基于ArcGIS Engine的數(shù)字地圖邏輯拼接

方 衎，王山東

（1．河海大學(xué) 地球科學(xué)與工程學(xué)院，江蘇 南京 210098）

基于ArcGIS Engine的數(shù)字地圖邏輯拼接

方 衎1，王山東1

（1．河海大學(xué) 地球科學(xué)與工程學(xué)院，江蘇 南京 210098）

針對目前GIS系統(tǒng)海量數(shù)據(jù)分幅存儲與管理造成的地理要素在圖幅邊緣產(chǎn)生的縫隙問題，結(jié)合拼接相關(guān)理論，提出了一種兼顧空間位置關(guān)系和屬性特征的拼接方法，并基于ArcGIS Engine 10以及Microsoft Visual Studio 2010的開發(fā)環(huán)境實(shí)現(xiàn)了該方法。實(shí)踐證明，該方法很好地實(shí)現(xiàn)了數(shù)字地圖的邏輯拼接。

數(shù)字地圖；邏輯拼接；ArcGIS Engine

當(dāng)多幅相鄰的地圖顯示在一起時(shí)，雖然用戶在視覺上感覺圖形是連續(xù)的，但實(shí)際在圖幅的接邊處是有誤差的（如圖1所示），且同一地理要素在跨越多圖幅時(shí)在各自的圖幅中具有不同的地理編碼以及不同的屬性信息，即存在邏輯縫隙。所謂邏輯拼接，就是在分幅地圖數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，一方面使同一地理要素在相鄰圖幅中的地理編碼和屬性信息一致[1]，另一方面消除圖幅間的空間錯位，使其在幾何上連接在一起，實(shí)現(xiàn)地理要素的整體一致顯示[2]。

目前，市場上有很多GIS軟件都具有地圖拼接功能（ArcGIS、MapGIS和SuperMap等），但在實(shí)際操作中需要較多的人工干預(yù)，效率不是很高，且往往只考慮了要素的空間位置關(guān)系，對其屬性特征考慮較少，并不能完全滿足用戶的需求。

本文提出了一種兼顧空間位置關(guān)系和屬性特征的拼接方法，利用ArcGIS Engine 10提供的空間操作功能，在 Microsoft Visual Studio 2010環(huán)境下實(shí)現(xiàn)了這一方法。

圖1 圖幅間的接邊誤差

1 拼接流程與算法

1.1 拼接的總體流程

拼接的總體流程如圖2所示。在進(jìn)行圖幅拼接時(shí)，由于數(shù)據(jù)是圖幅拼接的基礎(chǔ)，保證數(shù)據(jù)的質(zhì)量決定著最終拼接的效果，因此需要對待拼接的圖幅進(jìn)行質(zhì)檢，以滿足以下條件[3]：①數(shù)據(jù)格式必須統(tǒng)一；②待拼接的圖幅應(yīng)具有相同的地圖數(shù)學(xué)基礎(chǔ)，即有相同的比例尺、坐標(biāo)系統(tǒng)以及高程基準(zhǔn)，保證圖幅之間沒有縫隙；③保證一定的幾何精度；④具有正確的屬性信息；⑤相鄰圖幅的邊界數(shù)據(jù)沒有重疊現(xiàn)象。

本文的數(shù)據(jù)都是同一時(shí)期航測的，并經(jīng)過專業(yè)人士的調(diào)繪、數(shù)字化以及檢查，因此滿足以上各條件。

圖2 拼接的流程圖

1.2 拼接算法概述

拼接算法的流程如圖3所示。

1）獲取接邊線。接邊線為每個圖幅的圖幅邊框（圖幅邊框單獨(dú)為一個圖層）。

2）生成選擇集。給定一個閾值，求取接邊線的雙側(cè)緩沖區(qū)，相鄰圖幅中凡是與這個緩沖區(qū)相交的要素，分別放在2個集合中。本文中閾值大小為0（在數(shù)據(jù)檢驗(yàn)時(shí)，所有要素都通過剪切和延伸操作，使得首末端點(diǎn)都已嚴(yán)格落在圖幅的邊框上），即與接邊線有交點(diǎn)的要素為待接邊的要素。選擇集分為3種：點(diǎn)選擇集、線選擇集和面選擇集[4]。

3）對選擇集進(jìn)行排序。為了提高要素匹配效率，對接邊要素按空間關(guān)系進(jìn)行排序。

4）要素匹配。遍歷選擇集，查看選擇集中要素的屬性值，主要是要素的編碼是否一致。對于點(diǎn)要素和線要素，若屬性一致，再判斷距離。經(jīng)過屬性約束后，滿足條件的要素可能并不是一一對應(yīng)的，就需要比較兩要素之間的距離，最短的那對則認(rèn)為是匹配的一對。對于面要素，屬性匹配正確后，同樣需要進(jìn)一步判斷，若兩要素之間有重合的部分，則匹配成功。在要素匹配成功后，確定其接邊點(diǎn)，然后可進(jìn)行下一步的拼接處理。若屬性不一致，則繼續(xù)遍歷選擇集，直到所有要素都遍歷完成。

5）拼接處理。對于點(diǎn)要素的拼接處理，刪除掉重復(fù)要素即可；對于線要素的拼接處理，主要有3種方法[5]：①平均法：取待接點(diǎn)A和B的坐標(biāo)平均值點(diǎn)C作為接邊后的點(diǎn)，如圖4 a所示，一般適用于接邊誤差在精度范圍內(nèi)的直線及多段線的處理；②強(qiáng)制法：取相對準(zhǔn)確的待接點(diǎn)A作為接邊后的點(diǎn)，將另一待接點(diǎn)B強(qiáng)制附合到A點(diǎn)上，如圖4b所示，主要用于用戶能明顯判斷出哪一條待接邊更準(zhǔn)確，適合交互式的接邊處理；③優(yōu)化法：找出待接點(diǎn)A和B以及它們的前一點(diǎn)A’和B’，由這2個點(diǎn)的連線與接邊線求出一個交點(diǎn)P，用P點(diǎn)作為最終點(diǎn)來替換原來的A點(diǎn)和B點(diǎn)，如圖4c所示，主要用于共線要素的接邊處理。對于面要素的拼接處理，則采用融合法[6]，即對2個面要素的重疊部分進(jìn)行融合。

圖4 線要素接邊方法示意圖

2 算法的實(shí)現(xiàn)

2.1 主要的技術(shù)實(shí)現(xiàn)

1）接邊線的獲取。通過創(chuàng)建一個QueryFilter對象，用IFeatureLayer接口的Search方法來獲取。

2）緩沖區(qū)的生成。用Geometry類庫中ITopological Operator接口的Buffer方法來求取接邊線的緩沖區(qū)域。

3）選擇集的生成。通過創(chuàng)建一個SpatialFilter空間過濾器對象，空間關(guān)系類型為esriSpatialRelIntersects得到與接邊線相交的要素，從而生成選擇集。

4）接邊點(diǎn)的獲取。通過ITopologicalOperator的Intersect方法來獲取。

5）面要素的拼接處理。在用Buffer緩沖后，用ITopologicalOperator接口的Union方法進(jìn)行融合。

2.2 拼接的結(jié)果

為了驗(yàn)證該算法的有效性和正確性，以安徽省1∶10 000地形圖為測試數(shù)據(jù)，部分拼接結(jié)果如圖5所示。由圖5可知，該方法達(dá)到了預(yù)期的效果，絕大部分線要素和面要素在邊界處都已很好地拼接在一起（只有少數(shù)的需要人工干預(yù)），在視覺上實(shí)現(xiàn)了幾何無縫，滿足了邏輯拼接的要求。

圖5 拼接的結(jié)果圖

3 結(jié) 語

本文針對數(shù)字地圖圖幅之間存在的縫隙問題，研究并實(shí)現(xiàn)了圖幅之間的邏輯拼接。結(jié)果表明，通過本文的方法，其拼接結(jié)果達(dá)到了預(yù)期的效果，實(shí)現(xiàn)了圖幅之間的邏輯無縫，很好地解決了地理要素跨圖幅存在的不連貫問題。但若要查詢分析地理要素的完整信息，則還需要將跨圖幅的地理要素合并成一完整要素。因此，接下來的研究工作則是實(shí)現(xiàn)物理無縫功能。

[1] 周依文． 多圖幅數(shù)字海洋地圖無縫拼接算法研究[D]． 北京：北京郵電大學(xué)，2009

[2] 朱欣焰，張建超，李德仁，等． 無縫空間數(shù)據(jù)庫的概念、實(shí)現(xiàn)與問題研究[J]． 武漢大學(xué)學(xué)報(bào)：信息科學(xué)版，2002,27(4)：382-383

[3] 曹健，李國忠，徐效波，等． 基于ArcGIS Engine的多幅數(shù)字地形圖接邊算法研究[J]．測繪與空間地理信息，2010，33(2)：76-78

[4] 李曉歡，張雯，別紅霞，等． 數(shù)字海洋地圖無縫拼接的研究[J]．地理空間信息，2008，6(6)：59-61

[5] 周順平，張江東，左澤均，等． 線要素任意范圍接邊算法的設(shè)計(jì)[J]． 測繪科學(xué)，2012,37(5)：20-22

[6] 楊愛，王發(fā)良，朱秀麗，等． 一種基于實(shí)體匹配的面要素?zé)o縫拼接方法及精度分析[J]．地理信息世界，2012(3)：68-72

[7] 張豐，杜震洪，劉仁義． GIS程序設(shè)計(jì)教程[M]． 杭州：浙江大學(xué)出版社，2012

P208

B

1672-4623（2014）01-0164-02

10.11709/j.issn.1672-4623.2014.01.058

方衎，碩士，主要研究方向?yàn)榈貓D制圖智能化理論與方法。

2013-05-03。