ArcGIS模型構建器在管線成果精度評定中的應用

摘" 要：針對城市地下管線測量成果圖精度評定中人工量測費時耗力的問題，提出利用ArcGIS模型構建器、Python開發(fā)語言，根據(jù)成果質(zhì)檢中精度評定規(guī)則設計處理工作流程，建立模型工具的方法，應用于管線成果精度評定工作。通過實例驗證，ArcGIS模型構建器的使用可以實現(xiàn)一次構建，多人共享，重復使用，達到簡化工作流程，提高工作效率的目的。

關鍵詞：ArcGIS模型構建器；管線成果；精度評定；質(zhì)檢；Python語言

中圖分類號：P209" " " " 文獻標志碼：A" " " " " 文章編號：2095-2945（2023）19-0181-04

Abstract： Aiming at the problem that manual measurement is time-consuming and labor-intensive in the accuracy evaluation of urban underground pipeline survey result map， this paper puts forward the method of using ArcGIS model builder and Python development language to design and process work flow and establish model tools according to the accuracy evaluation rules in the quality inspection of results， which is applied to the accuracy evaluation of pipeline results. Through example verification， ArcGIS model builder can be built once， shared by many people， and reused， so as to simplify the workflow and improve the work efficiency.

Keywords： ArcGIS model builder; pipeline results; accuracy evaluation; quality inspection; Python language

城市地下管線測量是對埋設在地下的給水、排水、燃氣、熱力和工業(yè)等各種管道進行測繪，形成管線測量成果圖，一般以包含線狀管線和點狀附屬物的CAD圖紙?zhí)峤?。測繪完成后，需要對成果圖進行質(zhì)檢，評價測量精度，通常是測量檢查點后人工量測點位精度，但數(shù)據(jù)量大的時候需要時間較長。為解決人工量測費時耗力的問題，部分學者提出了一些研究方法。賈斌、李運健等[1-2]分別在AutoCAD環(huán)境和平板系統(tǒng)中，開發(fā)了城市地下管線質(zhì)檢系統(tǒng)，實現(xiàn)地下管線成果數(shù)據(jù)自動檢查。劉軍等[3]基于C#語言開發(fā)了地下管線點數(shù)學精度統(tǒng)計程序。以上方法都需要大量的程序編寫工作，本文基于ArcGIS模型構建器、Python開發(fā)語言，根據(jù)成果質(zhì)檢中精度評定規(guī)則設計處理工作流程，編寫少量代碼，建立模型工具，應用于管線成果精度評定。

1" ArcGIS模型構建器和Python語言簡介

ArcGIS模型構建器（ArcGIS Model Builder）是ArcGIS軟件提供的一個用來流程化、腳本圖形化處理地理信息工作的建模工具[4]，可以將ArcGIS提供的處理工具通過串聯(lián)的方式建立工作流程，可以將其中一個工具的輸出作為另一個工具的輸入。ArcGIS模型工具具有建模簡單、順序化執(zhí)行、運行高效等優(yōu)勢[5]，眾多學者將其應用于地形圖精度統(tǒng)計[6]、矢量數(shù)據(jù)自動化拓撲檢查[7]、國土三調(diào)數(shù)據(jù)處理[8]等的數(shù)據(jù)預處理和輔助生產(chǎn)中。ArcGIS模型構建器具有以下特點。

1.1" 低代碼量

ArcGIS模型構建器無需編寫處理代碼或者只需要輔以少量的代碼，就可以建立數(shù)據(jù)處理流程。將一個個ArcGIS工具拖入編輯界面，再加入相互工作關系，即可把需要重復、批量處理的操作步驟讓模型工具來完成。

1.2" 圖形可視

ArcGIS模型構建器就像繪制工作流程圖一樣，在可視化的編輯界面中布局工具和數(shù)據(jù)，雙擊進行參數(shù)設置，操作簡單，邏輯明確，易于理解。

1.3" 多人共享

ArcGIS模型構建器建立的工具模型可以保存導出工具箱，拷貝到其他電腦使用，可以實現(xiàn)一人建模，多人共享，體驗友好。

Python語言是一種簡單高效的面向?qū)ο箝_發(fā)語言，具有易學、易讀、易維護的特點。ArcGIS軟件引入并內(nèi)置了Python語言，用于輔助數(shù)據(jù)處理?？梢栽贏rcGIS中新建腳本并用Python語言編寫腳本代碼，再在模型構建器中調(diào)用。

2" 基于ArcGIS模型構建器實現(xiàn)管線成果精度評定

2.1" 處理流程

基于ArcGIS模型構建器實現(xiàn)CAD管線成果圖精度評定主要處理流程和步驟包括：①創(chuàng)建存儲數(shù)據(jù)庫；②CAD中點線數(shù)據(jù)和測量坐標點導入數(shù)據(jù)庫并定義投影；③提取線要素折點；④線要素折點與點要素合并成待查點集；⑤添加XY坐標并刪除位置相同的點；⑥建立檢查精度緩沖區(qū)；⑦建立空間連接，提取緩存區(qū)內(nèi)點集；⑧添加字段并計算點位偏移值；⑨刪除多余字段并輸出計算結(jié)果。

2.2" 構建ArcGIS處理模型

在ArcGIS模型構建器中的處理模型實現(xiàn)過程如圖1所示。

在處理前先創(chuàng)建一個文件地理數(shù)據(jù)庫，用于存儲中間數(shù)據(jù)。利用創(chuàng)建X、Y事件圖層工具，根據(jù)實測檢查點CSV或TXT數(shù)據(jù)創(chuàng)建GIS圖層；然后用復制要素工具，將測點數(shù)據(jù)、CAD中的點數(shù)據(jù)和線數(shù)據(jù)導入文件地理數(shù)據(jù)庫中；利用定義投影工具統(tǒng)一數(shù)據(jù)的坐標系統(tǒng)；再通過要素折點轉(zhuǎn)點工具將管線要素的所有折點提取出來，并和管線點要素合并成待查點集；添加X、Y坐標后，通過刪除相同工具將坐標重疊點刪除。

以上數(shù)據(jù)處理完成后，先設置緩沖區(qū)距離（一般以2倍中誤差設置統(tǒng)一緩沖區(qū)距離值，若各區(qū)域質(zhì)檢中誤差要求不統(tǒng)一時，可在測點數(shù)據(jù)中添加距離字段，再以該字段為緩沖區(qū)距離），根據(jù)測點數(shù)據(jù)建立緩沖區(qū)圖層。

其次，通過空間連接工具，以測點緩沖區(qū)圖層為目標要素，待查點集圖層為連接要素，建立屬性連接，連接操作選擇一對一方式，匹配選項選擇包含，即可將在測點緩沖區(qū)內(nèi)的待查點選出并建立屬性連接。

再次，通過添加腳本方式，利用Python語言編寫添加字段并計算點位差值的功能，即可計算出檢查點和待查點間的X坐標差值、Y坐標差值和距離差值。Python代碼實現(xiàn)如下：

# Import arcpy module

import arcpy

from arcpy import env

layerInput=arcpy.GetParameterAsText（0）

desc=arcpy.Describe（layerInput）

env.workspace=desc.path

# Process： 添加字段

arcpy.AddField_management（layerInput， \"Xdist\"， \"FLOAT\"， \"10\"， \"3\"， \"\"， \"\"， \"NULLABLE\"，

\"NON_REQUIRED\"， \"\"）

arcpy.AddField_management（layerInput， \"Ydist\"， \"FLOAT\"， \"10\"， \"3\"， \"\"， \"\"， \"NULLABLE\"，

\"NON_REQUIRED\"， \"\"）

arcpy.AddField_management（layerInput， \"Sdist\"， \"FLOAT\"， \"10\"， \"3\"， \"\"， \"\"， \"NULLABLE\"，

\"NON_REQUIRED\"， \"\"）

# Process：計算字段

arcpy.CalculateField_management（layerInput，

\"Xdist\"， \"！POINT_X！- ！X！\"， \"PYTHON\"， \"\"）

arcpy.CalculateField_management（layerInput，

\"Ydist\"， \"！POINT_Y！- ！Y！\"， \"PYTHON\"， \"\"）

arcpy.CalculateField_management（layerInput，

\"Sdist\"， \"math.sqrt（ ！Xdist！* ！Xdist！+ ！Ydist！ * ！Ydist！）\"， \"PYTHON\"， \"\"）

最后，利用刪除字段工具刪除掉不需要的多余字段，再用表轉(zhuǎn)Excel工具將成果輸出為Excel表格。

2.3" 實例應用

為驗證以上處理模型的可行性，以某小區(qū)地下管線測量CAD成果圖作為質(zhì)檢對象，實地核查了20個管線點，要求平面位移中誤差不大于5 cm。先將CAD管線成果圖和測量數(shù)據(jù)做預處理，刪除其他數(shù)據(jù)，只保留管線圖層和附屬物要素，測量數(shù)據(jù)保留點號、X、Y、Z列并添加標題行，存儲為CSV或TXT格式。按圖2所示界面設置模型參數(shù)，點擊確定運行。

模型工具運行完成后生成輸出結(jié)果.xls見表1，表中X、Y為檢查測點平面坐標，POINT_X、POINT_Y為待查點平面坐標，表中坐標均刪除了千位以上數(shù)據(jù)，連接點為測點緩沖區(qū)與待查點連接數(shù)量，表示緩沖區(qū)內(nèi)待查點數(shù)量。

從表1中可以看出，現(xiàn)場檢測偏移最大點位C4，檢測點與待查點間相差0.063 m；C12、C18連接數(shù)為0個，說明在測點緩沖區(qū)內(nèi)沒有找到待測點，經(jīng)核實，C12為成果圖上漏繪點，C18檢測偏移為0.12 m，超過2倍中誤差，屬于粗差；C6、C14、C20連接點數(shù)為2個，需要人工判讀現(xiàn)場測量的是其中哪個待查點，以便精度統(tǒng)計。

3" 結(jié)束語

使用ArcGIS模型構建器和Python語言可以將數(shù)據(jù)處理過程中的重復性工作一次性批量處理，化繁為簡，很大程度上提高管線成果質(zhì)檢的工作效率，降低人員量測精度的工作強度，可有效減少過程數(shù)據(jù)的產(chǎn)生，減少人工量測誤差。

通過實例可以看出，基于ArcGIS模型構建器和Python語言構建的模型工具，可以輕松便捷地實現(xiàn)ArcGIS的各種功能和批量數(shù)據(jù)的自動處理，輔助管線成果質(zhì)檢，對管線測量成果圖平面位置精度分析很有幫助。

參考文獻：

[1] 賈斌，李昱，李蕾，等.城市地下管線質(zhì)檢系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)[J].地理空間信息，2022，20（2）：110-113.

[2] 李運健，李沖，佘東靜，等.城市地下綜合管線質(zhì)檢系統(tǒng)設計與實現(xiàn)[J].測繪通報，2019（2）：121-124，140.

[3] 劉軍，劉全海.基于C#的地下管線點數(shù)學精度統(tǒng)計程序設計[J].城市勘測，2018（1）：136-138.

[4] 陳清平，王劍輝.ArcGIS建模在集體土地所有權數(shù)據(jù)庫質(zhì)檢中的運用[J].測繪與空間地理信息，2017，40（2）：164-166.

[5] 王杰，范憲創(chuàng).ArcGIS模型構建器在第三次國土調(diào)查數(shù)據(jù)質(zhì)檢中的應用[J].地理空間信息，2021，19（7）：61-63，105，7.

[6] 吳盛，冉崇憲，李積成.基于ArcGIS Model Builder構建地形圖精度統(tǒng)計模型[J].經(jīng)緯天地，2017（2）：25-27，44.

[7] 苗連朋，張莉.基于ArcGIS模型構建器的矢量數(shù)據(jù)自動化拓撲檢查方法[J].測繪與空間地理信息，2021，44（S1）：43-44，48.

[8] 王嘉偉，孫漳林，唐偉建.ArcGIS模型構建器和Python語言在第三次全國國土調(diào)查數(shù)據(jù)處理中的應用[J].長春工程學院學報（自然科學版），2020，21（4）：34-38.

作者簡介：齊瑤（1991-），女，工程師。研究方向為測繪工程和地理信息系統(tǒng)的應用與開發(fā)。