ArcGIS建筑物简化和建筑物群聚合算法实验

一、下载OSM数据

首先从OpenStreetMap官网下载我们需要的实验数据，这里我选择清华和北大校园作为本次实验数据

二、数据处理

将我们下载的实验数据导入ArcGIS。由于OSM数据是.osm格式，因此导入ArcGIS之前需要将其转换为.shp格式，具体方法见：关于openstreet map的osm文件转shp文件方法（附arcgis10.2插件）

可以看到，面状数据中除了建筑物之外还有植被、水体等。因此为了实现对建筑物的简化，我们需要将建筑物单独从面状数据中筛选出来。

打开面状数据的属性表，不难发现building字段可以反应每个面是否为建筑物。因此，我们打开Select by Attribute面板，buiding <>''找出buiding字段不为空的记录，再将这些记录导出就能得到只包含建筑物的面状数据了。

三、算法实验

建筑物简化：

ArcGIS 10.2的建筑物简化工具位于Toolboxes->Cartography Tools->Generalization->Simplify Building，但我们暂时还不能进行简化。

巨坑警告！在进行建筑物简化之前，请务必确认数据的参考坐标系和投影坐标系！ArcGIS 10.2似乎不能对 **没有投影坐标系的经纬度坐标(Decimal Degrees) **下的建筑进行简化，而下载的OSM数据一般是基于WGS-84坐标系，本身没有进行地图投影，因此没有投影坐标。如果直接使用经纬度进行建筑物简化可能得到错误结果（例如下图所有建筑物变成三角形，且与容差设置无关）

因此，建议先进行下面两个步骤：

1. 改变数据的坐标系。

打开Toolboxes->Data Management Tools->Projections and Transformation->Feature->Project 工具。
其中Input Coordinate System 选项可以看到当前数据的坐标系，如果仅仅只有参考坐标系则需要进行投影。Output Coordinate System选项代表我们将要变更到的坐标系，选择Projected Coordinate System中的一种投影坐标系就好，这里我选择了Mercator投影坐标系。

现在我们得到了一个Mercator投影的建筑物面状数据。

2. 改变Data Frame的坐标系

其实完成上一步，就已经可以正常进行建筑物简化了，只需要在Simplify Building工具中导入刚才得到数据，再Simplification Tolerance选项将单位改成Meters即可。（注意：必须使用有投影坐标系的数据，再改变这里的单位，否则也可能得到错误的简化结果）。

PS：虽然经过我的测试，只要数据是Project之后的，并且容差值合适（对于经纬度而言，例如0.001），即使容差单位选择Decimal degrees，也能得到正确的简化结果。不过鉴于建筑简化工具还有关于面积的Minimum Area等参数，不太推荐使用经纬度进行简化。

因此，为了便于对简化算法结果的量算和分析，最好是在菜单栏View-Data Frame Properties中更改数据框架显示的Coordinate System，这里我把他设置成Mercator投影。这样就能够在Measure工具中以米为单位量算距离和面积了。

现在就可以正常使用Simplify Building工具对我们的建筑物数据进行简化了，让我们看看使用10m作为容差的结果。接下来只要再对结果进行分析就能完成实验啦，这里就不作讨论了。

建筑物群聚合：

ArcGIS 10.2似乎并没有直接的建筑物群聚合工具，因此，要实现建筑物群简化我们需要借助聚合面工具。

首先，需要在菜单栏的Customize-Extensions中打开Spatial Analyst功能。

然后再工具箱中找到Toolboxes->Cartography Tools->Generalization->Aggregate Polygons工具，这就是我们需要的聚合面工具。

从ArcGIS官网上我们能够了解到每个参数和选项的含义，根据我们实验的情况选择使用合适的参数即可完成建筑物群的聚合。

参数	说明	数据类型
in_features	要聚合的面要素。如果这是一个引用某个制图表达的图层，并且在输入要素中存在形状覆盖，则在聚合处理中将采用这些覆盖的形状、而不是要素形状。	Feature Layer
out_feature_class	要创建的输出要素类。	Feature Class
aggregation_distance	聚合时面要素边界间要满足的距离。必须指定一个距离，且此距离必须大于零。可以选择首选单位；默认为要素单位。	Linear Unit
minimum_area（可选）	聚合面得以保留的最小面积。默认值为零，即保留所有面。可以指定首选单位；默认为要素单位。	Areal Unit
minimum_hole_size（可选）	面要素中的孔洞得以保留的最小大小。默认值为零，即保留所有面要素中的孔洞。可以指定首选单位；默认为要素单位。	Areal Unit
orthogonality_option（可选）	指定构造聚合边界时输出要素的特征。NON_ORTHOGONAL —将创建有机形状的输出要素。这适用于自然要素，例如，植被或土壤多边形。这是默认设置。ORTHOGONAL —将创建正交形状的输出要素。此选项适用于保留人为输入要素的几何特性，例如，建筑物轮廓线。	Boolean
barrier_features[barrier_features,…]（可选）	包含在输入要素中作为聚合障碍的线要素或面要素的图层。要素不会跨障碍要素聚合。与输入要素存在几何冲突的障碍要素将被忽略。	Feature Layer
out_table（可选）	将聚合的面连接到其源面要素的一对多关系表。该表包含两个字段（OUTPUT_FID 和 INPUT_FID），分别用于存储聚合要素 ID 和其源要素 ID。使用此表根据源要素派生输出要素的必要属性。该表的默认名称为输出要素类名称加上 _tbl。默认路径与输出要素类相同。当该参数留空时，不创建任何表。	Table

最后，我们来看一下容差为30m的建筑物群聚合结果，然后对结果进行分析就好啦！