不同数学基础异构城市数字化地形图缩编技术研究

刘志辉，胡耀锋

(广州市城市规划勘测设计研究院，广东广州 510060)

不同数学基础异构城市数字化地形图缩编技术研究

刘志辉∗，胡耀锋

(广州市城市规划勘测设计研究院，广东广州 510060)

首先对不同数学基础的地形图数据进行数据格式的转换，然后进行地形图的缩编，随后进行坐标转换，包括平面坐标转换，独立高程点加常数以及等高线的重构，最终形成标准分幅的城市数字化地形图。

数学基础；地形图缩编；异构；MGE

1 引 言

城市基础地理信息系列比例尺地形图的生产一般采用三种形式，一是采用全数字化野外采集的方法进行内外业一体化成图的形式，比如1∶500地形图的生产；二是采用摄影测量技术，对立体像片进行内业采集、外业调绘和修补测的方法成图，如1∶2 000和1∶5 000数字化地形图的生产；三是采用地形图缩编技术，利用较大比例尺的地形图数据，根据目标比例尺地形图的要求，进行各种地物要素综合取舍，生产小级别比例尺的地形图，如利用1∶2 000地形图编绘1∶5 000地形图。

增城市利用广州市2008年ADS40航飞成果，于2009年测制1∶2 000地形图共计1 758幅，覆盖面积约1 616 km2，标准分幅为5×5格网，每幅图满幅1 km2。数据格式为dwg，采用主流的城市级地形图生产平台如南方CASS等。地形图图式采用增城市地方标准，共有地物代码675类，每类代码对应一个CAD图层。数学基础为1980西安平面坐标系，1985国家高程基准，等高距为2 m。

2 技术流程设计

根据广州市城市基础地理信息系统的要求，需要利用前述数据进行1∶5 000地形图编绘，缩编后的地形图必须满足广州市地形图图式标准，数据基础采用广州市平面坐标系和高程系，按广州市的地形图标准分幅形式进行分幅；同时，也需要提供一套1∶5 000缩编数据，满足增城市的要求:按照增城市的标准分幅形式进行分幅，数据基础为1980西安平面坐标系，1985国家高程基准，等高距为2 m或5 m(依据50 m以上等高线的多寡，决定采用2 m或者5 m)，同一幅图只采用同一等高距。

图1 技术流程

广州市1∶5 000地形图的生产体系，是建立在MGE环境下，MicroStation图形平台和SQL Server数据库相结合的模式，二次开发了一套成熟的人机交互式地形图缩编功能，数据格式为dgn。GzScan为自主开发的扫描矢量化软件，同样是建立在MicroStation图形平台上，与MGE不同的是地物代码和属性记录在辅助文件中，需要进行数据入库后，才能转为MGE dgn格式，且由于MicroStation中不支持过大的坐标，因此与基础数据在数据格式、数学基础和图式规范等各方面存在着较大的差异。

显然，需要设计一个有效的技术流程，使各环节紧密相关，数据转换、地形图缩编以及坐标系统转换能够协调统一，不进行重复性工作。图1为技术流程，采用数据整理和转换，地形图缩编和成果坐标转换和标准分幅等几个重要步骤进行技术流程分割，使两套数据的生产能够承上启下，不进行重复性的数据处理，既能满足增城市地形图的一般要求，又能在坐标转换后，采用等高线重构的方法，把数据格式和数学基础完全转换到与广州勘测信息系统库数据相同的标准。

3 数据整理与转换

按照广州作业环境的技术要求，需要将DWG数据转换有属性的DGN文件，利用MGE的MicroStation平台缩编模块编绘1∶5 000地形图。具体步骤如下:

(1)对原始DWG文件数据进行分析，确保数据图层、属性正确；

(2)建立代码对照表:增城市1∶2 000地形图图式有675类代码，广州市1∶2 000图式有455类代码，需要建立两者的对应关系。另外，在MGE中符号分为单点符号和两点符号，在AutoCAD中只有单点符号，需要对这类单点到两点符号做特殊处理；输电线、配电线、通讯线也需要特殊处理；

(3)重复块和注记清理，如图2所示，用于清理地形图中重复的块和文本对象。

图2 重复块和注记清理

(4)图形平移，减去西安坐标的大数，只保留x、y坐标的后5位，以满足缩编平台的要求；

(5)高程配对:增城提供的地形图中部分高程无高程属性，需要进行高程赋值。匹配结果保存到文本文件中，用于与等高线赋值成果共同建立三角网所必须的散点高程；

(6)等高线赋值:1∶2 000地形图中部分等高线无高程属性，需要进行等高线的赋值。赋值后的等高线用于广州市高程系统的转换和等高线重构，赋值后的数据统一进行等高线的重构，然后转换为MGE dgn格式，供广州标准数据使用；

(7)编制数据转换软件:按照代码对照表，编制软件将DWG转换为DAT交换格式(图3所示)，在MGE中编写程序，按照代码读入交换格式，生成有属性的DGN文件，并进行临时入库，把图形和代码共同存储于MGE dgn数据中，即可对此数据进行拼接裁切，按照增城市相应图幅的分幅范围进行数字化缩编。

图3 数据格式转换界面之一，输出dat文件

4 数字化地形图缩编

增城市1∶5 000缩编地形图的数据标准，完全依照广州市勘测信息系统的要求，地物的代码分类和属性信息等依据广州市地形图图式标准，参照执行1993年国标。

以1∶2 000地形图为编绘原图，将原有1∶2 000地形图dwg数据拼合成为1∶5 000的编绘作业底图(数据格式为dgn骨架线数据)，在原有地物编码，符号化方法不变的情况下，更换符号库，利用MGE的MicroStation平台，通过数据批处理和手工作业相结合的方法完成的，再通过符号化、注记压盖、图面整理和图廓整饰等处理后，形成1∶5 000地形图制图数据(数据格式为dgn符号化数据)，最后输出dwg数据。

编绘过程的数据批处理是基于地物编码、层号、颜色、线型、线宽等要素进行的，通过识别这些要素，由程序进行地物、注记的舍弃、编码的更改、独立符号的放大等处理，做好前期工作。

编绘过程的手工数据处理主要是利用MicroStation平台提供的图形编辑工具，由作业员对地形图各要素进行综合取舍。

在MGE的MicroStation平台下，分要素分顺序进行地形图编绘。地形图内容各要素关系复杂，其定位有主次之分，重要地物位置要精确表示，如控制点、房屋、铁路等，较次要的地物与之争位时应移动次要地物，如行树与路边线，水边线重叠时移动行树。因此按照正确的编绘顺序有利于正确处理它们之间的关系。可参照以下编绘顺序:坐标网、测量控制点、独立地物、居民地和桓栅、工矿建(构)筑物及其他设施、交通及附属设施、管线及附属设施、水系及附属设施、地貌和土质、植被、注记、接边及图廓整饰。

编绘过程结合地形图各要素所在层，分层分要素进行作业，这样做既能减少由于图幅信息量过大时造成视觉疲劳，轻松作业，又防止了某一要素漏编，有助于提高工作效率。例如在综合水系及其附属设施时，关掉其他要素所在的层，只打开与之有关系的18，19，29，31，32，59层进行综合取舍。

具体编绘工作流程如图4所示。

图4 地形图编绘工作流程

5 成果坐标转换及标准分幅

按照增城市标准分幅缩编的1∶5 000地形图数据，其数学基础仍然是1980西安坐标系，仅仅是在平面位置发生了平移，在MGE中，可以直接输出dwg数据，因此，此成果能够满足增城市城乡规划发展的需要，但不能满足广州市勘测信息系统对地形图标准分幅和数学基础的要求，需要进行平面坐标的转换和高程系统的转换。两个高程系统之间的高差，为4.256因此，不能简单地把等高线的高程值简单地减去这个常数，而是需要进行重构，以满足等高线高程和等高距的要求。

5.1 平面坐标转换、独立高程点的转换

针对平面坐标转换和高程转换，采用以下方法分别实现:平面坐标的转换和独立高程点的转换，编写平面坐标转换程序，可以直接对dgn文件进行读写，数据从1980西安坐标系直接转为广州平面坐标系，同时对独立高程点加上4.256。

5.2 等高线重构

针对等高线的重构问题，因为存在着较大困难，因此将1∶2 000数字化地形图提取出等高线和独立高程点，在CAD中编写程序，选择较好的三角网构建方法，进行重构生成广州高程系统下的等高线，然后再转回dgn格式，拷贝到转为广州坐标的编绘地形图中，与周边地物进行重新接边处理即可。

5.3 等高线与周边地物的关系处理

显然，重构后的等高线与缩编地形图上的其他地物存在着较多的关系处理问题。因为重构等高线如果与原等高线拟合得足够好的话，应该保持原有的地貌不发生变化，重构等高线与原等高线平行套合，范围外扩或者缩小，因此会与原有的各种地物，如坎、池塘、路边线等存在矛盾，需要进行剪切或者延长，处理好地物之间的相互关系。

5.4 广州市标准分幅

编绘地形图在进行坐标系统转换后，需要进行再次拼接和分幅。按照广州市地形图标准分幅的要求，把跨某个广州图号的增城分幅地形图拼接起来，使用MGE中提供的软件功能，按照广州的标准图号，自动进行“按图幅范围切边”。

图5 地形图分幅图

6 结 语

不同数据基础异构城市数字化地形图的缩编，存在着以下几个技术难点:首先是数据格式的转换。在转换过程中，保持原有图形信息和属性信息不丢失，无冗余，同时也要对独立高程点和等高线进行高程匹配，以用于等高线的重构；其次是数学基础的转换，包括平面坐标系的转换和高程基准的转换。高程基准的转换是个难点，特别是由此引发的等高线的重构问题，需要找到合适的算法，对照重构后等高线与原等高线的叠合程度，最大限度地还原真实的地貌形态；第三是由于地形图图式标准或者数据标准的差异而进行的地物要素编码转换。在转换之前，需要对两个数据编码的标准进行对照，因为存在着多对一、一对多、一对一等各种情况，所以建立两者之间的对照关系，是非常关键的一步；第四是缩编后数据依照新分幅标准进行的图形拼接和裁切。

本次技术研究，对四个关键的技术难点进行了试验性探索，技术流程的设计也完全能满足生产的需要。目前已展开大批量的工作，应用于广州市增城地区1∶5 000数字化地形图的缩编项目。

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Research on Heterogeneous＆Different Mathematical Basis City Map Generalization

Liu ZhiHui，Hu YaoFeng
(Guangzhou Urban Planning＆Design Survey Research Institute，Guangzhou 510006，China)

First introduce mathematical basis for different the topographic map data format conversion，and then topographic map of generalizing，followed by coordinate transformation，including plane coordinate transformation，independent elevation with constant，and point the reconstruction of the contour，and finally form the city digital topographic BiaoZhun-Fen picture.

Mathematical basis；Map generalizing；heterogeneous data；MGE

1672－8262(2010)03－22－04

P208

A

2010—07—17

刘志辉(1977—)，男，高级工程师，主要从事地理信息数据生产及地图综合等技术工作。