針對(duì)等高線和線狀地物的自動(dòng)接邊方法研究

甘 俊

(鐵道第三勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司， 天津 300251)

針對(duì)等高線和線狀地物的自動(dòng)接邊方法研究

甘 俊

(鐵道第三勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司， 天津 300251)

分析地圖形接邊過程中的各種情形，以解決等高線和線狀地物接邊為出發(fā)點(diǎn) 研究出一套針對(duì)等高線和線狀地物自動(dòng)接邊的處理方案，并基于ObjectARX+VS2002進(jìn)行CAD二次開發(fā)。生產(chǎn)應(yīng)用證明，本方法可以實(shí)現(xiàn)地形圖接邊工序50%以上工作的自動(dòng)化，有效避免漏接情形，使接邊工序效率提高70%以上。

自動(dòng)接邊 ObjectARX 地形圖編輯

地形圖制作主要由立體采集、地形圖編輯、質(zhì)量檢查三步驟組成，在地形圖編輯時(shí)，將待編地形圖與既有地形圖成果進(jìn)行接邊是開展工作的重要步驟。除了在地形圖編輯中需要涉及大量地形圖接邊外，在鐵路工程中不同制圖單位之間的供圖結(jié)合，以及不同時(shí)期地形圖結(jié)合應(yīng)用時(shí)，接邊也是最常見的工作之一。目前采取手工作業(yè)方式實(shí)現(xiàn)地形圖接邊工作是常用方法，這種作業(yè)方式容易產(chǎn)生漏接現(xiàn)象，且工作量極大，占據(jù)了地形圖編輯工序20%～30%的工作量。

目前商用的軟件系統(tǒng)ArcGIS，CASS，F(xiàn)ME等都具備強(qiáng)大的地形圖接邊功能[1-3]，通過設(shè)置接邊對(duì)象距離閾值和角度閾值的方式可以實(shí)現(xiàn)手動(dòng)、自動(dòng)兩種作業(yè)方式的接邊，基本可以滿足鐵路工程制圖應(yīng)用的需要。但仍略有不足：其一，現(xiàn)有的地形圖編輯平臺(tái)大都基于CAD二次開發(fā)而成，Arcgis FME等非CAD基礎(chǔ)平臺(tái)開發(fā)的系統(tǒng)對(duì)于鐵路制圖通用的dwg格式以及制圖規(guī)范兼容性不夠好，且平臺(tái)轉(zhuǎn)換影響了生產(chǎn)效率的提高。其二，鐵路工程用圖存在大量補(bǔ)測(cè)圖工作，提交成果具備周期性。因此，有必要保證成果的唯一性。各類常用的接邊軟件在接邊后通過將接邊對(duì)象與待接邊對(duì)象合為一個(gè)整體，不利于保證成果的唯一性。其三，現(xiàn)有的各類接邊雖然功能強(qiáng)大，但仍然需要人工選擇接邊與待接邊對(duì)象，尤其二者對(duì)象有交叉情形下，通過手工選擇接邊對(duì)象顯然不是好的作業(yè)方式。

結(jié)合上述分析，結(jié)合鐵路工程制圖應(yīng)用的需求，通過對(duì)地形圖接邊元素和接邊情形的細(xì)化分析，研究一種基于ObjectARX語言的地形圖自動(dòng)接邊技術(shù)，并以實(shí)驗(yàn)應(yīng)用證明該方法在鐵路工程制圖應(yīng)用中的有效性。

1 地形圖接邊分析

地形圖接邊涉及等高線、地物等所有元素，分析可知，接邊工作中出現(xiàn)錯(cuò)位現(xiàn)象為最普遍的情形，目前主流的接邊方法包括平均法、強(qiáng)制法、優(yōu)化法等都可實(shí)現(xiàn)，其結(jié)果具有唯一性，技術(shù)實(shí)現(xiàn)更容易；而對(duì)于填充體、房屋等復(fù)雜符號(hào)的接邊則需要涉及模式識(shí)別等技術(shù)的輔助，其開發(fā)較為困難，如房屋的接邊處存在錯(cuò)位時(shí)，接邊即存在不確定性，難以簡(jiǎn)單用平滑處理方式處理。

在地形圖接邊中，線狀地物與等高線接邊處理方案類似，考慮到程序?qū)崿F(xiàn)的可行性和接邊工作量，地形圖自動(dòng)接邊技術(shù)應(yīng)以解決等高線和線狀地物接邊為突破點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)無需逐對(duì)象選擇情形下的全自動(dòng)接邊，且保證接邊對(duì)象的獨(dú)立性，滿足鐵路工程制圖需要。

2 等高線和線狀地物自動(dòng)接邊方案分析

等高線和線狀地物接邊的關(guān)鍵有四點(diǎn)：其一，實(shí)現(xiàn)無需逐對(duì)象選擇的接邊等高線與線狀地物具體對(duì)象ID的確定；其二，確定普通情形下的接邊方案；其三，一對(duì)多、多對(duì)一等復(fù)雜情形下的接邊處理；其四，對(duì)于輕微錯(cuò)位情形的等高線與線狀地物接邊后處理。

2.1 接邊對(duì)象集合求解

地形圖原始采集過程必須兼顧地形圖圖式規(guī)范的要求，因此原始采集的等高線和線狀地物在單幅圖例中并非完全連續(xù)，會(huì)存在同一高程等高線存在多個(gè)對(duì)象、同一連續(xù)線狀地物多處斷開(如電力線的入地和出地)的情形，僅僅依靠距離閾值方法對(duì)進(jìn)行自由匹配接邊會(huì)極大增加計(jì)算量和匹配出錯(cuò)的幾率。由于地形圖接邊過程僅針對(duì)接邊圖與待接邊圖相鄰處的等高線和線狀地物對(duì)象，因此剔除不滿足接邊條件的對(duì)象，后期再進(jìn)行自由匹配接邊，即可極大降低出錯(cuò)的幾率。

接邊等高線與線狀地物對(duì)象集合求解的思路為：(1)分別建立待接邊圖幅和接邊參考圖幅等高線與線狀地物對(duì)象的結(jié)構(gòu)體數(shù)組，為每個(gè)對(duì)象設(shè)置對(duì)象ID、起始端點(diǎn)標(biāo)示符及終止端點(diǎn)標(biāo)示符等屬性。(2)利用兩層條件限制獲取接邊等高線對(duì)象集合，即首先通過剔除同坐標(biāo)端點(diǎn)的方式來排除部分不參與接邊對(duì)象的端點(diǎn)；然后進(jìn)行距離閾值篩選，以待接邊圖幅中的等高線對(duì)象為參照，將每個(gè)端點(diǎn)與接邊參考圖幅等高線對(duì)象中所有端點(diǎn)進(jìn)行同高程處比較，獲取所有極小距離值對(duì)應(yīng)的參考圖幅等高線對(duì)象端點(diǎn)，作為參考圖幅的最終接邊等高線對(duì)象集合；接著以參考圖幅的最終接邊等高線對(duì)象集合為參照，反向進(jìn)行閾值篩選，求取待接邊圖幅的最終接邊等高線對(duì)象集合。(3)利用最短距離法和線狀地物走向條件求取接邊線狀地物對(duì)象集合。由于線狀地物走向單一，采取該兩層限制條件進(jìn)行類似等高線的正反向閾值篩選后，得到的接邊線狀地物對(duì)象集合準(zhǔn)確度會(huì)更高。

2.2 常見情形下的接邊對(duì)象確定

經(jīng)過正反向距離閾值篩選后的接邊等高線與線狀地物對(duì)象集合的元素?cái)?shù)量已精簡(jiǎn)，可通過自由匹配方式進(jìn)行接邊處理，即對(duì)于每個(gè)待接邊等高線對(duì)象集合中的端點(diǎn)元素，以等高程和距離最小值雙重條件來選取正確的接邊點(diǎn)，并進(jìn)行端點(diǎn)連接；線狀地物對(duì)象由于缺乏高程屬性，則可以圖層名稱屬性加距離最小值，形成閾值條件來獲取正確的接邊端點(diǎn)。

2.3 復(fù)雜情形下的接邊處理

對(duì)于等高線和線狀地物對(duì)象而言，除了通常的一對(duì)一情形接邊外，還存在復(fù)雜的一對(duì)多、多對(duì)一、多對(duì)多接邊情形，此時(shí)采取常見情形下的作業(yè)方案對(duì)“多對(duì)一”情形接邊時(shí)，會(huì)增大接邊錯(cuò)誤的概率。因此，對(duì)于復(fù)雜情形下(以多對(duì)一為例)的接邊處理需要兼顧考慮單個(gè)等高線與線狀地物對(duì)象的起始端點(diǎn)和終止端點(diǎn)都位于接邊對(duì)象集合中的特殊情況，避免出現(xiàn)交叉與同點(diǎn)接邊的錯(cuò)誤情形。

根據(jù)接邊唯一性的特點(diǎn)，對(duì)于交叉接邊的處理可通過交換結(jié)點(diǎn)方式來糾正，即將同一等高線和線狀地物對(duì)象的起始、終止端點(diǎn)與其對(duì)應(yīng)的接邊端點(diǎn)對(duì)象進(jìn)行調(diào)換后，進(jìn)行重新接邊連接；對(duì)于同點(diǎn)接邊的情形，利用接邊后斜率變化值閾值剔除錯(cuò)誤的接邊，即認(rèn)為接邊處斜率變化差值極小時(shí)為正確接邊對(duì)象，然后對(duì)錯(cuò)誤接邊端點(diǎn)對(duì)象重新進(jìn)行接邊。

2.4 接邊后平滑處理

地形圖接邊中輕微錯(cuò)位的情形在新舊圖接邊及不同加密成果所測(cè)地形圖之間較為普遍，基于保持成果唯一性和合理性原則，對(duì)接邊部位需要進(jìn)行平滑處理。由于接邊參考圖幅作為既有地形圖成果，在接邊過程中不作編輯，因此平滑處理僅針對(duì)待接邊圖幅區(qū)域。平滑處理采取斜率漸變方法：以參考圖幅最鄰近接邊處的兩點(diǎn)構(gòu)成的斜率為參照，在待接邊圖幅上依次取斜率進(jìn)行比較，獲取|-|<時(shí)的端點(diǎn)序號(hào)n；并計(jì)算斜率漸變值=|-|/n；后在待接邊圖幅等高線對(duì)象的頂點(diǎn)集合中對(duì)前n個(gè)端點(diǎn)依次進(jìn)行移動(dòng)處理，使其對(duì)應(yīng)斜率即可，實(shí)現(xiàn)調(diào)整接邊效果的目的。

2.5 接邊對(duì)象的標(biāo)注處理

采用上述接邊方案對(duì)等高線和線狀地物進(jìn)行處理后，會(huì)出現(xiàn)三類情形：其一，處于接邊對(duì)象集合中且接邊成功；其二，處于接邊對(duì)象中但接邊不成功，或接邊超限；其三，遠(yuǎn)離接邊位置，不處于接邊對(duì)象集合。分析可知，情形三由于不涉及接邊處理，不予標(biāo)注，本方案對(duì)情形一和情形二采用不同顏色分別加以標(biāo)示，便于在后續(xù)人工輔助處理中，實(shí)現(xiàn)對(duì)接邊成功對(duì)象的快速檢核和接邊不成功對(duì)象的手工處理。

綜合上述分析，針對(duì)等高線和線狀地物的自動(dòng)接邊方案主要流程如圖1所示。

圖1 基于等高線與線狀符號(hào)接邊技術(shù)流程

3 實(shí)驗(yàn)及成果分析

基于objectarx2006+VS2002開發(fā)環(huán)境，對(duì)上述自動(dòng)接邊方案進(jìn)行程序開發(fā)；基于本方案開發(fā)的ARX程序已經(jīng)在生產(chǎn)中得到推廣應(yīng)用，從編輯工序作業(yè)人員反饋的信息來看，基于地形圖自動(dòng)接邊程序貼合生產(chǎn)實(shí)際，可以達(dá)到提高工作效率的目的，尤其對(duì)于目前鐵路工程用圖而言，其非城區(qū)成圖占據(jù)較大比例，應(yīng)用本方案效果更加明顯.經(jīng)實(shí)踐檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)其成功率在80%以上，加之其超限標(biāo)示功能的輔助，使得接邊工序的工作量減小50%以上(如圖2所示)。

圖2 地形圖接邊某樣例(左)基于本方案接邊的效果(右)

4 結(jié)論

地形圖接邊作為地形圖制作中常見工序之一，大量的手工作業(yè)限制了編輯工序效率的提高，該地形圖自動(dòng)接邊程序經(jīng)大量生產(chǎn)應(yīng)用證明，可以替代傳統(tǒng)接邊工作量的50%以上，更適合鐵路工作制圖應(yīng)用，在生產(chǎn)中有較強(qiáng)的實(shí)用價(jià)值。在后期的功能改進(jìn)中，可以進(jìn)一步開展以下兩方面工作：其一，接邊平滑算法的優(yōu)化；其二，針對(duì)非線狀地物的接邊處理，從而使得人工參與接邊的工序耗時(shí)更短，最終實(shí)現(xiàn)地形圖接邊工序的完全自動(dòng)化。

[1] 曹健，等.基于A rcGIS Engine的多幅數(shù)字地形圖接邊算法研究[J].測(cè)繪繪與空間地理信息,2010(4)

[2] 王永哲,等.基于ArcGIS Engine 9. 2的圖幅自動(dòng)接邊算法的實(shí)現(xiàn)[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué),2008(34)

[3] 吳銘杰.基于AutoCAD擴(kuò)展實(shí)體數(shù)據(jù)的地形圖接邊功能的實(shí)現(xiàn)[J].測(cè)繪繪與空間地理信息,2013(5)

[4] 孫家廣，楊長(zhǎng)貴.計(jì)算機(jī)圖形學(xué)[M].北京.清華大學(xué)出版，1995

[5] 陳杉，王寧.用objectArx開發(fā)AutoCAD2000應(yīng)用程序[M].北京:人民郵電出版社,2003

[6] 延杭.ObjeetARX實(shí)用指南[M].北京:人民郵電出版社，1999

MethodforAutomaticJoinProcessingTechnologyofContourandLinearFeatures

GAN Jun

2014-05-12

1672-7479(2014)04-0010-03

P283.7

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