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ArcGIS模型构建器在管线成果精度评定中的应用探讨

2023-07-10 172 上传者：管理员

摘要：针对城市地下管线测量成果图精度评定中人工量测费时耗力的问题，提出利用ArcGIS模型构建器、Python开发语言，根据成果质检中精度评定规则设计处理工作流程，建立模型工具的方法，应用于管线成果精度评定工作。通过实例验证，ArcGIS模型构建器的使用可以实现一次构建，多人共享，重复使用，达到简化工作流程，提高工作效率的目的。

关键词：
ArcGIS模型构建器
Python语言
管线成果
精度评定
质检
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城市地下管线测量是对埋设在地下的给水、排水、燃气、热力和工业等各种管道进行测绘，形成管线测量成果图，一般以包含线状管线和点状附属物的CAD图纸提交。测绘完成后，需要对成果图进行质检，评价测量精度，通常是测量检查点后人工量测点位精度，但数据量大的时候需要时间较长。为解决人工量测费时耗力的问题，部分学者提出了一些研究方法。贾斌、李运健等[1,2]分别在Auto CAD环境和平板系统中，开发了城市地下管线质检系统，实现地下管线成果数据自动检查。刘军等[3]基于C#语言开发了地下管线点数学精度统计程序。以上方法都需要大量的程序编写工作，本文基于Arc GIS模型构建器、Python开发语言，根据成果质检中精度评定规则设计处理工作流程，编写少量代码，建立模型工具，应用于管线成果精度评定。

1、Arc GIS模型构建器和Python语言简介

Arc GIS模型构建器（Arc GIS Model Builder）是Arc GIS软件提供的一个用来流程化、脚本图形化处理地理信息工作的建模工具[4]，可以将Arc GIS提供的处理工具通过串联的方式建立工作流程，可以将其中一个工具的输出作为另一个工具的输入。Arc GIS模型工具具有建模简单、顺序化执行、运行高效等优势[5]，众多学者将其应用于地形图精度统计[6]、矢量数据自动化拓扑检查[7]、国土三调数据处理[8]等的数据预处理和辅助生产中。Arc GIS模型构建器具有以下特点。

1.1低代码量

Arc GIS模型构建器无需编写处理代码或者只需要辅以少量的代码，就可以建立数据处理流程。将一个个Arc GIS工具拖入编辑界面，再加入相互工作关系，即可把需要重复、批量处理的操作步骤让模型工具来完成。

1.2图形可视

Arc GIS模型构建器就像绘制工作流程图一样，在可视化的编辑界面中布局工具和数据，双击进行参数设置，操作简单，逻辑明确，易于理解。

1.3多人共享

Arc GIS模型构建器建立的工具模型可以保存导出工具箱，拷贝到其他电脑使用，可以实现一人建模，多人共享，体验友好。

Python语言是一种简单高效的面向对象开发语言，具有易学、易读、易维护的特点。Arc GIS软件引入并内置了Python语言，用于辅助数据处理。可以在Arc GIS中新建脚本并用Python语言编写脚本代码，再在模型构建器中调用。

2、基于Arc GIS模型构建器实现管线成果精度评定

2.1处理流程

基于Arc GIS模型构建器实现CAD管线成果图精度评定主要处理流程和步骤包括：(1)创建存储数据库；(2)CAD中点线数据和测量坐标点导入数据库并定义投影；(3)提取线要素折点；(4)线要素折点与点要素合并成待查点集；(5)添加XY坐标并删除位置相同的点；(6)建立检查精度缓冲区；(7)建立空间连接，提取缓存区内点集；(8)添加字段并计算点位偏移值；(9)删除多余字段并输出计算结果。

2.2构建Arc GIS处理模型

在Arc GIS模型构建器中的处理模型实现过程如图1所示。

图1管线成果精度评定实现流程图

在处理前先创建一个文件地理数据库，用于存储中间数据。利用创建X、Y事件图层工具，根据实测检查点CSV或TXT数据创建GIS图层；然后用复制要素工具，将测点数据、CAD中的点数据和线数据导入文件地理数据库中；利用定义投影工具统一数据的坐标系统；再通过要素折点转点工具将管线要素的所有折点提取出来，并和管线点要素合并成待查点集；添加X、Y坐标后，通过删除相同工具将坐标重叠点删除。

以上数据处理完成后，先设置缓冲区距离（一般以2倍中误差设置统一缓冲区距离值，若各区域质检中误差要求不统一时，可在测点数据中添加距离字段，再以该字段为缓冲区距离），根据测点数据建立缓冲区图层。

其次，通过空间连接工具，以测点缓冲区图层为目标要素，待查点集图层为连接要素，建立属性连接，连接操作选择一对一方式，匹配选项选择包含，即可将在测点缓冲区内的待查点选出并建立属性连接。

再次，通过添加脚本方式，利用Python语言编写添加字段并计算点位差值的功能，即可计算出检查点和待查点间的X坐标差值、Y坐标差值和距离差值。Python代码实现如下：

最后，利用删除字段工具删除掉不需要的多余字段，再用表转Excel工具将成果输出为Excel表格。

2.3实例应用

为验证以上处理模型的可行性，以某小区地下管线测量CAD成果图作为质检对象，实地核查了20个管线点，要求平面位移中误差不大于5 cm。先将CAD管线成果图和测量数据做预处理，删除其他数据，只保留管线图层和附属物要素，测量数据保留点号、X、Y、Z列并添加标题行，存储为CSV或TXT格式。按图2所示界面设置模型参数，点击确定运行。

图2管线成果精度评定模型工具运行界面

模型工具运行完成后生成输出结果.xls见表1，表中X、Y为检查测点平面坐标，POINT＿X、POINT＿Y为待查点平面坐标，表中坐标均删除了千位以上数据，连接点为测点缓冲区与待查点连接数量，表示缓冲区内待查点数量。

从表1中可以看出，现场检测偏移最大点位C4，检测点与待查点间相差0.063 m;C12、C18连接数为0个，说明在测点缓冲区内没有找到待测点，经核实，C12为成果图上漏绘点，C18检测偏移为0.12 m，超过2倍中误差，属于粗差；C6、C14、C20连接点数为2个，需要人工判读现场测量的是其中哪个待查点，以便精度统计。

表1管线成果质检模型工具运行结果

3、结束语

使用Arc GIS模型构建器和Python语言可以将数据处理过程中的重复性工作一次性批量处理，化繁为简，很大程度上提高管线成果质检的工作效率，降低人员量测精度的工作强度，可有效减少过程数据的产生，减少人工量测误差。

通过实例可以看出，基于Arc GIS模型构建器和Python语言构建的模型工具，可以轻松便捷地实现Arc GIS的各种功能和批量数据的自动处理，辅助管线成果质检，对管线测量成果图平面位置精度分析很有帮助。

参考文献：

[1]贾斌,李昱,李蕾,等城市地下管线质检系统的设计与实现[J]地理空间信息, 2022.20(2)-110-113.

[2]李运健,李冲,佘东静,等.城市地下综合管线质检系统设计与实现[J]测绘通报, 2019(2):121-124,140.

[3]刘军,刘全海基于C#的地下管线点数学精度统计程序设计[J]城市勘测, 2018(1):136-138.

[4]陈清平,王剑辉ArcGIS建模在集体土地所有权数据库质检中的运用[J]测绘与空间地理信息, 2017,40(2):164-166.

[5]王杰,范宪创. ArcGIS模型构建器在第三次国土调查数据质检中的应用[J]地理空间信息, 2021,19(7):61-63,105,7.

[6]吴盛,冉崇宪,李积成基于ArcGIS Model Builder构建地形图精度统计模型[J]经纬天地, 2017(2).25-27,44.

[7]苗连朋,张莉基于ArcGIS模型构建器的矢量数据自动化拓扑检查方法[J]测绘与空间地理信息, 2021,44(S1):43-44,48.

[8]王嘉伟,孙漳林,唐伟建ArcGIS模型构建器和Python语言在第三次全国国土调查数据处理中的应用[J]长春工程学院学报(自然科学版) , 2020,21(4):34-38.

文章来源：齐瑶.ArcGIS模型构建器在管线成果精度评定中的应用[J].科技创新与应用,2023,13(19):181-184.

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期刊名称：城市勘测

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期刊详情

主管单位：中华人民共和国住房和城乡建设部

主办单位：中国城市规划协会,武汉市测绘研究院

出版地方：湖北

专业分类：科学

国际刊号：1672-8262

国内刊号：42-1309/TU

邮发代号：38-440

创刊时间：1986年

发行周期：双月刊

期刊开本：大16开

见刊时间：4-6个月

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