大比例尺地形圖自動縮編的研究

摘 要：地圖自動綜合縮編問題一直以來都是個(gè)難題，伴著數(shù)字化地圖技術(shù)的發(fā)展，地圖自動綜合縮編問題逐漸的成為新的熱點(diǎn)。大比例尺地圖間的自動綜合縮編在發(fā)達(dá)地區(qū)顯得特別的迫切，特別是由1∶500綜合到1∶1000、1∶2000在城市規(guī)劃、土地管理等各行業(yè)具有廣泛的需求。

關(guān)鍵詞：制圖綜合 自動縮編 大比例尺地形圖 數(shù)字化

中圖分類號：P283 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2013）05（c）-0036-02

隨著社會經(jīng)濟(jì)與城市建設(shè)的飛速發(fā)展，城市工業(yè)化和城鄉(xiāng)一體化的建設(shè)，城市面貌不斷發(fā)生變化，城市管理越來越精細(xì)化，因此社會對大比例尺地形圖現(xiàn)勢性的需求日益增加。各城市對大比例尺地形圖都建立了定期更新的機(jī)制，特別是在部分經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)對1∶500的地形圖建立實(shí)時(shí)更新機(jī)制，然而1∶1000和1∶2000比例尺的地形圖在城市規(guī)劃、土地管理等各行業(yè)同樣具有廣泛的需求，如何在此基礎(chǔ)上建立定期自動縮編1∶1000和1∶2000比例尺的地形圖顯得非常重要。順德區(qū)目前已經(jīng)建立了1∶500基礎(chǔ)地形圖實(shí)時(shí)更新同定期修測相結(jié)合的更新模式，正在研究在1∶500基礎(chǔ)地形圖基礎(chǔ)上自動縮編1∶1000、1∶2000地形圖，通過該項(xiàng)目的研究筆者對相關(guān)技術(shù)進(jìn)行總結(jié)。

1 自動縮編設(shè)計(jì)思路

制圖綜合是地圖生產(chǎn)實(shí)踐中重大技術(shù)問題，是一種從較大比例尺的地圖依次派生各較小比例尺地圖的生產(chǎn)流程與方法。通過地圖綜合得到所需比例尺的地圖，而不需要進(jìn)行外業(yè)測量，它不僅提高了勞動生產(chǎn)效率，而且節(jié)省了大量的人力、物力和財(cái)力，具有重大的生產(chǎn)實(shí)踐意義。

數(shù)據(jù)是GIS的血液，是GIS最基本和最重要的組成部分。順德經(jīng)過幾年的建設(shè)，基礎(chǔ)地理信息系統(tǒng)在1∶500數(shù)據(jù)的高質(zhì)高效的生產(chǎn)、建庫、數(shù)據(jù)更新方面建立了良好的運(yùn)營機(jī)制，保證了數(shù)據(jù)庫的現(xiàn)勢性。如何使1∶500的數(shù)據(jù)增值、如何獲得1∶1000、1∶2000的地形圖，以滿足國土管理、城市規(guī)劃等各部門和社會的需求。最經(jīng)濟(jì)、最有效的方法就是利用制圖綜合技術(shù)，實(shí)現(xiàn)1∶500～ 1∶1000、1∶2000地形圖的自動與人機(jī)交互結(jié)合的模式進(jìn)行生產(chǎn)。地理信息系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)制圖綜合的最佳環(huán)境，順德優(yōu)質(zhì)的1∶500地形數(shù)據(jù)是最好的基準(zhǔn)。

由于地圖綜合是一項(xiàng)復(fù)雜的工作，即使由人工來處理也需要具有經(jīng)驗(yàn)的制圖人員來操作。在工作中要顧及圖面的各種地圖要素的處理，在進(jìn)行選取、化簡、合并、放大等處理時(shí)，要按標(biāo)準(zhǔn)保持地圖要素的基本特征，不僅與比例尺有關(guān)，還和地圖的具體內(nèi)容和地圖的用途相關(guān)。

考慮到完全自動綜合的難度較大，在開發(fā)制圖綜合軟件時(shí)，除了提供大量的自動縮編腳本，同時(shí)又引入部分人工輔助操作，以保證綜合功能全面完整?，F(xiàn)已開發(fā)完成了當(dāng)前比較可行的制圖綜合軟件，降低繁重的人工作業(yè)工作量，提高綜合生產(chǎn)效率。在生產(chǎn)應(yīng)用的過程中，地圖綜合軟件也會不斷改進(jìn)和完善，并進(jìn)一步提高自動化水平。

2 系統(tǒng)功能介紹

2.1 系統(tǒng)軟件系統(tǒng)簡介

該系統(tǒng)軟件在佛山市“基于數(shù)字城市建設(shè)的‘一張圖’應(yīng)用模式研究”成果的軟件基礎(chǔ)上，針對順德特色進(jìn)行開發(fā)，依托EPS地理信息基礎(chǔ)平臺的用于多比例尺地形圖縮編生產(chǎn)與空間數(shù)據(jù)加工處理的軟件系統(tǒng)。系統(tǒng)采用數(shù)據(jù)庫的管理模式，基于縮編流程自定義技術(shù)、模板控制技術(shù)、多綜合模型技術(shù)和知識規(guī)則庫建立技術(shù)等實(shí)現(xiàn)了已有大比例尺數(shù)據(jù)自動完成后續(xù)小比例尺數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)綜合，主要應(yīng)用于基礎(chǔ)測繪、城市勘測、規(guī)劃、國土等有關(guān)地形圖數(shù)據(jù)生產(chǎn)與處理領(lǐng)域，為基于大比例尺數(shù)據(jù)派生中小比例尺數(shù)據(jù)提供了簡單實(shí)用、高效便捷的解決方案。

軟件提供的圖形與屬性處理方法多達(dá)幾十種，可通過編寫特定腳本自動調(diào)用，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)縮編與綜合處理過程中的自動化，同時(shí)提供多種高效率的人機(jī)交互編輯功能，用于處理過程中的特殊性。

2.2 總體架構(gòu)

3 縮編綜合功能

系統(tǒng)是在EPS平臺上實(shí)現(xiàn)，該平臺提供大量的圖形、屬性一體化編輯功能，針對自動縮編、半自動功能進(jìn)行闡述。

3.1 面狀地物化簡、綜合、合并

地圖綜合算子的研究被認(rèn)為是制圖綜合領(lǐng)域最熱門的，針對特定的對象幾何特征、拓?fù)涮卣鳌⒄Z義特征探索目標(biāo)化簡、移位、合并、刪除的各種算法，計(jì)算幾何、圖論、數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)等理論是研究的出發(fā)點(diǎn)。近年來在有關(guān)算子研究的文獻(xiàn)中，大量地出現(xiàn)凸殼、Voronoi圖、Delaunay三角網(wǎng)、柵格化等概念。Voronoi圖、Delaunay三角網(wǎng)是矢量結(jié)構(gòu)上對空間鄰近關(guān)系表達(dá)的很好的支持模型，被廣泛用于地圖要素沖突探測、視覺鄰近多邊形的合并、地貌形態(tài)結(jié)構(gòu)線的搜索、多邊形骨架線的獲取與形狀分析、街道中軸線提取及網(wǎng)絡(luò)模型建立等，有些成果已十分成熟。本軟件的研究在Voronoi圖、Delaunay三角網(wǎng)上算子設(shè)計(jì)作深入探討，開發(fā)一些適用性很強(qiáng)的諸如面狀地物化簡、面狀地物合并。

面狀地物化簡可以修改最小距離來化簡掉建筑物的小凸起或小凹隙，使建筑物的邊線美觀；面狀地物綜合將同屬性距離相近的面狀地物進(jìn)行綜合，如將建筑物結(jié)構(gòu)、建筑物樓層數(shù)、建筑物功能等屬性相同、在一定限距內(nèi)的建筑物合并成一個(gè)建筑物；面狀地物合并，合并跨圖幅邊界的綠地面和河流面。

3.2 線狀地物連接

系統(tǒng)提供自動斷線連接功能將跨圖幅邊界的地類界線、道路線、河流線等距離在限距范圍內(nèi)的各種斷線連接。

3.3 雙線線地物轉(zhuǎn)換為單線

兩個(gè)并行的地物轉(zhuǎn)換為一個(gè)地物：如雙線渠轉(zhuǎn)單線渠；一個(gè)地物的兩個(gè)并行線轉(zhuǎn)換為單線：如坡轉(zhuǎn)坎。

3.4 點(diǎn)位移動功能

縮編過程中為了出圖效果，會遇到一些點(diǎn)狀地物移動點(diǎn)位的情況。移動點(diǎn)位主要包括電力線出入口的移動，低壓高壓線向電鐵塔靠攏的情況。

3.5 密度篩選

系統(tǒng)能夠按照不同的標(biāo)準(zhǔn)篩選密度較大的地物，剔出多余地物。密度篩選分為高程點(diǎn)密度篩選和密集點(diǎn)密度篩選。

（1）高程點(diǎn)密度篩選功能是可以讓用戶選擇釘子點(diǎn)，在已有釘子點(diǎn)的基礎(chǔ)上根據(jù)保留高程點(diǎn)最小距離以及兩高程點(diǎn)最小高程值的原則下，剔出多余高程點(diǎn)。（2）密集點(diǎn)密度篩選功能主要是處理比較密集的旗桿點(diǎn)、船纜柱等點(diǎn)狀地物使其保留中間一個(gè)點(diǎn)。（3）沿指定方向及按指定的間距篩選對象：如門牌號、地壓電力線、電桿。

3.6 復(fù)雜地物識別

復(fù)雜地物需要構(gòu)建拓?fù)潢P(guān)系辨別其地物，本系統(tǒng)處理的復(fù)雜地物包括識別圍墻方向，樓梯臺階識別等功能。圍墻識別功能能夠自動調(diào)整圍墻的方向；樓梯識別功能能夠辨別小于8×12 m的臺階和室外樓梯，在用戶干預(yù)的情況下刪除。

3.7 注記壓蓋對齊

多個(gè)注記散列時(shí)，由于比例尺的改變使距離較近的注記互相壓蓋，使用注記壓蓋對齊處理功能重新排列注記。

3.8 約束刪除

符合一定條件對象的刪除，如長度、面積小于指定值的對象，指定面外的對象刪除。

3.9 地物類型轉(zhuǎn)換

地圖綜合過程中一個(gè)很重要的問題是地物類型的轉(zhuǎn)換，當(dāng)面積小于一定值的面狀地物轉(zhuǎn)換為點(diǎn)地物，所圍面積小于一定值的線狀地物轉(zhuǎn)換為點(diǎn)地物。

（1）面狀地物轉(zhuǎn)點(diǎn)：針對不同地物的性質(zhì)特點(diǎn)定位點(diǎn)狀地物的定位點(diǎn)以及方向生成點(diǎn)狀地物，并放到相應(yīng)得圖層上，同時(shí)轉(zhuǎn)換擴(kuò)展屬性。如面積小于24 m2地下室入口轉(zhuǎn)換為點(diǎn)符號時(shí)，定位點(diǎn)在入口線的中心點(diǎn)上，方向根據(jù)BASEMENT_ENT_SYM層的方向來判斷；面積小于36 m2的變電室轉(zhuǎn)換為點(diǎn)符號時(shí)，定位點(diǎn)在面狀地物的中心點(diǎn)上，而沒有方向。（2）線狀地物轉(zhuǎn)點(diǎn)：線狀地物所圍面積小于一定值時(shí)，轉(zhuǎn)換線狀地物為點(diǎn)狀地物。轉(zhuǎn)換地物時(shí)可以根據(jù)地物的形狀搜索定位點(diǎn)，判斷點(diǎn)地物方向，并可以轉(zhuǎn)換擴(kuò)展屬性。如墩分為圓墩和方墩，源數(shù)據(jù)中墩是以線狀地物存儲且不閉合。系統(tǒng)能夠連接斷線為閉合狀態(tài)搜索定位點(diǎn)在中心點(diǎn)上，并且能夠判斷方墩的方向，生成點(diǎn)符號，并轉(zhuǎn)換擴(kuò)展屬性。

4 縮編綜合成果展示

通過該軟件對我區(qū)SD042和SD042兩個(gè)塊圖區(qū)域進(jìn)行自動化地圖縮編處理，經(jīng)過對比基本達(dá)到制圖要求，具體展示見下圖2、圖3。

5 結(jié)語

縮編是一項(xiàng)系統(tǒng)性、規(guī)范性很強(qiáng)的工作，數(shù)字環(huán)境下利用計(jì)算機(jī)軟件的自動綜合功能進(jìn)行的地圖縮編，仍然離不開人工運(yùn)用綜合方法、掌握綜合尺度，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展進(jìn)步，相信數(shù)字化地圖的縮編工作會越來越更具先進(jìn)性和科學(xué)性。

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