針對等高線和線狀地物的自動接邊方法研究

甘 俊

(鐵道第三勘察設計院集團有限公司， 天津 300251)

針對等高線和線狀地物的自動接邊方法研究

甘 俊

(鐵道第三勘察設計院集團有限公司， 天津 300251)

分析地圖形接邊過程中的各種情形，以解決等高線和線狀地物接邊為出發點 研究出一套針對等高線和線狀地物自動接邊的處理方案，并基于ObjectARX+VS2002進行CAD二次開發。生產應用證明，本方法可以實現地形圖接邊工序50%以上工作的自動化，有效避免漏接情形，使接邊工序效率提高70%以上。

自動接邊 ObjectARX 地形圖編輯

地形圖制作主要由立體采集、地形圖編輯、質量檢查三步驟組成，在地形圖編輯時，將待編地形圖與既有地形圖成果進行接邊是開展工作的重要步驟。除了在地形圖編輯中需要涉及大量地形圖接邊外，在鐵路工程中不同制圖單位之間的供圖結合，以及不同時期地形圖結合應用時，接邊也是最常見的工作之一。目前采取手工作業方式實現地形圖接邊工作是常用方法，這種作業方式容易產生漏接現象，且工作量極大，占據了地形圖編輯工序20%～30%的工作量。

目前商用的軟件系統ArcGIS，CASS，FME等都具備強大的地形圖接邊功能[1-3]，通過設置接邊對象距離閾值和角度閾值的方式可以實現手動、自動兩種作業方式的接邊，基本可以滿足鐵路工程制圖應用的需要。但仍略有不足：其一，現有的地形圖編輯平臺大都基于CAD二次開發而成，Arcgis FME等非CAD基礎平臺開發的系統對于鐵路制圖通用的dwg格式以及制圖規范兼容性不夠好，且平臺轉換影響了生產效率的提高。其二，鐵路工程用圖存在大量補測圖工作，提交成果具備周期性。因此，有必要保證成果的唯一性。各類常用的接邊軟件在接邊后通過將接邊對象與待接邊對象合為一個整體，不利于保證成果的唯一性。其三，現有的各類接邊雖然功能強大，但仍然需要人工選擇接邊與待接邊對象，尤其二者對象有交叉情形下，通過手工選擇接邊對象顯然不是好的作業方式。

結合上述分析，結合鐵路工程制圖應用的需求，通過對地形圖接邊元素和接邊情形的細化分析，研究一種基于ObjectARX語言的地形圖自動接邊技術，并以實驗應用證明該方法在鐵路工程制圖應用中的有效性。

1 地形圖接邊分析

地形圖接邊涉及等高線、地物等所有元素，分析可知，接邊工作中出現錯位現象為最普遍的情形，目前主流的接邊方法包括平均法、強制法、優化法等都可實現，其結果具有唯一性，技術實現更容易；而對于填充體、房屋等復雜符號的接邊則需要涉及模式識別等技術的輔助，其開發較為困難，如房屋的接邊處存在錯位時，接邊即存在不確定性，難以簡單用平滑處理方式處理。

在地形圖接邊中，線狀地物與等高線接邊處理方案類似，考慮到程序實現的可行性和接邊工作量，地形圖自動接邊技術應以解決等高線和線狀地物接邊為突破點，實現無需逐對象選擇情形下的全自動接邊，且保證接邊對象的獨立性，滿足鐵路工程制圖需要。

2 等高線和線狀地物自動接邊方案分析

等高線和線狀地物接邊的關鍵有四點：其一，實現無需逐對象選擇的接邊等高線與線狀地物具體對象ID的確定；其二，確定普通情形下的接邊方案；其三，一對多、多對一等復雜情形下的接邊處理；其四，對于輕微錯位情形的等高線與線狀地物接邊后處理。

2.1 接邊對象集合求解

地形圖原始采集過程必須兼顧地形圖圖式規范的要求，因此原始采集的等高線和線狀地物在單幅圖例中并非完全連續，會存在同一高程等高線存在多個對象、同一連續線狀地物多處斷開(如電力線的入地和出地)的情形，僅僅依靠距離閾值方法對進行自由匹配接邊會極大增加計算量和匹配出錯的幾率。由于地形圖接邊過程僅針對接邊圖與待接邊圖相鄰處的等高線和線狀地物對象，因此剔除不滿足接邊條件的對象，后期再進行自由匹配接邊，即可極大降低出錯的幾率。

接邊等高線與線狀地物對象集合求解的思路為：(1)分別建立待接邊圖幅和接邊參考圖幅等高線與線狀地物對象的結構體數組，為每個對象設置對象ID、起始端點標示符及終止端點標示符等屬性。(2)利用兩層條件限制獲取接邊等高線對象集合，即首先通過剔除同坐標端點的方式來排除部分不參與接邊對象的端點；然后進行距離閾值篩選，以待接邊圖幅中的等高線對象為參照，將每個端點與接邊參考圖幅等高線對象中所有端點進行同高程處比較，獲取所有極小距離值對應的參考圖幅等高線對象端點，作為參考圖幅的最終接邊等高線對象集合；接著以參考圖幅的最終接邊等高線對象集合為參照，反向進行閾值篩選，求取待接邊圖幅的最終接邊等高線對象集合。(3)利用最短距離法和線狀地物走向條件求取接邊線狀地物對象集合。由于線狀地物走向單一，采取該兩層限制條件進行類似等高線的正反向閾值篩選后，得到的接邊線狀地物對象集合準確度會更高。

2.2 常見情形下的接邊對象確定

經過正反向距離閾值篩選后的接邊等高線與線狀地物對象集合的元素數量已精簡，可通過自由匹配方式進行接邊處理，即對于每個待接邊等高線對象集合中的端點元素，以等高程和距離最小值雙重條件來選取正確的接邊點，并進行端點連接；線狀地物對象由于缺乏高程屬性，則可以圖層名稱屬性加距離最小值，形成閾值條件來獲取正確的接邊端點。

2.3 復雜情形下的接邊處理

對于等高線和線狀地物對象而言，除了通常的一對一情形接邊外，還存在復雜的一對多、多對一、多對多接邊情形，此時采取常見情形下的作業方案對“多對一”情形接邊時，會增大接邊錯誤的概率。因此，對于復雜情形下(以多對一為例)的接邊處理需要兼顧考慮單個等高線與線狀地物對象的起始端點和終止端點都位于接邊對象集合中的特殊情況，避免出現交叉與同點接邊的錯誤情形。

根據接邊唯一性的特點，對于交叉接邊的處理可通過交換結點方式來糾正，即將同一等高線和線狀地物對象的起始、終止端點與其對應的接邊端點對象進行調換后，進行重新接邊連接；對于同點接邊的情形，利用接邊后斜率變化值閾值剔除錯誤的接邊，即認為接邊處斜率變化差值極小時為正確接邊對象，然后對錯誤接邊端點對象重新進行接邊。

2.4 接邊后平滑處理

地形圖接邊中輕微錯位的情形在新舊圖接邊及不同加密成果所測地形圖之間較為普遍，基于保持成果唯一性和合理性原則，對接邊部位需要進行平滑處理。由于接邊參考圖幅作為既有地形圖成果，在接邊過程中不作編輯，因此平滑處理僅針對待接邊圖幅區域。平滑處理采取斜率漸變方法：以參考圖幅最鄰近接邊處的兩點構成的斜率為參照，在待接邊圖幅上依次取斜率進行比較，獲取|-|<時的端點序號n；并計算斜率漸變值=|-|/n；后在待接邊圖幅等高線對象的頂點集合中對前n個端點依次進行移動處理，使其對應斜率即可，實現調整接邊效果的目的。

2.5 接邊對象的標注處理

采用上述接邊方案對等高線和線狀地物進行處理后，會出現三類情形：其一，處于接邊對象集合中且接邊成功；其二，處于接邊對象中但接邊不成功，或接邊超限；其三，遠離接邊位置，不處于接邊對象集合。分析可知，情形三由于不涉及接邊處理，不予標注，本方案對情形一和情形二采用不同顏色分別加以標示，便于在后續人工輔助處理中，實現對接邊成功對象的快速檢核和接邊不成功對象的手工處理。

綜合上述分析，針對等高線和線狀地物的自動接邊方案主要流程如圖1所示。

圖1 基于等高線與線狀符號接邊技術流程

3 實驗及成果分析

基于objectarx2006+VS2002開發環境，對上述自動接邊方案進行程序開發；基于本方案開發的ARX程序已經在生產中得到推廣應用，從編輯工序作業人員反饋的信息來看，基于地形圖自動接邊程序貼合生產實際，可以達到提高工作效率的目的，尤其對于目前鐵路工程用圖而言，其非城區成圖占據較大比例，應用本方案效果更加明顯.經實踐檢驗發現其成功率在80%以上，加之其超限標示功能的輔助，使得接邊工序的工作量減小50%以上(如圖2所示)。

圖2 地形圖接邊某樣例(左)基于本方案接邊的效果(右)

4 結論

地形圖接邊作為地形圖制作中常見工序之一，大量的手工作業限制了編輯工序效率的提高，該地形圖自動接邊程序經大量生產應用證明，可以替代傳統接邊工作量的50%以上，更適合鐵路工作制圖應用，在生產中有較強的實用價值。在后期的功能改進中，可以進一步開展以下兩方面工作：其一，接邊平滑算法的優化；其二，針對非線狀地物的接邊處理，從而使得人工參與接邊的工序耗時更短，最終實現地形圖接邊工序的完全自動化。

[1] 曹健，等.基于A rcGIS Engine的多幅數字地形圖接邊算法研究[J].測繪繪與空間地理信息,2010(4)

[2] 王永哲,等.基于ArcGIS Engine 9. 2的圖幅自動接邊算法的實現[J].安徽農業科學,2008(34)

[3] 吳銘杰.基于AutoCAD擴展實體數據的地形圖接邊功能的實現[J].測繪繪與空間地理信息,2013(5)

[4] 孫家廣，楊長貴.計算機圖形學[M].北京.清華大學出版，1995

[5] 陳杉，王寧.用objectArx開發AutoCAD2000應用程序[M].北京:人民郵電出版社,2003

[6] 延杭.ObjeetARX實用指南[M].北京:人民郵電出版社，1999

MethodforAutomaticJoinProcessingTechnologyofContourandLinearFeatures

GAN Jun

2014-05-12

1672-7479(2014)04-0010-03

P283.7

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