基于CAD數(shù)據(jù)實現(xiàn)地形圖圖形數(shù)據(jù)增量更新建庫

陳習(xí)森，楊猛，楊志敏

(1.深圳市地籍測繪大隊，廣東深圳 518000;2.武漢市測繪研究院，湖北武漢 430000)

1 引言

地形圖數(shù)據(jù)庫更新方法主要有版本式更新和增量式更新兩種。版本式更新是指利用新測或修測的地形圖數(shù)據(jù)全部替換舊地形圖數(shù)據(jù)，而增量式更新僅對發(fā)生變化(包括增刪改)要素進行相應(yīng)更新。

增量式更新相對傳統(tǒng)版本式更新而言，在數(shù)據(jù)存儲量、數(shù)據(jù)冗余度、歷史數(shù)據(jù)恢復(fù)、數(shù)據(jù)更新方式等方面更具優(yōu)勢［1］。目前國內(nèi)主流商業(yè)軟件如CASS、清華山維等都能提供整套的增量更新建庫解決方案，包括數(shù)據(jù)加工平臺、數(shù)據(jù)質(zhì)檢、GIS數(shù)據(jù)管理等模塊。

深圳市從1994年開始進行 1∶1000地形圖測繪工作并且建庫進行管理，多年以來，深圳各測量單位圍繞《深圳市 1∶1000數(shù)字化地形圖動態(tài)修補測實施細(xì)則》(以下簡稱實施細(xì)則)形成了不同的數(shù)據(jù)加工平臺［2］，難以通過采用統(tǒng)一購買商業(yè)軟件的方式來實現(xiàn)建庫方式的升級，為提升地形圖建庫效率，本文將以數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)為中心，在不對現(xiàn)有加工軟件做大調(diào)整的前提下，將深圳市地形圖建庫方法從傳統(tǒng)的版本式更新升級為增量式更新。

2 基于CAD數(shù)據(jù)的增量更新模型的建立

2.1 地物變化的種類

地物更新的基本類型可分為新增、刪除和修改三種，各對應(yīng)多種基本更新動作，具體分解如表1所示。這三種基本類型的操作則可以寫出三類記錄:新增地物記錄、刪除地物記錄、更新地物記錄。再進一步分解，更新操作也可利用刪除地物和新增地物兩步動作來組合實現(xiàn)，這樣實際所有的地物更新動作可分解為刪除地物和新增地物兩步來實現(xiàn)(純粹的新增地物和刪除地物可單列)。通過提取新增地物記錄和刪除地物記錄即可完整記錄地物更新的痕跡。

各種更新類型的分解 表1

2.2 地物變化信息的識別

地物變化信息的識別主要有新增地物的識別、刪除地物的識別和更新地物的識別。新增地物包括新測地物和在修測過程中編輯過的現(xiàn)狀地物，可設(shè)置一個獨立圖層(新增地物圖層)來存儲新增圖形。刪除地物包括直接刪除的地物和在修測過程中刪除的歷史地物，可設(shè)置一圖層(刪除地物圖層)來存儲刪除的圖形。對地物進行修改(包括圖形修改和屬性修改)也可通過刪除地物和新增地物兩步動作來組合實現(xiàn)。先將待修改的地物刪除到刪除地物圖層，然后將修改完成后的現(xiàn)狀地物作為新增地物添加到新增地物圖層。

2.3 地形圖增量更新模型的具體思路

以CAD為例，完整收集刪除記錄和新增記錄只需先設(shè)置兩個獨立的圖層:一個圖層用來存放刪除記錄(刪除圖層)，一個圖層用來存放新增記錄(新增圖層)。在數(shù)據(jù)修改過程中，對任何地物的修改，只需保證修改動作是先刪除地物圖斑到刪除圖層，然后將修改后的地物圖斑視為新增圖斑存儲到新增圖層。

借助CAD文件中刪除圖層中存儲的數(shù)據(jù)，與數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)進行圖形比對即可提取待變更圖斑;再利用新增圖層中存儲的數(shù)據(jù)添加到數(shù)據(jù)庫中各對應(yīng)專題圖層，最后進行數(shù)據(jù)接邊，數(shù)據(jù)庫的記錄即可完成更新。

借助這個思路再進行拓展，我們就可以利用CAD文件直接對數(shù)據(jù)庫中存儲的數(shù)據(jù)進行更新，實現(xiàn)基于CAD數(shù)據(jù)的增量式地形圖圖形數(shù)據(jù)更新模型。

2.4 地形圖增量更新模型設(shè)計

(1)模型圖層組織

模型圖層設(shè)計基本沿用深圳市實施細(xì)則的規(guī)定，增加建筑物面(BP)和道路水系植面層(LP)，用來存儲面狀要素的圖形，不借助格式轉(zhuǎn)換提前進行構(gòu)面［3］。地物要素編碼全部沿用實施細(xì)則的具體規(guī)定，與現(xiàn)有數(shù)據(jù)無縫對接。

模型圖層組織設(shè)計 表2

(2)模型標(biāo)準(zhǔn)更新動作

在增量式更新模型的定義中，地物更新所進行的任何操作需嚴(yán)格執(zhí)行前面提到的更新動作分解，包括:

①新增的地物存儲在新增地物圖層;

②刪除的地物存儲在刪除地物圖層;

③對任何地物要素的修改，先刪除歷史地物到刪除地物圖層，然后將修改后的地物要素視為新增地物添加到新增地物圖層。

增量式地形圖圖形數(shù)據(jù)更新模型的標(biāo)準(zhǔn)更新動作可總結(jié)如圖1所示。

圖1 增量式更新模型動作分解

2.5 地形圖數(shù)據(jù)入庫

(1)CAD數(shù)據(jù)增量信息提取

依據(jù)增量更新模型的設(shè)計，在CAD環(huán)境下進行標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)并完成數(shù)據(jù)接邊和質(zhì)檢后，即可得到兩類信息:①發(fā)生變化的歷史圖斑;主要對應(yīng)的是各專題圖層*D(刪除地物圖層)中存儲的數(shù)據(jù);②更新變化后的現(xiàn)狀圖斑。主要對應(yīng)的各專題圖層*A(新增地物圖層)中存儲的數(shù)據(jù)，這兩類信息可作為增量文件，用來完成數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)增量更新。

(2)數(shù)據(jù)庫中的圖層設(shè)置

數(shù)據(jù)庫中的圖層設(shè)置和CAD環(huán)境下的圖層設(shè)置類似，每個專題圖層又分別對應(yīng)一個歷史圖層，各專題圖層存儲最新的數(shù)據(jù)信息，而發(fā)生變化的歷史圖斑則全部被篩選刪除到歷史圖層。

在數(shù)據(jù)庫中，刪除圖層可不單列，需刪除的地物圖斑可與現(xiàn)勢圖形一同存儲在專題圖層中，在數(shù)據(jù)使用時，只需利用時間屬性進行簡單篩選即可。

(3)圖層屬性字段設(shè)計

為實現(xiàn)對歷史版本數(shù)據(jù)的回溯，各個要素圖形都需要有一個有效時段的概念。為此模型對各個專題圖層分別添加了3個屬性字段，分別是產(chǎn)生時間、變更時間和元數(shù)據(jù)，其中產(chǎn)生時間和變更時間對應(yīng)要素的有效時段，即要素在哪個時間段它是存在并且有效的。元數(shù)據(jù)屬性主要是作為索引字段存儲一些附屬信息，如數(shù)據(jù)生產(chǎn)單位、數(shù)據(jù)提交時間、數(shù)據(jù)變更時間等。

3 增量式地形圖更新模型應(yīng)用效果

為驗證模型的可行性，本文從現(xiàn)有GIS庫中導(dǎo)出4幅 1∶1000的CAD地形圖數(shù)據(jù)作為實驗原始數(shù)據(jù)，具體實驗步驟如下:①按模式設(shè)計設(shè)置圖層，標(biāo)準(zhǔn)化工作環(huán)境;②嚴(yán)格執(zhí)行模型標(biāo)準(zhǔn)更新動作，結(jié)合刪除圖層和新圖層完整記錄修改軌跡;③需要構(gòu)面的圖層如B層、L層需提前在CAD中構(gòu)成封閉面，在GIS建庫時可自動形成面狀要素;④數(shù)據(jù)編輯完成后，進行數(shù)據(jù)接邊和數(shù)據(jù)質(zhì)檢;⑤利用研發(fā)的數(shù)據(jù)入庫軟件，自動提取刪除圖層上的記錄，通過圖形比對功能自動提取GIS庫中待變更的圖斑并刪除到歷史圖層，同時變更時間屬性自動更新［4］;⑥自動提取新增圖層上的記錄，添加更新到各GIS庫中各對應(yīng)圖層，同時產(chǎn)生時間屬性自動更新;⑦完成GIS庫中數(shù)據(jù)接邊［5］。

圖2和圖3是實驗數(shù)據(jù)局部更新的前后對比圖，展示的是某處建筑物圖斑發(fā)生變化，通過在CAD環(huán)境下利用刪除圖層和新增圖層完整記錄圖斑變更軌跡，借助入庫軟件自動實現(xiàn)GIS地形圖數(shù)據(jù)庫中相應(yīng)圖斑的增量更新。純粹新增地物和刪除地物邏輯比較簡單，不再復(fù)述。通過試驗證明基于CAD數(shù)據(jù)實現(xiàn)圖形數(shù)據(jù)增量更新技術(shù)是可行的，模型設(shè)計合理并且與現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)無縫對接，更能實現(xiàn)諸如歷史地形數(shù)據(jù)回溯等功能。

圖2 CAD環(huán)境編輯后成果

圖3 GIS數(shù)據(jù)增量更新成果

4 結(jié)語

基于CAD數(shù)據(jù)的增量式地形圖圖形數(shù)據(jù)更新模型的設(shè)計實現(xiàn)了對地形圖圖形數(shù)據(jù)的增量更新建庫，節(jié)省了數(shù)據(jù)入庫的時間，提高了數(shù)據(jù)更新的效率。模型仍然沿用了現(xiàn)有的工作模式，不需對現(xiàn)有的工作模式和生產(chǎn)軟件做大的調(diào)整，實際應(yīng)用過程中也更易推進?；谠隽啃畔⒏煞奖愕剡M行歷史數(shù)據(jù)的回溯，也可方便地統(tǒng)計每年的修補測工作量。接下來需做的配套工作是對現(xiàn)有的數(shù)據(jù)加工軟件進行調(diào)整［6］，通過功能研發(fā)自動實現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)更新動作，不影響日常數(shù)據(jù)編輯習(xí)慣，也不增加無謂的工作量。

［1］張保鋼，石強.地形圖數(shù)據(jù)庫的增量更新［J］.北京測繪，2007(1):1～4.

［2］羅和平，葉乘鸞，溫振興.竣工測量成果應(yīng)用于地形圖更新的分析探討［J］.城市勘測，2010(5):131～134.

［3］王健潔，趙麗娟，王曉帆等.基于ObjectARX的自定義面域研究［J］.城市勘測，2013(1):139～141.

［4］老大中，趙占強.AutoCAD 2000 ARX二次開發(fā)實例精粹［M］.北京:國防工業(yè)出版社，2001.

［5］余承飛，方勇.AutoCAD 2000二次開發(fā)技術(shù)(ObjectARX)［M］.北京:人民郵電出版社，1999.

［6］宋延杭，王川，李永宣.Object ARX實用指南［M］.北京:人民郵電出版社，1999.