鄭輝

（河南大學(xué)民生學(xué)院，河南 開(kāi)封 475004）

ZHENG Hui

(Henan University Minsheng College,Kaifeng475004,China)

1 引言

Python語(yǔ)言誕生于20世紀(jì)80年代末，它是一種簡(jiǎn)單易學(xué)，功能強(qiáng)大的編程語(yǔ)言；還是一種開(kāi)源、免費(fèi)軟件，用戶在使用時(shí)不用擔(dān)心版權(quán)問(wèn)題；它有高效率的高層數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，簡(jiǎn)單而有效地實(shí)現(xiàn)面向?qū)ο缶幊?。Python簡(jiǎn)潔的語(yǔ)法和對(duì)動(dòng)態(tài)輸入的支持，再加上解釋性語(yǔ)言的本質(zhì)，使得它在大多數(shù)平臺(tái)上的許多領(lǐng)域都是一個(gè)理想的腳本語(yǔ)言，并用在不同的領(lǐng)域[1]。

隨著大數(shù)據(jù)時(shí)代的到來(lái)，生活信息化程度越來(lái)越高，許多傳統(tǒng)的信息處理方式已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足不了當(dāng)代人的需求。特別是在地學(xué)領(lǐng)域的研究中，地理空間數(shù)據(jù)的處理經(jīng)常需要借助相應(yīng)的軟件或者工具。在大量的地理數(shù)據(jù)中，地理空間數(shù)據(jù)較其他矢量數(shù)據(jù)更具有豐富的空間屬性信息，將其不同數(shù)據(jù)通過(guò)裁切、融合、疊加以及其他復(fù)雜手段后會(huì)得到包含更多空間信息的地理數(shù)據(jù)。但在正常的操作過(guò)程中，一般借助ArcGIS軟件對(duì)地理空間數(shù)據(jù)進(jìn)行簡(jiǎn)單的重復(fù)性操作，復(fù)雜性的數(shù)據(jù)處理通常是借助構(gòu)造函數(shù)或相應(yīng)軟件進(jìn)行的，這樣機(jī)械性的操作不僅會(huì)大大影響數(shù)據(jù)的處理過(guò)程，另外，在重復(fù)性操作的過(guò)程中不可避免引進(jìn)的數(shù)據(jù)誤差也會(huì)大幅度增加，極大地影響了工作效率和數(shù)據(jù)處理的靈活性與易用性[2]。

Python語(yǔ)言自被ArcGIS 9.0引入應(yīng)用以來(lái)，憑借著批量處理、操作簡(jiǎn)單、入門(mén)快、效率高、可跨平臺(tái)且植入性高、穩(wěn)定成熟等眾多優(yōu)點(diǎn)迅速躋身于地理空間數(shù)據(jù)處理中，為其工作提供了無(wú)限的便利。目前，ESRI公司已完全將Python納入ArcGIS中，并將其視為可滿足用戶需求的語(yǔ)言，再加上Python是免費(fèi)使用的，因此Python軟件所面對(duì)的用戶面十分寬廣，若合理使用則會(huì)節(jié)省大量數(shù)據(jù)處理時(shí)間，提高工作效率[3]。本文主要通過(guò)將重復(fù)性操作的數(shù)據(jù)處理與Python批處理進(jìn)行對(duì)照，對(duì)人們的生產(chǎn)生活具有一定的現(xiàn)實(shí)意義。

2 地理空間數(shù)據(jù)處理方法

地理空間數(shù)據(jù)處理是在一定的要求下，借助ArcGIS軟件將不同的地理數(shù)據(jù)按其空間關(guān)系進(jìn)行相應(yīng)的幾何操作，最終使得處理后的結(jié)果在其屬性表上顯示相應(yīng)的信息，以此達(dá)到具體實(shí)踐的目的。而對(duì)于多量重復(fù)性質(zhì)的空間數(shù)據(jù)處理方法，常用的有以下三種方式：針對(duì)實(shí)際需求，通過(guò)ArcToolbox中的數(shù)百個(gè)處理工具進(jìn)行處理；借助ArcGIS軟件中自帶的批處理Batch工具進(jìn)行處理；借助Python腳本語(yǔ)言對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行具體實(shí)現(xiàn)。

①ArcToolbox處理。ArcGIS軟件提供一系列地理數(shù)據(jù)處理的方法，并將其集成于一套工具箱之中，可以根據(jù)具體的應(yīng)用利用ArcToolbox簡(jiǎn)單的可視化引導(dǎo)界面完成項(xiàng)目任務(wù)。

②Batch批處理。雖然ArcToolbox提供了幾百個(gè)靈活領(lǐng)用的工具，但其每次只能處理一個(gè)數(shù)據(jù)。如果幾十個(gè)數(shù)據(jù)，則需要重復(fù)工作。而工具中的批量處理(Batch)可以實(shí)現(xiàn)多個(gè)數(shù)據(jù)到幾十個(gè)數(shù)據(jù)的批量處理，可以通過(guò)添加多個(gè)數(shù)據(jù)完成項(xiàng)目任務(wù)。

③Python批處理。Batch批處理功能雖能解決多數(shù)據(jù)的問(wèn)題，但處理多數(shù)據(jù)時(shí)需要手動(dòng)加入幾十個(gè)數(shù)據(jù)，并需要對(duì)輸出文件進(jìn)行命名。這樣對(duì)成千上萬(wàn)，甚至幾十百萬(wàn)個(gè)地理數(shù)據(jù)操作，Batch功能依然無(wú)法滿足，而Python靈活的腳本語(yǔ)言可以很好地解決這些難題。

3 地理空間數(shù)據(jù)實(shí)例處理

本實(shí)例以實(shí)際測(cè)量土地范圍為例，項(xiàng)目中野外測(cè)量獲取不同地塊的特征點(diǎn)位。而用戶需要獲取地塊的長(zhǎng)度（線圖層）和面積（面圖層）信息，如圖1所示，圖中黑色三角點(diǎn)為野外實(shí)際測(cè)量的關(guān)鍵點(diǎn)。

圖1 地理空間數(shù)據(jù)（點(diǎn)、線、面）

案例中使用ArcGIS中的Toolbox與python語(yǔ)言進(jìn)行對(duì)點(diǎn)圖層轉(zhuǎn)換成線圖層進(jìn)行比較分析。Python在執(zhí)行時(shí)，首先會(huì)將.py文件中的源代碼編譯成Python的byte code（字節(jié)碼），然后再由Python Virtual Machine（Python虛擬機(jī)）來(lái)執(zhí)行這些編譯好的byte code。Python的Virtual Machine是一種更高級(jí)的Virtual Machine。與 Java或.NET相比，Python的 Virtual Machine距離真實(shí)機(jī)器的距離更遠(yuǎn)?；蛘呖梢赃@么說(shuō)，Python的Virtual Machine是一種抽象層次更高的Virtual Machine。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示隨著數(shù)據(jù)量的不斷增加及人員疲憊的出現(xiàn)，通過(guò)ArcGIS中的Toolbox單個(gè)處理數(shù)據(jù)的時(shí)間會(huì)呈現(xiàn)指數(shù)趨勢(shì)的增長(zhǎng)，而通過(guò)Python腳本語(yǔ)言與Toolbox單個(gè)處理相比較，隨著數(shù)據(jù)的增加其節(jié)省時(shí)間越來(lái)越多。

4 結(jié)語(yǔ)

研究中利用Python語(yǔ)言處理大量的地理空間數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換，通過(guò)編寫(xiě)腳本程序可以極大地提高地理空間數(shù)據(jù)的處理速度，簡(jiǎn)化手工操作的步驟，對(duì)于大批量流程作業(yè)將大幅提高工作效率。案例中僅對(duì)比分析簡(jiǎn)單的點(diǎn)圖層轉(zhuǎn)換成線圖層的時(shí)效性，今后將進(jìn)一步研究面的轉(zhuǎn)換及疊加分析等復(fù)雜的分析，進(jìn)一步探討Python語(yǔ)言在地理空間數(shù)據(jù)處理中的優(yōu)越性、時(shí)效性。

同時(shí)，通過(guò)該案例實(shí)驗(yàn)更進(jìn)一步證明Python語(yǔ)言也很容易學(xué)習(xí)，非常適合作為非計(jì)算機(jī)相關(guān)專業(yè)的計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)入門(mén)語(yǔ)言，特別是對(duì)需要處理大量地理空間數(shù)據(jù)的地理學(xué)相關(guān)專業(yè)。開(kāi)設(shè)Python語(yǔ)言課程，可以作為一種用于學(xué)校教學(xué)輔助軟件的開(kāi)發(fā)工具，提高工作效率。