一種空間數據接邊入庫方法

劉善磊，王圣堯，石善球，張 瑞

(江蘇省基礎地理信息中心，江蘇 南京 210013)

一種空間數據接邊入庫方法

劉善磊，王圣堯，石善球，張 瑞

(江蘇省基礎地理信息中心，江蘇 南京 210013)

針對空間數據接邊入庫提出了一種新的方法，可有效改善傳統方法效率低和質量不可控等問題。為提高接邊處待合并要素的提取效率，根據當前數據要素總數和接邊線總長度進行接邊線最優分段處理；同時，為滿足數據入庫質量要求，采用網絡分析技術對數據進行優化處理，刪除接邊處多余節點。實踐表明，本文提出的方法可以兼顧空間數據接邊入庫的效率和質量，在保證質量的前提下節省了人力、物力和時間，在基礎測繪和地理國情普查等數據的接邊入庫工作中發揮了重要作用。

空間數據；接邊線；分段處理；網絡分析

在測繪生產中，為了更合理地分配任務、方便作業，一般會按標準圖幅或測區對數據進行劃分。在成果數據合并匯總階段，數據的接邊和入庫直接影響最終的成果質量，這項工作如何實現自動化，減少人工干預，也一直以來是空間數據處理領域研究的熱點[1- 3]。目前，傳統的接邊方法只能在兩個覆蓋面之間進行，且接邊時只考慮圖形約束條件，忽略了屬性約束條件。趙江洪[4- 5]針對這兩個問題，提出了以接邊線為媒介的多圖幅接邊方法；徐昌榮[6]使用基于圖幅邊框的緩沖區對要求更新的面邊界進行緩沖，使單邊的算法在速度及效率上都得到了很大優化，并通過一系列空間、屬性分析確定需要合并的要素，進一步提高了要素接邊入庫的效率和質量；陳占龍[7]利用Hilbert曲線劃分方法對簡單要素的多邊形進行了空間數據劃分，利用多核處理器并發執行來解決大規模復雜多邊形數據層合并的效率問題；郝燕玲、唐文靜等[8- 9]為解決同一地物被重復采集而導致的數據二義性問題，提出了一種基于多評價因素的線狀、面狀要素合并變換算法。

使用傳統方法進行空間數據接邊入庫不僅效率低，入庫后的數據質量也無法得到保障。假設分幅或分塊數據在準備入庫前已通過質量檢查，那么影響效率的關鍵在于待合并要素的提取效率，而質量問題主要是由接邊時產生的多余節點造成的。例如，根據基礎測繪數據采集規定，高壓線上沒有鐵塔點捕捉的位置不能出現節點，但是成果數據庫一般是基于圖幅或測區入庫得到，接邊處的高壓線上很容易產生多余節點[10]；而地理國情普查地表覆蓋數據中對節點總數也有限制，單個圖斑的節點總數不能超過10萬個，尤其是水面和路面圖斑，由接邊造成的多余節點無疑會成為節點數超出限制的原因之一。

本文在眾多學者研究的基礎上，以基礎測繪和地理國情普查的空間數據為試驗對象，立足于傳統的空間分析技術，結合接邊線最優分段處理技術和網絡分析技術，提出一種改進的空間數據接邊入庫方法。

1 研究方法

首先獲取待入庫數據，在識別數據類型后進行坐標投影和統一格式等預處理；入庫前檢查質量直至數據合格后獲取接邊線；然后根據當前數據處理要素的總數和接邊線總長度進行接邊線最優分段處理；在此基礎上根據空間分析技術提取待合并要素并進行要素合并；在數據入庫的同時采用網絡分析技術刪除接邊線處多余節點，完成數據的優化處理；最后根據輸出的接邊檢查文件修改數據庫中要素圖形或屬性不接邊的問題。技術路線如圖1所示。

圖1 空間數據接邊入庫總體技術路線

2 接邊線最優分段處理

2.1 空間分析

空間分析是基于地理對象位置和形態的空間數據分析技術，是為解決地理空間問題而進行的數據分析與數據挖掘技術，是從一個或多個空間數據圖層中獲取信息的過程，其目的是解決人們涉及的地理空間實際問題，提取和傳輸空間信息[11]。空間分析根據使用的數據性質的不同，可以分為基于圖形數據的分析、基于屬性數據的分析、基于圖形和屬性數據的聯合分析。因此，空間分析包括空間查詢、空間拓撲運算、空間關系運算、緩沖區分析、疊加分析和網絡分析等內容。

接邊線在空間數據入庫中具有重要的作用，待合并要素就是通過接邊線與入庫數據之間的空間分析來提取的，其中主要包含緩沖區分析，以及包含、相交、重疊、相接等空間關系運算。

2.2 接邊線最優分段處理

如果直接采用文獻[4—6]給出的算法進行要素接邊，針對以縣級或縣級以上為單位的數據，會出現由于接邊線過長而導致的提取待合并要素耗時過大的問題。如在兩個相鄰測區間進行34 850和54 870條地理國情道路要素的入庫(見表1)，如果在默認接邊線的情況下就會出現表中第11組結果，入庫耗時達486.80 min，這主要是由待合并要素和過長的接邊線之間進行空間分析(主要為緩沖區分析)造成的。因此，需考慮將接邊線進行分段處理，提高入庫效率。

表2為數據記錄數目與耗時之間的關系。觀察表1(前10組數據)和表2可知，并不是分段越多越好，即在計算機硬件性能相同的前提下，滿足以下兩個條件時接邊線分段間距和耗時之間存在一個最佳狀態點：①入庫數據總量和接邊線總長度不變；②當接邊線總長度和分段間距已確定，提取待合并要素的耗時會隨著接邊要素總數的減少而降低。

表1 不同分段間距下道路圖層接邊入庫試驗

表2 數據記錄數目與耗時之間的關系

因此，為進一步確定接邊線的最優分段間距，根據表1中的前10組分段間距和耗時數據進行二元相關分析，如圖2所示，通過數據模擬得到一個平方函數

y=22.586 14-0.000 05x+2.259 45×10-9x2(x>0)

(1)

圖2 分段間距與耗時二元相關分析

該函數顯示分段間距與耗時高度相關，其相關系數R=0.990，該函數得到最小值時的分段間距值為1106 m。綜上所述，在接邊線過長的情況下，為提高入庫效率，可選擇1000～1500 m作為最優分段間距。

3 數據優化處理

3.1 網絡分析

網絡分析是地理信息空間分析的一個重要部分，它依靠拓撲關系和網絡元素的空間位置和屬性，對網絡的特性進行多方面的分析計算[12- 13]。網絡數據集是進行網絡分析的基礎，用于分析的網絡被存儲在該數據集中。網絡數據集包含節點、邊和轉向3種類型的網絡元素。其中，節點元素用于連接邊元素，邊元素是連接節點元素的橋梁，而轉向元素用于記錄被運輸對象在不同邊元素之間流動的過程[14- 15]。本文是基于網絡數據集中節點元素具有記錄連接邊元素這一特點，進行空間數據入庫后的優化處理。

3.2 數據優化處理

數據優化處理的基本思想為：首先在提取待合并要素的基礎上進行要素合并；其次在節點處生成一個點層數據，并通過該點層數據將接邊線打斷；然后在此基礎上創建接邊線的網絡數據集，并將其與生成的點層數據進行空間連接；最后在點層數據中生成一個記錄節點連接邊元素的字段，選擇記錄為2的點(由于此處接邊線已被點層數據打斷，此處節點連接兩條邊元素)，并通過空間分析將其對應的合并要素處多余的節點刪除。基本流程如圖3所示。

以基礎測繪數據中實現高壓線與鐵塔點一致性為例進行數據優化處理。選取一個測區內的高壓線、鐵塔點和接邊線作為原始數據，并以人工處理作為對比試驗，表3為兩種處理方法的對比。通過分析表3并加載數據查看可知，與人工處理相比，基于網絡分析的方法進行數據優化處理，不僅效率高，而且質量得到有效保障。

圖3 數據優化處理流程

方法鐵塔點高壓線刪除節點耗時基于網絡分析10379224818435．754min人工處理10379224817692d

4 結 語

本文針對空間數據接邊入庫產生的效率低和質量差的問題，以傳統的空間分析技術為接邊入庫基礎，對以上兩個問題分別提出了不同的解決方法。通過地理國情中兩個測區道路要素的接邊入庫試驗及對試驗數據的分析，得出接邊線的最優分段處理值在1000～1500 m之間；通過基礎測繪中高壓線與鐵塔點一致性處理試驗，驗證了提出的數據優化處理方法與人工處理相比，在效率和質量上具有明顯的優勢。本文提出的方法在基礎測繪和地理國情空間數據接邊入庫方面發揮了一定作用。

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A Method of Spatial Data Edge Matching and Storage

LIU Shanlei,WANG Shengyao,SHI Shanqiu,ZHANG Rui

(Provincial Geomatics Center of Jiangsu, Nanjing 210013,China)

In this paper, a new method of spatial data edge matching and storage is proposed to improve the low efficiency and uncontrollable quality of traditional methods.For increasing the extraction efficiency of elements which should be merged on both sides, the optimum segment of the matching line has been processed according to the total number of elements and the length.At the same time, in order to meet the quality requirements, the network analysis technology has been used to optimize the data and delete the redundant nodes.The practice shows that the proposed method can take the efficiency and quality of spatial data edge matching and storage into account, and save labor, expenses and time. It has played an important role in basic surveying and geography census.

spatial data; matching line; segment processing; network analysis

2016- 07- 04

江蘇省測繪科研基金(JSCHKY201521；JSCHKY201412) 作者簡介： 劉善磊(1984—)，男，碩士，工程師，主要從事數字圖像匹配方面的研究。E- mail：sy1987_w@163.com

劉善磊，王圣堯，石善球，等.一種空間數據接邊入庫方法[J].測繪通報，2017(3)：101- 103.

10.13474/j.cnki.11- 2246.2017.0094.

P208

A

0494- 0911(2017)03- 0101- 03