大比例尺地形圖數(shù)據(jù)接邊程序設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

劉允，劉陽(yáng)，楊釗

(天津市測(cè)繪院，天津 300381)

大比例尺地形圖數(shù)據(jù)接邊程序設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

劉允?，劉陽(yáng)，楊釗

(天津市測(cè)繪院，天津 300381)

由于大比例尺地形圖數(shù)據(jù)通常采用分幅管理模式，因此數(shù)據(jù)的接邊及檢查工作是測(cè)繪生產(chǎn)過(guò)程中必不可少的工序。文章提出了一套適用于大比例尺地形圖數(shù)據(jù)接邊的程序設(shè)計(jì)思路，從拼圖到生成格網(wǎng)、數(shù)據(jù)拼接、接邊檢查再到錯(cuò)誤定位，最后采用人機(jī)交互的方式完成數(shù)據(jù)接邊工作。文章詳細(xì)介紹了用程序?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)接邊的關(guān)鍵技術(shù)和方法以及程序在實(shí)際應(yīng)用中取得的效果。

地形圖；數(shù)據(jù)接邊；自動(dòng)匹配

1 引 言

大比例尺地形圖數(shù)據(jù)通常采用分幅管理模式，在地形圖縮編或系統(tǒng)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的作業(yè)中，我們需要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行接邊處理，以保持?jǐn)?shù)據(jù)的連續(xù)性和完整性。AutoCAD中雖然提供了拼接復(fù)線的功能，但是由于地形圖數(shù)據(jù)的編碼及屬性結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，手工拼接的效率非常低，并且在圖廓處會(huì)產(chǎn)生一個(gè)多余的節(jié)點(diǎn)，不能滿足部分地物的數(shù)據(jù)要求。因此我們?cè)O(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了一套用于地形圖數(shù)據(jù)拼接的程序，能夠快速完成接邊數(shù)據(jù)的拼接工作，極大地提高了作業(yè)效率。

2 大比例尺地形圖接邊程序設(shè)計(jì)思路

2.1 自動(dòng)接邊原則

①同一種類(lèi)地物要素且要素編碼一致。②錯(cuò)位的距離在規(guī)定的容差范圍內(nèi)。③指定的屬性能夠完全匹配。

2.2 程序設(shè)計(jì)思路

根據(jù)自動(dòng)接邊原則，結(jié)合地形圖數(shù)據(jù)自身特點(diǎn)，我們開(kāi)發(fā)了一套能夠?qū)崿F(xiàn)大比例尺地形圖自動(dòng)接邊的數(shù)據(jù)接邊程序。該程序采用程序自動(dòng)接邊與人機(jī)交互相結(jié)合的方式，能夠快速解決地形圖數(shù)據(jù)的接邊問(wèn)題。

有關(guān)地形圖符號(hào)使用的一般規(guī)定見(jiàn)文獻(xiàn)[1]，接邊流程如圖1所示。

圖1 數(shù)據(jù)接邊程序流程設(shè)計(jì)

(1)數(shù)據(jù)載入

一個(gè)區(qū)域的數(shù)據(jù)載入過(guò)程就是工作中常說(shuō)的拼圖，常用的拼圖方式有以下兩種:

①選擇文件夾路徑，程序自動(dòng)搜索數(shù)據(jù)文件循環(huán)插入到當(dāng)前作業(yè)環(huán)境；

②根據(jù)指定的區(qū)域范圍線，在指定路徑下搜索數(shù)據(jù)文件并插入到當(dāng)前作業(yè)環(huán)境。

(2)生成格網(wǎng)

在接邊處自動(dòng)生成格網(wǎng)可以快速反映接邊分布情況，使作業(yè)員對(duì)接邊位置一目了然。格網(wǎng)可以進(jìn)行編輯，這樣能夠使接邊區(qū)域靈活可控，以滿足局部接邊的需要。

(3)數(shù)據(jù)拼接

數(shù)據(jù)拼接是整個(gè)程序的核心部分。數(shù)據(jù)通常包含點(diǎn)、線、面三種類(lèi)型，而地形圖數(shù)據(jù)中沒(méi)有面的概念，面都是由閉合線構(gòu)成的，點(diǎn)又不存在拼接的問(wèn)題，所以地形圖的拼接可以轉(zhuǎn)化為線狀數(shù)據(jù)的拼接問(wèn)題。

線的拼接需要滿足以下條件:

①線的端點(diǎn)到網(wǎng)格線的距離在誤差允許的范圍內(nèi)。

②相鄰圖幅內(nèi)同一點(diǎn)位可以找到同編碼的線。

③兩條線的屬性完全一致。

(4)接邊檢查

數(shù)據(jù)拼接完成后配合接邊檢查程序，查找接邊格網(wǎng)線上是否還存在地物的端點(diǎn)，如果有，則做出標(biāo)記。

(5)錯(cuò)誤定位

根據(jù)標(biāo)記快速定位到未接邊的區(qū)域，此時(shí)需要作業(yè)員分析數(shù)據(jù)接邊情況，確實(shí)需要拼接的手動(dòng)拼接，以人機(jī)交互的方式完成最后的接邊工作。

3 關(guān)鍵技術(shù)

3.1 單線格網(wǎng)技術(shù)

程序沒(méi)有使用圖廓線直接作為接邊格網(wǎng)，而是運(yùn)用單線網(wǎng)格技術(shù)在相鄰圖幅接邊處生成一根直線作為接邊格網(wǎng)。單線格網(wǎng)技術(shù)的兩大優(yōu)勢(shì):

圖2 單線格網(wǎng)

①能夠大幅提高地物匹配效率。

以一幅圖需要接4個(gè)邊，每個(gè)邊需要接50個(gè)地物為例。使用圖廓整體選擇接邊實(shí)體為200個(gè)，循環(huán)比較，需要比較4萬(wàn)次；而使用單線進(jìn)行選擇僅有50個(gè)接邊實(shí)體，需要比較2 500次，4個(gè)邊共需比較1萬(wàn)次，運(yùn)算次數(shù)僅為之前的1/4，匹配效率提高了4倍。

②化繁為簡(jiǎn)，避免因地物多次匹配給接邊造成的不便。

在大比例尺地形圖中存在著地物跨圖廓的情況。如果用圖廓線做整體選擇，如圖2，當(dāng)同一地物橫跨1、2兩個(gè)圖廓邊時(shí)，經(jīng)匹配運(yùn)算可以確定a、b、c為同一地物。這時(shí)就需要判斷3個(gè)實(shí)體的連接順序和方向再進(jìn)行拼接，計(jì)算過(guò)程比較復(fù)雜。使用單線格網(wǎng)就可以有效地解決這個(gè)問(wèn)題，當(dāng)同一地物橫跨1、2兩個(gè)圖廓邊時(shí)，先用1號(hào)網(wǎng)格線作選擇，經(jīng)匹配運(yùn)算確定a、b為同一地物，連接a、b生成新實(shí)體d；再用2號(hào)網(wǎng)格線作選擇，經(jīng)匹配運(yùn)算確定c、d為同一地物，最后將c、d拼接起來(lái)，完成地物整體的拼接。

3.2 地物匹配與拼接

(1)地物匹配

①將實(shí)體按照坐標(biāo)和圖幅進(jìn)行分類(lèi)

利用單線格網(wǎng)做緩沖區(qū)選取地物，對(duì)集合中的記錄逐條進(jìn)行分析，根據(jù)實(shí)體落在網(wǎng)格線上的點(diǎn)位將記錄分組，可以獲得每個(gè)點(diǎn)位上的所有實(shí)體的ID信息。然后再根據(jù)實(shí)體的坐標(biāo)將數(shù)據(jù)進(jìn)行分幅處理得到A、B兩個(gè)集合。

圖3 數(shù)據(jù)分類(lèi)示意圖

判斷實(shí)體位于格網(wǎng)線哪一側(cè)的方法如下:

取實(shí)體上一點(diǎn)P坐標(biāo)為(xp，yp)，取格網(wǎng)線首點(diǎn)坐標(biāo)為(x1，y1)、尾點(diǎn)坐標(biāo)為(x2，y2)，設(shè)格網(wǎng)線方向是由首點(diǎn)到尾點(diǎn)的方向，若直線方程記為Ax＋By＋C＝0，則有:

此時(shí)D＝A×xp＋B×yp＋C

若D＜0，則實(shí)體在格網(wǎng)線的左側(cè)；若D＞0，則實(shí)體在格網(wǎng)線的右側(cè)。

②同一點(diǎn)位實(shí)體進(jìn)行循環(huán)匹配

取A集合中的實(shí)體a記錄其各項(xiàng)屬性信息，在B集合中循環(huán)搜索與之相匹配的地物并記錄下實(shí)體的ID號(hào)。如果B集合中僅有一個(gè)實(shí)體b與a相匹配，則可以確定a、b為同一地物；如果B集合中有多個(gè)實(shí)體與a相匹配，則需要做進(jìn)一步的坐標(biāo)匹配——即判斷兩實(shí)體的首尾點(diǎn)坐標(biāo)相連，才可以確定a、b為同一地物。

(2)實(shí)體類(lèi)型的轉(zhuǎn)換

表示地物邊線的實(shí)體主要包含多段線、二維多段線、直線和弧四種類(lèi)型，由于不同類(lèi)型實(shí)體所擁有的屬性和方法各不相同。為了便于對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行操作處理，先將數(shù)據(jù)統(tǒng)一轉(zhuǎn)化為多段線。程序使用C＃語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)，有關(guān)C＃語(yǔ)言的使用方法詳見(jiàn)文獻(xiàn)[2]。

判斷圓弧時(shí)針?lè)较虻姆椒?取圓弧首點(diǎn)P0坐標(biāo)為(x0，y0)、中點(diǎn)P1坐標(biāo)為(x1，y1)、尾點(diǎn)P2坐標(biāo)為(x2，y2)；計(jì)算P0 P1叉乘P0 P2，為正則為逆時(shí)針，為負(fù)則為順時(shí)針。

多義線的凸度即為所在弧段對(duì)應(yīng)圓心角四分之一的正切值。AutoCAD中約定:凸度為零是直線頂點(diǎn)，它與下一個(gè)頂點(diǎn)連接為一直線；凸度不為零是圓弧頂點(diǎn)，它與下一個(gè)頂點(diǎn)連接為一圓弧；凸度值為負(fù)表示順時(shí)針圓弧，凸度值為正表示逆時(shí)針圓??；凸度絕對(duì)值小于1表示圓心角小于180°，凸度絕對(duì)值大于1表示圓心角大于180°。

(3)坐標(biāo)連接

將兩條線的坐標(biāo)進(jìn)行連接可以分為首首相連、首尾相連、尾首相連和尾尾相連四種情況。此外還應(yīng)該注意以下幾點(diǎn):

①保持線的方向不能變。

②由圖廓裁切造成的多余節(jié)點(diǎn)在拼接時(shí)應(yīng)去掉。

③首尾點(diǎn)互相連接的環(huán)狀實(shí)體，應(yīng)去掉多余節(jié)點(diǎn)生成完全閉合的新實(shí)體。

4 應(yīng)用實(shí)例

在保證原始數(shù)據(jù)接邊的情況下，以一個(gè)象限25幅1∶2 000比例尺地形圖為例，共有40個(gè)邊需要拼接，若每個(gè)邊需要拼接100個(gè)地物，則共需拼接4 000次。使用該數(shù)據(jù)拼接程序，從拼圖到完成檢查共用時(shí)8 min，檢查出未拼接的地物10處，使用定位工具配合人工分析作業(yè)，15 min即可完成整個(gè)象限的數(shù)據(jù)拼接工作。

圖4 數(shù)據(jù)拼接程序主界面

5 結(jié) 語(yǔ)

用這套方法處理地形圖數(shù)據(jù)接邊問(wèn)題，從拼圖→生成格網(wǎng)→數(shù)據(jù)拼接→接邊檢查→目標(biāo)定位，整個(gè)流程非常清晰，操作極為簡(jiǎn)便，程序的運(yùn)算速度非常快，數(shù)據(jù)拼接的成功率非常高，能夠極大地提高作業(yè)效率。

[1] 霍春玲，劉達(dá).AutoCAD數(shù)據(jù)接邊檢查自動(dòng)化的實(shí)現(xiàn)[J].測(cè)繪工程，2006，15(4)

[2] 曹健，李國(guó)忠，徐效波等.基于ArcGIS Engine的多幅數(shù)字地形圖接邊算法研究[J].測(cè)繪與空間地理信息，2010，33 (2)

[3] 劉慶元，周容.一種基于ArcGIS Engine的線狀圖幅接邊方法[J].計(jì)算機(jī)時(shí)代，2008(2)

[4] 張贏，汪容峰，廖學(xué)軍.數(shù)字地圖圖幅接邊的虛拼接算法[J].計(jì)算機(jī)工程與設(shè)計(jì)，2010(16)

[5] GB/T 20257.1－2007國(guó)家基本比例尺地圖圖示第一部分:1∶500、1∶1000、1∶2000地形圖圖式[S].

[6] Karli Watson，Marco Bellinaso等著，康博譯.C＃入門(mén)經(jīng)典[M].清華大學(xué)出版社，2002

中海達(dá)進(jìn)軍全站儀市場(chǎng)

(本刊訊)2012年2月6日，中海達(dá)發(fā)布公告稱(chēng)，為彌補(bǔ)公司在全站儀等光電測(cè)繪產(chǎn)品領(lǐng)域的業(yè)務(wù)空白，完善公司產(chǎn)品鏈，公司擬使用2，612.5萬(wàn)元的超募資金增資蘇州迅威光電科技有限公司(簡(jiǎn)稱(chēng)“蘇州迅威”)。此次增資完成后，中海達(dá)持有蘇州迅威61.75%股權(quán)，蘇州迅威成為中海達(dá)的控股子公司。

蘇州迅威主要從事制造和銷(xiāo)售光電測(cè)角傳感器、自動(dòng)安平控制器；光電儀器裝配、維修及相關(guān)產(chǎn)品的技術(shù)開(kāi)發(fā)和咨詢服務(wù)。以全站儀、激光測(cè)距裝置、絕對(duì)編碼測(cè)角裝置等光電產(chǎn)品的研發(fā)、生產(chǎn)與銷(xiāo)售為主營(yíng)業(yè)務(wù)。此前，蘇州迅威主要以O(shè)DM模式向主要客戶蘇州一光儀器有限公司供貨。中海達(dá)入主后，將改變蘇州迅威單一的ODM模式，充分利用公司現(xiàn)有銷(xiāo)售渠道和經(jīng)銷(xiāo)商資源以及公司自有品牌進(jìn)行業(yè)務(wù)拓展，在2012年～2014年力求保持快速增長(zhǎng)，提升全站儀及其他系列光電測(cè)繪產(chǎn)品的產(chǎn)能規(guī)模。

中海達(dá)認(rèn)為，此次投資主要目的在于，全站儀存在較好的進(jìn)入機(jī)會(huì)和增長(zhǎng)空間；能拓寬中海達(dá)產(chǎn)品線及銷(xiāo)售渠道；能充分整合雙方的優(yōu)勢(shì)資源。中海達(dá)表示，借助與蘇州迅威的資本層面合作，可以迅速進(jìn)入光電測(cè)繪儀器市場(chǎng)，從而與原有的GNSS業(yè)務(wù)形成有效互補(bǔ)，產(chǎn)生顯著協(xié)同效應(yīng)；并可通過(guò)拓寬產(chǎn)品線進(jìn)一步加快銷(xiāo)售隊(duì)伍及銷(xiāo)售渠道的建設(shè)，而且蘇州迅威具有一定的技術(shù)優(yōu)勢(shì)和生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，能“以點(diǎn)帶面”使公司獲得光電測(cè)繪產(chǎn)品業(yè)務(wù)快速增長(zhǎng)機(jī)會(huì)，有效提升公司業(yè)績(jī)。

The Design and Implementation of Large－scale Topographic Map Data Splicing Program

Liu Yun，Liu Yang，Yang Zhao
(Tianjin Institute of Surveying and Mapping，TianJin 300381，China)

As large－scale topographic map data usually framing management，so the checking of edge matching and data splicing is necessary for surveying and mapping production.This paper presents design ideas of large－scale topographic maps data splicing program，from load data to generate grids，data splicing，edge checking，then to locate the problem，and finally finish working by Man－machine interactive ways.The article details the key technologies and methods of data splicing program，and procedures in the practical application of the results.

Topographic map；Data splicing；Automatic matching

2011—08—05

劉允(1980—)，女，工程師，主要從事數(shù)據(jù)處理與軟件開(kāi)發(fā)工作。

1672－8262(2012)01－65－03

P228.1

B