維思2．0在地圖制圖競賽中的若干關鍵技術優化

任楊,朱傳勇,答星,張小梅,楊曉東

(武漢市測繪研究院,湖北武漢 430022)

維思2．0在地圖制圖競賽中的若干關鍵技術優化

任楊?,朱傳勇,答星,張小梅,楊曉東

(武漢市測繪研究院,湖北武漢 430022)

以湖北省第四屆測繪地理信息行業職業技能競賽為例,憑借維思2．0時空信息編輯平臺強大的圖庫一體編輯功能,摸索總結了一套快速成圖、入庫一體化的技術方案,并利用FME、ARCGIS軟件對競賽過程中所涉及的數據轉換、圖形處理、數據入庫等關鍵技術進行優化,從而提升制圖效率和入庫數據質量。

維思2．0;ARCGIS;FME;地圖制圖競賽

1　引 言

為推動測繪地理信息行業高技能人才隊伍建設,全面提升從業人員的職業能力和技能水平,湖北省測繪地理信息局于2015年8月11日～14日舉行第四屆湖北省測繪地理信息行業職業技能競賽地圖制圖項目。地圖制圖競賽重點考核參賽選手對空間數據及拓撲關系的構建能力、GIS數據入庫轉換的理解能力、地圖制圖整飾出圖的編輯能力[1]。武漢市測繪研究院創新研發的維思2．0時空信息編輯平臺(以下簡稱維思2．0)憑借強大的圖形編輯功能及圖庫一體化設計思路,能夠充分滿足競賽的技術需求。針對地圖制圖專業競賽中的具體要求,筆者結合維思2．0在技能競賽中的實際應用情況,對競賽過程中所涉及的數據轉換、圖形處理、數據入庫中的若干關鍵技術環節進行優化,摸索總結了一套切實可行的圖庫一體化處理方案。

2　競賽技術方案的選擇及技術路線

2．1 競賽要求

地圖制圖(地理信息數據處理)競賽采取理論知識考試和技能操作考核相結合的方式,側重技能操作考核,每位參賽選手均需參加理論考試并獨立完成技能操作考核。其中理論知識考試占30%,技能操作考核占70%。技能操作部分重點考查參賽選手利用競賽組委會統一提供的航測法立體采集1∶2 000矢量數據(DWG格式)、外業調繪原始資料(含外業補測數據)進行數據編輯入庫能力以及對圖示圖例技術標準掌握情況。選手需自帶數據處理、編輯軟硬件,在8小時規定時間內制作并完成1∶2 000MDB格式的建庫數據和1∶2 000PDF格式的制圖數據。

2．2選擇維思2．0平臺的優勢及其應用現狀

目前測繪行業使用的內業處理平臺主要分三類[2,3]:一是基于CAD的內業成圖系統,這類軟件圖形編輯能力較強,但其底層設計主要面向輔助制圖領域,因而圖庫轉換過程需借助其他軟件完成,一體化程度不高,例如南方CASS;二是GIS系統以獨特的地理空間分析能力、快速的空間定位搜索、復雜的查詢功能和空間決策支持等優勢,可產生常規方法難以獲得的空間信息,但其圖形編輯能力較弱,例如:ARCGIS、GeoStar等;三是圖庫一體化的內業處理平臺,綜合考慮了圖形編輯和GIS要素表達的雙重要求,彌補了生產作業過程中采編分離、圖庫分離的不足,提高了內業數據處理的工作效率,例如維思2．0、Geoway等。

維思2．0是基于AutoCAD2012 Map3D平臺下自主開發的一套數據編輯及建庫處理一體化軟件平臺。該平臺整合了AutoCAD Map3D完善的圖形繪制和編輯功能,利用其快速訪問大型數據集的高性能引擎和幾乎無限制的雙向數據連接數組能力,為展示成果地圖及設置地圖樣式提供了技術支撐,已成為目前國內較為先進的地圖制作和地理空間設計解決方案之一。該平臺以點、線、面的地理實體對象數據庫為核心,實現了幾何圖形信息和非幾何屬性信息的同步編輯、圖屬關聯、雙向轉換、GIS建庫、實時更新與成果輸出,從而達到圖庫一體化的目的。

武漢市測繪研究院確立了以“圖庫聯動、先庫后圖”作為構建時空信息的設計思路,實現了一次測繪、多次應用的測繪生產新模式。隨著維思2．0平臺的啟用,結束了以往采集生產和數據建庫兩部分工作分離的作業狀態,有效解決了數據成果入庫不及時,現勢性不高等問題。該平臺自投入生產實踐,已根據實際應用的不同需求,在數據處理模塊功能方面不斷完善,同時定制開發完成了基于圖庫一體的竣工、地籍、勘界和管線等專業功能模塊,統一單位多重業務的作業模式,簡化生產流程,減少數據處理環節。平臺界面如圖1所示:

圖1　維思2．0時空信息編輯平臺界面

2．3競賽技術路線

本次競賽明確要求提交建庫數據和制圖數據兩套成果,而且考核評分細則中也對建庫數據和制圖數據的一致性有相應的評分體系[4],因此選用圖庫一體化的軟件平臺對提高競賽成績起至關重要的作用。競賽選手在規定的時間內,根據不同平臺的功能特色,選擇合適的技術路線和作業流程成為考核選手綜合技術實力的一個重要環節。筆者以維思2．0軟件平臺為基礎,首先對競賽組委會提供的各種資料進行整理,將原始航測立體采集數據導入維思2．0上進行預處理,并根據“測量控制點成果”資料錄入控制點信息。然后參考外業調繪底圖及補測數據,對原始數據進行修測。再依照《競賽數據規定》進行點線面圖形處理、屬性錄入、空間關系的邏輯性編輯,制作1∶2 000建庫數據。最后按《競賽圖式》要求進行圖形要素符號化工序,整飾制圖符號間的關系并生成圖廓,制作1∶2 000地形圖制圖數據[5]。

基于維思2．0的地圖制圖方案能較好完成滿足生產和入庫要求的空間數據,但為確保在規定時間內高效快速達到競賽要求,在競賽過程中利用FME和Arc-GIS中內置函數或轉換器對部分技術流程進行優化,提高CAD數據轉換和圖形構面方面的效率,減少了生成結構線和構建面要素的處理時間,簡化人工處理環節的冗余工序。制圖競賽操作流程如圖2所示。

圖2　利用維思2．0制圖競賽操作流程

3　維思2．0在圖形編輯中關鍵技術優化

3．1原始數據預處理

本次競賽提供的原始圖形文件存在部分冗余數據,比如重復點、重復線等,旨在考查選手對原始數據的預處理能力,如不修正冗余數據將會造成拓撲環節的錯誤,給后續的數據庫構建造成困難。利用維思2．0的“圖面清理工具”可根據需求,實現刪除重復項、刪除短對象、打斷交叉對象、延伸未及點、融合偽節點、刪除懸掛對象等功能。但對線要素中部分重疊的情況,還需進一步人工排查。

競賽制圖要求不能使用流線、弧線等特殊形式的線類型采集線狀地物,需確保任何線狀地物采集都只能由簡單多段線構成,以保證符號化出來后線狀要素類型為直線或者多段線。因此需對現有要素中存在的三維多線段等類型要素進行處理,否則會造成數據轉換過程中的要素丟失。針對三維多線段可利用FME中的2Dforcer轉換器,去除三維多線段中的Z值,使之成為二維圖形;對圓、圓弧、橢圓等類型利用FME中的ArcStroker轉換器將之轉換成多線段。

3．2線要素的優化處理

按競賽入庫數據標準要求,依比例尺表示的河流、運河、溝渠等水系要素以及雙線道路要素,需沿雙線或多邊形中心采集結構線并賦屬性入庫。對有單線河或雙線河穿越的湖泊、水庫、池塘等情況,需將水系結構線與單線河流連接,構成河流網絡。但對于連通道路相交(如路口),道路中心線需在相交處斷開,不連通道路(如高架、隧道等)則需保持道路中心線連續不打斷,并通過匝道、橋梁等表示與其他道路的連通關系。

若采取人工采集結構線并賦屬性,將耗費較長時間,同時難以保證結構線能完全沿中心采集以及屬性信息錄入的準確性。因此筆者利用ARCGIS內置提取結構線工具Collapse Dual Lines To Centerline[6]或FME中的CenterLineReplacer轉換器對結構線進行批量生成。前者適合處理雙線非閉合的線要素,后者則適合處理閉合的面狀要素。自動化輸出的結構線在相交處是打斷的,對不連通的道路,則根據橋梁、隧道圖層判斷,合并結構線。為確保結構線的編碼準確性,可先將結構線轉成的中心點與道路邊線以距離空間關聯,使之賦予邊線的編碼,再將附有屬性的點與結構線關聯繼承點的編碼。由于競賽地形要素數據規定中邊線與結構線的編碼不一致,按照各編碼之間的對應關系,利用CalculateField工具中編寫Python語句自動換算出結構線對應的編碼。CAD數據的邏輯分層是通過Layer字段體現出來的,將編碼寫入Layer字段中,則轉出的CAD文件會根據Layer值實現自動分層。通過在ARCGIS的ModelBuilder中將以上既定的流程模型化,極大提高結構線數據處理的效率。道路結構線提取流程如圖3所示:

圖3　ModelBuilder對道路結構線提取流程的模型化

3．3面要素的優化處理

數據建庫過程中,需要拓撲構面的要素主要有:房屋類要素、湖泊池塘、交通類要素、境界、植被等。在維思2．0中輸入GM(構面)命令,單擊需要構面的要素內部,即可生成面狀要素。但涉及圖層多,且相互拓撲關系處理復雜,為解決人工點選的低效問題,且確保分層屬性的正確性,利用FME進行該工序的流程化設計能極大地節約比賽用時。

筆者首先采用FME中的TestFilter轉換器分離需要構面的編碼,利用SpikeRemover(移除線段中的尖角)、Extender(延伸)、InterSector(自相交打斷)等轉換器進行前期數據處理解決線要素構面的圖形問題,再用AreaBuilder進行構面。對構面過程中的環島面要素處理是較為復雜的過程,同層要素只需保留環,而異層構面數據則需要保留島和環并分別賦予屬性。利用AreaOnAreaOverLayer(面與面疊置)轉換器能夠區分疊置面屬性,對相同的面層屬性采用DonutBuilder(環建立)處理,對異層面要素則采用DonutHoleExtrator(環島提取)進行分類提取[7]。最后按照添加道路結構線代碼的方式,可將附有邊線代碼的線要素與面以距離空間關聯,使輸出的面繼承邊線的編碼。

4　維思2．0在質檢及入庫階段處理方法

4．1圖庫質量檢查方案

為保證數據質量,在輸出建庫數據和圖形數據之前,需對數據進行規范性檢查,以達到考核要求。競賽對技能操作考核計分項目分“建庫數據”、“制圖數據”和“速度”三大項,其中建庫數據考核數據組織正確性、數學精度及地理精度、拓撲一致性三項;制圖數據考察組織正確性、制圖數據完整規范、整飾質量三項。

使用維思2．0中的“圖庫檢查”模塊可實現智能化檢查,提高競賽制圖效率,減少不必要的扣分。點擊后會自動輸出數據檢查結果的對話框,圖庫檢查結果如圖4所示。問題檢查涵蓋圖形和屬性兩個方面,其中圖形問題包括要素類型有誤(除點線面外其他類型要素)、面狀要素未構面、多段線要素自相交、多段線長度過短、存在重復要素(點、線、面)、線段存在懸掛點、面狀要素面面相交等。屬性問題包括要素屬性項與層名不匹配、必填字段未填、圖示角度超過閾值范圍、數據字典填寫不正確等。該模塊還可根據過濾條件和過濾內容進行篩選以及對于同類錯誤進行批量修改,如線段懸掛點、重復要素、多段線長度過短等問題。其他剩余問題項通過自動或人工干預的方法可方便定位并逐一排查,反復檢查直至所有問題修改完后導出庫數據。

圖4　圖庫檢查結果輸出

4．2建庫數據的導出及PDF制圖數據處理

經維思2．0編輯后的最終成果數據(DWG格式)能夠實現制圖數據與建庫數據合二為一,利用平臺中的“圖庫文件輸出”功能,可實現圖庫顯示模式的自由切換和圖庫文件的輸出,達到一庫兩用的目的。但競賽規定提交MDB格式建庫數據,并要求各要素層以點、線、面類型分別存儲。為方便CAD數據與MDB數據的無損轉換,在維思2．0中二次開發庫格式轉換插件,其思路是將檢查后的DWG格式數據逐層按地理要素分離并轉成MDB格式的建庫數據,實現滿足競賽要求的制圖數據與建庫數據的一鍵轉換[8]。當遇到某要素無法順利入庫,例如等高點誤歸入等高線層或要素未賦屬性等,插件自動將這些要素導入至一個新建的CAD數據中,以便人工處理。

建庫數據導出后,僅需對數據設置投影信息,對部分屬性如拼音的填寫等進行后續處理。

PDF制圖數據需按照制圖規范及經驗進行微調,如等高線注記調整、注記壓蓋、圖廓整飾等,從而達到制圖競賽的要求。如圖5所示,地形圖圖面清晰易讀,圖示符號運用合理,地形圖數據分層準確,圖廓整飾無誤,文字注記表示正確,滿足競賽規范要求。

圖5　競賽制圖數據成果圖

5　總 結

經本屆地圖制圖競賽實踐表明,維思2．0憑借其強大的圖庫一體編輯功能在競賽中發揮了優勢,在保證圖庫質量的前提下,節省比賽用時,為取得良好的競賽成績奠定基礎。其內置的時間回溯功能雖未在本次比賽中應用,但其數據更新維護的技術思路,能夠確保數據維護的延續性、采集平臺的開放性及空間、屬性的一致性。短時間的比賽需要選手對操作流程層層細化,特別是在比賽過程中需兼顧對圖形和庫數據的競賽要求,保證圖庫一致性。筆者結合FME、ArcGIS中設計并妥善解決了結構線處理及構面、庫轉換等問題,減少了維思2．0數據頻繁轉換帶來的工作量,并通過設置入庫前的圖庫檢查和分層入庫檢查程序,提高了庫數據的成果質量。希望本文所提出的處理方式能為快速地圖制圖及圖庫一體化工作提供新的思路。

[1] 第四屆全國測繪地理信息行業職業技能競賽地圖制圖賽項競賽技術綱要[R]．2015．2

[2] 侯金波,潘喜峰,李奕潔．管線探測內業圖庫一體化成圖的應用研究[J]．城市勘測,2015(2):74～77．

[3] 陳能,施蓓琦．AutoCAD地形圖數據轉換為GIS空間數據的技術研究與應用[J]．測繪通報,2005(8):11～14．

[4] 第四屆全國測繪地理信息行業職業技能競賽地圖制圖賽項技能操作考核評分標準[R]．2015．2

[5] 尹言軍,劉昊．基于AutoCAD Map3D和FME圖庫一體化在地圖制圖職業技能競賽中的應用[J]．城市勘測,2013 (6):33～39．

[6] 孔毅,張志強,趙崇亮．基于ARCGIS的CAD數據入庫研究[J]．測繪通報,2010(5):54～56． [7] 覃東華,趙秉東．基于CASS與FME的宗地圖生成方法

的探討[J]．測繪與空間地理信息,2013(11):238～240．[8] 李艷麗,敖杰剛．基于FME的CAD測繪規劃成果入庫一

體化[J]．現代測繪,2015(3):40～46．

The Key Technology Optimization for Weisi2．0 Time-space Editing Platform in Vocational Skill’s Competition

Ren Yang,Zhu Chuanyong,Da Xing,Zhang Xiaomei,Yang Xiaodong
(Wuhan Geomatics Institute,Wuhan 430022,China)

Taking Hubei 4th Vocational Skill’s Competition in Geomatic industry as an example,using Weisi2．0 Time-space Editing Platform developed by Wuhan Geomatic Institute for its powerful function in editing of Cartography and Database Integration,a data processing scheme of integrating fast mapping and loading was concluded,with the assistance of FME and ARCGIS,series of problems involving with data transformation、graphic processing and data loading could be optimized in order to enhance efficiency of cartography and quality of database．

Weisi 2．0;ARCGIS;FME;Vocational Skill’s Competition

1672-8262(2016)01-85-05

P208．2

B

?2015—09—14

任楊(1986—),女,碩士,工程師,主要從事航測遙感,地理國情普查工作。

精密工程與工業測量國家測繪地理信息局重點實驗室開放基金(PF2013-013)