第二次土地調查圖件自動標注方法探索

周宇陽

摘要：全國第二次土地調查圖件的手工制作方法工作量非常大，錯誤難以避免，所以實現(xiàn)自動化標注是必要的。由于面狀要素情況復雜，已有算法效果不理想，作者提出了基于最大空間的空間擠壓算法。經實踐生產檢驗，該算法對土地利用圖件的編號與符號自動標注效果良好。

關鍵詞：土地利用現(xiàn)狀圖；圖斑號；地類符號；空間最大點；擠壓

0引言

在全國第二次土地調查（以下簡稱二調）工作中，圖件制作是非常重要的內容之一。一般情況下，地圖的標注可以分為三類：點特征的標注（例如城市、山峰，土地利用圖中的地類符號和圖斑號）、線特征的標注（例如河流、道路）以及區(qū)域特征的標注（例如海洋或者國家，土地利用圖中的圖斑）。點和線的自動標注研究較多，也有較成熟的算法。而面狀要素情況復雜，針對面狀要素標注產生了多種算法。這些算法經過了實踐應用被證明行之有效，但由于土地利用圖件是特殊的土地專題圖件，圖面情況很復雜，常用的標注方法在處理形狀規(guī)則、面積大小適中的區(qū)域時效果不錯，但是在處理狹長區(qū)域，不能按比例擺放標注內容，U形區(qū)、環(huán)形區(qū)、樹枝狀區(qū)、區(qū)內有空洞等異形區(qū)域，空間過小、要標注到區(qū)外等一些情況時會發(fā)生困難。

1基于最大空間擠壓的方法

二調要求提交的圖件成果主要有土地利用現(xiàn)狀圖、坡度分級圖、基本農田分布圖以及部分大比例尺的掛圖等，土地利用現(xiàn)狀圖是所有圖件的基礎與重點，具有典型的特點。在土地利用現(xiàn)狀圖上，權屬拐點、線狀地物寬度注記是固定位置和大小的，權屬名稱、小地名、河湖路名等，情況復雜且工作量不算大，可以先標注好。工作量最大的就是圖斑號和地類符號的標注，而它們都是對圖斑區(qū)的標注。本文以土地利用現(xiàn)狀圖為例，利用基于最大空間擠壓的方法解決圖斑號和地類符號的標注，過程如下：

1.1 生成限制條件

將圖上所有的線收集，包括權屬界線、線狀地物、地類界線、已畫好的指引線等，新標注的內容不能和這些線有重疊。為方便下面的描述，將這一線集合稱為“線限制”。

將現(xiàn)有的點內容生成外包多邊形，新標注的內容將不能在此類多邊形內部標注，也不能和它們有重疊。為方便描述，將這一多邊形集合稱為“點限制”，如下圖：

挑出有圖案的區(qū)，比如城市、建制鎮(zhèn)和農村宅基地等，除了本圖斑的圖斑號，其他圖斑的圖斑號不宜標注在其中，因為圖案會使指引線看不清。為方便描述，將這一多邊形集合稱為“區(qū)限制”。

將要標注的內容生成外包多邊形并找到其中心點，中心點就是要標注位置的坐標。土地利用圖件中的幾十種地類符號形狀各不相同，要準備好所有地類符號的外包絡線，用來驗證地類符號標注后會不會和其他要素重疊。

1.2 分析要標注的圖斑區(qū)的情況

按面積從小到大將圖斑排序，先處理面積小的圖斑。因為小圖斑要將圖斑號標注在區(qū)外，占用其他圖斑的空間，周邊其他圖斑很可能不是小圖斑，有足夠的空間。如果先標注了大圖斑，則有可能占用小圖斑將要在圖斑外標注的位置。那么圖斑區(qū)的標注情況有幾種類型：

情況①：面積很小的，只能將地類符號標在區(qū)內，圖斑號要用指引線引出；

情況②：面積再大一點，圖斑號和地類符號都要標在區(qū)內，但是要指定特殊的點才能將二者標下并且保持美觀。這些圖斑中每個標注內容都只要標注一次就能達到效果，而不會太稀疏以至在很大的地方留白使讀圖時找不到；

情況③：面積更大的圖斑，要求標注多個圖斑號和地類符號，還要按規(guī)則排列；

情況④：圖斑區(qū)用圖案來表示地類的，就不需要標注地類符號，只要標注圖斑號。

1.3 圖斑的標注處理

情況①和④有個共同點，就是圖斑區(qū)內只要標注一個內容，我們先做這個處理。根據(jù)今天提出的算法的要求，要求出當前圖斑的內部空間最大的那個點。其實這也是一個特定的幾何問題，圖斑區(qū)的邊實際是一個多邊形，求一個任意多邊形內空間最大的點，就是求它的最大內切圓，也可說是找到這個多邊形里面能夠放進的最大的圓的圓心。求這個最大的圓有許多種算法，可以根據(jù)情況來選用。這里列出一個可以精確求出坐標的方法：將多邊形的所有邊組合為三角形，求出所有三角形的內切圓，再舍去與邊相交的圓，剩下的圓中面積最大的圓的圓心就是我們要找的坐標。當然這個方法用在邊數(shù)過多的多邊形上會變慢。比如有30條邊的多邊形，組合出C（30,3）=30!/((30-3)!*3!=4060 個三角形，如果有100條邊，則要組合出161700個三角形。

求出了這個空間最大的點，就可以檢驗要標注的內容能不能放進圖斑內而不壓蓋其他內容。如果可以，就可以確定標注下來；如果不能，就要標注到區(qū)外。下面處理要標注到區(qū)外的情況。

先設定標出區(qū)外的內容邊緣與此區(qū)邊緣的距離，找到標注內容中心點在區(qū)外的可標注點連成的線，再找到這條線的中心點，這一點是空間最大的點，也就是標注點。

情況②的處理是關鍵，要使標注在區(qū)內的兩點都得到最大的空間，方法如下：

先求出一個最大內切圓的圓心，在這一點上先標注一個點，得到這一點的外包絡線后加入到“點限制”；然后再對這個圖斑求空間最大點，由于剛才增加了一個點，現(xiàn)在的這一點會定在靠邊緣一點。把上一個點的“點限制”清除，將現(xiàn)在點的外包絡線加入到“點限制”。然后重復這一過程幾次，會得到較接近精確的兩個點。這個問題實際是求一個任意多邊形怎樣插入兩個最大的圓（這兩個圓的半徑因為標注內容的大小不同而有所不同，但是兩個標注包絡線邊緣，到包含它們的多邊形邊緣的距離相等，這個距離也等于兩個標注包絡線邊緣距離的一半）。這一過程如下列圖示：

因為得到這兩個點的過程就像是兩個點爭相擠占空間，最后得到平衡的過程，所以命名為“基于最大空間擠壓的方法”。用這個方法也可以處理圖斑區(qū)內要標注多個不同內容點的情況，只是數(shù)目大的時候會很慢。

情況③其實與本方法沒有關系，這種情況的圖斑面積很大，只要以一定的密度用蜂巢狀陣列要標注的內容即可；如果是很長的圖斑如高速公路，只要間隔一定的距離標注即可。

1.4 不能標注的情況

有一小部分的圖斑由于本身面積很小或形狀不適合，不能標注在圖斑內部，但是外部的圖斑也很密集，也不能提供標注的空間，所以上述方法無法自動標注，這種情況，要做好記錄，留待人機交互來處理。

2結語

本方法的應用范圍不限于土地利用圖件，所有根據(jù)屬性標注一個到多個點（兩個以上的點也可以加入擠壓）的情況都可以得到不錯的效果。本方法最大優(yōu)點是標注排列角度非常自然，沒有人為擺放時的呆板。