島群在自動(dòng)綜合中邊界和島嶼數(shù)量的確定方法

趙雪勝，楊維芳，閆浩文，程國(guó)偉

(1.蘭州交通大學(xué)土木工程學(xué)院，蘭州 730070;2.山東省東營(yíng)市公路管理局，山東 東營(yíng) 257000)

0 引言

在傳統(tǒng)的制圖方法中，制圖綜合是憑借制圖人員的專業(yè)知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)以手工完成的。隨著計(jì)算機(jī)在制圖領(lǐng)域的引入，制圖綜合由傳統(tǒng)的手工方式向當(dāng)今的自動(dòng)化方式轉(zhuǎn)變。特別是隨著計(jì)算機(jī)制圖理論研究的深入，使得利用大比例尺數(shù)字地圖自動(dòng)生成小比例尺數(shù)字地圖成為可能。

海圖與陸圖相比有許多特殊之處，所以其在自動(dòng)綜合原則上與陸地地圖相比也具有許多不同之處。因此，對(duì)海圖要素的自動(dòng)綜合必須進(jìn)行專門(mén)的研究。島嶼的制圖綜合主要包括島嶼形態(tài)特征的綜合、島群分布特點(diǎn)的綜合以及島嶼的合并與取舍。主要研究基于島群分布特點(diǎn)的綜合，給出了島群邊界的一種綜合方法以及在確定邊界的基礎(chǔ)上對(duì)島嶼的取舍方法。

1 島嶼的綜合原則

島嶼(包括島群)的綜合原則為:

(1)對(duì)于大面積的島嶼，其海岸形態(tài)與性質(zhì)的綜合，與海岸的制圖綜合方法和要求是一致的，均要擴(kuò)淺縮深。

(2)當(dāng)島嶼在圖上的直徑小于2mm時(shí)，則不再表示其海岸性質(zhì)，只能用一條閉合的岸線表示，應(yīng)顯示出其主要彎曲、輪廓特點(diǎn)和延伸方向。

(3)當(dāng)島嶼在圖上的面積小于0.5mm2，則用實(shí)心的黑點(diǎn)表示，仍要表示出島嶼的延伸方向。

(4)島群的綜合，要保持其分布特點(diǎn)，密度對(duì)比、總輪廓以及列島的延伸方向不變。

(5)小島再小，只能將其改為小黑點(diǎn)或舍去，而決不能改為明礁，也就是說(shuō)不能夠改變其屬性，這不僅是保持地理特征的需要，同時(shí)具有一定的政治和軍事意義。

(6)孤立的具有政治、經(jīng)濟(jì)、軍事意義的島嶼，一般應(yīng)保留。

(7)除在河口等以陸地為主要特征的區(qū)域外，島嶼只能取舍，不能合并。

(8)在河口等以陸地為主要特征的區(qū)域，島嶼可以合并，但要保持原有的地理形態(tài)。

2 島嶼的合并

一般情況下，島嶼在圖上能表示的，應(yīng)盡量表示，不能舍去，更不能輕易合并。特別是外海的孤島，再小也不能舍去。但在島嶼非常密集的島群，隨著比例尺的縮小，會(huì)妨礙圖面的清晰，屬于散列式小島或位于大島周圍的小島，可以根據(jù)情況將其中的一些小島舍去，但不能將它們合并成大島，舍去后仍應(yīng)能反映出島群的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和分布特點(diǎn)。另一種，一般在河口區(qū)，有些原屬一個(gè)島，而后來(lái)因海水沖蝕或斷裂風(fēng)化等原因使其分成2個(gè)很近的島嶼，且走向一致，則可合并，合并后仍應(yīng)保持原形特征，在這種情況下實(shí)施自動(dòng)綜合，就需要借助其屬性，來(lái)判斷島嶼的類別決定其能否合并，再實(shí)施相應(yīng)的綜合。

3 島群的選取、邊界的確定和島群的化簡(jiǎn)

由上面的第四條原則，島群在自動(dòng)綜合的時(shí)候，要保證總輪廓以及列島的延伸方向不變，這就要求島群的邊界保持總的趨勢(shì)不變。以下是基于線性要素圖形綜合的漸進(jìn)式方法來(lái)化簡(jiǎn)島群邊界的方法。

3.1 島群的選擇問(wèn)題

在眾多的島嶼中，到底什么樣的島嶼在一起作為一個(gè)島群，組成島群的島嶼之間要遵循什么樣的準(zhǔn)則才能算一個(gè)島群呢?島群為群集的島嶼類型，一般指集合的島嶼群體，是彼此距離很近的許多島嶼的合稱。從島群的定義上可以看出:所謂島群，就是距離很近的島嶼所組成的集合。因此，把距離作為島群選取的標(biāo)準(zhǔn)。

3.2 島群選取的步驟

(1)讀取每一個(gè)表示島嶼的閉合線段，對(duì)該線段作一個(gè)最小外接矩形，取該最小外接矩形的中心坐標(biāo)一一記入數(shù)組 a［i］{i=0，1，2…n}中，作為該島嶼的記錄標(biāo)志;

(2)讀取 a［0］，計(jì)算 a［0］與 a［i］{i=1.2.3…n}的中心距離，記入 b［i］［j］{i.j=0，1，2，3…n}中，依次計(jì)算 a［i］與 a［i+1］…a［n］的中心點(diǎn)的距離，記入 b［i］［j］中;

(3)根據(jù)地圖比例尺確定一閥值，在同一i值下，b［i］［j］與這閥值進(jìn)行比較，對(duì)小于等于該閥值的個(gè)數(shù)計(jì)入 a［i］中;

(4)比較出a［i］中小于等于閥值個(gè)數(shù)最多的島嶼，作為島群中處于中心位置的島嶼;

(5)在b［i］［j］中找出與中心島嶼的距離小于閥值的島嶼，我們暫且稱為第一層島嶼;

(6)再在第一層島嶼中確定與第一層島嶼距離小于閥值的外圍島嶼，稱為第二層島嶼，依次類推，直到最后再找不到外圍島嶼與前一層的島嶼小于或等于閥值為止;

(7)把找出的所有層的島嶼記入c［i］{i=0，1，2，3…n}中，稱 c［i］中所有的島嶼為一個(gè)島嶼群;

(8)把剩余的島嶼再經(jīng)過(guò)步驟(1)～(7)，再找出另外的島嶼群或單獨(dú)的島。

3.3 島群內(nèi)島嶼的自動(dòng)綜合以及邊界和延伸方向的確定

島群邊界關(guān)系到島群延伸方向，因此一旦把邊界確定好了，其延伸方向的大體趨勢(shì)就基本確定了。因此在確定島嶼自動(dòng)綜合的時(shí)候，一定要考慮島嶼在整個(gè)島群中的位置。

(1)把島群選取時(shí)候的最外層島嶼的最小外接矩形中心點(diǎn)連接起來(lái)，作為一個(gè)最大的“島嶼”;

(2)找出該“島嶼”邊的X值最小值Xmin和最大值Xmax，則該“島嶼”可以看作是有兩條首位相接的邊構(gòu)成如圖1，P1={Xmin.P.Xmax}和P2={Xmin.D.Xmax}兩條線段構(gòu)成(其中P.D分別是代表上半邊點(diǎn)的集合和下半邊點(diǎn)的集合);

(3)把P1和P2按線性要素圖形綜合的漸進(jìn)式方法進(jìn)行化簡(jiǎn)，并確定化簡(jiǎn)后多邊形的面積，由面積來(lái)決定該多邊形內(nèi)點(diǎn)(島)的個(gè)數(shù)N;

(4)對(duì)確定的島群 A=(A1，A2，A3，…An)，考慮 Ai(i∈［1，n］)的屬性(地理、行政、軍事意義等)進(jìn)行非圖形因素選取，即對(duì)表示特殊含義的Ai無(wú)條件選取;

(5)計(jì)算Ai面積Si，并將Si按從大到小排序;

(6)選取Si＞=S0的島嶼 Ai，其中，S0為根據(jù)比例尺等因素給定的面積閥值，如果S0難以確定，則不進(jìn)行次操作;

圖1 島嶼邊界示意圖

(7)構(gòu)建A的Vironoi圖，依照點(diǎn)群綜合的方法實(shí)施化簡(jiǎn)，與其不同的是，將步驟⑤中計(jì)算得出的Si作為該Vironoi圖頂點(diǎn)的權(quán)值參數(shù)，使之充分顧及“Ai具有一定面積”這一特性;

(8)將綜合結(jié)果Ai經(jīng)行輪廓化簡(jiǎn)。如果Ai仍為面域，則依照形狀特征和顯著拐點(diǎn)的識(shí)別以及凹歪曲大小的量測(cè)，經(jīng)行輪廓化簡(jiǎn)，使之保持原有的方案和形狀，否則改為具有代表島嶼延伸方向的點(diǎn)表示;

(9)把化簡(jiǎn)了的島嶼個(gè)數(shù)與N經(jīng)行比較，若島嶼的個(gè)數(shù)大于N，則把用點(diǎn)表示的島嶼再進(jìn)行化簡(jiǎn)，直至所有島嶼總數(shù)小于或等于N;

(10)若把點(diǎn)表示的島嶼刪除完了，島嶼個(gè)數(shù)仍然大于N，則按島嶼的合并原則進(jìn)行合并，直至所有島嶼個(gè)數(shù)小于等于N。

4 結(jié)論

利用上述方法，對(duì)島群及島嶼輪廓的確定與化簡(jiǎn)進(jìn)行了描述研究，確定了以下結(jié)論:

(1)所提出的島群的選取方法，基本上能實(shí)現(xiàn)島群的島嶼有效選取，在島群的綜合中，該方法是可行的。

(2)在存在多個(gè)島嶼群時(shí)，島群的選取方法效率不是很高，也可能出現(xiàn)島群中島嶼漏落的情況，這有待于進(jìn)一步解決。

(3)在島群選取的時(shí)候，島嶼與島嶼之間的閥值的確定，是經(jīng)過(guò)經(jīng)驗(yàn)來(lái)做的，其規(guī)則和標(biāo)準(zhǔn)有待進(jìn)一步探討。

(4)在島群綜合中，先確定其外部邊界，由島群的邊界來(lái)確定島嶼的數(shù)量，仍借用點(diǎn)的綜合方面的知識(shí)，其可行性有待進(jìn)一步探討。

(5)在島群的綜合中，該總體方法，特別是從大比例尺數(shù)字地圖所派生的小比例尺數(shù)字地圖進(jìn)行輪廓化簡(jiǎn)，島嶼合并后，即保持了原有的形狀特征，又保證了圖面的清晰。

最后需要指出的是，由于自然界的復(fù)雜和不規(guī)則性，任何的模擬只能是建立在一定的條件下和一定的限度內(nèi)。如何更準(zhǔn)確、更逼真的描述出來(lái)，將是進(jìn)一步的研究目標(biāo)。

［1］朱建良，徐定杰.島嶼自動(dòng)綜合原則和方法研究［J］.中國(guó)航海，2004，15(8):87－151.

［2］田鵬.基于C－Tree的無(wú)級(jí)比例尺GIS多邊形綜合技術(shù)［J］.中國(guó)圖像圖形學(xué)報(bào)，2001，6(8):765－771.

［3］徐建華.現(xiàn)代地理學(xué)中的數(shù)學(xué)方法［M］.北京:高等教育出版社，2002:224－249.

［4］王占昌.無(wú)級(jí)比例尺GIS中空間屬性的自動(dòng)綜合［J］.遼寧師范大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版，2002，25(2):144－147.

［5］趙麗寧.數(shù)字海洋地理要素?zé)o級(jí)比例尺自動(dòng)綜合方法［J］.大連海事大學(xué)學(xué)報(bào)，2001，27(1):101－105.

［6］艾廷華，郭仁忠.支持地圖綜合的面狀目標(biāo)約束Delaunay三角網(wǎng)剖分［J］.武漢測(cè)繪科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2000，25(1):35－41.

［7］艾廷華，郭仁忠.基于約束Delaunay結(jié)構(gòu)的中軸線提取及網(wǎng)路模型建立［J］.測(cè)繪學(xué)報(bào)，2000，29(4):348－354.