基于ArcPy的大比例尺地形圖圖幅接合表自動繪制方法

鄭繼武，鄧學鋒*

（1.河南省測繪工程院，河南 鄭州 450003）

在國家基本比例尺地形圖測繪中，圖幅接合表是一個重要圖件，是用于標明某一區(qū)域多幅圖或分幅圖相關(guān)位置的略圖[1]。圖幅接合表可手工繪制或采用計算機繪圖軟件人機交互制作。手工繪制方式在區(qū)域小、圖幅數(shù)量較少的情況下具有優(yōu)勢，圖形按比例縮小，制式單一，不擴充，圖號按照規(guī)則推算；人機交互方式適用于較大區(qū)域，可按實際坐標繪制，圖號按坐標依規(guī)則生成，相比手工繪制方法有很大改進，但操作起來仍需不少步驟。圖幅接合表至少包括區(qū)域范圍、圖幅四廓、鄰接關(guān)系、圖號、圖名等核心元素，前4個元素容易具備，圖名則需根據(jù)作業(yè)進展由人工添加，有一個多方協(xié)同的時序過程，易出現(xiàn)錯漏。隨著測繪地理信息的發(fā)展，圖幅接合表不僅應(yīng)用于生產(chǎn)管理和應(yīng)用檢索，還承載了更多信息，派生出其他數(shù)據(jù)信息。國家基本比例尺地形圖測繪時，中小比例尺地形圖圖幅接合表繼承使用上一代成果，圖名變動少，一般采用個別更新的方式，不存在重新制作問題；而1∶500、1∶1 000、1∶2 000比例尺地形圖，由于區(qū)域性強，與域外的統(tǒng)一性和連續(xù)性較弱，接合表多屬新制，典型代表為全域測繪。因此，本文提出了一種以范圍線為數(shù)據(jù)源自動繪制大比例尺地形圖圖幅接合表的方法，以期實現(xiàn)圖形自動繪制、圖名自動提取注記，完備接合表基本形態(tài)，并擴充屬性為應(yīng)用擴展奠定基礎(chǔ)。

1 大比例尺地形圖分幅和編號常用方法

GB/T 13989-2012《國家基本比例尺地形圖分幅和編號》規(guī)定了各種比例尺地形圖的分幅和編號方法，其中1∶500、1∶1 000、1∶2 000地形圖分幅包括經(jīng)緯度分幅、正方形分幅和矩形分幅[2]，其編號則有與分幅相適應(yīng)的多種方法，如坐標編號法、流水號法、行列編號法等，日常測繪工作中尤以正方形分幅的坐標編號法最為常用。坐標編號法一般采用圖廓西南角坐標編號，X坐標公里數(shù)在前，Y坐標公里數(shù)在后，1∶2 000、1∶1 000地形圖取至0.1 km，1∶500地形圖取至0.01 km。這是自動化繪制圖幅接合表的基礎(chǔ)約束條件。

2 自動化繪制的系統(tǒng)基礎(chǔ)

實現(xiàn)自動化繪制的系統(tǒng)基礎(chǔ)包括硬件和軟件，硬件為目前主流的計算機；軟件包括Windows7或Windows10操作系統(tǒng)、ArcMap10.2應(yīng)用軟件、ArcPy站點包和ArcGIS配裝的Python編程語言[3]。在ArcMap環(huán)境中利用ArcPy站點包，采用Python語言，將地理處理函數(shù)和方法有機地組合起來[4]，實現(xiàn)圖幅接合表的自動繪制；再創(chuàng)建基本信息屬性，生成圖號，自動采集圖名，完善接合表核心元素。

3 自動化繪制的設(shè)計流程

測繪工作中，確定測區(qū)范圍線后，需確定圖幅數(shù)量和分布，因此需繪制圖幅接合表。手工繪制方法借助于公里格網(wǎng)分割制作，人機交互也類似，過程復(fù)雜。數(shù)字時代的范圍線是數(shù)字化的，包含坐標信息，因此自動化繪制的條件是具備的。根據(jù)范圍線數(shù)據(jù)以dwg格式居多，也有shp格式或地理數(shù)據(jù)庫的特點，基于要素復(fù)制、增密、分割、轉(zhuǎn)點等地理處理函數(shù)，利用編輯會話函數(shù)，按照分幅原則，首先自動繪制接合表圖形，創(chuàng)建并按幅一一充實基礎(chǔ)的圖號字段信息；再創(chuàng)建圖名字段，對以dwg格式存儲的成果分幅圖，在人工不接觸、無視感狀況下采集圖名信息，并根據(jù)圖號對號入座。圖名產(chǎn)生在作業(yè)過程中，具有隨時性，需相對獨立的功能支撐；圖名與圖號標注和注記功能、圖幅狀態(tài)設(shè)置、圖幅接邊狀況等制圖、生產(chǎn)管理功能同樣需要獨立。遵循該思路，具體繪制流程如圖1所示。

圖1 自動化繪制流程圖

4 需要解決的問題

自動繪制圖幅接合表需要解決的問題包括：①圖名為漢字，支持正確顯示的問題；②從數(shù)據(jù)源范圍線解析出覆蓋邊界的圖幅圖廓坐標的技術(shù)；③根據(jù)分幅原則，按照圖廓坐標繪制穿越邊界圖幅圖形的方法；④范圍線內(nèi)部圖幅的繪制方法；⑤圖名信息自動提取技術(shù)；⑥圖名、圖號一體顯示方法；⑦圖幅作業(yè)狀況和接邊情況的管理技術(shù)。

5 程序設(shè)計

5.1 漢字信息顯示問題處理

在設(shè)置不正確的情況下，漢字信息的顯示常出現(xiàn)亂碼，處理方法為首先設(shè)置“#-*-coding:utf-8-*-”，再引入sys并按以下方法重載：

5.2 設(shè)置控制信息

正確的自動繪制，需在參數(shù)控制下進行。輸入?yún)?shù)包括范圍線數(shù)據(jù)、生成的接合表數(shù)據(jù)存放位置、比例尺、坐標系統(tǒng)、數(shù)據(jù)模板等，前3個參數(shù)必須設(shè)置，后兩個可選。dwg數(shù)據(jù)在ArcMap中需要設(shè)定坐標系[5]，便于成果后續(xù)使用。參數(shù)輸入界面如圖2所示，比例尺參數(shù)通過下拉框選擇。

圖2 參數(shù)輸入界面

5.3 比例尺、圖廓邊長處理函數(shù)

比例尺和圖廓邊長處理函數(shù)需自定義，依據(jù)比例尺參數(shù)，獲得對應(yīng)圖廓邊長，存入變量以待調(diào)用。

5.4 數(shù)據(jù)源處理

1）shp、mdb、gdb數(shù)據(jù)可直接使用，dwg數(shù)據(jù)在ArcMap中只能調(diào)入不能操作使用，需經(jīng)過處理轉(zhuǎn)換為shp、mdb或gdb格式數(shù)據(jù)。根據(jù)CadDrawingDataset數(shù)據(jù)類型屬性描述信息判定dwg數(shù)據(jù)；通過CopyFeatures方法實現(xiàn)，涉及輸入、輸出數(shù)據(jù)[6]，輸入為已有dwg數(shù)據(jù)，輸出為轉(zhuǎn)換后數(shù)據(jù)，由程序內(nèi)定，屬臨時數(shù)據(jù)，用后銷毀。

2）數(shù)據(jù)源形態(tài)多樣，直線段與曲線段交替分布，互有交錯。直線兩點跨度大，曲線折點跨度不均，為統(tǒng)一量化，通過Densify方法實現(xiàn)。Densify直接操作元數(shù)據(jù)，應(yīng)在復(fù)制數(shù)據(jù)上進行，結(jié)果為固定間隔的密集的點組成的線?？刂艱ensify效果的DISTANCE參數(shù)內(nèi)置為100.0 Meters，這是由于數(shù)值小將增加點的密度，將導致圖幅重復(fù)；而數(shù)值大有的圖幅則缺乏點數(shù)據(jù)支撐，形成圖幅漏洞，相對而言，重復(fù)比漏洞易于處理，后期處理的圖廓重復(fù)問題即來源于此。

3）對線數(shù)據(jù)進行SplitLine處理，按折點分解折線為線段，利用FeatureVerticesToPoints方法將線段首末端點轉(zhuǎn)化為點，為數(shù)據(jù)的進一步應(yīng)用創(chuàng)造條件。

5.5 歸化點數(shù)據(jù)，獲取圖廓坐標

1）繼承的點數(shù)據(jù)，坐標值有隨意性，需歸化得到圖廓坐標。對應(yīng)于比例尺，根據(jù)公里格網(wǎng)和內(nèi)圖廓邊長，歸化得到點所在圖幅的圖廓左下角坐標。以1∶500比例尺為例，圖廓邊長為250 m，格網(wǎng)間隔為50 m，X、Y坐標各按int(x/a)a做兩次歸化，先格網(wǎng)再圖廓各取其長，得到m、n。以k=m-n-250為數(shù)組[-250,0,250]中值時，直接取m為圖廓坐標值；k為正數(shù)時，取n+250為圖廓坐標值；k為負數(shù)時，取n+500為圖廓坐標值，組對成為圖廓點坐標，以追加的方式將圖廓坐標聚合成數(shù)組。

2）數(shù)據(jù)歸化為圖廓點坐標后，重復(fù)較多，需清除重復(fù)值，進行輕量化處理。采用新建數(shù)組，唯一化復(fù)制原值的方法實現(xiàn)。

通過參數(shù)控制、數(shù)據(jù)處理、坐標歸化、輕量化處理等一系列程序從范圍線解析出覆蓋邊界的圖幅圖廓坐標。

5.6 自動繪制設(shè)置

接合表圖形為圖幅內(nèi)圖廓面行列有序集合，起端為面要素創(chuàng)建；同步創(chuàng)建“Nx”、“Ey”、“tuming”、“tuhao”、“zhuangtai”等屬性字段用于保存圖廓縱橫坐標、圖名、圖號、作業(yè)狀態(tài)等內(nèi)容[7]。

5.7 自動繪制過程

程序打開編輯器進行編輯會話，在操作狀態(tài)下進行自動繪制。這是一個循環(huán)過程，通過圖廓四角點坐標計算形成點對象數(shù)組，通過程序自動構(gòu)建覆蓋范圍線的圖廓面[8]，儲存圖廓西南角坐標屬性，銷毀中間文件，從而實現(xiàn)根據(jù)分幅原則，按照圖廓坐標繪制穿越邊界圖幅圖形的方法。

范圍線內(nèi)部圖幅的圖廓線繪制，借助于已繪制的圖廓面要素，需自定義用于按縱坐標排序的函數(shù)和按圖廓邊長內(nèi)插一排圖廓西南角坐標的函數(shù)，通過調(diào)用實現(xiàn)，后者與比例尺相關(guān)。調(diào)取生成的圖廓坐標，按縱坐標排序分類，定義數(shù)組、詞典、變量，通過數(shù)據(jù)訪問函數(shù)SearchCursor循環(huán)返回令牌屬性實現(xiàn)。經(jīng)過這些處理，即可繪制范圍線內(nèi)部的圖幅圖廓線。

在復(fù)雜的程序操控下，圖幅接合表圖形基本繪制完成。為防止范圍線外有意外的圖形生產(chǎn)，需要檢驗和清除，其自動化步驟為：①范圍線轉(zhuǎn)換為范圍面，利用增密線的各點坐標生成面，這樣二者契合嚴密，而線轉(zhuǎn)面函數(shù)會“疏松”點間距，面邊緣與線有裂隙；②圖層定義和調(diào)入，顯示到“內(nèi)容列表”中，根據(jù)位置選擇對范圍面和圖廓面進行內(nèi)存操作，刪除多余圖廓，同時銷毀一些中間生成的文件；③在屬性表中按照規(guī)則利用CalculateField方法生成圖號信息。

5.8 圖名提取

圖名不同于圖號，是在作業(yè)過程中逐步形成的，根據(jù)圖幅內(nèi)地名或企、事業(yè)單位名稱來命名，困難時才可只注圖號，因此可單獨或批量采集，數(shù)據(jù)源為dwg分幅成果數(shù)據(jù)。ArcMap的dwg數(shù)據(jù)集包括點、線、面、注記等數(shù)據(jù)，圖名、圖號信息在注記數(shù)據(jù)中。利用圖名、圖號的圖式標準化位置，通過調(diào)入、顯示、訪問地圖文檔和數(shù)據(jù)框架、圖層定義和添加、格網(wǎng)規(guī)范化定位、指定位置矩形選擇等一系列程序方法完成圖名信息的自動提取。

5.9 圖名、圖號一體顯示

接合表圖名、圖號一體顯示方法替代繁瑣手工操作的技巧在于，由程序?qū)崿F(xiàn)地圖文檔和圖層設(shè)置，將定制的分行顯示控制代碼傳遞給圖層標注表達式，實現(xiàn)對圖名、圖號的自動標識。在ArcMap中可設(shè)定合適比例、紙張尺寸，在布局視圖里可利用地圖導出功能，實現(xiàn)接合表的分發(fā)服務(wù)，這是人工的。從范圍線到繪制接合表圖形以及圖名、圖號標注內(nèi)存中的變化過程如圖3所示。

圖3 自動繪制歷變圖

6 應(yīng)用拓展與功能集成

測區(qū)工作不是一蹴而就的，從任務(wù)分配到成果完成，每幅圖都經(jīng)歷了待測、在測、一檢、二檢、接邊、成果等不同階段和狀態(tài)，生產(chǎn)過程中需對此進行管理，了解圖幅流向和作業(yè)進度。采用的方式是在接合表中以不同的符號或顏色進行標識，可人工紙質(zhì)標識或人機交互標識，但缺乏信息豐富的渠道，難以實現(xiàn)自動統(tǒng)計。在接合表自動繪制的基礎(chǔ)上，通過指定圖幅號和圖幅狀態(tài)參數(shù)，根據(jù)圖號自動匹配到接合表，更新狀態(tài)信息。接合表參照圖層分色顯示模板，實現(xiàn)對圖幅不同情形的表達，利用統(tǒng)計功能掌握進度狀況，服務(wù)生產(chǎn)管理。接邊狀況記載，是通過指定圖幅號以及與其完成接邊的邊的方位，利用接合表中圖廓點西南角坐標推算鎖定，在線要素數(shù)據(jù)中自動繪制該邊線的方法實現(xiàn)的。線要素和接合表結(jié)合顯示，表明接邊情況。圖幅作業(yè)狀態(tài)和接邊情況管理功能如圖4所示。

圖4 圖幅作業(yè)狀態(tài)和接邊情況標示

接合表圖形繪制、圖名提取、圖名圖號標注顯示、圖幅狀態(tài)、接邊情況等程序均通過制作腳本工具來使用，利用加載項技術(shù)將腳本工具順序集成為工具條實現(xiàn)功能調(diào)用。由于涉及文件數(shù)量多，為方便使用，將相關(guān)程序文件制作為安裝程序，通過自動安裝對復(fù)雜過程進行簡化。工具條界面如圖5所示。接合表工具屬性參數(shù)設(shè)定如圖6所示，其他工具條屬性參數(shù)設(shè)定與此類似，這里不再一一列出。

圖5 工具條界面

圖6 接合表工具屬性參數(shù)設(shè)定

接合表自動繪制方法應(yīng)用于全域測繪取得了明顯效果，具有繪制速度快、使用簡捷、成果正確可靠等特點。其服務(wù)生產(chǎn)管理功能，不僅能實現(xiàn)對各種狀況的準確管理，還能快速生成和呈報任務(wù)快報，效率明顯。整個測區(qū)任務(wù)完成后，還可再次全面提取更新一次，從而避免生成過程中可能的遺漏。

該方法尚缺乏對圖幅質(zhì)量責任主體的信息管理，這是改進的方向之一。如果已有圖幅成果，在缺乏接合表的情況下，要清楚了解圖幅分布狀況，利用成果反向生成接合表，這也是改進的方向之一。

7 結(jié)語

在ArcMap中利用Python語言合理組織ArcPy地理處理函數(shù)，在適當參數(shù)的支持和漢語環(huán)境下，以測區(qū)范圍線為數(shù)據(jù)源，解析并推算得到覆蓋邊界的圖幅和圖幅圖廓坐標，自動繪制圖幅接合表，利用dwg圖幅數(shù)據(jù)圖名標準位置定位、采集圖名和圖號，以圖號匹配圖名，將二者一體標注顯示，完備接合表的核心元素形態(tài)。作為拓展應(yīng)用，該方法實現(xiàn)了圖幅作業(yè)狀況和接邊情況的管理。通過在全域測繪、數(shù)字縣域等項目中的應(yīng)用發(fā)現(xiàn)，工具界面簡潔明了，功能設(shè)置與作業(yè)和管理順序協(xié)調(diào)，操作簡便，具有一鍵式服務(wù)的特點，提高了工作效率，有效避免了錯漏；還拉長了接合表的使用鏈條，可持續(xù)應(yīng)用于后期的建庫階段或元數(shù)據(jù)制作中。