數(shù)字地圖要素關(guān)系自動處理算法設(shè)計與實現(xiàn)

于 蕾, 汪 軍, 桑 渤

(中國人民解放軍72946部隊， 山東 淄博 255000)

隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，全數(shù)字化制圖已經(jīng)成為地理信息數(shù)據(jù)的一種主要的生產(chǎn)方式.數(shù)字測圖是地形圖測繪的發(fā)展方向,它具有高精度的特點,同時由于市場上出現(xiàn)了各種測繪軟件的開發(fā)與應(yīng)用,使得數(shù)字地圖的各種獲取方法變得更加準(zhǔn)確且簡便易行[1].然而在實際的作業(yè)生產(chǎn)特別是地圖出版過程中，數(shù)字測圖提供的原始數(shù)據(jù)中的要素間存在著各種不符合制圖圖示規(guī)定和影響地圖美觀的關(guān)系錯誤，而且這種錯誤需要作業(yè)員憑借作業(yè)經(jīng)驗來一一手動處理，這在很大程度上影響了成圖速度和成圖質(zhì)量.

結(jié)合自身生產(chǎn)實際，提出了在數(shù)字地圖出版過程中，要素關(guān)系自動處理的算法，并在此基礎(chǔ)上，開發(fā)了相應(yīng)的關(guān)系處理工具并進(jìn)行了應(yīng)用，提高了數(shù)字制圖自動化水平，縮短了成圖時間，提高了作業(yè)效率.

1 方法分析

外業(yè)測量后，因為測量時間和其他原因，測量原始成果的符號規(guī)格、要素間關(guān)系、注記位置等都比較粗糙、簡略，不符合印刷要求，必須按照《圖式》及有關(guān)規(guī)定進(jìn)行工藝加工和技術(shù)處理，制作符合相關(guān)要求的出版印刷原圖.

對于出版原圖來說，圖面效果是否清晰美觀，是一幅地圖質(zhì)量好壞的一個重要判斷依據(jù).這就要求處理好圖上各要素之間的相互關(guān)系，關(guān)系處理的目的就是為了避免次要要素與重要要素的符號發(fā)生沖突，對次要要素和符號進(jìn)行移位處理，把相互之間的要素關(guān)系交待清楚.因此，地物要素關(guān)系編輯處理也就成了地圖出版作業(yè)的一項重要內(nèi)容[2].

一幅地圖的地圖要素以點、線、面三種形式表示在地圖上.而要素的關(guān)系也可以簡單的分解成點、線、面之間的關(guān)系，主要有點點關(guān)系、點線關(guān)系、點面關(guān)系、線線關(guān)系、線面關(guān)系和面面關(guān)系[3].

點狀要素分為實體點和方向點，用平面上的一個點就可以表示它在圖上位置，因此其與其他點、線、面的關(guān)系都比較簡單，只要移動定位點，其關(guān)系就能明確的表示出來.

線狀要素則可以用中心定位軸線(有序點串)表示線狀要素的圖上位置和延伸走向.與其他線、面要素關(guān)系，則是通過要素上每個點位體現(xiàn)出來.

面要素可以用外圍輪廓(閉合的有序點串)表示面狀要素的圖上位置和分布范圍，因此面要素也可認(rèn)為是始末結(jié)點重合的線要素，其關(guān)系類似于線要素與其他要素的關(guān)系處理[4].

通過以上分析，將地圖圖面要素關(guān)系就概略的歸納為兩條線之間的關(guān)系.此處我們不考慮對要素進(jìn)行化簡概括，僅處理其之間的相對關(guān)系.對要素移位處理前，必須首先建立要素的優(yōu)先級別和移動順序.其過程大致可分為以下幾個步驟：(1)檢查圖上是否有明顯的圖形重疊；(2)計算位移的方向和大小；(3)移開次要的要素，驗證位移后的效果；

此處的位移不是對整個要素的移動，而是通過對兩個要素進(jìn)行計算，確定其交疊的部分，然后對交疊的部分進(jìn)行分析處理，使其滿足地圖制圖的要求.

在實際的數(shù)字地圖生產(chǎn)中，為了提高成圖的速度與成果質(zhì)量，我們以作業(yè)中使用的MicroStation V8為作業(yè)平臺，利用Visual C++進(jìn)行mdl二次開發(fā)實現(xiàn)，供以該平臺為數(shù)字地圖生產(chǎn)作業(yè)工具的用戶調(diào)用.MicroStation在管理地理數(shù)據(jù)庫方面具有得天獨厚的強大功能.包括直線、折線、曲線、封閉線、符號和注記等，每個要素都有如顏色、線型、線寬、層信息等屬性.坐標(biāo)系統(tǒng)可以是二維或三維的，根據(jù)需要在開始作圖前選擇種子文件定義，許多轉(zhuǎn)換程序可以用于其他的CAD及制圖系統(tǒng)[5].

2 實現(xiàn)過程

要素圖上間隔小于0.2mm時，人眼不易區(qū)分，因此將兩要素的交疊部分間隔移開0.2mm的間隔.設(shè)想將兩個要素要分開0.2mm的間隔，要求次要要素除去與主要要素相交的點外每個點到主要要素上的最近距離應(yīng)該在0.2mm以上.分兩步進(jìn)行移位，如圖1所示.

圖1 算法流程圖

2.1 確定間隔

采用兩種方法確定：一是輸入設(shè)定，設(shè)定后軟件以此間隔作為兩要素中心線的間距比較值；二是建立控制表，記錄要素的線型和線寬的對應(yīng)表，在選擇要素后，從控制表中獲得線寬，計算出兩要素離開0.2mm的圖面距離時中心線的間隔，中心線的間隔(dis)=次要要素的線寬(WidthC)/2+主要要素的線寬(WidthZ)/2+0.2mm的圖面間隔.

2.2確定要素的移動方向

將主要要素A和次要要素B的坐標(biāo)分別提出，將次要要素的每一點依次計算到主要要素的最近距離點，此兩點的連線必定垂直于A上此點的切線方向，兩點連線方向則為A上此點的法線方向，按此方向移動要素B上的點，則能以最快的速度，使兩要素分開設(shè)定的間隔.根據(jù)計算結(jié)果，要素B上此點與要素A的關(guān)系主要有以下三類，我們分別采取了不同的處理辦法：

(1)要素B上此點與要素A的最短距離大于dis，此時說明兩要素在此點方向上的距離足夠大，出圖后不會產(chǎn)生要素重疊，因此我們不需要移動此點.

(2)要素B上此點與要素A的最短距離等于0,此時說明此點為兩要素的交點，則此點應(yīng)該在要素A上，此時不對其進(jìn)行移動.

(3)要素B上此點與要素A的最短距離小于dis，此時說明出圖后，兩要素在此點處會粘連而影響圖面效果，為此需要移動上此點，移動距離= dis-兩點間的距離(dDis)，移動后以新坐標(biāo)生成要素.

依次循環(huán)，對要素B上的每個點進(jìn)行處理，得到的則是新要素的中心線坐標(biāo)，以此坐標(biāo)按原要素屬性重新生成要素B′，以動態(tài)顯示的效果提供給作業(yè)人員查看，如果處理效果達(dá)到要求，只是單擊左鍵，完成新要素B′與要素B的替換.

3 應(yīng)用實例

如圖2所示，這是使用的MicroStation V8為作業(yè)平臺，利用Visual C++進(jìn)行mdl二次開發(fā)實現(xiàn)的，軟件將兩線性要素關(guān)系處理方法分為4類：整體平移、相離、部分平移、共邊.作業(yè)人員通過圖上兩要素之間的關(guān)系，選擇相應(yīng)處理方法，然后選擇要素進(jìn)行關(guān)系處理.

3.1 整體平移

圖2 軟件運行界面

兩要素間相離的距離設(shè)定后，選擇圖上想要移動的要素，移動鼠標(biāo)，選中的要素會跟隨鼠標(biāo)移動，位置合適時，用鼠標(biāo)確定完成要素的移動，如圖3所示.

圖3 整體平移

3.2 相離

設(shè)定兩要素間相離的距離，然后選擇主要要素，再選擇次要要素，移動鼠標(biāo)，軟件自動將次要要素上靠近主要要素的點移動指定的距離，從而使兩要素相離，如圖4所示.

圖4 要素相離

3.3 部分平移

當(dāng)一面狀要素與形狀為曲線的線狀要素距離較近時，用相離的方法處理，會導(dǎo)致與面狀要素相鄰近部分的線狀要素變?yōu)橹本€，此時為了保持線狀要素的原有形狀特征，對線狀要素一定范圍內(nèi)的點都進(jìn)行移動，移動后，要素能保持原有形狀，所以在高級設(shè)置中可以設(shè)置需要移動的線狀要素的點的范圍，如圖5所示.

圖5 部分平移

3.4 共邊

確定需要共邊的兩個要素，選擇次要要素，然后選擇主要要素上需要共邊的第一個點，移動鼠標(biāo)，軟件會自動沿鼠標(biāo)移動方向?qū)梢刂睾系揭黄饘崿F(xiàn)共邊，直到兩要素不需要共邊的位置，用鼠標(biāo)確定或取消，如圖6所示.

圖6 要素共邊

4 分析評價

本算法根據(jù)相關(guān)地圖圖示的要求對地圖要素的

關(guān)系處理進(jìn)行了量化，而且在軟件的實現(xiàn)過程中通過計算機計算進(jìn)行控制，在生產(chǎn)過程中大大提高了地圖出版的精確化水平，在提高作業(yè)效率的同時有效的控制了成圖質(zhì)量.實踐證明該軟件運行穩(wěn)定，界面人性化，操作方便，能快速、準(zhǔn)確的處理出版過程中遇到的要素關(guān)系處理這一棘手的作業(yè)問題，受到了一線作業(yè)人員的好評.

5 應(yīng)用前景

在相關(guān)單位系列比例尺地形圖生產(chǎn)及其它數(shù)字地圖地圖生產(chǎn)任務(wù)中，該工具已經(jīng)廣泛應(yīng)用到實際生產(chǎn)中，有效的提高了地圖出版過程中的自動化水平，提高了工作效率.而基于該算法，我們可以根據(jù)不同的作業(yè)平臺開發(fā)相應(yīng)的處理工具，供相應(yīng)的平臺調(diào)用，從而使該軟件更好的服務(wù)于各個平臺，以完善地圖數(shù)字化生產(chǎn)的工藝流程，提高成果質(zhì)量，它的完善對于各個比例尺的地形圖、專題圖的制作出版將會發(fā)揮更大的作用.

[1] 蔡林,李學(xué)義.應(yīng)用數(shù)字測圖中的幾點體會[J].黑龍江水利科技，2005(1)：23-23.

[2] 王家耀,孫群.地圖學(xué)原理與方法[M].北京：科學(xué)出版社，2006.

[3] 劉紀(jì)平.地圖數(shù)據(jù)庫圖形輸出中要素關(guān)系處理[J].測繪學(xué)報，1994，23(3):222-223.

[4] 王光霞.地圖設(shè)計與編繪[M].北京：測繪出版社，2011.

[5] 許斌,宋宏偉,于燕青,等.基于Microstation的數(shù)字測圖軟件及使用[M].北京：解放軍出版社，2001.