基于ArcGIS Engine的數字地圖邏輯拼接

方 衎，王山東

（1．河海大學 地球科學與工程學院，江蘇 南京 210098）

基于ArcGIS Engine的數字地圖邏輯拼接

方 衎1，王山東1

（1．河海大學 地球科學與工程學院，江蘇 南京 210098）

針對目前GIS系統海量數據分幅存儲與管理造成的地理要素在圖幅邊緣產生的縫隙問題，結合拼接相關理論，提出了一種兼顧空間位置關系和屬性特征的拼接方法，并基于ArcGIS Engine 10以及Microsoft Visual Studio 2010的開發環境實現了該方法。實踐證明，該方法很好地實現了數字地圖的邏輯拼接。

數字地圖；邏輯拼接；ArcGIS Engine

當多幅相鄰的地圖顯示在一起時，雖然用戶在視覺上感覺圖形是連續的，但實際在圖幅的接邊處是有誤差的（如圖1所示），且同一地理要素在跨越多圖幅時在各自的圖幅中具有不同的地理編碼以及不同的屬性信息，即存在邏輯縫隙。所謂邏輯拼接，就是在分幅地圖數據的基礎上，一方面使同一地理要素在相鄰圖幅中的地理編碼和屬性信息一致[1]，另一方面消除圖幅間的空間錯位，使其在幾何上連接在一起，實現地理要素的整體一致顯示[2]。

目前，市場上有很多GIS軟件都具有地圖拼接功能（ArcGIS、MapGIS和SuperMap等），但在實際操作中需要較多的人工干預，效率不是很高，且往往只考慮了要素的空間位置關系，對其屬性特征考慮較少，并不能完全滿足用戶的需求。

本文提出了一種兼顧空間位置關系和屬性特征的拼接方法，利用ArcGIS Engine 10提供的空間操作功能，在 Microsoft Visual Studio 2010環境下實現了這一方法。

圖1 圖幅間的接邊誤差

1 拼接流程與算法

1.1 拼接的總體流程

拼接的總體流程如圖2所示。在進行圖幅拼接時，由于數據是圖幅拼接的基礎，保證數據的質量決定著最終拼接的效果，因此需要對待拼接的圖幅進行質檢，以滿足以下條件[3]：①數據格式必須統一；②待拼接的圖幅應具有相同的地圖數學基礎，即有相同的比例尺、坐標系統以及高程基準，保證圖幅之間沒有縫隙；③保證一定的幾何精度；④具有正確的屬性信息；⑤相鄰圖幅的邊界數據沒有重疊現象。

本文的數據都是同一時期航測的，并經過專業人士的調繪、數字化以及檢查，因此滿足以上各條件。

圖2 拼接的流程圖

1.2 拼接算法概述

拼接算法的流程如圖3所示。

1）獲取接邊線。接邊線為每個圖幅的圖幅邊框（圖幅邊框單獨為一個圖層）。

2）生成選擇集。給定一個閾值，求取接邊線的雙側緩沖區，相鄰圖幅中凡是與這個緩沖區相交的要素，分別放在2個集合中。本文中閾值大小為0（在數據檢驗時，所有要素都通過剪切和延伸操作，使得首末端點都已嚴格落在圖幅的邊框上），即與接邊線有交點的要素為待接邊的要素。選擇集分為3種：點選擇集、線選擇集和面選擇集[4]。

3）對選擇集進行排序。為了提高要素匹配效率，對接邊要素按空間關系進行排序。

4）要素匹配。遍歷選擇集，查看選擇集中要素的屬性值，主要是要素的編碼是否一致。對于點要素和線要素，若屬性一致，再判斷距離。經過屬性約束后，滿足條件的要素可能并不是一一對應的，就需要比較兩要素之間的距離，最短的那對則認為是匹配的一對。對于面要素，屬性匹配正確后，同樣需要進一步判斷，若兩要素之間有重合的部分，則匹配成功。在要素匹配成功后，確定其接邊點，然后可進行下一步的拼接處理。若屬性不一致，則繼續遍歷選擇集，直到所有要素都遍歷完成。

5）拼接處理。對于點要素的拼接處理，刪除掉重復要素即可；對于線要素的拼接處理，主要有3種方法[5]：①平均法：取待接點A和B的坐標平均值點C作為接邊后的點，如圖4 a所示，一般適用于接邊誤差在精度范圍內的直線及多段線的處理；②強制法：取相對準確的待接點A作為接邊后的點，將另一待接點B強制附合到A點上，如圖4b所示，主要用于用戶能明顯判斷出哪一條待接邊更準確，適合交互式的接邊處理；③優化法：找出待接點A和B以及它們的前一點A’和B’，由這2個點的連線與接邊線求出一個交點P，用P點作為最終點來替換原來的A點和B點，如圖4c所示，主要用于共線要素的接邊處理。對于面要素的拼接處理，則采用融合法[6]，即對2個面要素的重疊部分進行融合。

圖4 線要素接邊方法示意圖

2 算法的實現

2.1 主要的技術實現

1）接邊線的獲取。通過創建一個QueryFilter對象，用IFeatureLayer接口的Search方法來獲取。

2）緩沖區的生成。用Geometry類庫中ITopological Operator接口的Buffer方法來求取接邊線的緩沖區域。

3）選擇集的生成。通過創建一個SpatialFilter空間過濾器對象，空間關系類型為esriSpatialRelIntersects得到與接邊線相交的要素，從而生成選擇集。

4）接邊點的獲取。通過ITopologicalOperator的Intersect方法來獲取。

5）面要素的拼接處理。在用Buffer緩沖后，用ITopologicalOperator接口的Union方法進行融合。

2.2 拼接的結果

為了驗證該算法的有效性和正確性，以安徽省1∶10 000地形圖為測試數據，部分拼接結果如圖5所示。由圖5可知，該方法達到了預期的效果，絕大部分線要素和面要素在邊界處都已很好地拼接在一起（只有少數的需要人工干預），在視覺上實現了幾何無縫，滿足了邏輯拼接的要求。

圖5 拼接的結果圖

3 結 語

本文針對數字地圖圖幅之間存在的縫隙問題，研究并實現了圖幅之間的邏輯拼接。結果表明，通過本文的方法，其拼接結果達到了預期的效果，實現了圖幅之間的邏輯無縫，很好地解決了地理要素跨圖幅存在的不連貫問題。但若要查詢分析地理要素的完整信息，則還需要將跨圖幅的地理要素合并成一完整要素。因此，接下來的研究工作則是實現物理無縫功能。

[1] 周依文． 多圖幅數字海洋地圖無縫拼接算法研究[D]． 北京：北京郵電大學，2009

[2] 朱欣焰，張建超，李德仁，等． 無縫空間數據庫的概念、實現與問題研究[J]． 武漢大學學報：信息科學版，2002,27(4)：382-383

[3] 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)：76-78

[4] 李曉歡，張雯，別紅霞，等． 數字海洋地圖無縫拼接的研究[J]．地理空間信息，2008，6(6)：59-61

[5] 周順平，張江東，左澤均，等． 線要素任意范圍接邊算法的設計[J]． 測繪科學，2012,37(5)：20-22

[6] 楊愛，王發良，朱秀麗，等． 一種基于實體匹配的面要素無縫拼接方法及精度分析[J]．地理信息世界，2012(3)：68-72

[7] 張豐，杜震洪，劉仁義． GIS程序設計教程[M]． 杭州：浙江大學出版社，2012

P208

B

1672-4623（2014）01-0164-02

10.11709/j.issn.1672-4623.2014.01.058

方衎，碩士，主要研究方向為地圖制圖智能化理論與方法。

2013-05-03。