提升CAD 圖植被符號(hào)塊自動(dòng)移位效率的方法探討

劉 波，趙登文，李 恒，陳虹雨，管 艷

（成都頡達(dá)科技有限公司，四川 成都 610083）

0 引言

植被符號(hào)塊是數(shù)字地形圖的重要組成部分，在面狀植被符號(hào)塊繪制時(shí)，制圖軟件可根據(jù)行列間距進(jìn)行均勻繪制，圖面比較美觀。然而在面狀區(qū)域內(nèi)植被符號(hào)塊可能與文字注記、高程點(diǎn)、等高線、田埂、陡坎等圖形要素相互壓蓋?，F(xiàn)有基本的數(shù)字地形圖生產(chǎn)軟件有南方CASS、MicroStation、清華山維、EPS 等，都只具有地形圖生產(chǎn)的基本功能。而這些基本的功能模塊對(duì)數(shù)字地形圖中圖面壓蓋處理顯得極其困難，不能對(duì)數(shù)字地形圖中的圖面問題如數(shù)字地形圖的植被符號(hào)快壓蓋問題進(jìn)行檢查或處理，只能依靠人工目視檢查或修改。因?yàn)槿斯ず瞬橘M(fèi)時(shí)費(fèi)力，也很難保證核查到每一個(gè)植被符號(hào)塊。在眾多實(shí)踐過程中，也有一些專家、學(xué)者和技術(shù)人員使用C++、VBA、lisp、FME 等編寫程序[1-4]，實(shí)現(xiàn)在圖上一定區(qū)域內(nèi)分析植被符號(hào)塊周邊是否有空間插入植被符號(hào)塊且不與其他圖形要素相互壓蓋。實(shí)現(xiàn)相關(guān)功能的具體算法中，涉及植被符號(hào)塊所占用空間的判定及通過循環(huán)進(jìn)行空間位置的搜索，其中角度移動(dòng)增量、距離步長、搜索范圍等值的設(shè)定對(duì)于程序運(yùn)行效率有較大影響，選擇合適的角度移動(dòng)增量、距離步長、搜索范圍閾值能夠較大提高作業(yè)效率。

1 地形圖中植被符號(hào)塊自動(dòng)移位方法

1.1 植被符號(hào)塊壓蓋其他圖元的判定方法

在數(shù)字地形圖中，植被符號(hào)塊通常是一個(gè)塊，尤其是在南方Cass 制圖軟件中，不同類型的植被符號(hào)塊有固定的編碼，方便對(duì)各種類型的植被進(jìn)行針對(duì)性處理。

針對(duì)一個(gè)植被符號(hào)塊是否與其他圖元相互壓蓋，可采用如下兩種判定標(biāo)準(zhǔn)：①植被符號(hào)塊的外接矩形范圍與其他圖元相互壓蓋。②植被符號(hào)塊的組成部分凸點(diǎn)與其他圖元相互壓蓋。此兩種類型所對(duì)應(yīng)的空間范圍稍有差別，第一種判定方式對(duì)空間位置要求更高，更難找到合適位置移動(dòng)對(duì)應(yīng)的符號(hào)塊，導(dǎo)致程序處理效果稍差，如圖1 所示。

圖1 植被符號(hào)塊所占空間范圍

在lisp 程序中，可以由上圖所示植被符號(hào)塊周邊紅線的頂點(diǎn)坐標(biāo)組成的鏈表構(gòu)造選擇集[5]，如果選擇集中有元素，則認(rèn)為植被符號(hào)塊與其他圖元相互壓蓋。

1.2 植被符號(hào)塊周邊空間位置判定方法

針對(duì)具體圖形中的植被符號(hào)塊，搜索其周邊是否有空間位置，通常采用設(shè)定角度移動(dòng)增量DA、距離步長DR、搜索范圍閾值三個(gè)參數(shù)進(jìn)行處理。如給定角度移動(dòng)增量DA=45°、距離步長DR=0.5m、搜索范圍閾值=2m，即可在編程時(shí)使用循環(huán)語句逐一查看植被符號(hào)塊插入點(diǎn)周圍2m 范圍內(nèi)4 個(gè)同心圓環(huán)上與圓心連線的角度是（0°、45°、90°、135°、180°、225°、270°、315°）的位置是否有空白空間完整插入植被符號(hào)塊且不壓蓋其他圖元。當(dāng)搜索到滿足要求的空白區(qū)域時(shí)，移動(dòng)植被符號(hào)塊到該位置，針對(duì)該植被符號(hào)塊的循環(huán)搜索結(jié)束。當(dāng)循環(huán)達(dá)到搜索范圍閾值時(shí)也未找到合適空間時(shí)，則在當(dāng)前參數(shù)情況下認(rèn)為該植被符號(hào)塊周邊2m 范圍內(nèi)無合適空間，程序不對(duì)該圖元進(jìn)行處理，待整個(gè)圖中的植被符號(hào)塊搜索完成后，人工再進(jìn)行核查。

1.3 主要lisp 程序代碼

判斷植被符號(hào)塊是否壓蓋的主要lisp 程序代碼如下。

;ss 是植被符號(hào)塊構(gòu)造的選擇集，i 是從0 開始用于循環(huán)的計(jì)數(shù)值

上文中提到的“自定義函數(shù)，用以獲取一個(gè)多邊形的閉合范圍的頂點(diǎn)鏈表，用于構(gòu)造選擇集”，針對(duì)不同

符號(hào)塊形狀及頂點(diǎn)特性需要特別編制代碼，本文實(shí)驗(yàn)中采用的自定函數(shù)具體內(nèi)容如下。

;程序中設(shè)定了22 中符號(hào)塊的處理方式，此處不再一一列出代碼

1.4 影響程序運(yùn)行效率的變量取值

根據(jù)分析，角度移動(dòng)增量DA、距離步長DR、搜索范圍閾值都可能影響程序運(yùn)行效率，本文實(shí)驗(yàn)中探討的情況如下。

（1）實(shí)驗(yàn)過程中采用的搜索范圍閾值設(shè)定為2m。實(shí)驗(yàn)用的CAD 圖為1:500 比例尺，植被符號(hào)塊間距設(shè)定為10m，如果兩個(gè)相鄰植被符號(hào)塊同時(shí)相向移動(dòng)2m，則距離變?yōu)?m，不宜靠得更近。

（2）采用固定角度增量方式，一個(gè)圓周為360°，可采用22.5°作為角度增量，即16 個(gè)方位進(jìn)行固定搜索。此種方式每個(gè)距離步長的最多搜索次數(shù)為16 次。

（3）采用角度增量與搜索半徑相關(guān)聯(lián)的方式，如本文實(shí)驗(yàn)中設(shè)定：搜索半徑在0~0.5m 時(shí)，DA=0.35（弧度）；搜索半徑在0.5~1m 時(shí)，DA=0.3（弧度）；搜索半徑在1~1.5m 時(shí)，DA=0.25（弧度）；搜索半徑在1.5~2m 時(shí)，DA=0.2（弧度）。一個(gè)圓周約為6.28（弧度），采用弧度方式方便程序計(jì)算。此種方式，不同搜索半徑對(duì)應(yīng)的搜索次數(shù)可能是17、20、25、31 次。

（4）根據(jù)2m 搜索范圍閾值，距離步長DR 選擇了0.1m、0.2m、0.3m、0.4m、0.5m 共計(jì)5 個(gè)值。

2 程序運(yùn)行情況分析

運(yùn)用前文所述植被符號(hào)塊與其他圖元相互壓蓋的第二種判定方法，可以準(zhǔn)確畫出植被符號(hào)塊占用空間位置的頂點(diǎn)并畫出封閉圖形，如圖2 所示。

圖2 植被所占空間分析

實(shí)驗(yàn)用1:500 地形圖，圖中有729 處植被符號(hào)塊，共發(fā)現(xiàn)565 處植被符號(hào)塊與其他圖元存在相互壓蓋的情況。經(jīng)過多次實(shí)驗(yàn)，程序移動(dòng)的壓蓋植被符號(hào)塊數(shù)量最少為275 個(gè)、最多為299 個(gè)，分別占需要處理的植被符號(hào)塊百分比為48.67%、52.92%。對(duì)于可以處理和未能處理的植被符號(hào)塊，程序運(yùn)行效果如圖3 所示。

圖3 程序運(yùn)行效果

在程序中設(shè)定不同的角度移動(dòng)增量DA、距離步長DR、搜索范圍閾值參數(shù)，程序運(yùn)行時(shí)間與處理數(shù)量對(duì)比情況如圖4 所示。

圖4 程序運(yùn)行時(shí)間與處理數(shù)量對(duì)比

通過設(shè)定不同參數(shù)值進(jìn)行多次實(shí)驗(yàn)得出以下結(jié)論。

（1）采用固定角度增量，距離步長設(shè)定為0.5m，運(yùn)行時(shí)間最短為14.48min。

（2）采用變角度增量，距離步長設(shè)定為0.1m，運(yùn)行時(shí)間最長為68.53min。

（3）采用固定角度增量的平均處理個(gè)數(shù)為286，采用變角度增量的平均處理個(gè)數(shù)為288。

3 結(jié)語

通過在實(shí)際項(xiàng)目中編程解決植被符號(hào)塊與其他圖元相互壓蓋問題，并分析影響程序運(yùn)行效率的因素，修改關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行多次實(shí)驗(yàn)，得出適用于1:500 地形圖、植被符號(hào)塊間隔為10m 的一組參數(shù)，同時(shí)發(fā)下其他問題總結(jié)如下。

（1）距離步長增大時(shí)，程序運(yùn)行時(shí)間將縮短，同時(shí)程序能夠正確處理的植被符號(hào)塊壓蓋問題數(shù)量也將減少。

（2）變角度增量與固定角度增量兩種模式，處理的植被符號(hào)塊壓蓋問題數(shù)量、程序用時(shí)相差不大。

（3）1:500 地形圖中，自動(dòng)插入的植被符號(hào)塊間隔為10m 時(shí)，距離步長0.3~0.4m 是比較合適的一組參數(shù)。

（4）如果不考慮時(shí)間問題，選用更小距離步長能使程序自動(dòng)處理更多植被符號(hào)塊壓蓋問題。

（5）本文只采用了一種變角度增量的方式，采用其他變角度增量方式可能一定程度提升程序運(yùn)行效率。已有的算法主要是通過循環(huán)進(jìn)行逐一查找，通過人工智能、圖形識(shí)別等其他方法有可能進(jìn)一步提升效率。

本文的實(shí)驗(yàn)獲得了較理想的效果，采用本文所提供的建議參數(shù)，能提升程序的運(yùn)行效率。這些思路方法對(duì)其他類似的程序運(yùn)行效率提升具有一定參考價(jià)值。