基于大比例尺的地形圖縮編方法研究

沙華征

（鄭州市規(guī)劃勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，河南　鄭州　450052）

基于大比例尺的地形圖縮編方法研究

沙華征

（鄭州市規(guī)劃勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，河南鄭州450052）

大比例尺地形圖作為基礎(chǔ)地理信息系統(tǒng)里的主要空間數(shù)據(jù)來(lái)源，已在城市規(guī)劃與管理，國(guó)土資源規(guī)劃與管理，工程設(shè)計(jì)與施工等領(lǐng)域起著十分重要的作用，本文基于大比例尺的地形圖縮編方法，并結(jié)合AutoCAD、GeneMap、Cass7.0和EPSG四種軟件平臺(tái)的功能，分別對(duì)地形圖的縮編技術(shù)及其應(yīng)用進(jìn)行了探討，希望能減輕地形圖縮編的作業(yè)強(qiáng)度.

大比例尺；地形圖縮編；方法

1　前言

地形圖是將地球上的地物和地貌按水平投影的方法（俯視角度觀看），并按一定的比例尺縮繪到圖紙上，即地表起伏形態(tài)、地理位置以及地理形狀在水平面上的投影圖.由于地形圖的特點(diǎn)不同，如按照經(jīng)緯度的分幅，常用的比例尺有1:500，1:2000，1:5000，1:10000，1:100000以及1:50000等等，比例尺大小不同的地形圖，其在各領(lǐng)域的具體用途也會(huì)有所不同，但從根本上講，它們所表達(dá)的效果基本一樣，即不同比例尺的地形圖能精確而又詳細(xì)地表示地面上的地貌、水文、地形、土壤、植被等這些自然地理要素，以及居民房屋、交通網(wǎng)線、邊界線、工程建筑等社會(huì)經(jīng)濟(jì)要素，通常來(lái)說(shuō)，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)地形測(cè)量或者航拍資料繪制的地形圖，其誤差和投影變形量基本都比較小.

隨著我國(guó)城市化快速地發(fā)展，不得不要求我們不斷更新地形圖，對(duì)不同比例尺的選取以及地形圖的制作，均有嚴(yán)格的要求.我們從地形圖自動(dòng)綜合的理論技術(shù)出發(fā)，將原先的小比例尺數(shù)據(jù)用現(xiàn)在的大比例尺替換，得到了一些嘗試性成果，但是，從目前計(jì)算機(jī)全自動(dòng)縮編數(shù)字化地形圖的研究現(xiàn)狀來(lái)看，還存在許多難題需要攻破.因此，本文利用半自動(dòng)的數(shù)字化縮編技術(shù)，分別從AutoCAD、GeneMap、Cass7.0、EPSG四個(gè)軟件平臺(tái)的二次開(kāi)發(fā)著手，對(duì)大比例尺的地形圖縮編進(jìn)行了探討，并結(jié)合筆者多年從業(yè)經(jīng)驗(yàn)，將其應(yīng)用到實(shí)際工作中.

2　基于大比例尺的地形圖縮編的四種方法

2.1基于AutoCAD的大比例尺地形圖縮編及其應(yīng)用

由于具有圖形繪制、圖形編輯、能二次開(kāi)發(fā)、格式轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)交換以及操作簡(jiǎn)單等特點(diǎn)，使得AutoCAD軟件在各個(gè)領(lǐng)域被廣泛運(yùn)用，測(cè)繪工程領(lǐng)域也不例外，AutoCAD在測(cè)繪工程行業(yè)的應(yīng)用，開(kāi)啟了數(shù)字化成圖之門(mén)，而對(duì)地形圖的縮編，目前還沒(méi)有統(tǒng)一的軟件制作，其基本采用用半自動(dòng)數(shù)字化技術(shù).因此，利用AutoCAD的二次開(kāi)發(fā)功能，本文從測(cè)繪工程角度，嘗試性地尋求一套相對(duì)比較快捷的縮編方法，并將該縮編方法應(yīng)用到福建省三明市泰寧縣1∶500地形圖縮編1∶2 000地形圖的制作中去.

圖1 縮編流程圖

本文的縮編地形圖采用的是福建省地質(zhì)測(cè)繪院2004 月12月繪制的數(shù)字地形圖，現(xiàn)對(duì)地物類(lèi)型進(jìn)行一些刪除、合并、簡(jiǎn)化、夸大以及移位等細(xì)節(jié)處理，如采用AutoCAD創(chuàng)建的選擇集對(duì)層名、塊名和線形名等這些地方進(jìn)行修改；利用AutoCAD軟件里的AutoLISP編程功能來(lái)處理簡(jiǎn)化和合并工作；在AutoCAD軟件窗口中手動(dòng)調(diào)整地形圖的符號(hào)和標(biāo)注位置等，為了快速完成縮編工作，減少一些不必要的工作量，筆者事先制定了如圖1的工作流程.具體操作步驟:一、在AutoCAD軟件的命令窗口中輸入“INSERTBLOCK”命令，將泰寧縣16幅1∶500地形圖自動(dòng)拼接，然后分別輸入“SCALE”和“MOVE”命令，將放大4倍后的新圖廓進(jìn)行整飾，得到1∶2 000地形圖草圖.二、在1∶2 000草圖中，刪掉一些面積較小的面狀地物和大部分塊狀符號(hào)、路面材料注記等，如小于20m2的房屋、廣告牌、門(mén)牌號(hào)等，這些可以利用編程加以解決，即創(chuàng)建符號(hào)與塊名對(duì)應(yīng)的“TXT”文件（如表1所示），利用程序?qū)ξ募M(jìn)行刪除，對(duì)于注記部分則利用字的“STYLE”或者“CONTENTS”屬性功能進(jìn)行批量刪除.三、在原圖中刪除所有注記的高程點(diǎn)，選擇屬性中的“POSITION Z”功能，將會(huì)自動(dòng)生成注記的高程點(diǎn).這里需要說(shuō)明的是在AutoCAD軟件里并沒(méi)有自動(dòng)生成注記的功能，因此，我們必須把所有注記的高程點(diǎn)全部導(dǎo)入其他像GEOWAY軟件里，然后選擇1∶2 000的比例尺，并使用第三縮編軟件里的高程轉(zhuǎn)注記功能，將其自動(dòng)生成符合相關(guān)規(guī)范的注記，最后再將其導(dǎo)回AutoCAD軟件里.四、對(duì)地形圖中的點(diǎn)狀地物符號(hào)和注記進(jìn)行放大以及其它符號(hào)替換處理.五、利用程序?qū)⒃忍幙h16幅1∶500地形圖中的線形全部提取出來(lái)，設(shè)置為不同的新層，然后將其分別放置.六、合并一些小的面狀物，刪掉一些字體，改用符號(hào)代替以及符號(hào)、標(biāo)注的移位以便能清晰視圖等.七、根據(jù)國(guó)家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)行成圖檢查.八、地形縮編圖輸出.

表1　符號(hào)與塊名對(duì)應(yīng)表

2.2基于GeneMap的大比例尺地形圖縮編及其應(yīng)用

在地理信息數(shù)據(jù)處理軟件Geoway的基礎(chǔ)上二次開(kāi)發(fā)的GeneMap軟件，和一些傳統(tǒng)地形圖縮編軟件相比，更加趨于智能化和自動(dòng)化.GeneMap軟件在進(jìn)行地形圖縮編時(shí)有三種作業(yè)模式，即基于規(guī)則庫(kù)的一致性的全自動(dòng)綜合、智能化交互式綜合以及手工數(shù)據(jù)編輯.由于本文篇幅有限，以下只對(duì)智能化交互式綜合與規(guī)則庫(kù)批處理相結(jié)合的縮編作業(yè)進(jìn)行敘述，其余作業(yè)模式參見(jiàn)相關(guān)文獻(xiàn).GeneMap軟件采用的是智能化交互式綜合與規(guī)則庫(kù)批處理相結(jié)合的縮編作業(yè)，智能化交互式綜合以人機(jī)交互的方式進(jìn)行半自動(dòng)綜合處理，即能用軟件處理的就盡量用軟件處理，不能用軟件處理的實(shí)現(xiàn)人工處理，這樣人機(jī)相互交替進(jìn)行，以下是以北京市1:2000數(shù)字化地形圖縮編1:10000地形圖為例，對(duì)居民地（建筑物）、水系以及交通網(wǎng)的圖像處理.

圖2　居民地綜合效果示意圖

通常采用建筑物形狀簡(jiǎn)化、合并以及轉(zhuǎn)換方法對(duì)居民地進(jìn)行圖像處理，或者采用具有代表性的合并算子對(duì)居民地進(jìn)行自動(dòng)合并，并將各種參數(shù)記錄在規(guī)則庫(kù)中，采用交互式綜合工具對(duì)地形圖進(jìn)行縮編，得到如圖2所示的居民地綜合效果示意圖，從圖中可以明顯看出居民地綜合前后的效果差別，其中對(duì)集團(tuán)式城鎮(zhèn)居民地的建筑物采用的是邊角垂直改正，對(duì)城郊散列式的部分居民地建筑物是根據(jù)其特征線狀地物（如河流等）和散列分布來(lái)選擇繪圖走向的，而相對(duì)單一且又不需要合并的面狀地物，采用面等級(jí)變換操作后在規(guī)則庫(kù)中直接進(jìn)行批量處理.

對(duì)于水系的綜合處理，基本都是采用河流簡(jiǎn)化、鄰近湖泊的合并以及河流中軸化，當(dāng)雙線河寬度小于綜合指標(biāo)時(shí)，將其簡(jiǎn)化為單線河，而在選取單線河后，需要?jiǎng)h掉一些閾值以下的彎曲河流，這些被刪掉的彎曲河流則用規(guī)則庫(kù)交互式方式來(lái)處理.對(duì)于高速公路以及等外公路的處理，采用規(guī)則庫(kù)批量獲取形式直接將其保留，從而實(shí)現(xiàn)道路的中心線提取.

2.3基于Cass7.0的大比例尺地形圖縮編及其應(yīng)用

圖3　某地區(qū)縮編前1:500地形效果示意圖

圖4　某地區(qū)縮編后1:1000地形效果示意圖

與前面介紹的AutoCAD和GeneMap兩種軟件所遇到問(wèn)題一樣，Cass7.0軟件在進(jìn)行大比例尺地形圖縮編工作時(shí)，也會(huì)出現(xiàn)類(lèi)似的問(wèn)題，即自動(dòng)化批量處理和人機(jī)交互式處理過(guò)程中的細(xì)節(jié)處理問(wèn)題.其中自動(dòng)化批量處理則是刪除次要地物、修剪等高線和符號(hào)替換；人機(jī)交互式處理則是符號(hào)抽稀、地物取舍與合并、圖面和圖幅整飾、塊地劃分.由于前面已經(jīng)敘述，這里不再敘述，現(xiàn)對(duì)待處理的地形圖進(jìn)行以上操作，并進(jìn)行地理精度、整飾質(zhì)量以及入庫(kù)等方面的檢查，采用南方Cass7.0軟件將某地區(qū)1∶500地形圖縮編成1∶1000地形圖，其縮編前后的效果示意圖分別如圖3和圖4所示.

2.4基于EPSG的大比例尺地形圖縮編及其應(yīng)用

EPSG軟件是在EPS軟件基礎(chǔ)上二次開(kāi)發(fā)的、集自動(dòng)與半自動(dòng)為一體的綜合制圖軟件，其繪圖模版規(guī)范化和可視化，圖形編輯操作快捷靈活以及內(nèi)載大量縮編算法等特點(diǎn)，深受大家所喜愛(ài).而EPSG軟件里的部分全自動(dòng)綜合縮編處理，主要是根據(jù)先主要地物后次要附屬物；先面狀和線狀，后點(diǎn)狀的原則，進(jìn)行相關(guān)參數(shù)的設(shè)置，從而達(dá)到自動(dòng)識(shí)別和綜合處理.

在數(shù)據(jù)預(yù)處理方面，進(jìn)行自動(dòng)查找重疊對(duì)象，并過(guò)濾刪除重復(fù)線、面等，圖幅分割線上綠地面與河流面的合并等；在交通道路網(wǎng)處理方面，優(yōu)先選取等級(jí)較高且又有意義的道路，對(duì)比鄰近地區(qū)道路的疏密程度，并結(jié)合道路網(wǎng)平面圖形特征，將不能表達(dá)的彎曲道路應(yīng)簡(jiǎn)化；在水系處理方面，不能改變?cè)摰貐^(qū)的地貌特征，但是可以先進(jìn)行拓寬，然后進(jìn)行化簡(jiǎn)和刪除.在建筑物處理方面，需要正確表示居民建筑物的位置、輪廓、分布等，因此就必須對(duì)居民建筑物進(jìn)行綜合，簡(jiǎn)化，變化等相關(guān)處理.在等高線和高程點(diǎn)處理方面，篩選必要的等高線，對(duì)線的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行抽稀，保留能清晰識(shí)別的道路和交叉口點(diǎn)；在植被處理方面，將同屬類(lèi)型的地面進(jìn)行整合、取舍及合并.

采用EPSG軟件進(jìn)行地形圖縮編時(shí)，仍然有部分工作需要手動(dòng)處理，而EPSG軟件由于其編輯處理功能強(qiáng)大使得工作十分方便，如對(duì)水系、植被、數(shù)據(jù)檢查處理等，大多數(shù)都是在縮編過(guò)程中對(duì)地形圖的細(xì)節(jié)處理，而絕大多數(shù)地形圖縮編軟件的細(xì)節(jié)處理，基本是取舍，整飾、合并、修正以及移位等，這里不再重復(fù)敘述，詳見(jiàn)前面.

3　結(jié)論

通過(guò)上述運(yùn)用AutoCAD、GeneMap、Cass7.0以及EPSG軟件來(lái)縮編大比例尺地形圖，我們可以發(fā)現(xiàn)，目前我國(guó)對(duì)大比例尺的地形圖還沒(méi)有達(dá)到完全自動(dòng)縮編的地步，但就本文四種大比例尺的地形圖縮編方法探討來(lái)看，還是能夠滿(mǎn)足日常工程需要的.同時(shí)，在進(jìn)行大比例尺的地形圖縮編時(shí)，我們需要注意以下幾個(gè)方面:

（1）縮編軟件的二次開(kāi)發(fā)，需要事先制定好具體的工作流程，嚴(yán)格按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行縮編，對(duì)成圖質(zhì)量要進(jìn)行檢查，以防造成縮編后的地形圖不規(guī)范或者不清晰，給工程使用者帶來(lái)不必要的經(jīng)濟(jì)損失和時(shí)間浪費(fèi).

（2）GeneMap改進(jìn)了AutoCAD軟件的手工縮編方式，使其制圖較為自動(dòng)化，對(duì)周期不斷更新和縮編工作量的加大比較很好地適應(yīng).

（3）實(shí)列說(shuō)明采用Cass7.0軟件進(jìn)行的地形圖縮編，能有效利用資源、縮短成圖周期，且縮編后的地形圖符合國(guó)家相關(guān)規(guī)范.

（4）運(yùn)用縮編軟件，對(duì)大比例尺的地形圖進(jìn)行縮編時(shí)，不僅加快了各比例尺間的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換速度，而且也提高了數(shù)據(jù)的再次利用效率，AutoCAD、GeneMap、Cass7.0以及EPSG四個(gè)軟件進(jìn)行地形圖縮編，不會(huì)使得原數(shù)據(jù)庫(kù)不夠完善，因?yàn)橥ㄟ^(guò)任意一種比例尺地形圖可以實(shí)現(xiàn)不同比例尺地形圖間的轉(zhuǎn)換，及時(shí)更新測(cè)繪數(shù)據(jù)，保障數(shù)據(jù)的有效性和現(xiàn)勢(shì)性.

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1673-260X（2016）07-0038-03

2016-04-11