大比例尺地形圖數據接邊程序設計與實現

劉允，劉陽，楊釗

(天津市測繪院，天津 300381)

大比例尺地形圖數據接邊程序設計與實現

劉允?，劉陽，楊釗

(天津市測繪院，天津 300381)

由于大比例尺地形圖數據通常采用分幅管理模式，因此數據的接邊及檢查工作是測繪生產過程中必不可少的工序。文章提出了一套適用于大比例尺地形圖數據接邊的程序設計思路，從拼圖到生成格網、數據拼接、接邊檢查再到錯誤定位，最后采用人機交互的方式完成數據接邊工作。文章詳細介紹了用程序實現數據接邊的關鍵技術和方法以及程序在實際應用中取得的效果。

地形圖；數據接邊；自動匹配

1 引 言

大比例尺地形圖數據通常采用分幅管理模式，在地形圖縮編或系統數據轉換的作業中，我們需要對數據進行接邊處理，以保持數據的連續性和完整性。AutoCAD中雖然提供了拼接復線的功能，但是由于地形圖數據的編碼及屬性結構比較復雜，手工拼接的效率非常低，并且在圖廓處會產生一個多余的節點，不能滿足部分地物的數據要求。因此我們設計開發了一套用于地形圖數據拼接的程序，能夠快速完成接邊數據的拼接工作，極大地提高了作業效率。

2 大比例尺地形圖接邊程序設計思路

2.1 自動接邊原則

①同一種類地物要素且要素編碼一致。②錯位的距離在規定的容差范圍內。③指定的屬性能夠完全匹配。

2.2 程序設計思路

根據自動接邊原則，結合地形圖數據自身特點，我們開發了一套能夠實現大比例尺地形圖自動接邊的數據接邊程序。該程序采用程序自動接邊與人機交互相結合的方式，能夠快速解決地形圖數據的接邊問題。

有關地形圖符號使用的一般規定見文獻[1]，接邊流程如圖1所示。

圖1 數據接邊程序流程設計

(1)數據載入

一個區域的數據載入過程就是工作中常說的拼圖，常用的拼圖方式有以下兩種:

①選擇文件夾路徑，程序自動搜索數據文件循環插入到當前作業環境；

②根據指定的區域范圍線，在指定路徑下搜索數據文件并插入到當前作業環境。

(2)生成格網

在接邊處自動生成格網可以快速反映接邊分布情況，使作業員對接邊位置一目了然。格網可以進行編輯，這樣能夠使接邊區域靈活可控，以滿足局部接邊的需要。

(3)數據拼接

數據拼接是整個程序的核心部分。數據通常包含點、線、面三種類型，而地形圖數據中沒有面的概念，面都是由閉合線構成的，點又不存在拼接的問題，所以地形圖的拼接可以轉化為線狀數據的拼接問題。

線的拼接需要滿足以下條件:

①線的端點到網格線的距離在誤差允許的范圍內。

②相鄰圖幅內同一點位可以找到同編碼的線。

③兩條線的屬性完全一致。

(4)接邊檢查

數據拼接完成后配合接邊檢查程序，查找接邊格網線上是否還存在地物的端點，如果有，則做出標記。

(5)錯誤定位

根據標記快速定位到未接邊的區域，此時需要作業員分析數據接邊情況，確實需要拼接的手動拼接，以人機交互的方式完成最后的接邊工作。

3 關鍵技術

3.1 單線格網技術

程序沒有使用圖廓線直接作為接邊格網，而是運用單線網格技術在相鄰圖幅接邊處生成一根直線作為接邊格網。單線格網技術的兩大優勢:

圖2 單線格網

①能夠大幅提高地物匹配效率。

以一幅圖需要接4個邊，每個邊需要接50個地物為例。使用圖廓整體選擇接邊實體為200個，循環比較，需要比較4萬次；而使用單線進行選擇僅有50個接邊實體，需要比較2 500次，4個邊共需比較1萬次，運算次數僅為之前的1/4，匹配效率提高了4倍。

②化繁為簡，避免因地物多次匹配給接邊造成的不便。

在大比例尺地形圖中存在著地物跨圖廓的情況。如果用圖廓線做整體選擇，如圖2，當同一地物橫跨1、2兩個圖廓邊時，經匹配運算可以確定a、b、c為同一地物。這時就需要判斷3個實體的連接順序和方向再進行拼接，計算過程比較復雜。使用單線格網就可以有效地解決這個問題，當同一地物橫跨1、2兩個圖廓邊時，先用1號網格線作選擇，經匹配運算確定a、b為同一地物，連接a、b生成新實體d；再用2號網格線作選擇，經匹配運算確定c、d為同一地物，最后將c、d拼接起來，完成地物整體的拼接。

3.2 地物匹配與拼接

(1)地物匹配

①將實體按照坐標和圖幅進行分類

利用單線格網做緩沖區選取地物，對集合中的記錄逐條進行分析，根據實體落在網格線上的點位將記錄分組，可以獲得每個點位上的所有實體的ID信息。然后再根據實體的坐標將數據進行分幅處理得到A、B兩個集合。

圖3 數據分類示意圖

判斷實體位于格網線哪一側的方法如下:

取實體上一點P坐標為(xp，yp)，取格網線首點坐標為(x1，y1)、尾點坐標為(x2，y2)，設格網線方向是由首點到尾點的方向，若直線方程記為Ax＋By＋C＝0，則有:

此時D＝A×xp＋B×yp＋C

若D＜0，則實體在格網線的左側；若D＞0，則實體在格網線的右側。

②同一點位實體進行循環匹配

取A集合中的實體a記錄其各項屬性信息，在B集合中循環搜索與之相匹配的地物并記錄下實體的ID號。如果B集合中僅有一個實體b與a相匹配，則可以確定a、b為同一地物；如果B集合中有多個實體與a相匹配，則需要做進一步的坐標匹配——即判斷兩實體的首尾點坐標相連，才可以確定a、b為同一地物。

(2)實體類型的轉換

表示地物邊線的實體主要包含多段線、二維多段線、直線和弧四種類型，由于不同類型實體所擁有的屬性和方法各不相同。為了便于對數據進行操作處理，先將數據統一轉化為多段線。程序使用C＃語言實現，有關C＃語言的使用方法詳見文獻[2]。

判斷圓弧時針方向的方法:取圓弧首點P0坐標為(x0，y0)、中點P1坐標為(x1，y1)、尾點P2坐標為(x2，y2)；計算P0 P1叉乘P0 P2，為正則為逆時針，為負則為順時針。

多義線的凸度即為所在弧段對應圓心角四分之一的正切值。AutoCAD中約定:凸度為零是直線頂點，它與下一個頂點連接為一直線；凸度不為零是圓弧頂點，它與下一個頂點連接為一圓弧；凸度值為負表示順時針圓弧，凸度值為正表示逆時針圓弧；凸度絕對值小于1表示圓心角小于180°，凸度絕對值大于1表示圓心角大于180°。

(3)坐標連接

將兩條線的坐標進行連接可以分為首首相連、首尾相連、尾首相連和尾尾相連四種情況。此外還應該注意以下幾點:

①保持線的方向不能變。

②由圖廓裁切造成的多余節點在拼接時應去掉。

③首尾點互相連接的環狀實體，應去掉多余節點生成完全閉合的新實體。

4 應用實例

在保證原始數據接邊的情況下，以一個象限25幅1∶2 000比例尺地形圖為例，共有40個邊需要拼接，若每個邊需要拼接100個地物，則共需拼接4 000次。使用該數據拼接程序，從拼圖到完成檢查共用時8 min，檢查出未拼接的地物10處，使用定位工具配合人工分析作業，15 min即可完成整個象限的數據拼接工作。

圖4 數據拼接程序主界面

5 結 語

用這套方法處理地形圖數據接邊問題，從拼圖→生成格網→數據拼接→接邊檢查→目標定位，整個流程非常清晰，操作極為簡便，程序的運算速度非常快，數據拼接的成功率非常高，能夠極大地提高作業效率。

[1] 霍春玲，劉達.AutoCAD數據接邊檢查自動化的實現[J].測繪工程，2006，15(4)

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

[3] 劉慶元，周容.一種基于ArcGIS Engine的線狀圖幅接邊方法[J].計算機時代，2008(2)

[4] 張贏，汪容峰，廖學軍.數字地圖圖幅接邊的虛拼接算法[J].計算機工程與設計，2010(16)

[5] GB/T 20257.1－2007國家基本比例尺地圖圖示第一部分:1∶500、1∶1000、1∶2000地形圖圖式[S].

[6] Karli Watson，Marco Bellinaso等著，康博譯.C＃入門經典[M].清華大學出版社，2002

中海達進軍全站儀市場

(本刊訊)2012年2月6日，中海達發布公告稱，為彌補公司在全站儀等光電測繪產品領域的業務空白，完善公司產品鏈，公司擬使用2，612.5萬元的超募資金增資蘇州迅威光電科技有限公司(簡稱“蘇州迅威”)。此次增資完成后，中海達持有蘇州迅威61.75%股權，蘇州迅威成為中海達的控股子公司。

蘇州迅威主要從事制造和銷售光電測角傳感器、自動安平控制器；光電儀器裝配、維修及相關產品的技術開發和咨詢服務。以全站儀、激光測距裝置、絕對編碼測角裝置等光電產品的研發、生產與銷售為主營業務。此前，蘇州迅威主要以ODM模式向主要客戶蘇州一光儀器有限公司供貨。中海達入主后，將改變蘇州迅威單一的ODM模式，充分利用公司現有銷售渠道和經銷商資源以及公司自有品牌進行業務拓展，在2012年～2014年力求保持快速增長，提升全站儀及其他系列光電測繪產品的產能規模。

中海達認為，此次投資主要目的在于，全站儀存在較好的進入機會和增長空間；能拓寬中海達產品線及銷售渠道；能充分整合雙方的優勢資源。中海達表示，借助與蘇州迅威的資本層面合作，可以迅速進入光電測繪儀器市場，從而與原有的GNSS業務形成有效互補，產生顯著協同效應；并可通過拓寬產品線進一步加快銷售隊伍及銷售渠道的建設，而且蘇州迅威具有一定的技術優勢和生產經驗，能“以點帶面”使公司獲得光電測繪產品業務快速增長機會，有效提升公司業績。

The Design and Implementation of Large－scale Topographic Map Data Splicing Program

Liu Yun，Liu Yang，Yang Zhao
(Tianjin Institute of Surveying and Mapping，TianJin 300381，China)

As large－scale topographic map data usually framing management，so the checking of edge matching and data splicing is necessary for surveying and mapping production.This paper presents design ideas of large－scale topographic maps data splicing program，from load data to generate grids，data splicing，edge checking，then to locate the problem，and finally finish working by Man－machine interactive ways.The article details the key technologies and methods of data splicing program，and procedures in the practical application of the results.

Topographic map；Data splicing；Automatic matching

2011—08—05

劉允(1980—)，女，工程師，主要從事數據處理與軟件開發工作。

1672－8262(2012)01－65－03

P228.1

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