維思2．0在地圖制圖競賽中的若干關(guān)鍵技術(shù)優(yōu)化

任楊,朱傳勇,答星,張小梅,楊曉東

(武漢市測繪研究院,湖北武漢 430022)

維思2．0在地圖制圖競賽中的若干關(guān)鍵技術(shù)優(yōu)化

任楊?,朱傳勇,答星,張小梅,楊曉東

(武漢市測繪研究院,湖北武漢 430022)

以湖北省第四屆測繪地理信息行業(yè)職業(yè)技能競賽為例,憑借維思2．0時(shí)空信息編輯平臺(tái)強(qiáng)大的圖庫一體編輯功能,摸索總結(jié)了一套快速成圖、入庫一體化的技術(shù)方案,并利用FME、ARCGIS軟件對競賽過程中所涉及的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、圖形處理、數(shù)據(jù)入庫等關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行優(yōu)化,從而提升制圖效率和入庫數(shù)據(jù)質(zhì)量。

維思2．0;ARCGIS;FME;地圖制圖競賽

1　引 言

為推動(dòng)測繪地理信息行業(yè)高技能人才隊(duì)伍建設(shè),全面提升從業(yè)人員的職業(yè)能力和技能水平,湖北省測繪地理信息局于2015年8月11日～14日舉行第四屆湖北省測繪地理信息行業(yè)職業(yè)技能競賽地圖制圖項(xiàng)目。地圖制圖競賽重點(diǎn)考核參賽選手對空間數(shù)據(jù)及拓?fù)潢P(guān)系的構(gòu)建能力、GIS數(shù)據(jù)入庫轉(zhuǎn)換的理解能力、地圖制圖整飾出圖的編輯能力[1]。武漢市測繪研究院創(chuàng)新研發(fā)的維思2．0時(shí)空信息編輯平臺(tái)(以下簡稱維思2．0)憑借強(qiáng)大的圖形編輯功能及圖庫一體化設(shè)計(jì)思路,能夠充分滿足競賽的技術(shù)需求。針對地圖制圖專業(yè)競賽中的具體要求,筆者結(jié)合維思2．0在技能競賽中的實(shí)際應(yīng)用情況,對競賽過程中所涉及的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、圖形處理、數(shù)據(jù)入庫中的若干關(guān)鍵技術(shù)環(huán)節(jié)進(jìn)行優(yōu)化,摸索總結(jié)了一套切實(shí)可行的圖庫一體化處理方案。

2　競賽技術(shù)方案的選擇及技術(shù)路線

2．1 競賽要求

地圖制圖(地理信息數(shù)據(jù)處理)競賽采取理論知識考試和技能操作考核相結(jié)合的方式,側(cè)重技能操作考核,每位參賽選手均需參加理論考試并獨(dú)立完成技能操作考核。其中理論知識考試占30%,技能操作考核占70%。技能操作部分重點(diǎn)考查參賽選手利用競賽組委會(huì)統(tǒng)一提供的航測法立體采集1∶2 000矢量數(shù)據(jù)(DWG格式)、外業(yè)調(diào)繪原始資料(含外業(yè)補(bǔ)測數(shù)據(jù))進(jìn)行數(shù)據(jù)編輯入庫能力以及對圖示圖例技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)掌握情況。選手需自帶數(shù)據(jù)處理、編輯軟硬件,在8小時(shí)規(guī)定時(shí)間內(nèi)制作并完成1∶2 000MDB格式的建庫數(shù)據(jù)和1∶2 000PDF格式的制圖數(shù)據(jù)。

2．2選擇維思2．0平臺(tái)的優(yōu)勢及其應(yīng)用現(xiàn)狀

目前測繪行業(yè)使用的內(nèi)業(yè)處理平臺(tái)主要分三類[2,3]:一是基于CAD的內(nèi)業(yè)成圖系統(tǒng),這類軟件圖形編輯能力較強(qiáng),但其底層設(shè)計(jì)主要面向輔助制圖領(lǐng)域,因而圖庫轉(zhuǎn)換過程需借助其他軟件完成,一體化程度不高,例如南方CASS;二是GIS系統(tǒng)以獨(dú)特的地理空間分析能力、快速的空間定位搜索、復(fù)雜的查詢功能和空間決策支持等優(yōu)勢,可產(chǎn)生常規(guī)方法難以獲得的空間信息,但其圖形編輯能力較弱,例如:ARCGIS、GeoStar等;三是圖庫一體化的內(nèi)業(yè)處理平臺(tái),綜合考慮了圖形編輯和GIS要素表達(dá)的雙重要求,彌補(bǔ)了生產(chǎn)作業(yè)過程中采編分離、圖庫分離的不足,提高了內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理的工作效率,例如維思2．0、Geoway等。

維思2．0是基于AutoCAD2012 Map3D平臺(tái)下自主開發(fā)的一套數(shù)據(jù)編輯及建庫處理一體化軟件平臺(tái)。該平臺(tái)整合了AutoCAD Map3D完善的圖形繪制和編輯功能,利用其快速訪問大型數(shù)據(jù)集的高性能引擎和幾乎無限制的雙向數(shù)據(jù)連接數(shù)組能力,為展示成果地圖及設(shè)置地圖樣式提供了技術(shù)支撐,已成為目前國內(nèi)較為先進(jìn)的地圖制作和地理空間設(shè)計(jì)解決方案之一。該平臺(tái)以點(diǎn)、線、面的地理實(shí)體對象數(shù)據(jù)庫為核心,實(shí)現(xiàn)了幾何圖形信息和非幾何屬性信息的同步編輯、圖屬關(guān)聯(lián)、雙向轉(zhuǎn)換、GIS建庫、實(shí)時(shí)更新與成果輸出,從而達(dá)到圖庫一體化的目的。

武漢市測繪研究院確立了以“圖庫聯(lián)動(dòng)、先庫后圖”作為構(gòu)建時(shí)空信息的設(shè)計(jì)思路,實(shí)現(xiàn)了一次測繪、多次應(yīng)用的測繪生產(chǎn)新模式。隨著維思2．0平臺(tái)的啟用,結(jié)束了以往采集生產(chǎn)和數(shù)據(jù)建庫兩部分工作分離的作業(yè)狀態(tài),有效解決了數(shù)據(jù)成果入庫不及時(shí),現(xiàn)勢性不高等問題。該平臺(tái)自投入生產(chǎn)實(shí)踐,已根據(jù)實(shí)際應(yīng)用的不同需求,在數(shù)據(jù)處理模塊功能方面不斷完善,同時(shí)定制開發(fā)完成了基于圖庫一體的竣工、地籍、勘界和管線等專業(yè)功能模塊,統(tǒng)一單位多重業(yè)務(wù)的作業(yè)模式,簡化生產(chǎn)流程,減少數(shù)據(jù)處理環(huán)節(jié)。平臺(tái)界面如圖1所示:

圖1　維思2．0時(shí)空信息編輯平臺(tái)界面

2．3競賽技術(shù)路線

本次競賽明確要求提交建庫數(shù)據(jù)和制圖數(shù)據(jù)兩套成果,而且考核評分細(xì)則中也對建庫數(shù)據(jù)和制圖數(shù)據(jù)的一致性有相應(yīng)的評分體系[4],因此選用圖庫一體化的軟件平臺(tái)對提高競賽成績起至關(guān)重要的作用。競賽選手在規(guī)定的時(shí)間內(nèi),根據(jù)不同平臺(tái)的功能特色,選擇合適的技術(shù)路線和作業(yè)流程成為考核選手綜合技術(shù)實(shí)力的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。筆者以維思2．0軟件平臺(tái)為基礎(chǔ),首先對競賽組委會(huì)提供的各種資料進(jìn)行整理,將原始航測立體采集數(shù)據(jù)導(dǎo)入維思2．0上進(jìn)行預(yù)處理,并根據(jù)“測量控制點(diǎn)成果”資料錄入控制點(diǎn)信息。然后參考外業(yè)調(diào)繪底圖及補(bǔ)測數(shù)據(jù),對原始數(shù)據(jù)進(jìn)行修測。再依照《競賽數(shù)據(jù)規(guī)定》進(jìn)行點(diǎn)線面圖形處理、屬性錄入、空間關(guān)系的邏輯性編輯,制作1∶2 000建庫數(shù)據(jù)。最后按《競賽圖式》要求進(jìn)行圖形要素符號化工序,整飾制圖符號間的關(guān)系并生成圖廓,制作1∶2 000地形圖制圖數(shù)據(jù)[5]。

基于維思2．0的地圖制圖方案能較好完成滿足生產(chǎn)和入庫要求的空間數(shù)據(jù),但為確保在規(guī)定時(shí)間內(nèi)高效快速達(dá)到競賽要求,在競賽過程中利用FME和Arc-GIS中內(nèi)置函數(shù)或轉(zhuǎn)換器對部分技術(shù)流程進(jìn)行優(yōu)化,提高CAD數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換和圖形構(gòu)面方面的效率,減少了生成結(jié)構(gòu)線和構(gòu)建面要素的處理時(shí)間,簡化人工處理環(huán)節(jié)的冗余工序。制圖競賽操作流程如圖2所示。

圖2　利用維思2．0制圖競賽操作流程

3　維思2．0在圖形編輯中關(guān)鍵技術(shù)優(yōu)化

3．1原始數(shù)據(jù)預(yù)處理

本次競賽提供的原始圖形文件存在部分冗余數(shù)據(jù),比如重復(fù)點(diǎn)、重復(fù)線等,旨在考查選手對原始數(shù)據(jù)的預(yù)處理能力,如不修正冗余數(shù)據(jù)將會(huì)造成拓?fù)洵h(huán)節(jié)的錯(cuò)誤,給后續(xù)的數(shù)據(jù)庫構(gòu)建造成困難。利用維思2．0的“圖面清理工具”可根據(jù)需求,實(shí)現(xiàn)刪除重復(fù)項(xiàng)、刪除短對象、打斷交叉對象、延伸未及點(diǎn)、融合偽節(jié)點(diǎn)、刪除懸掛對象等功能。但對線要素中部分重疊的情況,還需進(jìn)一步人工排查。

競賽制圖要求不能使用流線、弧線等特殊形式的線類型采集線狀地物,需確保任何線狀地物采集都只能由簡單多段線構(gòu)成,以保證符號化出來后線狀要素類型為直線或者多段線。因此需對現(xiàn)有要素中存在的三維多線段等類型要素進(jìn)行處理,否則會(huì)造成數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換過程中的要素丟失。針對三維多線段可利用FME中的2Dforcer轉(zhuǎn)換器,去除三維多線段中的Z值,使之成為二維圖形;對圓、圓弧、橢圓等類型利用FME中的ArcStroker轉(zhuǎn)換器將之轉(zhuǎn)換成多線段。

3．2線要素的優(yōu)化處理

按競賽入庫數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)要求,依比例尺表示的河流、運(yùn)河、溝渠等水系要素以及雙線道路要素,需沿雙線或多邊形中心采集結(jié)構(gòu)線并賦屬性入庫。對有單線河或雙線河穿越的湖泊、水庫、池塘等情況,需將水系結(jié)構(gòu)線與單線河流連接,構(gòu)成河流網(wǎng)絡(luò)。但對于連通道路相交(如路口),道路中心線需在相交處斷開,不連通道路(如高架、隧道等)則需保持道路中心線連續(xù)不打斷,并通過匝道、橋梁等表示與其他道路的連通關(guān)系。

若采取人工采集結(jié)構(gòu)線并賦屬性,將耗費(fèi)較長時(shí)間,同時(shí)難以保證結(jié)構(gòu)線能完全沿中心采集以及屬性信息錄入的準(zhǔn)確性。因此筆者利用ARCGIS內(nèi)置提取結(jié)構(gòu)線工具Collapse Dual Lines To Centerline[6]或FME中的CenterLineReplacer轉(zhuǎn)換器對結(jié)構(gòu)線進(jìn)行批量生成。前者適合處理雙線非閉合的線要素,后者則適合處理閉合的面狀要素。自動(dòng)化輸出的結(jié)構(gòu)線在相交處是打斷的,對不連通的道路,則根據(jù)橋梁、隧道圖層判斷,合并結(jié)構(gòu)線。為確保結(jié)構(gòu)線的編碼準(zhǔn)確性,可先將結(jié)構(gòu)線轉(zhuǎn)成的中心點(diǎn)與道路邊線以距離空間關(guān)聯(lián),使之賦予邊線的編碼,再將附有屬性的點(diǎn)與結(jié)構(gòu)線關(guān)聯(lián)繼承點(diǎn)的編碼。由于競賽地形要素?cái)?shù)據(jù)規(guī)定中邊線與結(jié)構(gòu)線的編碼不一致,按照各編碼之間的對應(yīng)關(guān)系,利用CalculateField工具中編寫Python語句自動(dòng)換算出結(jié)構(gòu)線對應(yīng)的編碼。CAD數(shù)據(jù)的邏輯分層是通過Layer字段體現(xiàn)出來的,將編碼寫入Layer字段中,則轉(zhuǎn)出的CAD文件會(huì)根據(jù)Layer值實(shí)現(xiàn)自動(dòng)分層。通過在ARCGIS的ModelBuilder中將以上既定的流程模型化,極大提高結(jié)構(gòu)線數(shù)據(jù)處理的效率。道路結(jié)構(gòu)線提取流程如圖3所示:

圖3　ModelBuilder對道路結(jié)構(gòu)線提取流程的模型化

3．3面要素的優(yōu)化處理

數(shù)據(jù)建庫過程中,需要拓?fù)錁?gòu)面的要素主要有:房屋類要素、湖泊池塘、交通類要素、境界、植被等。在維思2．0中輸入GM(構(gòu)面)命令,單擊需要構(gòu)面的要素內(nèi)部,即可生成面狀要素。但涉及圖層多,且相互拓?fù)潢P(guān)系處理復(fù)雜,為解決人工點(diǎn)選的低效問題,且確保分層屬性的正確性,利用FME進(jìn)行該工序的流程化設(shè)計(jì)能極大地節(jié)約比賽用時(shí)。

筆者首先采用FME中的TestFilter轉(zhuǎn)換器分離需要構(gòu)面的編碼,利用SpikeRemover(移除線段中的尖角)、Extender(延伸)、InterSector(自相交打斷)等轉(zhuǎn)換器進(jìn)行前期數(shù)據(jù)處理解決線要素構(gòu)面的圖形問題,再用AreaBuilder進(jìn)行構(gòu)面。對構(gòu)面過程中的環(huán)島面要素處理是較為復(fù)雜的過程,同層要素只需保留環(huán),而異層構(gòu)面數(shù)據(jù)則需要保留島和環(huán)并分別賦予屬性。利用AreaOnAreaOverLayer(面與面疊置)轉(zhuǎn)換器能夠區(qū)分疊置面屬性,對相同的面層屬性采用DonutBuilder(環(huán)建立)處理,對異層面要素則采用DonutHoleExtrator(環(huán)島提取)進(jìn)行分類提取[7]。最后按照添加道路結(jié)構(gòu)線代碼的方式,可將附有邊線代碼的線要素與面以距離空間關(guān)聯(lián),使輸出的面繼承邊線的編碼。

4　維思2．0在質(zhì)檢及入庫階段處理方法

4．1圖庫質(zhì)量檢查方案

為保證數(shù)據(jù)質(zhì)量,在輸出建庫數(shù)據(jù)和圖形數(shù)據(jù)之前,需對數(shù)據(jù)進(jìn)行規(guī)范性檢查,以達(dá)到考核要求。競賽對技能操作考核計(jì)分項(xiàng)目分“建庫數(shù)據(jù)”、“制圖數(shù)據(jù)”和“速度”三大項(xiàng),其中建庫數(shù)據(jù)考核數(shù)據(jù)組織正確性、數(shù)學(xué)精度及地理精度、拓?fù)湟恢滦匀?xiàng);制圖數(shù)據(jù)考察組織正確性、制圖數(shù)據(jù)完整規(guī)范、整飾質(zhì)量三項(xiàng)。

使用維思2．0中的“圖庫檢查”模塊可實(shí)現(xiàn)智能化檢查,提高競賽制圖效率,減少不必要的扣分。點(diǎn)擊后會(huì)自動(dòng)輸出數(shù)據(jù)檢查結(jié)果的對話框,圖庫檢查結(jié)果如圖4所示。問題檢查涵蓋圖形和屬性兩個(gè)方面,其中圖形問題包括要素類型有誤(除點(diǎn)線面外其他類型要素)、面狀要素未構(gòu)面、多段線要素自相交、多段線長度過短、存在重復(fù)要素(點(diǎn)、線、面)、線段存在懸掛點(diǎn)、面狀要素面面相交等。屬性問題包括要素屬性項(xiàng)與層名不匹配、必填字段未填、圖示角度超過閾值范圍、數(shù)據(jù)字典填寫不正確等。該模塊還可根據(jù)過濾條件和過濾內(nèi)容進(jìn)行篩選以及對于同類錯(cuò)誤進(jìn)行批量修改,如線段懸掛點(diǎn)、重復(fù)要素、多段線長度過短等問題。其他剩余問題項(xiàng)通過自動(dòng)或人工干預(yù)的方法可方便定位并逐一排查,反復(fù)檢查直至所有問題修改完后導(dǎo)出庫數(shù)據(jù)。

圖4　圖庫檢查結(jié)果輸出

4．2建庫數(shù)據(jù)的導(dǎo)出及PDF制圖數(shù)據(jù)處理

經(jīng)維思2．0編輯后的最終成果數(shù)據(jù)(DWG格式)能夠?qū)崿F(xiàn)制圖數(shù)據(jù)與建庫數(shù)據(jù)合二為一,利用平臺(tái)中的“圖庫文件輸出”功能,可實(shí)現(xiàn)圖庫顯示模式的自由切換和圖庫文件的輸出,達(dá)到一庫兩用的目的。但競賽規(guī)定提交MDB格式建庫數(shù)據(jù),并要求各要素層以點(diǎn)、線、面類型分別存儲(chǔ)。為方便CAD數(shù)據(jù)與MDB數(shù)據(jù)的無損轉(zhuǎn)換,在維思2．0中二次開發(fā)庫格式轉(zhuǎn)換插件,其思路是將檢查后的DWG格式數(shù)據(jù)逐層按地理要素分離并轉(zhuǎn)成MDB格式的建庫數(shù)據(jù),實(shí)現(xiàn)滿足競賽要求的制圖數(shù)據(jù)與建庫數(shù)據(jù)的一鍵轉(zhuǎn)換[8]。當(dāng)遇到某要素?zé)o法順利入庫,例如等高點(diǎn)誤歸入等高線層或要素未賦屬性等,插件自動(dòng)將這些要素導(dǎo)入至一個(gè)新建的CAD數(shù)據(jù)中,以便人工處理。

建庫數(shù)據(jù)導(dǎo)出后,僅需對數(shù)據(jù)設(shè)置投影信息,對部分屬性如拼音的填寫等進(jìn)行后續(xù)處理。

PDF制圖數(shù)據(jù)需按照制圖規(guī)范及經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行微調(diào),如等高線注記調(diào)整、注記壓蓋、圖廓整飾等,從而達(dá)到制圖競賽的要求。如圖5所示,地形圖圖面清晰易讀,圖示符號運(yùn)用合理,地形圖數(shù)據(jù)分層準(zhǔn)確,圖廓整飾無誤,文字注記表示正確,滿足競賽規(guī)范要求。

圖5　競賽制圖數(shù)據(jù)成果圖

5　總 結(jié)

經(jīng)本屆地圖制圖競賽實(shí)踐表明,維思2．0憑借其強(qiáng)大的圖庫一體編輯功能在競賽中發(fā)揮了優(yōu)勢,在保證圖庫質(zhì)量的前提下,節(jié)省比賽用時(shí),為取得良好的競賽成績奠定基礎(chǔ)。其內(nèi)置的時(shí)間回溯功能雖未在本次比賽中應(yīng)用,但其數(shù)據(jù)更新維護(hù)的技術(shù)思路,能夠確保數(shù)據(jù)維護(hù)的延續(xù)性、采集平臺(tái)的開放性及空間、屬性的一致性。短時(shí)間的比賽需要選手對操作流程層層細(xì)化,特別是在比賽過程中需兼顧對圖形和庫數(shù)據(jù)的競賽要求,保證圖庫一致性。筆者結(jié)合FME、ArcGIS中設(shè)計(jì)并妥善解決了結(jié)構(gòu)線處理及構(gòu)面、庫轉(zhuǎn)換等問題,減少了維思2．0數(shù)據(jù)頻繁轉(zhuǎn)換帶來的工作量,并通過設(shè)置入庫前的圖庫檢查和分層入庫檢查程序,提高了庫數(shù)據(jù)的成果質(zhì)量。希望本文所提出的處理方式能為快速地圖制圖及圖庫一體化工作提供新的思路。

[1] 第四屆全國測繪地理信息行業(yè)職業(yè)技能競賽地圖制圖賽項(xiàng)競賽技術(shù)綱要[R]．2015．2

[2] 侯金波,潘喜峰,李奕潔．管線探測內(nèi)業(yè)圖庫一體化成圖的應(yīng)用研究[J]．城市勘測,2015(2):74～77．

[3] 陳能,施蓓琦．AutoCAD地形圖數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為GIS空間數(shù)據(jù)的技術(shù)研究與應(yīng)用[J]．測繪通報(bào),2005(8):11～14．

[4] 第四屆全國測繪地理信息行業(yè)職業(yè)技能競賽地圖制圖賽項(xiàng)技能操作考核評分標(biāo)準(zhǔn)[R]．2015．2

[5] 尹言軍,劉昊．基于AutoCAD Map3D和FME圖庫一體化在地圖制圖職業(yè)技能競賽中的應(yīng)用[J]．城市勘測,2013 (6):33～39．

[6] 孔毅,張志強(qiáng),趙崇亮．基于ARCGIS的CAD數(shù)據(jù)入庫研究[J]．測繪通報(bào),2010(5):54～56． [7] 覃東華,趙秉東．基于CASS與FME的宗地圖生成方法

的探討[J]．測繪與空間地理信息,2013(11):238～240．[8] 李艷麗,敖杰剛．基于FME的CAD測繪規(guī)劃成果入庫一

體化[J]．現(xiàn)代測繪,2015(3):40～46．

The Key Technology Optimization for Weisi2．0 Time-space Editing Platform in Vocational Skill’s Competition

Ren Yang,Zhu Chuanyong,Da Xing,Zhang Xiaomei,Yang Xiaodong
(Wuhan Geomatics Institute,Wuhan 430022,China)

Taking Hubei 4th Vocational Skill’s Competition in Geomatic industry as an example,using Weisi2．0 Time-space Editing Platform developed by Wuhan Geomatic Institute for its powerful function in editing of Cartography and Database Integration,a data processing scheme of integrating fast mapping and loading was concluded,with the assistance of FME and ARCGIS,series of problems involving with data transformation、graphic processing and data loading could be optimized in order to enhance efficiency of cartography and quality of database．

Weisi 2．0;ARCGIS;FME;Vocational Skill’s Competition

1672-8262(2016)01-85-05

P208．2

B

?2015—09—14

任楊(1986—),女,碩士,工程師,主要從事航測遙感,地理國情普查工作。

精密工程與工業(yè)測量國家測繪地理信息局重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開放基金(PF2013-013)