大比例尺地形圖自動(dòng)化縮編關(guān)鍵技術(shù)研究

程 敏

(廣州市城市規(guī)劃勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，廣東廣州 510060)

0 引言

GIS空間數(shù)據(jù)常采用大比例尺地形圖作為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，隨著GIS在各領(lǐng)域中的運(yùn)用，大比例尺地形圖制圖綜合自動(dòng)化的研究及應(yīng)用有著重要的現(xiàn)實(shí)意義。制圖綜合是保證圖面清楚，保持與比例尺相應(yīng)的地圖內(nèi)容的詳細(xì)程度，符合地圖用途，在有限的圖面上反映制圖區(qū)域的地理特征和區(qū)域特征，在復(fù)雜的地理信息中進(jìn)行去粗取精，反映本質(zhì)的主要方面，以確保地圖的易讀性。

1 縮編方法選擇

大比例尺地形圖縮編可以理解為:在大量地理要素中，選出重要的要素，突出地理要素的總體特征，同時(shí)減少分級(jí)數(shù)量以縮小與客觀要素的差別。在實(shí)現(xiàn)制圖綜合過(guò)程中，對(duì)地圖各要素的操作，主要選取(資格法和定額法)和概括兩類方法:按資格法(分界尺度)選取，是指在編繪底圖上測(cè)定實(shí)體的尺寸，將測(cè)定的尺寸和事先規(guī)定的分界尺度相比較，以判斷該實(shí)體的取舍。定額指標(biāo)是按地形圖上單位面積內(nèi)選取實(shí)體的數(shù)量。定額法選取關(guān)鍵是合理的確定定額指標(biāo)。概括包括數(shù)量特征、質(zhì)量特征、圖形的概括。在制圖過(guò)程中，概括主要針對(duì)線狀地物或非規(guī)則面狀圖形的圖廓線進(jìn)行的。形狀化簡(jiǎn)是線狀實(shí)體和面狀實(shí)體最重要的綜合方法。對(duì)于線狀實(shí)體(如單線河、道路、等高線等)，主要是減少?gòu)澢?對(duì)于面狀實(shí)體(如居民地)，則既要化簡(jiǎn)其外部輪廓，又要化簡(jiǎn)其內(nèi)部結(jié)構(gòu)。圖形等級(jí)轉(zhuǎn)換法，是通過(guò)輪廓圖形和符號(hào)圖形的轉(zhuǎn)換來(lái)實(shí)現(xiàn)地物質(zhì)量特征和數(shù)量特征的概括。概括一般要求主要特征點(diǎn)精確位置，反映各形狀對(duì)比，保持圖形相似，各要素之間相互關(guān)系明確，圖形協(xié)調(diào)一致。制圖綜合自動(dòng)化研究的難點(diǎn)在于:1)制圖綜合的復(fù)雜性;2)制圖綜合后信息的完整性;3)重新符號(hào)化的準(zhǔn)確性及合理性;4)面狀地理要素合并操作的合理性。

2 自動(dòng)化縮編實(shí)現(xiàn)機(jī)制

2.1 平臺(tái)選擇

EPS是清華山維公司開(kāi)發(fā)的以快速構(gòu)建GIS應(yīng)用的地理信息軟件基礎(chǔ)平臺(tái)。EPS在制圖綜合自動(dòng)化的研究方面有理論上的創(chuàng)新:認(rèn)為制圖綜合也是GIS數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的類型的一種。其主要任務(wù)是:

1)合理的編碼方案選擇;2)數(shù)據(jù)庫(kù)派生技術(shù)的運(yùn)用;3)地理要素重新符號(hào)化;4)研究制圖綜合方案。

2.2 實(shí)現(xiàn)機(jī)制

本文基于EPS平臺(tái)開(kāi)發(fā)，大比例尺縮編模塊(EPS Exchange)是基于EPS平臺(tái)下的GIS數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換和制圖綜合模塊。

當(dāng)?shù)匦螆D從1∶500→1∶2 000轉(zhuǎn)換時(shí)，隨著比例尺的變化，地形圖上的相關(guān)地貌、地物也隨之發(fā)生變化。為了保證上述的變化滿足不同比例尺的制圖要求，EPS數(shù)據(jù)庫(kù)采用派生技術(shù)制作。在進(jìn)行制圖綜合時(shí)，根據(jù)不同的需求即可派生出完整的1∶2 000模板，形成了多種比例尺的“一庫(kù)多用”。

跨平臺(tái)的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換或異構(gòu)數(shù)據(jù)之間的轉(zhuǎn)換是非常復(fù)雜的。為了更好地實(shí)現(xiàn)圖形、屬性、拓?fù)潢P(guān)系等在轉(zhuǎn)換過(guò)程中的高轉(zhuǎn)換率、高自動(dòng)化，本文充分利用了清華山維信息映射技術(shù)，在數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)層面上通過(guò)對(duì)基本元素進(jìn)行打散、拆分、過(guò)濾、重組、派生等技術(shù)處理，從而實(shí)現(xiàn)異構(gòu)系統(tǒng)間的一對(duì)一、一對(duì)多、多對(duì)一、多對(duì)多的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換。信息映射的技術(shù)基礎(chǔ)是符號(hào)結(jié)構(gòu)的組件化，其技術(shù)核心是符號(hào)化過(guò)程中可控制性方法。

地理要素重新符號(hào)化是制圖綜合中的主要任務(wù)之一。它的目的是地形圖編繪時(shí)，新編制地形圖的地理要素的空間位置、圖式符號(hào)規(guī)格等要能準(zhǔn)確地、合理地反映資料地形圖原有的狀況。

編繪模塊功能的實(shí)現(xiàn)不僅取決于數(shù)學(xué)模型的優(yōu)劣，更為重要的是知識(shí)規(guī)則的合理運(yùn)用。在模塊功能實(shí)現(xiàn)中，要注重解決如下問(wèn)題:

1)圖根點(diǎn)、點(diǎn)狀地物及高程注記篩選，文字注記抽稀及綜合;篩選算法主要用于解決較密集的圖根點(diǎn)、高程注記及普通點(diǎn)狀地物的稀疏處理。對(duì)于某類密集型的文字注記需要篩選。

2)等高線抽稀;相應(yīng)的不足一倍縮編等高距的等高線需要舍棄。

3)居民地綜合。居民地建筑群相互間隔在一定的數(shù)學(xué)準(zhǔn)則下，需要綜合處理。可以采用EPS平臺(tái)的懸掛點(diǎn)分析處理模塊實(shí)現(xiàn);對(duì)于不需要保留房屋分界線時(shí)，可以使用拓?fù)浞治鎏幚砟K提取最大外圍邊界。

綜合取舍主要依據(jù)“實(shí)體特性模板表”與“注記模板表”所代表的不同比例尺之間地理要素的數(shù)學(xué)準(zhǔn)則，決定實(shí)體對(duì)象的綜合取舍。

信息映射是整個(gè)編繪過(guò)程的最后環(huán)節(jié)，使用EPS平臺(tái)“信息映射機(jī)制”完成。它是基于“符號(hào)描述語(yǔ)言”的多重嵌套的復(fù)雜解析過(guò)程。

在編繪過(guò)程中，“信息映射機(jī)制”主要實(shí)現(xiàn)如下目標(biāo):1)資料圖要素向新編圖要素的空間信息轉(zhuǎn)換關(guān)系分析;2)依比例符號(hào)向不依比例符號(hào)的轉(zhuǎn)換;3)面狀要素幾何尺寸小于縮編數(shù)學(xué)準(zhǔn)則時(shí)，向點(diǎn)狀要素的轉(zhuǎn)換;4)骨架線提取與自動(dòng)識(shí)別;5)圖邊要素整合。

2.3 技術(shù)特點(diǎn)

EPS Exchange將項(xiàng)目技術(shù)規(guī)程轉(zhuǎn)換為數(shù)學(xué)技術(shù)規(guī)程，以保障生產(chǎn)數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化，同時(shí)完成數(shù)據(jù)的對(duì)照轉(zhuǎn)換，即為模板定制。

EPS Exchange使用開(kāi)放式腳本編制機(jī)制，是各種編繪算法的組合指令，增強(qiáng)了系統(tǒng)的通用性(見(jiàn)圖1)。

3 數(shù)據(jù)交換與編繪自動(dòng)化

不同系統(tǒng)之間數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換長(zhǎng)期以來(lái)是GIS研究的重點(diǎn)。

廣州基礎(chǔ)地理信息系統(tǒng)(GZFGIS)選用的軟件平臺(tái)為MGE，數(shù)據(jù)庫(kù)為SQL Server，基礎(chǔ)地圖以Microstation DGN格式存儲(chǔ)。存儲(chǔ)格式還包括Dxf，Txt等格式;DGN文件與基礎(chǔ)地理信息系統(tǒng)的圖形平臺(tái)文件格式相同，保存圖形內(nèi)容和注記內(nèi)容;而Att文件則保存圖形元素的編碼和屬性內(nèi)容。MGE提供ASCII loader(MGAL)模塊為對(duì)外數(shù)據(jù)交換提供了接口，它既可以處理圖形數(shù)據(jù)，又可同時(shí)處理屬性數(shù)據(jù)。

圖1 腳本組合命令

調(diào)入MGE數(shù)據(jù)要注意EPS模板使用是為MGE特制的數(shù)據(jù)庫(kù)模板。以轉(zhuǎn)換到EPS平臺(tái)下的數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，點(diǎn)、線、面空間要素及共點(diǎn)、共邊要嚴(yán)格提取與捕捉，并根據(jù)情況進(jìn)行一定的編輯處理(如等高線的連線與封閉等)，確?？臻g要素、空間屬性(如編碼、顏色等)及空間關(guān)系的正確性，采集繪制規(guī)則的一致性，杜絕縫隙、懸掛、交叉等數(shù)據(jù)缺陷。

讀入EPS平臺(tái)下的數(shù)據(jù)可以輸出為Exf文件(EPS文件交換格式)，在EPS Exchange中利用特定的編繪模板，調(diào)入Exf文件，這樣就完成了數(shù)據(jù)的完整性讀入。EPS Exchange編繪的方法主要有:選取、化簡(jiǎn)、概括、位移、拓寬等。基本原則有:先主要地物，后附屬設(shè)施，先面狀地物后線狀地物，后點(diǎn)狀地物。通過(guò)定制參數(shù)的方式，系統(tǒng)根據(jù)要素特征自動(dòng)識(shí)別處理，達(dá)到自動(dòng)化綜合。在EPS Exchange中利用制圖綜合命令就可以完成1∶500～1∶2 000的縮編，智能程度可以節(jié)約人工干預(yù)約一半。但存在的較多一些點(diǎn)狀地物以及文字注記遮蓋、居民地綜合不完善、地理要素協(xié)調(diào)欠佳等問(wèn)題，還需要人工干預(yù)。

4 結(jié)語(yǔ)

使用EPS Exchange進(jìn)行制圖綜合時(shí)，通過(guò)編碼的映射，對(duì)相應(yīng)的實(shí)體進(jìn)行解析，根據(jù)實(shí)體的解析深度來(lái)控制信息的變換，能滿足綜合制圖的要求，真正達(dá)到制圖綜合自動(dòng)化的數(shù)據(jù)要求:

1)原始數(shù)據(jù)的質(zhì)量，原圖數(shù)據(jù)是否規(guī)范是提高編繪效率的根本保證;2)數(shù)據(jù)庫(kù)模板的精良制作;3)是否充分利用軟件的二次腳本開(kāi)發(fā);4)作業(yè)人員對(duì)地形的理解;作業(yè)人員的工作經(jīng)驗(yàn)及對(duì)地形圖的理解直接影響編繪的質(zhì)量。

利用EPS平臺(tái)強(qiáng)大的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換功能轉(zhuǎn)換MGE數(shù)據(jù)進(jìn)行自動(dòng)化的綜合制圖有著重要現(xiàn)實(shí)意義。整個(gè)過(guò)程具有可操作性和科學(xué)性，優(yōu)勢(shì)如下:

1)工作底圖利用1∶500地圖拼接而成，保持了地圖的精度;2)軟件具有自主版權(quán)，有著廣泛發(fā)展應(yīng)用前景;3)采用統(tǒng)一模板，保證數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)出與GIS入庫(kù)采用統(tǒng)一的數(shù)據(jù)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn);4)大比例尺地圖更新與1∶2 000地圖更新建立聯(lián)動(dòng)機(jī)制，提高工作效率，保證了定期測(cè)繪與實(shí)時(shí)編繪有機(jī)統(tǒng)一，建立了動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)更新機(jī)制，使GIS空間數(shù)據(jù)的利用價(jià)值得到提高。

［1］彭 強(qiáng)，楊德麟.在GIS軟件平臺(tái)EPS2000上實(shí)現(xiàn)大比例尺制圖綜合自動(dòng)化［J］.工程勘察，2002(6)：23-25.

［2］肖劍平，劉美春，艾廷華.基于要素操縱引擎實(shí)現(xiàn)地圖綜合縮編的技術(shù)方法［J］.工程勘察，2007(1)：25-27.

［3］李長(zhǎng)輝.MGE ASCII LOADER模塊及其實(shí)現(xiàn)［J］.城市勘測(cè)，1999(1)：52-56.

［4］清華山維公司.模板控制技術(shù)［M］.北京：清華山維公司，2002.

［5］祝國(guó)瑞.地圖設(shè)計(jì)與匯編［M］.武漢：武漢大學(xué)出版社，2001：101-201.