基于省市聯動的基礎測繪數據智能更新技術

黃 露，侯愛羚

（1.湖北省測繪工程院，湖北 武漢 430074）

傳統的地圖縮編更新方法，主要是通過人工判讀的方式完成，即通過觀察、記錄、分析地圖綜合任務，人為地進行大比例尺空間數據至小比例尺空間數據的縮小、簡化等要素變換處理過程。傳統地圖縮編更新方式效率低、人工投入較大，且要求作業人員具有較為豐富的專業知識和工作經驗。基礎測繪數據智能更新方法，通過人工智能方法構建縮編規則庫和縮編綜合算法庫，開展高效、快速地對點狀、線狀、面狀等空間數據進行自動綜合處理操作[1]。智能更新方法在一定程度上有效提高縮編更新的生產效率，降低了作業的時間，能夠實現地圖縮編的自動化、智能化的快速更新[2]。

本文結合我省1∶2 000~1∶10 000 數字線劃圖縮編更新的工作實際，研究基于省市聯動的基礎測繪數據智能更新的技術流程，通過構建縮編規則庫，研究縮編綜合算法庫，在此基礎上自主研發地圖表達智能綜合系統，并以赤壁市試點部分典型區域來實現1∶2 000 到1∶10 000 DLG 的快速縮編更新生產。在信息化測繪背景下，實現傳統DLG產品的快速、自動化、智能化的地圖縮編，有效提升工作效率和工作質量，為推動我省基礎地理信息更新模式轉變、推進我省新型基礎測繪轉型升級奠定基礎。

1 國內外研究現狀

一直以來，基礎測繪地理信息數據的更新工作主要是通過人工來實現的，自動化程度偏低。主要從兩個方面可實現基礎測繪地理信息數據的快速更新：一是從遙感圖像中自動提取變化信息進行更新；二是由大比例尺數據自動生成小比例尺數據進行更新。前者表現為同尺度不同模型的如何實現問題，后者表現為同模型不同尺度的如何實現問題。本文主要研究如何利用地圖自動綜合方法，實現從大比例尺數據到小比例尺數據的智能縮編更新。

上個世紀60年代以來，學術界開始著手研究利用計算機編程實現自動地圖綜合方法。經過多年的發展，已取得了一些進展。國外地圖綜合軟件起步較早，如美國ESRI公司研發的ArcGIS軟件，其ArcToolbox 工具箱能夠簡單實現對空間數據的縮編，但分步操作較繁瑣，出圖較慢。加拿大Safe Software 公司研發的FME軟件，其Workbench工具可以對大比例尺地圖進行制圖綜合自動化，但對中小比例尺地圖的制圖綜合需要依靠大量的人工干預。我國的制圖綜合軟件研究起步較晚，但發展迅速。如：吉威公司研發的Geoway軟件，能夠人機協同實現地圖縮編。武漢大學研發的Domap 軟件，能夠實現大比例尺地圖的縮編工作。中國測繪科學研究院研發的WJ-III 地圖工作站，能夠實現1∶1萬、1∶5萬及更小比例尺的地圖縮編，但其在個性化定制、界面友好等方面仍有待改進。

縱觀國內外研究現狀，存在以下問題：①目前市面上已有的制圖綜合軟件均有其特定的使用范圍和局限性，很難直接應用于城市級地圖縮編。②由于地圖縮編更新工作的復雜性，以及人工智能技術發展的約束，地圖縮編實際生產，與距離實現智能更新的要求還有一定的差距[3-4]。鑒于此，本文從我省1∶2 000~1∶10 000 數字線劃圖縮編更新的工作實際入手，研究基于省市聯動的基礎測繪數據智能更新方法，以期繼續完善、發展地圖智能綜合技術。

2 技術流程

基于省市聯動的基礎測繪數據智能更新方法的整體研究技術流程如圖1所示。

圖1 技術流程圖

1）資料搜集與預處理：收集智能更新所需的多源時空數據資料信息，主要包括DLG入庫成果、DOM成果、遙感影像資料等。并進行數據檢查、數據套合等預處理操作，為本研究開展做好數據基礎。

2）機器解譯與人工判讀：利用機器解譯方法，根據研究區域范圍，對上述多源數據資料進行自動檢測與比對分析，自動化檢測研究范圍內變化區域圖斑；并結合人工判讀對變化圖斑進行篩選，從而獲取最終變化圖斑。

3）劃分省市更新工作區：針對變化區域，根據省、市（州）各自的工作區界定范圍，通過分析省、市（州）區域范圍內基礎測繪成果情況，劃定省、市（州）各級更新工作區，為后期省市聯動更新做好準備，避免重復工作。

4）省市聯動的智能更新：依托國家及行業相關標準規范，通過梳理1∶2 000地形圖縮編及1∶10 000地形圖過程中地物取舍、地物表達、圖示、精度等處理要求，構建地圖縮編規則庫。然后，依據不同地物要素的縮編規則，采用傳統和創新算法，對點、線、面、體、文字等各要素進行綜合、取舍、讓位、重構等算法研究，研究地圖縮編綜合算法庫。再次，根據縮編規則庫和綜合算法庫，開發出適用的地圖表達智能綜合系統，實現快速、準確地完成更新縮編工作。結合省、市（州）數據的交互聯動，達到省、市（州）基礎地理信息數據產品和數據庫的同步更新。

5）新型基礎測繪數據智能更新應用試驗：以赤壁市試點部分典型區域最新的1∶2 000數據成果為實驗樣例，利用地圖表達智能綜合系統，實驗驗證地圖智能綜合系統的可操作性，實現1∶10 000 DLG 的快速縮編生產。

3 關鍵技術

基于省市聯動的基礎測繪數據智能更新技術研究，擬解決的關鍵技術主要有以下幾點：

1）DLG縮編規則庫構建。根據《基礎地理信息1∶10 000 地形要素數據規范》（GB/T 33462-2016）以及《湖北省1∶10 000 基礎地理信息地形要素數據暫行規定》，通過梳理赤壁市1∶2 000 地形圖縮編至1∶10 000 地形圖過程中地物取舍、地物表達、圖示、精度等處理要求，針對不同地物要素，根據DLG數據縮編相關處理需求，分析赤壁市1∶2 000~1∶10 000的DLG 數據縮編方法與參數，建立一套適用于赤壁市1∶2 000~1∶10 000比例尺地形圖要素的綜合規則庫。主要根據地理要素的空間屬性特征和重要程度，對各要素縮編方法和縮編指標進行約束，例如選取長度、圖斑合并大小等[5]。本研究主要對水系、居民地、交通、管線、境界、地貌、植被等進行縮編規則庫的研究，以滿足自動化DLG縮編的工作需要。

2）地圖縮編綜合算法庫研究。在不同地形要素的縮編規則庫的基礎上，根據基礎信息數據的圖元要素及屬性要素，采用傳統和創新算法，對點、線、面、注記文字等各要素進行綜合、取舍、讓位、重構等算法研究，程序實現赤壁市1∶2 000~1∶10 000 比例尺地形圖要素的智能綜合功能。如：單點打斷、相交打斷、面中心線提取、公共邊合并、面平滑、面邊線化簡、切割歸并、狹長面刪除、面平滑、面切割、面挖洞、面合并、面提取、面去洞、多邊形合并、鄰近面聚合、直角化、等高線內插、批量相交打斷等縮編核心算法庫，對綜合規則進行形式化描述，實現不同幾何目標的智能綜合。

3）基于省市聯動的縮編更新機制研究。通過整合省級、市級不同尺度的基礎測繪數據資料，以變化發現圖斑為基礎，制定省、市協同的縮編聯動更新機制，優化基礎測繪數據更新流程，實現1∶2 000~1∶10 000 的新型基礎測繪成果的交互聯動和同步更新。通過分析我省各市級1∶2 000 基礎測繪數據成果，研究從市級1∶2 000 到省級1∶10 000 基礎測繪數據的縮編更新原則、方法、技術實現等，利用地圖表達智能更新技術，對省、市（州）數字線劃圖成果進行快速、準備地地形圖縮編更新，服務省市聯動的新型基礎測繪數據產品和數據庫的聯動更新[6-7]。

4 實現效果

基于ArcGIS 平臺進行二次開發，構建1∶2 000~1∶10 000 DLG 縮編生產的地圖智能綜合核心算法，建立地形圖空間數據庫和綜合規則庫，完成赤壁市1∶10 000 地形圖地圖表達智能綜合系統原型，能夠實現對地形圖數據的自動綜合、編輯與可視化展示，如圖2所示。對赤壁市1 708 km2的地形圖進行縮編，通過自動綜合+人機交互的方法，能快速將1∶2 000地形圖生產縮編為1∶10 000 地形圖相關規范的成果數據，如圖3 所示。縮編要素包括：水系、居民地及設施、交通、管線、境界與區域、地貌、植被與土質、注記等。通過該縮編軟件，能夠有效提升地形圖縮編更新的效率。

圖2 地圖表達智能綜合系統功能界面圖

5 結 語

本文研究了基于省市聯動的基礎測繪數據智能更新技術流程和關鍵技術，實現了1∶2 000 DLG數據縮編更新生產1∶10 000 DLG數據，有效提高了縮編更新的作業效率，縮短了生產周期，快速完成了赤壁市縮編更新生產任務。然而，由于不同地區、不同比例尺地圖縮編更新工作本身的差異性和復雜性，地圖表達智能綜合系統暫不具有通用性和普適性，與真正實現實用化、工程化的要求還有一定的差距。后續將繼續深入研究、不斷挖掘地圖智能更新技術，以滿足自然資源管理、國土空間規劃對新型基礎測繪體系建設的需求。