基于CAD數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)地形圖圖形數(shù)據(jù)增量更新建庫

陳習(xí)森，楊猛，楊志敏

(1.深圳市地籍測(cè)繪大隊(duì)，廣東深圳 518000;2.武漢市測(cè)繪研究院，湖北武漢 430000)

1 引言

地形圖數(shù)據(jù)庫更新方法主要有版本式更新和增量式更新兩種。版本式更新是指利用新測(cè)或修測(cè)的地形圖數(shù)據(jù)全部替換舊地形圖數(shù)據(jù)，而增量式更新僅對(duì)發(fā)生變化(包括增刪改)要素進(jìn)行相應(yīng)更新。

增量式更新相對(duì)傳統(tǒng)版本式更新而言，在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)量、數(shù)據(jù)冗余度、歷史數(shù)據(jù)恢復(fù)、數(shù)據(jù)更新方式等方面更具優(yōu)勢(shì)［1］。目前國內(nèi)主流商業(yè)軟件如CASS、清華山維等都能提供整套的增量更新建庫解決方案，包括數(shù)據(jù)加工平臺(tái)、數(shù)據(jù)質(zhì)檢、GIS數(shù)據(jù)管理等模塊。

深圳市從1994年開始進(jìn)行 1∶1000地形圖測(cè)繪工作并且建庫進(jìn)行管理，多年以來，深圳各測(cè)量單位圍繞《深圳市 1∶1000數(shù)字化地形圖動(dòng)態(tài)修補(bǔ)測(cè)實(shí)施細(xì)則》(以下簡(jiǎn)稱實(shí)施細(xì)則)形成了不同的數(shù)據(jù)加工平臺(tái)［2］，難以通過采用統(tǒng)一購買商業(yè)軟件的方式來實(shí)現(xiàn)建庫方式的升級(jí)，為提升地形圖建庫效率，本文將以數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)為中心，在不對(duì)現(xiàn)有加工軟件做大調(diào)整的前提下，將深圳市地形圖建庫方法從傳統(tǒng)的版本式更新升級(jí)為增量式更新。

2 基于CAD數(shù)據(jù)的增量更新模型的建立

2.1 地物變化的種類

地物更新的基本類型可分為新增、刪除和修改三種，各對(duì)應(yīng)多種基本更新動(dòng)作，具體分解如表1所示。這三種基本類型的操作則可以寫出三類記錄:新增地物記錄、刪除地物記錄、更新地物記錄。再進(jìn)一步分解，更新操作也可利用刪除地物和新增地物兩步動(dòng)作來組合實(shí)現(xiàn)，這樣實(shí)際所有的地物更新動(dòng)作可分解為刪除地物和新增地物兩步來實(shí)現(xiàn)(純粹的新增地物和刪除地物可單列)。通過提取新增地物記錄和刪除地物記錄即可完整記錄地物更新的痕跡。

各種更新類型的分解 表1

2.2 地物變化信息的識(shí)別

地物變化信息的識(shí)別主要有新增地物的識(shí)別、刪除地物的識(shí)別和更新地物的識(shí)別。新增地物包括新測(cè)地物和在修測(cè)過程中編輯過的現(xiàn)狀地物，可設(shè)置一個(gè)獨(dú)立圖層(新增地物圖層)來存儲(chǔ)新增圖形。刪除地物包括直接刪除的地物和在修測(cè)過程中刪除的歷史地物，可設(shè)置一圖層(刪除地物圖層)來存儲(chǔ)刪除的圖形。對(duì)地物進(jìn)行修改(包括圖形修改和屬性修改)也可通過刪除地物和新增地物兩步動(dòng)作來組合實(shí)現(xiàn)。先將待修改的地物刪除到刪除地物圖層，然后將修改完成后的現(xiàn)狀地物作為新增地物添加到新增地物圖層。

2.3 地形圖增量更新模型的具體思路

以CAD為例，完整收集刪除記錄和新增記錄只需先設(shè)置兩個(gè)獨(dú)立的圖層:一個(gè)圖層用來存放刪除記錄(刪除圖層)，一個(gè)圖層用來存放新增記錄(新增圖層)。在數(shù)據(jù)修改過程中，對(duì)任何地物的修改，只需保證修改動(dòng)作是先刪除地物圖斑到刪除圖層，然后將修改后的地物圖斑視為新增圖斑存儲(chǔ)到新增圖層。

借助CAD文件中刪除圖層中存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)，與數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)進(jìn)行圖形比對(duì)即可提取待變更圖斑;再利用新增圖層中存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)添加到數(shù)據(jù)庫中各對(duì)應(yīng)專題圖層，最后進(jìn)行數(shù)據(jù)接邊，數(shù)據(jù)庫的記錄即可完成更新。

借助這個(gè)思路再進(jìn)行拓展，我們就可以利用CAD文件直接對(duì)數(shù)據(jù)庫中存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)進(jìn)行更新，實(shí)現(xiàn)基于CAD數(shù)據(jù)的增量式地形圖圖形數(shù)據(jù)更新模型。

2.4 地形圖增量更新模型設(shè)計(jì)

(1)模型圖層組織

模型圖層設(shè)計(jì)基本沿用深圳市實(shí)施細(xì)則的規(guī)定，增加建筑物面(BP)和道路水系植面層(LP)，用來存儲(chǔ)面狀要素的圖形，不借助格式轉(zhuǎn)換提前進(jìn)行構(gòu)面［3］。地物要素編碼全部沿用實(shí)施細(xì)則的具體規(guī)定，與現(xiàn)有數(shù)據(jù)無縫對(duì)接。

模型圖層組織設(shè)計(jì) 表2

(2)模型標(biāo)準(zhǔn)更新動(dòng)作

在增量式更新模型的定義中，地物更新所進(jìn)行的任何操作需嚴(yán)格執(zhí)行前面提到的更新動(dòng)作分解，包括:

①新增的地物存儲(chǔ)在新增地物圖層;

②刪除的地物存儲(chǔ)在刪除地物圖層;

③對(duì)任何地物要素的修改，先刪除歷史地物到刪除地物圖層，然后將修改后的地物要素視為新增地物添加到新增地物圖層。

增量式地形圖圖形數(shù)據(jù)更新模型的標(biāo)準(zhǔn)更新動(dòng)作可總結(jié)如圖1所示。

圖1 增量式更新模型動(dòng)作分解

2.5 地形圖數(shù)據(jù)入庫

(1)CAD數(shù)據(jù)增量信息提取

依據(jù)增量更新模型的設(shè)計(jì)，在CAD環(huán)境下進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)并完成數(shù)據(jù)接邊和質(zhì)檢后，即可得到兩類信息:①發(fā)生變化的歷史圖斑;主要對(duì)應(yīng)的是各專題圖層*D(刪除地物圖層)中存儲(chǔ)的數(shù)據(jù);②更新變化后的現(xiàn)狀圖斑。主要對(duì)應(yīng)的各專題圖層*A(新增地物圖層)中存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)，這兩類信息可作為增量文件，用來完成數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)增量更新。

(2)數(shù)據(jù)庫中的圖層設(shè)置

數(shù)據(jù)庫中的圖層設(shè)置和CAD環(huán)境下的圖層設(shè)置類似，每個(gè)專題圖層又分別對(duì)應(yīng)一個(gè)歷史圖層，各專題圖層存儲(chǔ)最新的數(shù)據(jù)信息，而發(fā)生變化的歷史圖斑則全部被篩選刪除到歷史圖層。

在數(shù)據(jù)庫中，刪除圖層可不單列，需刪除的地物圖斑可與現(xiàn)勢(shì)圖形一同存儲(chǔ)在專題圖層中，在數(shù)據(jù)使用時(shí)，只需利用時(shí)間屬性進(jìn)行簡(jiǎn)單篩選即可。

(3)圖層屬性字段設(shè)計(jì)

為實(shí)現(xiàn)對(duì)歷史版本數(shù)據(jù)的回溯，各個(gè)要素圖形都需要有一個(gè)有效時(shí)段的概念。為此模型對(duì)各個(gè)專題圖層分別添加了3個(gè)屬性字段，分別是產(chǎn)生時(shí)間、變更時(shí)間和元數(shù)據(jù)，其中產(chǎn)生時(shí)間和變更時(shí)間對(duì)應(yīng)要素的有效時(shí)段，即要素在哪個(gè)時(shí)間段它是存在并且有效的。元數(shù)據(jù)屬性主要是作為索引字段存儲(chǔ)一些附屬信息，如數(shù)據(jù)生產(chǎn)單位、數(shù)據(jù)提交時(shí)間、數(shù)據(jù)變更時(shí)間等。

3 增量式地形圖更新模型應(yīng)用效果

為驗(yàn)證模型的可行性，本文從現(xiàn)有GIS庫中導(dǎo)出4幅 1∶1000的CAD地形圖數(shù)據(jù)作為實(shí)驗(yàn)原始數(shù)據(jù)，具體實(shí)驗(yàn)步驟如下:①按模式設(shè)計(jì)設(shè)置圖層，標(biāo)準(zhǔn)化工作環(huán)境;②嚴(yán)格執(zhí)行模型標(biāo)準(zhǔn)更新動(dòng)作，結(jié)合刪除圖層和新圖層完整記錄修改軌跡;③需要構(gòu)面的圖層如B層、L層需提前在CAD中構(gòu)成封閉面，在GIS建庫時(shí)可自動(dòng)形成面狀要素;④數(shù)據(jù)編輯完成后，進(jìn)行數(shù)據(jù)接邊和數(shù)據(jù)質(zhì)檢;⑤利用研發(fā)的數(shù)據(jù)入庫軟件，自動(dòng)提取刪除圖層上的記錄，通過圖形比對(duì)功能自動(dòng)提取GIS庫中待變更的圖斑并刪除到歷史圖層，同時(shí)變更時(shí)間屬性自動(dòng)更新［4］;⑥自動(dòng)提取新增圖層上的記錄，添加更新到各GIS庫中各對(duì)應(yīng)圖層，同時(shí)產(chǎn)生時(shí)間屬性自動(dòng)更新;⑦完成GIS庫中數(shù)據(jù)接邊［5］。

圖2和圖3是實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)局部更新的前后對(duì)比圖，展示的是某處建筑物圖斑發(fā)生變化，通過在CAD環(huán)境下利用刪除圖層和新增圖層完整記錄圖斑變更軌跡，借助入庫軟件自動(dòng)實(shí)現(xiàn)GIS地形圖數(shù)據(jù)庫中相應(yīng)圖斑的增量更新。純粹新增地物和刪除地物邏輯比較簡(jiǎn)單，不再復(fù)述。通過試驗(yàn)證明基于CAD數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)圖形數(shù)據(jù)增量更新技術(shù)是可行的，模型設(shè)計(jì)合理并且與現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)無縫對(duì)接，更能實(shí)現(xiàn)諸如歷史地形數(shù)據(jù)回溯等功能。

圖2 CAD環(huán)境編輯后成果

圖3 GIS數(shù)據(jù)增量更新成果

4 結(jié)語

基于CAD數(shù)據(jù)的增量式地形圖圖形數(shù)據(jù)更新模型的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了對(duì)地形圖圖形數(shù)據(jù)的增量更新建庫，節(jié)省了數(shù)據(jù)入庫的時(shí)間，提高了數(shù)據(jù)更新的效率。模型仍然沿用了現(xiàn)有的工作模式，不需對(duì)現(xiàn)有的工作模式和生產(chǎn)軟件做大的調(diào)整，實(shí)際應(yīng)用過程中也更易推進(jìn)。基于增量信息更可方便地進(jìn)行歷史數(shù)據(jù)的回溯，也可方便地統(tǒng)計(jì)每年的修補(bǔ)測(cè)工作量。接下來需做的配套工作是對(duì)現(xiàn)有的數(shù)據(jù)加工軟件進(jìn)行調(diào)整［6］，通過功能研發(fā)自動(dòng)實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)更新動(dòng)作，不影響日常數(shù)據(jù)編輯習(xí)慣，也不增加無謂的工作量。

［1］張保鋼，石強(qiáng).地形圖數(shù)據(jù)庫的增量更新［J］.北京測(cè)繪，2007(1):1～4.

［2］羅和平，葉乘鸞，溫振興.竣工測(cè)量成果應(yīng)用于地形圖更新的分析探討［J］.城市勘測(cè)，2010(5):131～134.

［3］王健潔，趙麗娟，王曉帆等.基于ObjectARX的自定義面域研究［J］.城市勘測(cè)，2013(1):139～141.

［4］老大中，趙占強(qiáng).AutoCAD 2000 ARX二次開發(fā)實(shí)例精粹［M］.北京:國防工業(yè)出版社，2001.

［5］余承飛，方勇.AutoCAD 2000二次開發(fā)技術(shù)(ObjectARX)［M］.北京:人民郵電出版社，1999.

［6］宋延杭，王川，李永宣.Object ARX實(shí)用指南［M］.北京:人民郵電出版社，1999.