解放军测绘学院博士学位论文，1998 [2]冯文利. 如何做好面状要素拓扑结构化检查. 军事测绘论文集，解放军出版社，1998 [3]吴芳华. 矢量数字地图质量自动检查方法研究. 测绘科学与工程,2004.6

（上接第 34 页）

最后，转换成需要的格式(如，GeoTIFF，同时 这时*.TFW 文件的重要性就突显出来。当图像与 生成*.TFW 文件)。 当要裁切多波段影像时，就如*.TFW 文件 在同一目 录下时， 利用 ERDAS 的

前面所提到的， IMPORT/EXPORT 模块输入图像时就有了坐标信息，这 分波段裁切，最后合成。这里就不再重复。 样问题就迎刃而解。欣喜之余，我们体会到了 ArcGIS 4.4 *.TFW 文件简述 的强大功能。当然，目前 ERDAS 也注意到了问题的

上面多次提到*.TFW 文件，有许多读者会问，这 重要性，从 ERDAS 8.5 版本以后，增加了同时输出

*.TFW 的功能。 个文件有什么作用呢？

在图像处理中，大家可能常常遇到这样的问题： 5 结束语 有时彩色图像的色彩很不理想，需要进行色阶调整 栅格数据作为虚拟现实技术重要的数据源，因 等处理，以达到理想的图像效果。目前，图像处理 此栅格数据的处理越来越频繁，在实际工作中会遇

的软件属 Adobe 公司的 PHOTOSHOP 最为理想，当我 到许多意想不到的问题。本文结合自己工作中的实

们在 PHOTOSHOP 下调色完成，存盘后发现，更大的 践，简要介绍了几种问题的处理技巧和方法，希望

问题出现了，图像丢失了坐标信息。 对大家的工作有所帮助。

参考文献

[1] 樊红. ARC/INFO 应用与开发技术. 武汉: 武汉测绘科技大学出版社，1999 [2] ESRI 公司. ArcDoc 联机帮助文档.USA: ESRI 公司，2001

[3] ARC/INFO 中国技术咨询与培训中心. ARC/INFO 地理信息系统应用教程:GRID 和 TIN. 北京: 内部资料，1995

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