大比例尺地形图数据接边程序设计与实现

刘允，刘阳，杨钊

(天津市测绘院，天津 300381)

大比例尺地形图数据接边程序设计与实现

刘允∗，刘阳，杨钊

(天津市测绘院，天津 300381)

由于大比例尺地形图数据通常采用分幅管理模式，因此数据的接边及检查工作是测绘生产过程中必不可少的工序。文章提出了一套适用于大比例尺地形图数据接边的程序设计思路，从拼图到生成格网、数据拼接、接边检查再到错误定位，最后采用人机交互的方式完成数据接边工作。文章详细介绍了用程序实现数据接边的关键技术和方法以及程序在实际应用中取得的效果。

地形图；数据接边；自动匹配

1 引 言

大比例尺地形图数据通常采用分幅管理模式，在地形图缩编或系统数据转换的作业中，我们需要对数据进行接边处理，以保持数据的连续性和完整性。AutoCAD中虽然提供了拼接复线的功能，但是由于地形图数据的编码及属性结构比较复杂，手工拼接的效率非常低，并且在图廓处会产生一个多余的节点，不能满足部分地物的数据要求。因此我们设计开发了一套用于地形图数据拼接的程序，能够快速完成接边数据的拼接工作，极大地提高了作业效率。

2 大比例尺地形图接边程序设计思路

2.1 自动接边原则

①同一种类地物要素且要素编码一致。②错位的距离在规定的容差范围内。③指定的属性能够完全匹配。

2.2 程序设计思路

根据自动接边原则，结合地形图数据自身特点，我们开发了一套能够实现大比例尺地形图自动接边的数据接边程序。该程序采用程序自动接边与人机交互相结合的方式，能够快速解决地形图数据的接边问题。

有关地形图符号使用的一般规定见文献[1]，接边流程如图1所示。

图1 数据接边程序流程设计

(1)数据载入

一个区域的数据载入过程就是工作中常说的拼图，常用的拼图方式有以下两种:

①选择文件夹路径，程序自动搜索数据文件循环插入到当前作业环境；

②根据指定的区域范围线，在指定路径下搜索数据文件并插入到当前作业环境。

(2)生成格网

在接边处自动生成格网可以快速反映接边分布情况，使作业员对接边位置一目了然。格网可以进行编辑，这样能够使接边区域灵活可控，以满足局部接边的需要。

(3)数据拼接

数据拼接是整个程序的核心部分。数据通常包含点、线、面三种类型，而地形图数据中没有面的概念，面都是由闭合线构成的，点又不存在拼接的问题，所以地形图的拼接可以转化为线状数据的拼接问题。

线的拼接需要满足以下条件:

①线的端点到网格线的距离在误差允许的范围内。

②相邻图幅内同一点位可以找到同编码的线。

③两条线的属性完全一致。

(4)接边检查

数据拼接完成后配合接边检查程序，查找接边格网线上是否还存在地物的端点，如果有，则做出标记。

(5)错误定位

根据标记快速定位到未接边的区域，此时需要作业员分析数据接边情况，确实需要拼接的手动拼接，以人机交互的方式完成最后的接边工作。

3 关键技术

3.1 单线格网技术

程序没有使用图廓线直接作为接边格网，而是运用单线网格技术在相邻图幅接边处生成一根直线作为接边格网。单线格网技术的两大优势:

图2 单线格网

①能够大幅提高地物匹配效率。

以一幅图需要接4个边，每个边需要接50个地物为例。使用图廓整体选择接边实体为200个，循环比较，需要比较4万次；而使用单线进行选择仅有50个接边实体，需要比较2 500次，4个边共需比较1万次，运算次数仅为之前的1/4，匹配效率提高了4倍。

②化繁为简，避免因地物多次匹配给接边造成的不便。

在大比例尺地形图中存在着地物跨图廓的情况。如果用图廓线做整体选择，如图2，当同一地物横跨1、2两个图廓边时，经匹配运算可以确定a、b、c为同一地物。这时就需要判断3个实体的连接顺序和方向再进行拼接，计算过程比较复杂。使用单线格网就可以有效地解决这个问题，当同一地物横跨1、2两个图廓边时，先用1号网格线作选择，经匹配运算确定a、b为同一地物，连接a、b生成新实体d；再用2号网格线作选择，经匹配运算确定c、d为同一地物，最后将c、d拼接起来，完成地物整体的拼接。

3.2 地物匹配与拼接

(1)地物匹配

①将实体按照坐标和图幅进行分类

利用单线格网做缓冲区选取地物，对集合中的记录逐条进行分析，根据实体落在网格线上的点位将记录分组，可以获得每个点位上的所有实体的ID信息。然后再根据实体的坐标将数据进行分幅处理得到A、B两个集合。

图3 数据分类示意图

判断实体位于格网线哪一侧的方法如下:

取实体上一点P坐标为(xp，yp)，取格网线首点坐标为(x1，y1)、尾点坐标为(x2，y2)，设格网线方向是由首点到尾点的方向，若直线方程记为Ax＋By＋C＝0，则有:

此时D＝A×xp＋B×yp＋C

若D＜0，则实体在格网线的左侧；若D＞0，则实体在格网线的右侧。

②同一点位实体进行循环匹配

取A集合中的实体a记录其各项属性信息，在B集合中循环搜索与之相匹配的地物并记录下实体的ID号。如果B集合中仅有一个实体b与a相匹配，则可以确定a、b为同一地物；如果B集合中有多个实体与a相匹配，则需要做进一步的坐标匹配——即判断两实体的首尾点坐标相连，才可以确定a、b为同一地物。

(2)实体类型的转换

表示地物边线的实体主要包含多段线、二维多段线、直线和弧四种类型，由于不同类型实体所拥有的属性和方法各不相同。为了便于对数据进行操作处理，先将数据统一转化为多段线。程序使用C＃语言实现，有关C＃语言的使用方法详见文献[2]。

判断圆弧时针方向的方法:取圆弧首点P0坐标为(x0，y0)、中点P1坐标为(x1，y1)、尾点P2坐标为(x2，y2)；计算P0 P1叉乘P0 P2，为正则为逆时针，为负则为顺时针。

多义线的凸度即为所在弧段对应圆心角四分之一的正切值。AutoCAD中约定:凸度为零是直线顶点，它与下一个顶点连接为一直线；凸度不为零是圆弧顶点，它与下一个顶点连接为一圆弧；凸度值为负表示顺时针圆弧，凸度值为正表示逆时针圆弧；凸度绝对值小于1表示圆心角小于180°，凸度绝对值大于1表示圆心角大于180°。

(3)坐标连接

将两条线的坐标进行连接可以分为首首相连、首尾相连、尾首相连和尾尾相连四种情况。此外还应该注意以下几点:

①保持线的方向不能变。

②由图廓裁切造成的多余节点在拼接时应去掉。

③首尾点互相连接的环状实体，应去掉多余节点生成完全闭合的新实体。

4 应用实例

在保证原始数据接边的情况下，以一个象限25幅1∶2 000比例尺地形图为例，共有40个边需要拼接，若每个边需要拼接100个地物，则共需拼接4 000次。使用该数据拼接程序，从拼图到完成检查共用时8 min，检查出未拼接的地物10处，使用定位工具配合人工分析作业，15 min即可完成整个象限的数据拼接工作。

图4 数据拼接程序主界面

5 结 语

用这套方法处理地形图数据接边问题，从拼图→生成格网→数据拼接→接边检查→目标定位，整个流程非常清晰，操作极为简便，程序的运算速度非常快，数据拼接的成功率非常高，能够极大地提高作业效率。

[1] 霍春玲，刘达.AutoCAD数据接边检查自动化的实现[J].测绘工程，2006，15(4)

[2] 曹健，李国忠，徐效波等.基于ArcGIS Engine的多幅数字地形图接边算法研究[J].测绘与空间地理信息，2010，33 (2)

[3] 刘庆元，周容.一种基于ArcGIS Engine的线状图幅接边方法[J].计算机时代，2008(2)

[4] 张赢，汪容峰，廖学军.数字地图图幅接边的虚拼接算法[J].计算机工程与设计，2010(16)

[5] GB/T 20257.1－2007国家基本比例尺地图图示第一部分:1∶500、1∶1000、1∶2000地形图图式[S].

[6] Karli Watson，Marco Bellinaso等著，康博译.C＃入门经典[M].清华大学出版社，2002

中海达进军全站仪市场

(本刊讯)2012年2月6日，中海达发布公告称，为弥补公司在全站仪等光电测绘产品领域的业务空白，完善公司产品链，公司拟使用2，612.5万元的超募资金增资苏州迅威光电科技有限公司(简称“苏州迅威”)。此次增资完成后，中海达持有苏州迅威61.75%股权，苏州迅威成为中海达的控股子公司。

苏州迅威主要从事制造和销售光电测角传感器、自动安平控制器；光电仪器装配、维修及相关产品的技术开发和咨询服务。以全站仪、激光测距装置、绝对编码测角装置等光电产品的研发、生产与销售为主营业务。此前，苏州迅威主要以ODM模式向主要客户苏州一光仪器有限公司供货。中海达入主后，将改变苏州迅威单一的ODM模式，充分利用公司现有销售渠道和经销商资源以及公司自有品牌进行业务拓展，在2012年～2014年力求保持快速增长，提升全站仪及其他系列光电测绘产品的产能规模。

中海达认为，此次投资主要目的在于，全站仪存在较好的进入机会和增长空间；能拓宽中海达产品线及销售渠道；能充分整合双方的优势资源。中海达表示，借助与苏州迅威的资本层面合作，可以迅速进入光电测绘仪器市场，从而与原有的GNSS业务形成有效互补，产生显著协同效应；并可通过拓宽产品线进一步加快销售队伍及销售渠道的建设，而且苏州迅威具有一定的技术优势和生产经验，能“以点带面”使公司获得光电测绘产品业务快速增长机会，有效提升公司业绩。

The Design and Implementation of Large－scale Topographic Map Data Splicing Program

Liu Yun，Liu Yang，Yang Zhao
(Tianjin Institute of Surveying and Mapping，TianJin 300381，China)

As large－scale topographic map data usually framing management，so the checking of edge matching and data splicing is necessary for surveying and mapping production.This paper presents design ideas of large－scale topographic maps data splicing program，from load data to generate grids，data splicing，edge checking，then to locate the problem，and finally finish working by Man－machine interactive ways.The article details the key technologies and methods of data splicing program，and procedures in the practical application of the results.

Topographic map；Data splicing；Automatic matching

2011—08—05

刘允(1980—)，女，工程师，主要从事数据处理与软件开发工作。

1672－8262(2012)01－65－03

P228.1

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