基于方位角的管線智能連接方法研究

魏金占,趙自力(1．南寧市勘察測繪地理信息院,廣西南寧 5300; ．珠海市規劃設計研究院,廣東珠海 1500)

基于方位角的管線智能連接方法研究

魏金占1?,趙自力2
(1．南寧市勘察測繪地理信息院,廣西南寧 530022; 2．珠海市規劃設計研究院,廣東珠海 215002)

摘 要:大比例尺地形圖如1∶500地形圖在制圖時因圖面限制,管線有時僅僅表示連接方向,因此在地形圖入庫時,管線的連接很大程度上仍需人工干預。為減少管線連接的工作量,筆者提出基于方位角的管線智能連接方法,這種方法在很大程度上減少了人工干預的工作量,經實踐是一種可行的高效管線智能連接方法。

關鍵詞:管線連接;智能化;方位角

1 引 言

隨著數字城市建設的進行,越來越多的單位正在對已有數據進行整理入庫,其中大比例尺地形圖入庫是最為復雜和繁瑣的入庫工作。其中造成地形圖入庫困難的主要原因在于地形圖成圖時,沒有按照嚴格的GIS入庫標準進行[5]。除此之外,因地形圖的應用多滿足圖面與工程應用,地形圖的生產與規范,也很難滿足GIS入庫標準,因此研究如何在不影響地形圖生產,又能高效提升入庫效率,就成為當前很多單位非常棘手的問題[6]。

地形圖入庫的目的,無外乎通過GIS屬性庫,對點線面幾大類數據進行管理。因此,數據入庫的過程,可以理解為如何處理這類數據,滿足GIS數據管理的要求。其中難度比較大的部分在于線和面的入庫,如管線數據的入庫就是此類問題之一。根據國標,大比例尺地形圖在地形地貌比較復雜的地區,部分管線的表示可以僅標示連接方向,不表示連接線,這種處理方法自然為后期管線入庫造成必可避免的麻煩[7]。為了還原管線本身的連接關系,當前多采用人工干預的方法。這種方法雖然在精確度方面可以得到很好保證,但卻同時制約入庫的效率[4,8]。

2 基本思路

管線的連接人工判別遵循以下原則:

以邊界點開始,按照連接方向,找尋鄰近的同類連接點,將其連接。此過程非常簡單,筆者以為,可以對整個連線判斷的可行性作以下分析:

管線在原圖中雖然只表示連接方向,不表示連接線,但是其標示的連線方向可以通過計算機提取出來[1],如圖1所示。

圖1　連接指示線示意圖

管線在原圖中除了表示連接方向外,還隱含各類管線本身的信息,如管線的類型等,如圖1所示;

同類同條管線的連接,一般都局限在一定空間范圍內,如普通低壓線在50 m左右,高壓輸電線1 km ～2 km。

管線節點與指示線的關系為一對多,即一個節點可以有多個連線,但一個連接指示線僅對應一個節點,如圖1所示;

基于此,筆者認為,同類管線的連接方向必然存在以下空間關系:

同一管線的兩個臨近連接方向,必然是同線反向,如圖2所示;

同一管線的兩個臨近連接點,其管線屬性應該相同且連線與方向線重疊;

同一管線的兩個臨近連接點的間距,應該在一定的空間距離內。

同一管線的兩個臨近連接點之間的連線,不可能包含同類同線的另一點,如圖2,點1與點3連接錯誤,應被點2裁開。

圖2　連接示意圖

基于此,筆者認為通過空間分析與屬性判斷,基本上可以實現管線的智能連接。

具體的實現思路如下:

提取出每個管線連接點的管線方向;

依次對連接點的連接方向進行判斷,找出同線反向的連接點;

判斷是否為同類連接點,如相同進入下一步;

判斷同線反向的點的個數,如唯一,則記錄連接方向;

如不唯一,則找出離起始點最近的連接點,記錄連接方向;

依次循環,直到所有連接點搜尋完畢。

3 程序實現

具體的程序實現主要在SuperMap Object基礎上, 以VB6．0為開發工具進行開發。以下是本思路實現的關鍵步驟:

第一步:獲取連接點的屬性,主要包括連接點的類型、圖層、顏色、線型等信息,此步驟主要是通過獲取地物編碼實現的。此步驟的主要目的是將不同的方向指示線分類,便于下一步對其進行方向過濾。

第二步:獲取連接點的連接方向;

連接線方向的判斷主要是利用指示方向線與節點連線的方位角來判定。指示線與節點的關系為多對1,因此可利用指示線的拓展屬性,記錄所在的節點,之后利用節點與指示線特征點的關系,核算出方位。

具體算法如下:

首先,取得指示線端點處的坐標(X1,Y1);

其次,取得節點處坐標(X0,Y0);

最后,通過坐標之間的關系求得連接方向,如圖3所示。

圖3　各種連接線方向情況示意圖

方位角的判定情況如下:

若(X1-X0)＞0且(Y1-Y0)＞0,則方位角如圖3所示情況1,為

a=arctan((Y1-Y0) / (X1-X0));

若(X1-X0)<0且(Y1-Y0)＞0,則方位角如圖3所示情況2,為

a=arctan((Y1-Y0) / (X1-X0))+π;

若(X1-X0)＞0且(Y1-Y0)<0,則方位角如圖3所示情況4,為

a=arctan((Y1-Y0) / (X1-X0))+2π;

若(X1-X0)<0且(Y1-Y0)<0,則方位角如圖3所示情況3,為

a=arctan((Y1-Y0) / (X1-X0))+π;

若(X1-X0)＞0且(Y1-Y0)= 0,則方位角為a=0;

若(X1-X0)<0且(Y1-Y0)= 0,則方位角為a=π;

若(X1 -X0) = 0且(Y1 - Y0) <0,則方位角為a=3π/2;

若(X1 -X0) = 0且(Y1 - Y0)＞0,則方位角為a=π/2;

第三步:根據空間關系,判斷同線反向的同類連接點;

首先,根據上一步驟記錄的連接指示線方位,依次判斷方向相反的連接指示線,過濾出來備選;

其次,對過濾出來的連接指示線特征點進行方位判定,方位角的計算與第二步相同。當特征點連線的方位與特征點記錄的方位相同或相反,則過濾出來,進入下一步判斷;

第四步:距離判斷,找出最鄰近的同線方向連接點;

對過濾出來的方位指示線所在的節點與當前節點依次進行距離判定,距離最近的即為正確的連接節點;

第五步:記錄連接關系,依次搜索所有連接點,直至搜索完畢。

4 效果分析

通過對某城市城鄉結合部約10 km2的管線自動連接實驗分析,其正確識別率達到90%以上,自動化效率非常高,在協助地形圖入庫方面大大提升工作效率,如圖4所示。

圖4　連接實驗區示意圖

對于不能正確識別的管線,其主要原因在于漏繪錯繪電桿等原因[7]。此外對于低壓入戶或入井的管線,系統只能在入戶點或入井點進行可能錯誤提示,仍需人工干預。

5 結 語

大比例尺地形圖入庫是當前許多單位面臨的技術難題,數據復雜且數據量巨大,利用傳統的人工模式,其入庫工作量不低于測圖的工作量。本文結合管線連接的特點,分析管線連接的內在關系,實現了管線的智能連接。不足之處在于低壓入戶時,入戶端沒有指示線,再者存在漏繪電桿情形,因此在判斷的正確率方面還不能完美實現,這也是筆者下一步需要要完善的地方。此外,該方法也適用于類似其他管線如通信線等判定,對于燃氣等因其具有較大管徑,圖面必須實體表示,因此該方法的適用范圍僅在于回溯簡單線連接的城市部件。

參考文獻

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[4] GBT 13923-2006．基礎地理信息要素分類與代碼[S]．

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Study of Power Line Intelligent Connection Based on Azimuth

Wei Jinzhan1,Zhao Zili2
(1．Nanning Explore and Survey Geoinformation Insititute,Nanning 530022,China; 2．Zhuhai Institute of Urban Planning & Design,Zhuhai 519000,China)

Abstract:Only directions of power lines show on large scale maps because of the Map-Making restriction,therefore manual disposal is necessary during the Map database construction．In order to reduce the burden,a new method is put forwards based on intelligent connection of power line,which proved to be practical and efficient．

Key words:power line connection;intelligent connection;azimuth

文章編號:1672-8262(2015)06-51-03中圖分類號:P208．1

文獻標識碼:B

收稿日期:?2015—06—08

作者簡介:魏金占(1980—),男,注冊測繪師,碩士,主要從事GIS應用、遙感、測繪信息化等技術工作。

基金項目:珠海市規劃設計研究院2014年度科研計劃