校園地形圖測(cè)繪實(shí)踐成果自動(dòng)評(píng)分系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究

摘要：CASS地形圖測(cè)繪是測(cè)繪工程專業(yè)學(xué)生的必修課程和必備技能。為了高效、準(zhǔn)確地對(duì)學(xué)生繪制的地形圖的質(zhì)量進(jìn)行評(píng)價(jià)和打分，在利用VB程序?qū)AD二次開(kāi)發(fā)的基礎(chǔ)上，通過(guò)設(shè)置CASS標(biāo)準(zhǔn)參考地形圖，比照學(xué)生繪制的地形圖，對(duì)比兩者間的實(shí)體編碼匹配和坐標(biāo)位置匹配的差異，結(jié)合各地物實(shí)體的分值分配規(guī)則，最終實(shí)現(xiàn)整幅地形圖的自動(dòng)評(píng)分。相較于傳統(tǒng)的人工評(píng)分方法，自動(dòng)評(píng)分系統(tǒng)在評(píng)分效率和準(zhǔn)確性上具有一定的優(yōu)勢(shì)。研究成果對(duì)測(cè)繪專業(yè)課程教學(xué)和學(xué)生實(shí)踐能力考核等工作具有一定的幫助。

關(guān)鍵詞：地形圖"二次開(kāi)發(fā)"匹配性的差異"自動(dòng)評(píng)分

中圖分類號(hào)：TP311.1

Research"on"the"Design"of"Automatic"Scoring"System"for"Campus"Topographic"Mapping"Practice"Results

CHEN"Yuanfei"WU"Shiyan

College"of"Geography"and"Planning，"Chizhou"University，"Chizhou，nbsp;Anhui"Province，"247000"China

Abstract："CASS"topographic"mapping"is"a"compulsory"course"and"a"necessary"skill"for"students"majoring"in"Surveying"and"Mapping"Engineering."To"efficiently"and"accurately"evaluate"and"score"the"quality"of"the"topographic"map"drawn"by"the"students，"based"on"the"secondary"development"of"CAD"by"using"the"VB"program，"by"setting"the"CASS"standard"reference"topographic"map"and"comparing"with"the"topographic"map"drawn"by"the"students，"the"difference"in"entity"code"matching"and"coordinate"position"matching"between"the"two"are"compared."By"combining"the"score"allocation"rules"of"various"terrain"entities，"the"automatic"scoring"of"the"entire"topographic"map"is"ultimately"achieved."Compared"to"traditional"manual"scoring"methods，"automatic"scoring"methods"have"some"advantages"in"efficiency"and"accuracy."The"research"results"are"of"some"help"to"the"teaching"of"Surveying"and"Mapping"courses"and"students'"practical"ability"evaluation.

Key"Words："Topographic"mapping;"Secondary"development;"Differences"in"matching;"Automatic"scoring

地形圖測(cè)繪是測(cè)繪工程專業(yè)學(xué)生的必修課程和必備技能。地形圖測(cè)繪實(shí)踐環(huán)節(jié)包括外業(yè)測(cè)量和內(nèi)業(yè)繪圖兩部分，主要采用全站儀、RTK等儀器設(shè)備采集地物地貌特征點(diǎn)，通過(guò)內(nèi)業(yè)南方CASS軟件繪制成圖，最終由指導(dǎo)教師對(duì)地形圖質(zhì)量做出評(píng)價(jià)和打分。這種直接由教師對(duì)學(xué)生的地形圖測(cè)繪成果進(jìn)行人工檢查和目視評(píng)價(jià)的方式，一方面，需要大量的人工干預(yù)，增加教師在課程教學(xué)中的精力消耗；另一方面，目視評(píng)分的方式往往帶有主觀評(píng)價(jià)的影響因素，特別是針對(duì)繪制的位置與實(shí)際坐標(biāo)位置的偏差問(wèn)題，可能存在漏判誤判。因此如何克服以上人工檢查的缺點(diǎn)，提高CASS地形圖質(zhì)量評(píng)價(jià)的效率和評(píng)價(jià)結(jié)果的可靠性是一個(gè)需要解決的問(wèn)題。

1"地形圖評(píng)價(jià)方法

目前對(duì)于圖形質(zhì)量自動(dòng)評(píng)價(jià)方法已有學(xué)者展開(kāi)了研究，李傳方等人[1]針對(duì)大比例尺地形圖質(zhì)量評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)展開(kāi)研究。張敏等人[2]提出了基于CASS編碼匹配的地形圖質(zhì)量評(píng)價(jià)方法。劉少聰?shù)热薣3]利用Arcgis平臺(tái)實(shí)現(xiàn)了河道地形圖高程數(shù)據(jù)質(zhì)量檢測(cè)。唐寧等人[4]設(shè)計(jì)了基于檢測(cè)算子的地形圖內(nèi)業(yè)質(zhì)量檢測(cè)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了地形圖邏輯關(guān)系的自檢功能。溫玉維等人[5]設(shè)計(jì)了面向電力系統(tǒng)的地形圖質(zhì)檢自動(dòng)化方案。文政兵等人[6]提出了一種基于實(shí)景三維的地形圖質(zhì)量檢驗(yàn)方法。

目前的地形圖質(zhì)量評(píng)價(jià)方法側(cè)重于地形圖生產(chǎn)應(yīng)用中，主要采用二次開(kāi)發(fā)手段對(duì)地形圖中各個(gè)矢量數(shù)據(jù)之間的邏輯關(guān)系、拓?fù)潢P(guān)系等方面進(jìn)行檢查，難以檢查出外業(yè)測(cè)量和內(nèi)業(yè)繪圖的點(diǎn)位精度。本文針對(duì)校園地形圖實(shí)踐中的地形圖質(zhì)量評(píng)價(jià)打分問(wèn)題，通過(guò)VB編程語(yǔ)言對(duì)CAD進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)，實(shí)現(xiàn)地形圖自動(dòng)評(píng)分，極大地提高了工作效率。

2"CASS地形圖自動(dòng)評(píng)分方法

2.1"整體思路

首先通過(guò)設(shè)置并讀取標(biāo)準(zhǔn)地形圖矢量信息數(shù)據(jù)，以它為基準(zhǔn)，將地形圖地物符號(hào)分為點(diǎn)狀、線狀、面狀符號(hào)和圖廓要素，分別計(jì)算各類實(shí)體在兩幅地形圖中的匹配情況。再利用各實(shí)體的匹配度信息，結(jié)合分配的分值，確定所有實(shí)體地物的應(yīng)得分值，并對(duì)所有實(shí)體分值進(jìn)行累計(jì)得到總分。

標(biāo)準(zhǔn)地形圖數(shù)據(jù)也是以同樣方式繪制的CASS地形圖，其中各地物位置、屬性等信息都是準(zhǔn)確的。校園地形圖測(cè)繪實(shí)踐考核的考試區(qū)域一般經(jīng)過(guò)了多年的地形圖測(cè)繪教學(xué)應(yīng)用，具有準(zhǔn)確可靠的地形圖歷史數(shù)據(jù)，可以作為標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)進(jìn)行參照。

2.2"地物匹配方法

2.2.1"編碼匹配

CASS標(biāo)準(zhǔn)地形圖與評(píng)分地形圖中地物實(shí)體的匹配計(jì)算是評(píng)分的關(guān)鍵。匹配的內(nèi)容主要包括地物編碼匹配和位置匹配。由于CASS軟件中各地物都有其唯一的CASS編碼，因此在地物類型匹配上十分方便。校園地形圖中基本是常見(jiàn)的簡(jiǎn)單地物，地物類型較為單一，因此編碼匹配時(shí)采用完全匹配的方法，只有當(dāng)兩實(shí)體編碼完全一致時(shí)，才能進(jìn)行下一步的位置匹配及分值計(jì)算。

2.2.2"位置匹配

位置匹配主要根據(jù)實(shí)體地物的坐標(biāo)位置差異進(jìn)行匹配度計(jì)算。地形圖的地物符號(hào)一般可以分為點(diǎn)狀、線狀和面狀符號(hào)，其位置匹配度計(jì)算方法也不同。

（1）點(diǎn)狀符號(hào)。點(diǎn)狀符號(hào)如校園內(nèi)常見(jiàn)的井蓋、路燈等，在CASS中點(diǎn)狀符號(hào)一般為塊體，只有一個(gè)塊體的插入點(diǎn)。因此，通過(guò)對(duì)比塊體插入點(diǎn)的坐標(biāo)，直接計(jì)算兩坐標(biāo)之間的距離Δd，再利用距離Δd計(jì)算該點(diǎn)位置匹配度。以路燈為例，設(shè)標(biāo)準(zhǔn)圖和評(píng)分圖中路燈坐標(biāo)分別為（x1，y1）（x2，y2），因此可以通過(guò)以下公式計(jì)算得到距離和匹配度。

式（1）、式（2）中：Δd為標(biāo)準(zhǔn)圖和評(píng)分圖中該點(diǎn)狀地物坐標(biāo)的平面距離；ppd為該點(diǎn)狀符號(hào)的位置匹配度，其值在0～1之間；md、nd為地物點(diǎn)位置匹配上下閾值。

（2）線狀符號(hào)。線狀符號(hào)主要有道路、河流、池塘、建筑等的邊線，在校園地形圖中較為常見(jiàn)。線狀符號(hào)的位置匹配計(jì)算，主要考慮線路整體的偏差距離。以小路為例，將標(biāo)準(zhǔn)圖和評(píng)分圖中小路在同一坐標(biāo)系下的位置偏差如圖2所示。

首先將標(biāo)準(zhǔn)線條以一定的間距離散處理，以散點(diǎn)替代線條。再對(duì)應(yīng)計(jì)算各散點(diǎn)與實(shí)測(cè)線條之間的最小距離Δd，從而采用公式（2）計(jì)算所有離散點(diǎn)的點(diǎn)位匹配度，并將所有散點(diǎn)的平均匹配度作為該線條的整體匹配度。對(duì)于等高線線條的匹配，在編碼相同的前提下，還應(yīng)該對(duì)線條高程數(shù)據(jù)值進(jìn)行匹配，之后才能對(duì)位置的匹配度進(jìn)行計(jì)算。

（3）面狀符號(hào)。在校園地形圖測(cè)繪中，面狀符號(hào)地物主要為苗圃，花園等地塊。在CASS中，面狀地物符號(hào)由兩個(gè)部分組成，分別是地塊的邊界骨架線條和地塊的填充符號(hào)。在編碼已經(jīng)匹配的前提下，填充符號(hào)類型也一定是匹配的，因此只需要利用線狀符號(hào)匹配度計(jì)算原理，計(jì)算邊界線條的編碼和位置匹配情況即可。

（4）圖廓邊框。地形圖圖廓邊框的美觀性評(píng)價(jià)主要包括邊框大小和角點(diǎn)位置兩項(xiàng)。通過(guò)特定編碼識(shí)別并提取邊框各角點(diǎn)坐標(biāo)，在圖幅長(zhǎng)度和寬度匹配情況下，根據(jù)邊界角點(diǎn)坐標(biāo)誤差，計(jì)算圖幅邊框位置匹配度。

2.3"分值分配與計(jì)算

2.3.1"分值分配

地形圖中各類地物分值的分配方式應(yīng)當(dāng)依據(jù)地形圖的具體特征來(lái)確定。根據(jù)地形圖中基本要素類別和數(shù)量，按一定的分值比例進(jìn)行個(gè)性化設(shè)置。以滿分100分計(jì)算，本例中設(shè)置圖廓邊框要素5分，文字注記5分，獨(dú)立地物20分，線狀地物60分，等高線10分。分值會(huì)根據(jù)點(diǎn)狀地物的總數(shù)和線狀地物的總長(zhǎng)度加權(quán)分配到各個(gè)具體地物中，結(jié)合該地物的得分比例計(jì)算出該地物的應(yīng)得分值。

2.3.2"得分計(jì)算

地物得分應(yīng)當(dāng)根據(jù)地物的分配分值和得分比例進(jìn)行計(jì)算，而得分比例與地物匹配度直接相關(guān)。采用公式（3）計(jì)算方法計(jì)算各地物的得分比例。最終采用公式（4）根據(jù)各地形圖實(shí)體對(duì)象的應(yīng)得分值累加計(jì)算得到整體地形圖得分。

式（3）、式（4）中：：F為整個(gè)地形圖的評(píng)分分值；Fi為地物i的分配分值；dfi為實(shí)體對(duì)象i的得分比例；ppd為某地物與標(biāo)準(zhǔn)圖中地物的位置匹配度；maxp和minp分別為設(shè)定的匹配度上下閾值，n為標(biāo)準(zhǔn)圖中的實(shí)體個(gè)數(shù)。

3"校園地形圖測(cè)繪案例應(yīng)用

以某校地形圖測(cè)繪課程實(shí)踐考核案例為例，共有4個(gè)小組參加本次考核，第5小組是已有的該測(cè)區(qū)標(biāo)準(zhǔn)地形圖。測(cè)區(qū)內(nèi)包含了點(diǎn)狀地物（井蓋、路燈、圖根點(diǎn)、文字注記等）、線狀地物（道路邊線、地塊邊界線、建筑物、等高線等）、圖廓邊框信息等。系統(tǒng)界面如圖3所示。

系統(tǒng)首先通過(guò)對(duì)CASS地形圖矢量信息數(shù)據(jù)進(jìn)行提取，進(jìn)而依據(jù)矢量數(shù)據(jù)的評(píng)分規(guī)則一一進(jìn)行地形圖評(píng)分。并將評(píng)分結(jié)果進(jìn)行輸出，可視化輸出結(jié)果如圖4所示。由于第5組為標(biāo)準(zhǔn)圖參加的評(píng)分，因此評(píng)分結(jié)果為滿分100分，也驗(yàn)證了程序評(píng)分結(jié)果的可靠性。整個(gè)案例運(yùn)行時(shí)間約20"s，極大地提高了評(píng)閱的效率。

4"結(jié)語(yǔ)

校園地形圖測(cè)繪成果質(zhì)量評(píng)分是檢測(cè)學(xué)生測(cè)繪基本技能的重要工作。針對(duì)人工目視評(píng)價(jià)方法的不足，采用VB程序設(shè)計(jì)對(duì)CAD進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)的方法，對(duì)比編碼匹配和位置匹配情況，自動(dòng)進(jìn)行地形圖分值。通過(guò)實(shí)際應(yīng)用，驗(yàn)證了該方法的可靠性，為課程自動(dòng)化考核方法的探索提供了可行思路。

參考文獻(xiàn)

[1]李傳方，鄒秀瓊，張偉，等.地形圖質(zhì)量評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)的研究[J].地理空間信息，2018（4）：87-88.

[2]張敏，鄭哲，林君強(qiáng).基于CASS編碼匹配的地形圖質(zhì)量評(píng)定方法[J].寧德師范學(xué)院學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2020，32（2）：156-163.

[3]劉少聰，陳細(xì)潤(rùn)，胡創(chuàng).基于ArcGIS的河道地形圖高程數(shù)據(jù)質(zhì)量檢查[J].水利水電快報(bào)，2020，41（10）：15-18.

[4]唐寧，李沖，李運(yùn)健.基于檢查算子地形圖內(nèi)業(yè)質(zhì)量檢查系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)[J].測(cè)繪與空間地理信息，2021，44（9）：161-164.

[5]溫玉維，曾德培，鄧長(zhǎng)勇.面向電力設(shè)計(jì)的地形圖質(zhì)檢自動(dòng)化方案設(shè)計(jì)[J].電力勘測(cè)設(shè)計(jì)，2022（7）：42-44，80.

[6]文政兵，李冰峰.基于實(shí)景三維模型的地形圖質(zhì)量檢驗(yàn)方法[J].測(cè)繪通報(bào)，2023（8）：167-171，177.