不同數(shù)學基礎異構城市數(shù)字化地形圖縮編技術研究

劉志輝，胡耀鋒

(廣州市城市規(guī)劃勘測設計研究院，廣東廣州 510060)

不同數(shù)學基礎異構城市數(shù)字化地形圖縮編技術研究

劉志輝?，胡耀鋒

(廣州市城市規(guī)劃勘測設計研究院，廣東廣州 510060)

首先對不同數(shù)學基礎的地形圖數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)格式的轉換，然后進行地形圖的縮編，隨后進行坐標轉換，包括平面坐標轉換，獨立高程點加常數(shù)以及等高線的重構，最終形成標準分幅的城市數(shù)字化地形圖。

數(shù)學基礎；地形圖縮編；異構；MGE

1 引 言

城市基礎地理信息系列比例尺地形圖的生產(chǎn)一般采用三種形式，一是采用全數(shù)字化野外采集的方法進行內外業(yè)一體化成圖的形式，比如1∶500地形圖的生產(chǎn)；二是采用攝影測量技術，對立體像片進行內業(yè)采集、外業(yè)調繪和修補測的方法成圖，如1∶2 000和1∶5 000數(shù)字化地形圖的生產(chǎn)；三是采用地形圖縮編技術，利用較大比例尺的地形圖數(shù)據(jù)，根據(jù)目標比例尺地形圖的要求，進行各種地物要素綜合取舍，生產(chǎn)小級別比例尺的地形圖，如利用1∶2 000地形圖編繪1∶5 000地形圖。

增城市利用廣州市2008年ADS40航飛成果，于2009年測制1∶2 000地形圖共計1 758幅，覆蓋面積約1 616 km2，標準分幅為5×5格網(wǎng)，每幅圖滿幅1 km2。數(shù)據(jù)格式為dwg，采用主流的城市級地形圖生產(chǎn)平臺如南方CASS等。地形圖圖式采用增城市地方標準，共有地物代碼675類，每類代碼對應一個CAD圖層。數(shù)學基礎為1980西安平面坐標系，1985國家高程基準，等高距為2 m。

2 技術流程設計

根據(jù)廣州市城市基礎地理信息系統(tǒng)的要求，需要利用前述數(shù)據(jù)進行1∶5 000地形圖編繪，縮編后的地形圖必須滿足廣州市地形圖圖式標準，數(shù)據(jù)基礎采用廣州市平面坐標系和高程系，按廣州市的地形圖標準分幅形式進行分幅；同時，也需要提供一套1∶5 000縮編數(shù)據(jù)，滿足增城市的要求:按照增城市的標準分幅形式進行分幅，數(shù)據(jù)基礎為1980西安平面坐標系，1985國家高程基準，等高距為2 m或5 m(依據(jù)50 m以上等高線的多寡，決定采用2 m或者5 m)，同一幅圖只采用同一等高距。

圖1 技術流程

廣州市1∶5 000地形圖的生產(chǎn)體系，是建立在MGE環(huán)境下，MicroStation圖形平臺和SQL Server數(shù)據(jù)庫相結合的模式，二次開發(fā)了一套成熟的人機交互式地形圖縮編功能，數(shù)據(jù)格式為dgn。GzScan為自主開發(fā)的掃描矢量化軟件，同樣是建立在MicroStation圖形平臺上，與MGE不同的是地物代碼和屬性記錄在輔助文件中，需要進行數(shù)據(jù)入庫后，才能轉為MGE dgn格式，且由于MicroStation中不支持過大的坐標，因此與基礎數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù)格式、數(shù)學基礎和圖式規(guī)范等各方面存在著較大的差異。

顯然，需要設計一個有效的技術流程，使各環(huán)節(jié)緊密相關，數(shù)據(jù)轉換、地形圖縮編以及坐標系統(tǒng)轉換能夠協(xié)調統(tǒng)一，不進行重復性工作。圖1為技術流程，采用數(shù)據(jù)整理和轉換，地形圖縮編和成果坐標轉換和標準分幅等幾個重要步驟進行技術流程分割，使兩套數(shù)據(jù)的生產(chǎn)能夠承上啟下，不進行重復性的數(shù)據(jù)處理，既能滿足增城市地形圖的一般要求，又能在坐標轉換后，采用等高線重構的方法，把數(shù)據(jù)格式和數(shù)學基礎完全轉換到與廣州勘測信息系統(tǒng)庫數(shù)據(jù)相同的標準。

3 數(shù)據(jù)整理與轉換

按照廣州作業(yè)環(huán)境的技術要求，需要將DWG數(shù)據(jù)轉換有屬性的DGN文件，利用MGE的MicroStation平臺縮編模塊編繪1∶5 000地形圖。具體步驟如下:

(1)對原始DWG文件數(shù)據(jù)進行分析，確保數(shù)據(jù)圖層、屬性正確；

(2)建立代碼對照表:增城市1∶2 000地形圖圖式有675類代碼，廣州市1∶2 000圖式有455類代碼，需要建立兩者的對應關系。另外，在MGE中符號分為單點符號和兩點符號，在AutoCAD中只有單點符號，需要對這類單點到兩點符號做特殊處理；輸電線、配電線、通訊線也需要特殊處理；

(3)重復塊和注記清理，如圖2所示，用于清理地形圖中重復的塊和文本對象。

圖2 重復塊和注記清理

(4)圖形平移，減去西安坐標的大數(shù)，只保留x、y坐標的后5位，以滿足縮編平臺的要求；

(5)高程配對:增城提供的地形圖中部分高程無高程屬性，需要進行高程賦值。匹配結果保存到文本文件中，用于與等高線賦值成果共同建立三角網(wǎng)所必須的散點高程；

(6)等高線賦值:1∶2 000地形圖中部分等高線無高程屬性，需要進行等高線的賦值。賦值后的等高線用于廣州市高程系統(tǒng)的轉換和等高線重構，賦值后的數(shù)據(jù)統(tǒng)一進行等高線的重構，然后轉換為MGE dgn格式，供廣州標準數(shù)據(jù)使用；

(7)編制數(shù)據(jù)轉換軟件:按照代碼對照表，編制軟件將DWG轉換為DAT交換格式(圖3所示)，在MGE中編寫程序，按照代碼讀入交換格式，生成有屬性的DGN文件，并進行臨時入庫，把圖形和代碼共同存儲于MGE dgn數(shù)據(jù)中，即可對此數(shù)據(jù)進行拼接裁切，按照增城市相應圖幅的分幅范圍進行數(shù)字化縮編。

圖3 數(shù)據(jù)格式轉換界面之一，輸出dat文件

4 數(shù)字化地形圖縮編

增城市1∶5 000縮編地形圖的數(shù)據(jù)標準，完全依照廣州市勘測信息系統(tǒng)的要求，地物的代碼分類和屬性信息等依據(jù)廣州市地形圖圖式標準，參照執(zhí)行1993年國標。

以1∶2 000地形圖為編繪原圖，將原有1∶2 000地形圖dwg數(shù)據(jù)拼合成為1∶5 000的編繪作業(yè)底圖(數(shù)據(jù)格式為dgn骨架線數(shù)據(jù))，在原有地物編碼，符號化方法不變的情況下，更換符號庫，利用MGE的MicroStation平臺，通過數(shù)據(jù)批處理和手工作業(yè)相結合的方法完成的，再通過符號化、注記壓蓋、圖面整理和圖廓整飾等處理后，形成1∶5 000地形圖制圖數(shù)據(jù)(數(shù)據(jù)格式為dgn符號化數(shù)據(jù))，最后輸出dwg數(shù)據(jù)。

編繪過程的數(shù)據(jù)批處理是基于地物編碼、層號、顏色、線型、線寬等要素進行的，通過識別這些要素，由程序進行地物、注記的舍棄、編碼的更改、獨立符號的放大等處理，做好前期工作。

編繪過程的手工數(shù)據(jù)處理主要是利用MicroStation平臺提供的圖形編輯工具，由作業(yè)員對地形圖各要素進行綜合取舍。

在MGE的MicroStation平臺下，分要素分順序進行地形圖編繪。地形圖內容各要素關系復雜，其定位有主次之分，重要地物位置要精確表示，如控制點、房屋、鐵路等，較次要的地物與之爭位時應移動次要地物，如行樹與路邊線，水邊線重疊時移動行樹。因此按照正確的編繪順序有利于正確處理它們之間的關系?？蓞⒄找韵戮幚L順序:坐標網(wǎng)、測量控制點、獨立地物、居民地和桓柵、工礦建(構)筑物及其他設施、交通及附屬設施、管線及附屬設施、水系及附屬設施、地貌和土質、植被、注記、接邊及圖廓整飾。

編繪過程結合地形圖各要素所在層，分層分要素進行作業(yè)，這樣做既能減少由于圖幅信息量過大時造成視覺疲勞，輕松作業(yè)，又防止了某一要素漏編，有助于提高工作效率。例如在綜合水系及其附屬設施時，關掉其他要素所在的層，只打開與之有關系的18，19，29，31，32，59層進行綜合取舍。

具體編繪工作流程如圖4所示。

圖4 地形圖編繪工作流程

5 成果坐標轉換及標準分幅

按照增城市標準分幅縮編的1∶5 000地形圖數(shù)據(jù)，其數(shù)學基礎仍然是1980西安坐標系，僅僅是在平面位置發(fā)生了平移，在MGE中，可以直接輸出dwg數(shù)據(jù)，因此，此成果能夠滿足增城市城鄉(xiāng)規(guī)劃發(fā)展的需要，但不能滿足廣州市勘測信息系統(tǒng)對地形圖標準分幅和數(shù)學基礎的要求，需要進行平面坐標的轉換和高程系統(tǒng)的轉換。兩個高程系統(tǒng)之間的高差，為4.256因此，不能簡單地把等高線的高程值簡單地減去這個常數(shù)，而是需要進行重構，以滿足等高線高程和等高距的要求。

5.1 平面坐標轉換、獨立高程點的轉換

針對平面坐標轉換和高程轉換，采用以下方法分別實現(xiàn):平面坐標的轉換和獨立高程點的轉換，編寫平面坐標轉換程序，可以直接對dgn文件進行讀寫，數(shù)據(jù)從1980西安坐標系直接轉為廣州平面坐標系，同時對獨立高程點加上4.256。

5.2 等高線重構

針對等高線的重構問題，因為存在著較大困難，因此將1∶2 000數(shù)字化地形圖提取出等高線和獨立高程點，在CAD中編寫程序，選擇較好的三角網(wǎng)構建方法，進行重構生成廣州高程系統(tǒng)下的等高線，然后再轉回dgn格式，拷貝到轉為廣州坐標的編繪地形圖中，與周邊地物進行重新接邊處理即可。

5.3 等高線與周邊地物的關系處理

顯然，重構后的等高線與縮編地形圖上的其他地物存在著較多的關系處理問題。因為重構等高線如果與原等高線擬合得足夠好的話，應該保持原有的地貌不發(fā)生變化，重構等高線與原等高線平行套合，范圍外擴或者縮小，因此會與原有的各種地物，如坎、池塘、路邊線等存在矛盾，需要進行剪切或者延長，處理好地物之間的相互關系。

5.4 廣州市標準分幅

編繪地形圖在進行坐標系統(tǒng)轉換后，需要進行再次拼接和分幅。按照廣州市地形圖標準分幅的要求，把跨某個廣州圖號的增城分幅地形圖拼接起來，使用MGE中提供的軟件功能，按照廣州的標準圖號，自動進行“按圖幅范圍切邊”。

圖5 地形圖分幅圖

6 結 語

不同數(shù)據(jù)基礎異構城市數(shù)字化地形圖的縮編，存在著以下幾個技術難點:首先是數(shù)據(jù)格式的轉換。在轉換過程中，保持原有圖形信息和屬性信息不丟失，無冗余，同時也要對獨立高程點和等高線進行高程匹配，以用于等高線的重構；其次是數(shù)學基礎的轉換，包括平面坐標系的轉換和高程基準的轉換。高程基準的轉換是個難點，特別是由此引發(fā)的等高線的重構問題，需要找到合適的算法，對照重構后等高線與原等高線的疊合程度，最大限度地還原真實的地貌形態(tài)；第三是由于地形圖圖式標準或者數(shù)據(jù)標準的差異而進行的地物要素編碼轉換。在轉換之前，需要對兩個數(shù)據(jù)編碼的標準進行對照，因為存在著多對一、一對多、一對一等各種情況，所以建立兩者之間的對照關系，是非常關鍵的一步；第四是縮編后數(shù)據(jù)依照新分幅標準進行的圖形拼接和裁切。

本次技術研究，對四個關鍵的技術難點進行了試驗性探索，技術流程的設計也完全能滿足生產(chǎn)的需要。目前已展開大批量的工作，應用于廣州市增城地區(qū)1∶5 000數(shù)字化地形圖的縮編項目。

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Research on Heterogeneous＆Different Mathematical Basis City Map Generalization

Liu ZhiHui，Hu YaoFeng
(Guangzhou Urban Planning＆Design Survey Research Institute，Guangzhou 510006，China)

First introduce mathematical basis for different the topographic map data format conversion，and then topographic map of generalizing，followed by coordinate transformation，including plane coordinate transformation，independent elevation with constant，and point the reconstruction of the contour，and finally form the city digital topographic BiaoZhun-Fen picture.

Mathematical basis；Map generalizing；heterogeneous data；MGE

1672－8262(2010)03－22－04

P208

A

2010—07—17

劉志輝(1977—)，男，高級工程師，主要從事地理信息數(shù)據(jù)生產(chǎn)及地圖綜合等技術工作。