一種地形圖建筑物屬性的提取方法及實現(xiàn)

謝年

(重慶市勘測院，重慶 400000)

1 引 言

在地形圖中，圖形是地物的幾何抽象表達(dá)，同時為了便于讀圖判圖，文字注記同樣是不可缺少的，是地物語義級別的表達(dá)[1]。以建筑物為例，建筑物輪廓幾何形狀表達(dá)了建筑物的幾何位置、空間形態(tài)等屬性，建筑物的結(jié)構(gòu)注記、樓層注記、高程注記等則表達(dá)了建筑物的結(jié)構(gòu)、樓層和各種高程等屬性。隨著地理信息技術(shù)的快速發(fā)展和應(yīng)用場景的不同需求，通常需要對地形圖進(jìn)行GIS建庫處理，注記內(nèi)容成為GIS屬性數(shù)據(jù)的重要來源和依據(jù)。如何準(zhǔn)確快速地將建筑物注記轉(zhuǎn)換到屬性值是建庫工作中一項重要的任務(wù)，如果全部由人工來判讀并附加屬性，會產(chǎn)生巨大的工作量。因此本文提出了一種利用正則表達(dá)式規(guī)則提取建筑物屬性的方法，通過基于ArcGIS Addin開發(fā)插件工具嵌入到ArcMap中，能高效快速地進(jìn)行地形圖建筑物的屬性提取工作。

2 正則表達(dá)式

正則表達(dá)式是一種功能強(qiáng)大的文本處理語言，具有強(qiáng)大的模式表達(dá)功能，通過使用一系列特殊字符構(gòu)建匹配模式(pattern)，具有匹配、過濾、提取等基本功能，其靈活性和邏輯性極強(qiáng)，能用極其簡單的方式實現(xiàn)對字符串的復(fù)雜操作，在目前主流的開發(fā)語言(C++、C#、VB、Java、Python等)均支持正則表達(dá)[2]，本文正是基于這些特點，采用正則表達(dá)式識別、提取建筑物屬性。

一個正則表達(dá)式是由普通字符和元字符組成的文字模式。元字符表示特殊的含義(均為半角字符)，包括“”“^”“$”“*”“+”“?”“.”“(”“)”“{”“}”“[”“]”“|”。元字符前加“”轉(zhuǎn)義為符號自身，普通字符是除元字符外的所有字符[3]。

構(gòu)造正則表達(dá)式就是將元字符與普通字符通過各種方式組合在一起，得到需要的匹配或捕獲。字符的組合存在先后法則，元字符的優(yōu)先級從高到低如表1所示。

元字符的優(yōu)先級順序 表1

3 原理分析

根據(jù)地形圖相關(guān)制圖規(guī)范，建筑物注記一般以建筑物輪廓中心點為定位基準(zhǔn)，以單點注記的方式依次將不同的注記對象從上而下依次放置，以 1∶500地形圖為例，建筑物圖形與注記的制圖表達(dá)如圖1所示。

圖1 1∶500地形圖建筑物制圖表達(dá)樣例

通過對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析不難發(fā)現(xiàn)，一是注記中心點的位置一般位于建筑物空間形狀的內(nèi)部；二是不同類型的注記表達(dá)方式會遵循一定標(biāo)準(zhǔn)，比如建筑物的結(jié)構(gòu)與樓層是組合表達(dá)，地上樓層與地下樓層之間用“/”進(jìn)行分隔，標(biāo)高的注記前部有標(biāo)高類型說明等。因此可以通過注記與建筑物的空間關(guān)系來確定注記轉(zhuǎn)屬性的歸屬問題，然后再建立一套可以對注記內(nèi)容進(jìn)行識別和提取的規(guī)則，就能自動將建筑物注記轉(zhuǎn)換到相應(yīng)屬性值中。

4 提取流程和方法

4.1 注記的預(yù)處理

注記的預(yù)處理主要處理兩種問題。第一種，利用關(guān)鍵字查詢的方法，剔除與需要提取的建筑物屬性無關(guān)的注記，如“壩”“空”“平臺”等。第二種，合并分散的注記。根據(jù)地形圖成圖規(guī)范，一個完整的建筑物屬性表達(dá)應(yīng)作為一個注記對象存在。通過實際數(shù)據(jù)分析，發(fā)現(xiàn)存在部分建筑物注記不規(guī)范，沒有將完整的屬性內(nèi)容作為一個獨立的注記對象，而是分為多個組成，如建筑物結(jié)構(gòu)與樓層、標(biāo)高類型與高程值等分別作為一個獨立的對象表示等，需要對此部分注記進(jìn)行合并處理。

4.2 空間運算

通過建筑物與處理后的注記均進(jìn)行空間運算，建立每個建筑物對象與落在建筑物內(nèi)的注記對象之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系。原則上位于建筑物內(nèi)的注記均可認(rèn)為是此建筑物的屬性內(nèi)容。

4.3 注記內(nèi)容識別

對屬于建筑物的注記內(nèi)容分別進(jìn)行識別。先要建立識別規(guī)則，通過正則表達(dá)式的匹配方法來識別注記內(nèi)容，如果識別返回結(jié)果為真，則可以標(biāo)記為該規(guī)則對應(yīng)的類別。以 1∶500地形圖為例，定義的部分識別規(guī)則如表2所示。

部分識別規(guī)則 表2

部分不同注記內(nèi)容的匹配結(jié)果如表3所示。

部分注記匹配結(jié)果 表3

4.4 屬性提取

建立提取規(guī)則，根據(jù)識別結(jié)果匹配對應(yīng)的提取規(guī)則，通過正則表達(dá)式提取方法將屬性信息提取出來，然后寫入建筑物對應(yīng)的屬性字段中。同樣以 1∶500地形圖為例，部分屬性信息的提取規(guī)則和結(jié)果如表4所示。

部分屬性提取規(guī)則和結(jié)果 表4

5 實例分析

為驗證本文提出的方法的效率和可用性，本文結(jié)合重慶市某區(qū)域地理框架要素數(shù)據(jù)建庫項目進(jìn)行了生產(chǎn)性試驗。在C#平臺下，通過基于ArcGIS Addin開發(fā)插件工具嵌入到ArcMap中，實現(xiàn)建筑物屬性的自動識別和提取。

5.1 ArcGIS Addin簡介

ArcGIS Addin是ArcGIS 10開始引入的新桌面定制開發(fā)技術(shù)，可以在ArcMap中更加方便地進(jìn)行功能的自定義和擴(kuò)展[4]。其支持的功能類型廣泛、文件結(jié)構(gòu)簡單、安裝部署方便，能快速地進(jìn)行開發(fā)投入應(yīng)用。Addin支持的對象類型主要有交互類和容器類兩種[5]，具體如圖2所示，通過這些對象，可以定制開發(fā)需要的插件。

圖2 Addin支持的功能類型

在開發(fā)過程中，根據(jù)開發(fā)的語言不同，可將Addin開發(fā)方式分為兩種[6]：基于Python腳本語言的Addin技術(shù)和面向.Net(包含C#、VB、C++等)及Java高級編程語言的Addin技術(shù)。

同Python Addin技術(shù)相比，面向.Net及Java高級編程語言的開發(fā)方式可支持更多的擴(kuò)展元素，它是基于AO組件的擴(kuò)展開發(fā)，可實現(xiàn)細(xì)粒度地控制ArcGIS的各種操作[7]，因此本文選取的是基于C#的Addin開發(fā)模式。

5.2 主要代碼

(1)通過IfeatureCursor接口來實現(xiàn)對象的遍歷，主要代碼如下：

IfeatureCursor JzwFeaturecursor；

IFeature pfeature；

IQueryFilter pfilter；

pfilter=null；

JzwFeaturecursor=建筑物圖層.Search(pfilter，false)；

pfeature=JzwFeaturecursor.NextFeature()；

while(pfeature !=null)

{

pfeature=JzwFeaturecursor.NextFeature()；

}

(2)空間運算可以通過IspatialFilter接口來實現(xiàn)，主要代碼如下：

ISpatialFilter pSpatialFilter=new SpatialFilterClass()；

pSpatialFilter.SpatialRel=esriSpatialRelEnum. esriSpatialRelContains；

pSpatialFilter.Geometry=(IGeometry)建筑物對象.Shape；

IFeatureCursor ZjFeatureCursor；

ZjFeatureCursor=注記圖層.Search(pSpatialFilter，false)；

(3)注記內(nèi)容匹配的主要方法如下：

Bool Ragex. IsMatch(注記內(nèi)容，識別規(guī)則)；

(4)注記內(nèi)容提取的主要方法如下：

Regex. Match(注記內(nèi)容，提取規(guī)則)；

(5)屬性字段寫入的主要代碼如下：

建筑物對象.set_Value(建筑物對象.Fields.FindField(字段)，屬性值)；

5.3 結(jié)果分析

通過該方法對1 400 km2范圍內(nèi)的110萬個建筑物對象進(jìn)行了自動化的屬性提取，耗時約3個小時，數(shù)據(jù)成果經(jīng)抽檢，準(zhǔn)確率高達(dá)98%，只有少量的特殊情況需要人工干預(yù)處理，該項目自動提取的屬性字段如表5所示。

自動提取的屬性字段表結(jié)構(gòu) 表5

地下樓層Int頂層Int架空層Int夾層IntH頂高程DoubleH地高程DoubleH0高程DoubleH制高程DoubleH女兒墻高程DoubleH吊高程Double

提取完成后建筑物數(shù)據(jù)的屬性結(jié)果如圖3所示。

圖3 建筑物屬性提取結(jié)果

由于注記內(nèi)容具有多樣化和不可預(yù)見性，定義的規(guī)則只是根據(jù)大多數(shù)情況來制定的，因此要對提取的過程進(jìn)行異常捕捉監(jiān)控，對出現(xiàn)異常的情況進(jìn)行分析，進(jìn)一步完善相應(yīng)的規(guī)則，從而提高屬性提取的準(zhǔn)確度。

6 結(jié) 語

本文利用正則表達(dá)式規(guī)則的優(yōu)勢，將其用于建筑物屬性的識別與提取，并在C#環(huán)境下基于ArcGIS Addin開發(fā)了地形圖建筑物屬性提取插件工具，通過實際案例測試與分析，能快速地將地形圖建筑物的注記內(nèi)容提取到建筑物的屬性字段中，準(zhǔn)確率和自動化程度高，能有效地節(jié)約生產(chǎn)成本，提高生產(chǎn)效率，在實際的項目應(yīng)用中取得了比較好的效果。

同時也發(fā)現(xiàn)，該方法對地形圖的質(zhì)量要求較高，受注記內(nèi)容的規(guī)范性，不可能完全正確，針對特殊情況，還需要一定程度上的人工干預(yù)，接下來將進(jìn)一步研究算法和正則表達(dá)式規(guī)則，提高成功率。