应用ArcGIS栅格计算功能矢量化位图信息的探索——以开平市灌区地类信息为例

梁珍平 江门市江新联围管理处

1.引言

在水文水资源领域，GIS发挥了非常重要的作用。本文探索了应用ArcGIS软件中对颜色的识别功能将位图信息快速矢量化的方法，并用开平市地类信息进行验证，效果良好。

2.位图矢量化的一般方法

在水利工作中，有时需将位图矢量化。目前较简单的方法是描绘法，即先加载位图作为底图，再沿要素的边线进行描绘。描绘法的优点在于操作简单，容易掌握，但当对象数量较多或者形状复杂时，描绘法的效率非常低，且易出错。

3.应用栅格计算器矢量化的基本思路

对位图而言，一个像素相当于一个栅格，栅格中的数值可以放到栅格计算器中参与运算，然后通过栅格数据的形式输出。在ArcGIS中，可通过栅格计算器中的Con()条件函数实现位图数据的矢量化。

栅格计算器的Con()函数Con()函数为条件函数，语法为Con(＜条件>,＜条件为真的值>,＜条件为假的值>)。如Arc GIS 加载了位图（A.jpg）以及它的三个波段，在栅格计算器中输入Con("A.jpg-Band_1"==255,1,0)，按此语句执行后将得到一个新的图层，这个图层里的栅格数据只有0和1两种取值，A.jpg中红色值为255的所有像素在新图层的值是1，其余位置的像素为0，这就相当于把具有某一类颜色特征的区域提取出来。

3.1 矢量化思路

利用栅格计算器进行位图矢量化的实质是把颜色相近的区域提取出来，再转换成矢量数据，具体思路如下：

（1）加载位图及各个波段；

（2）确定数据颜色RGB 数值范围；

（3）利用栅格计算器提取相似颜色；

（4）把输出的栅格数据转成矢量数据；

（5）后期调整处理。

4.实例应用

基础资料位图基础资料为《开平市土地利用总体规划图》，图中不同颜色区分了不同地类要素，各地类要素分布较为分散，且边界不规则，描绘困难、效率低下、易出错。本实例尝试采用栅格计算的方法对水利行业较为关注的基本农田保护区进行矢量化。

4.1 操作步骤

4.1.1加载位图并配准

加载位图并进行坐标配准，本实例按西安1980坐标系为位图配准。

4.1.2 获取目标地类的颜色值范围

利用工具条上的identify工具查看目标地类的RGB颜色分量数值，尽量在图上不同位置的进行多次采样，以确定基本农田保护区的RGB数值范围。反复采样比较，初步确定目标地类的RGB数值范围，红色的范围为237-255，绿色为243-255，蓝色为28-90。

4.1.3 调出栅格计算器进行栅格运算

调出栅格计算器工具，键入以下Con()函数语句：Con(("开平-Band _ 1" >=237) & ("开平-Band_1"＜=255)&("开平-Band _ 2 " >=243) & (" 开平-Band_2"＜=255)&("开平-Band_3">=28)&("开平-Band_3"＜=90),1,0)。

执行语句后，以栅格数据格式输出计算结果。输出的结果与原图进行对比，输出结果与目标范围基本上是吻合的，可将其转为矢量。

4.1.4 栅格数据转为矢量数据

直接采用栅格转多边形工具，以栅格计算结果图层作为输入，转化后的保留属性值为1的矢量多边形数据即可。

4.1.5 矢量数据后期处理

如图1所示可以发现由于原图中基本农田保护区内还有农作物类型的图例，导致栅格计算结果存在一部分镂空的区域，矢量化的结果应该会比实际范围偏小。这说明矢量化后依然需要对某些不合理的矢量化结果进行调整，可以利用ArcGIS中针对矢量数据的分析工具进行后期处理，并对比原图，尽量使最终矢量化的结果趋于合理。

4.2 成果分析

为验证矢量化方法的可靠性，作者在矢量化数据的基础上结合镇区边界的矢量化成果统计了开平市各镇区基本农田保护区面积，以之与《广东省开平市土地利用规划（2010-2020年）》报告书中各镇的规划基本农田保护区的面积对比，如表1所示。

从表1比较的结果看，通过位图矢量化得到的统计面积与土地利用规划的地类面积比较接近，平均相对误差为-1.89%，误差最大的镇区为赤坎镇，相对误差达-9.35%，总体上误差较小，说明利用本文所述方法对数据进行矢量化是可行、可靠的，方法具有一定的实用价值。从误差的正负看来，本实例中相对误差为负值的情况较多，说明矢量化方法提取的目标范围相比于实际情况偏小，是此类方法在本实例应用中存在的一个弊端。

5.结语

在计算机技术高速发展的今天，利用新技术往往可以事半功倍。在水利工作中常会碰到矢量化问题，对于一些简单的问题，描绘法基本可以解决，然而对复杂的问题则效率不高。图像编码技术与栅格运算技术的有机结合为解决矢量化问题开辟了一条高效可行的途径。本文探讨了利用栅格计算功能的位图矢量化方法，并通过实例验证，认为该方法虽然尚存在某方面的弊端，但也可靠，具有一定的实用价值。