數(shù)字線劃地圖建模中所遇問(wèn)題分析

楊　珍，張永志，張文軍

(1.長(zhǎng)安大學(xué) 地質(zhì)工程與測(cè)繪學(xué)院，陜西 西安 710000；2.甘肅省測(cè)繪地理信息局 地圖院,甘肅 蘭州 730000)

?

數(shù)字線劃地圖建模中所遇問(wèn)題分析

楊珍1，張永志1，張文軍2

(1.長(zhǎng)安大學(xué) 地質(zhì)工程與測(cè)繪學(xué)院，陜西 西安 710000；2.甘肅省測(cè)繪地理信息局 地圖院,甘肅 蘭州 730000)

摘要：數(shù)字線劃地圖建模是從一體化空間數(shù)據(jù)模型入手，有效地解決一次生產(chǎn)兩套數(shù)據(jù)的難題，實(shí)現(xiàn)制圖與建庫(kù)數(shù)據(jù)的聯(lián)動(dòng)，使得空間數(shù)據(jù)與地圖符號(hào)在統(tǒng)一框架下管理。文中結(jié)合在Geoway軟件下的生產(chǎn)實(shí)踐，對(duì)數(shù)字線劃地圖建模中遇到的水系漸變處理、道路實(shí)部相交、境界跳繪，面狀填充符號(hào)4個(gè)問(wèn)題進(jìn)行研究，并提出模型的改進(jìn)方法，從而提高空間數(shù)據(jù)和制圖數(shù)據(jù)的生產(chǎn)效率，增強(qiáng)數(shù)據(jù)的正確性，使得大批量生產(chǎn)時(shí)，人工編輯的工作量減少，自動(dòng)化的生產(chǎn)效率得到提高。

關(guān)鍵詞：數(shù)字線劃地圖；空間數(shù)據(jù)；地圖符號(hào)；Geoway；制圖數(shù)據(jù)

數(shù)字線劃地圖(Digital Line Graphs and Map,DLGM)是表達(dá)地形圖要素的矢量數(shù)據(jù)集，拓?fù)涞貓D模型是其理論基礎(chǔ)，要素間的空間關(guān)系、要素相關(guān)的屬性信息、要素的地圖表達(dá)數(shù)據(jù)同時(shí)保存在其中。要素的幾何、屬性以及按一定規(guī)則和描述信息構(gòu)成的符號(hào)信息都包括在要素的地圖表達(dá)數(shù)據(jù)中。陜西省測(cè)繪地理信息局武文忠、張新利等、長(zhǎng)安大學(xué)郭新成對(duì)數(shù)字線劃地圖建模進(jìn)行了深入研究，同時(shí)在西部測(cè)圖項(xiàng)目中得到成功應(yīng)用，制圖數(shù)據(jù)生產(chǎn)中采用了建庫(kù)和制圖一體化的技術(shù)路線，成圖周期縮短，工作效率得以提高(2011年)[1-6]。但是在生產(chǎn)實(shí)踐中，仍然還存在一些自動(dòng)化程度不高的部分。本文結(jié)合在Geoway軟件下的生產(chǎn)實(shí)踐，針對(duì)需人工處理的水系漸變處理、道路實(shí)部相交、境界跳繪對(duì)模型提出改進(jìn)方法，以提高制圖的自動(dòng)化程度；為了制圖數(shù)據(jù)的符號(hào)化顯示能滿足不同比例尺的要求，提出多分辨率建模的意見(jiàn)。

1數(shù)字線劃地圖

數(shù)字線劃地圖是地形圖要素的矢量數(shù)據(jù)集，并保存要素間的空間關(guān)系、要素相關(guān)的屬性信息、要素的地圖表達(dá)數(shù)據(jù)。要素的地圖表達(dá)數(shù)據(jù)的集合是地圖[7-11]。

要素集用DMS 表示，要素用DM表示，具體表述：

DMS={{DMi}，R},

數(shù)據(jù)集由多個(gè)要素構(gòu)成；R是要素之間的符號(hào)圖形的規(guī)則。

DM={G，A，S}，

式中：G為要素的幾何；A為要素的屬性；S為要素的符號(hào)。

2模型改進(jìn)

2.1水系漸變處理

地面河流、河道干河均是有流向的，所以都為有向線，線段的方向代表著河流的流向，沿著流向河流寬度越來(lái)越寬。如圖1所示。Geoway軟件下河流保持統(tǒng)一寬度，如圖2所示，需要人工對(duì)線寬進(jìn)行設(shè)置，這樣效率極其低下，正確率及美觀程度均不高，對(duì)此，數(shù)字線劃地圖建模中對(duì)河流應(yīng)引入“鍥線”，網(wǎng)狀水系的符號(hào)化不能受斷線的影響。實(shí)現(xiàn)過(guò)程分3步進(jìn)行，第1步，對(duì)一個(gè)水系網(wǎng)進(jìn)行檢索，找出干流和直流，干流是最長(zhǎng)的一條，其它為支流。第2步，根據(jù)矢量方向，即河流流向，由細(xì)到粗對(duì)干流進(jìn)行漸變。第3步，限制支流符號(hào)最粗處的寬度，支流最粗處寬度不能超過(guò)與干流相交處干流符號(hào)的粗度。在實(shí)際生產(chǎn)中，一般采取分幅作業(yè)的方式，在圖幅接邊處的水系網(wǎng)有可能出現(xiàn)干流判斷錯(cuò)誤的情況，這時(shí)便需要人工對(duì)接邊處進(jìn)行排查改錯(cuò)，模型中有人工定義干流，支流的功能。

圖1　水系漸變

圖2　水系未漸變

2.2道路實(shí)部相交

制圖數(shù)據(jù)要求道路應(yīng)以實(shí)部相交，如圖3所示，在 Geoway軟件下，自動(dòng)生成的道路情況有可能是圖3所示實(shí)部與實(shí)部相交，也有可能是圖4所示實(shí)部與虛部相交，圖5所示虛部與虛部相交，即線性相交具有隨機(jī)性。這時(shí)便需要人工進(jìn)行排查，如隨機(jī)出現(xiàn)的是圖3所示的情況，無(wú)需人工做任何處理，隨機(jī)出現(xiàn)圖4、圖5的情況，便需要人工通過(guò)軟件下的“符號(hào)偏移量調(diào)整”命令對(duì)道路符號(hào)進(jìn)行調(diào)整，保證道路實(shí)部與實(shí)部相交。這樣不但浪費(fèi)時(shí)間、人力，而且也不能排除由于作業(yè)人員的疏忽而出現(xiàn)道路實(shí)部與虛部相交或虛部與虛部相交的情況。為保證所有道路以實(shí)部相交，可對(duì)模型中道路的線層給以限制，要求“線尾符號(hào)必為實(shí)部”經(jīng)過(guò)此設(shè)置后，就能自動(dòng)實(shí)現(xiàn)道路以實(shí)部相交，提高作業(yè)效率，正確率也得到保障。

圖3　道路實(shí)部與實(shí)部相交

圖4　道路實(shí)部與虛部相交

2.3境界跳繪

如果境界與線狀地物重合，線狀地物可包括河流、河流的中心線、道路、溝渠等，就要對(duì)境界進(jìn)行跳繪操作，如圖6所示。在Geoway軟件下自動(dòng)生成的境界如圖7所示，跳繪是通過(guò)人工完成的，效率很低，美觀性也不高，所以模型中實(shí)現(xiàn)境界自動(dòng)跳繪的功能十分必要。

圖5　道路虛部與虛部相交

圖6　境界跳繪

圖7　境界未跳繪

境界跳繪2種類(lèi)型，①中心跳繪，以線狀地物為界時(shí)，在線狀地物中心繪出符號(hào)，且在境界線的開(kāi)始處和結(jié)束處繪制符號(hào)。②兩側(cè)跳繪，以線狀地物為界時(shí)，沿線狀地物兩側(cè)交錯(cuò)繪出符號(hào)，在境界的開(kāi)始和結(jié)束處不進(jìn)行符號(hào)繪制[12]。

境界跳繪問(wèn)題總結(jié)：確定好跳繪的境界，依據(jù)境界線的點(diǎn)坐標(biāo)組和每節(jié)符號(hào)的長(zhǎng)度，確定跳繪類(lèi)型，根據(jù)制圖規(guī)范，以恰當(dāng)?shù)拈g隔在境界線上繪制出符號(hào)段，這些符號(hào)段必須是由相同符號(hào)節(jié)數(shù)所組成，且在拐彎處要保證有境界符號(hào)。

在數(shù)字線劃地圖建模中，對(duì)模型進(jìn)行改進(jìn):

1)對(duì)一條境界進(jìn)行跳繪段的劃分。通常一條境界可劃分為多個(gè)跳繪段，每個(gè)跳繪段包含跳繪符號(hào)段、跳繪空白段。

2)確定各跳繪符號(hào)段的中點(diǎn)，分配跳繪符號(hào)和跳繪間隔。

如果縣界與一條河流重合，需要跳繪，跳繪縣界分析如圖8所示。

選擇3節(jié)縣界符號(hào)作為跳繪符號(hào)，當(dāng)對(duì)縣界進(jìn)行兩側(cè)跳繪時(shí)，即根據(jù)制圖數(shù)據(jù)規(guī)定的偏移距離取跳繪符號(hào)段的上平行線或下平行線，要對(duì)整條縣界進(jìn)行跳繪，就要分配整條縣界的跳繪符號(hào)和跳繪間隔，如果各跳繪符號(hào)段的中點(diǎn)確定下來(lái)，便可完成分配過(guò)程。

2.4面狀填充符號(hào)

在空間數(shù)據(jù)可視化機(jī)制的地圖表達(dá)機(jī)制中，對(duì)面狀填充符號(hào)可以通過(guò)調(diào)整符號(hào)間距離來(lái)調(diào)整填充符號(hào)的疏密程度。對(duì)于大比例地圖而言，符號(hào)要求填充密集些，對(duì)于小比例尺，符號(hào)要求填充相對(duì)稀疏。在Geoway軟件下，根據(jù)不同出圖比例尺對(duì)符號(hào)密度的要求，需要人工調(diào)整符號(hào)密度，如圖9所示，旱地的符號(hào)密度通過(guò)人工調(diào)整“點(diǎn)填充橫向距離，點(diǎn)填充縱向距離”來(lái)實(shí)現(xiàn)，對(duì)于復(fù)雜地類(lèi)，調(diào)整符號(hào)密度相對(duì)麻煩，如圖10所示，沙礫地上長(zhǎng)有半荒草地，包含3類(lèi)符號(hào)，調(diào)整“點(diǎn)填充1橫向距離，點(diǎn)填充1縱向距離，點(diǎn)填充2橫向距離，點(diǎn)填充2縱向距離，點(diǎn)填充3橫向距離，點(diǎn)填充3縱向距離”。

圖8　跳繪境界分析

圖9　旱地

圖10　沙礫地上長(zhǎng)有半荒草地

如果一幅圖植被面和水系面較多，人工調(diào)整的工作量會(huì)非常大，而且人與人之間存在對(duì)符號(hào)疏密程度認(rèn)識(shí)上的差異，也很難保證填充符號(hào)的整體一致性。

多分辨率建模是指為同一現(xiàn)象建立具有不同分辨率的一個(gè)模型、一個(gè)集成的模型族或者是二者的組合[13]。

如今，國(guó)內(nèi)外很多學(xué)者、科研機(jī)構(gòu)都對(duì)多分辨率建模進(jìn)行了深入研究，提出的代表性方法：聚合解聚法、視點(diǎn)選擇法、IHVR建模方法、UNIFY方法。

每種方法都有缺陷，只是針對(duì)某類(lèi)特定問(wèn)題，目前還沒(méi)有研究出解決問(wèn)題的一般方法。針對(duì)數(shù)字線劃地圖模型，對(duì)于面狀填充符號(hào)多分辨率建模可以嘗試用UNIFY方法。

依據(jù)多個(gè)常用比例尺下的符號(hào)填充設(shè)計(jì)多個(gè)模型，多個(gè)模型間是并發(fā)表示的關(guān)系，即存在多個(gè)并發(fā)表示的模型。模型設(shè)計(jì)考慮4個(gè)方面。

1)要保證能夠?qū)崿F(xiàn)不同比例尺模型下屬性間的變換。設(shè)計(jì)一個(gè)映射函數(shù)，通過(guò)該函數(shù)建立起模型間的映射關(guān)系，來(lái)實(shí)現(xiàn)屬性間的變換;

2)必須設(shè)計(jì)“消解策略”，來(lái)消解模型間交互的相互依賴(lài)性;

3)假設(shè)不同比例尺模型間的時(shí)間步長(zhǎng)是兼容的;

4)保證不同比例尺模型之間的一致性需通過(guò)屬性關(guān)系圖，映射函數(shù)和一致性增強(qiáng)器。

3結(jié)束語(yǔ)

本文結(jié)合在Geoway軟件下的生產(chǎn)實(shí)踐，對(duì)數(shù)字線劃地圖建模中的問(wèn)題進(jìn)行分析，提出模型的改進(jìn)方法，使生產(chǎn)的自動(dòng)化程度有所提高，制圖數(shù)據(jù)的美觀性、一致性得到保證，有效地提高工作效率。本文提出的多分辨率建模應(yīng)用到數(shù)字線劃地圖建模中需要結(jié)合生產(chǎn)實(shí)踐，有待對(duì)模型進(jìn)行改進(jìn)，不斷完善。數(shù)字線劃地圖建模奠定了“建庫(kù)與制圖數(shù)據(jù)生產(chǎn)與管理一體化”應(yīng)用的基礎(chǔ)，經(jīng)過(guò)模型的不斷改進(jìn)完善，“建庫(kù)與制圖數(shù)據(jù)生產(chǎn)與管理一體化”技術(shù)必將對(duì)生產(chǎn)起到積極的推動(dòng)作用。

參考文獻(xiàn)：

[1]武文忠，郭新成.國(guó)家基礎(chǔ)地理信息數(shù)字產(chǎn)品——數(shù)字線劃地圖概述[J].測(cè)繪通報(bào)，2011(12):61-63.

[2]陳換新，孫群，劉雅彬，等.空間數(shù)據(jù)研究的發(fā)展及對(duì)策[J].測(cè)繪工程，2015，24(2):10-14.

[3]陳軍，王東華，商瑤玲，等.國(guó)家1∶50000數(shù)據(jù)庫(kù)更新工程總體設(shè)計(jì)與技術(shù)創(chuàng)新[J].測(cè)繪學(xué)報(bào)，2010，39(1)：7-10.

[4]王殿坤，王峰.GIS建庫(kù)與地圖制圖一體化解決方案的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].測(cè)繪與空間地理信息，2010，33(1):100-103.

[5]寧赟，肖春生，何名君.RTK工程放樣方法在大比例尺數(shù)字測(cè)圖中的應(yīng)用[J].測(cè)繪與空間地理信息，2015,38(4)：201-202.

[6]張翰超，王樹(shù)根，金姣，等.一種高精度的格網(wǎng)數(shù)字高程模型自適應(yīng)分層顯示方法[J].測(cè)繪與空間地理信息，2015,38(6)：52-54.

[7]冉花.數(shù)字線劃地圖的生產(chǎn)工藝方法研究[D].西安：長(zhǎng)安大學(xué)，2013.

[8]唐曉艷.數(shù)字線劃地圖的管理[D].西安：長(zhǎng)安大學(xué)，2013.

[9]馮瑞生.談數(shù)字測(cè)繪產(chǎn)品的質(zhì)量控制[J].測(cè)繪與空間地理信息，2015,38(6)：210-211.

[10] 熊順，劉平芝，張衛(wèi)柱，等.矢量地圖數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換質(zhì)量評(píng)估研究[J].測(cè)繪工程，2014，23(6)：11-16.

[11] 李思諭.基于MapStore軟件建庫(kù)制圖一體化的實(shí)現(xiàn)[J].科技信息，2012(17)：67-68.

[12] 楊勇，李霖，王紅，等.地圖制圖軟件中境界跳繪技術(shù)研究[J].測(cè)繪科學(xué)，2007(2).

[13] 劉寶宏，黃柯棣.多分辨率建模的研究現(xiàn)狀與發(fā)展[J].系統(tǒng)仿真學(xué)報(bào)，2004(6)：1150-1153.

[責(zé)任編輯：李銘娜]

On the problems in digital line graphs and map modelingYANG Zhen1，ZHANG Yongzhi1，ZHANG Wenjun2

(1.School of Geology Engineering and Geomatics，Chang’an University，Xi’an 710000, China; 2.Institute of Map,Gansu Administration of Surveying and Mapping Geoinformation,Lanzhou 730000, China)

Abstract：Started with integrated spatial data model，DLGM modeling has effectively solved the problem in producing two sets of data at one time and realized the linkage of drawing and library creation data，thus enabling spatial data and cartographic symbols to be managed under a unified framework.On the basis of the production practice combined with Geoway software，four problems in DLGM modeling，namely gradual change processing for water systems，road intersection，boundary jump-drawing and facet filling symbols are researched.Meanwhile，corresponding improvement methods are also put forward for this model，thus increasing the production efficiency of spatial data and drawing data and enhancing the correctness of data.As a result，during the mass-production，not only the manual editing workload will be reduced，but the automated production efficiency will be improved.

Key words：digital line graphs and map(DLGM);spatial data;map symbol;Geoway;drawing data

中圖分類(lèi)號(hào)：P208

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1006-7949(2016)05-0006-04

作者簡(jiǎn)介：楊珍(1984—)，女，博士研究生.

基金項(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(41374028)

收稿日期：2015-06-02；修回日期：2015-07-03