第二次土地调查图件自动标注方法探索

周宇阳

摘要：全国第二次土地调查图件的手工制作方法工作量非常大，错误难以避免，所以实现自动化标注是必要的。由于面状要素情况复杂，已有算法效果不理想，作者提出了基于最大空间的空间挤压算法。经实践生产检验，该算法对土地利用图件的编号与符号自动标注效果良好。

关键词：土地利用现状图；图斑号；地类符号；空间最大点；挤压

0引言

在全国第二次土地调查（以下简称二调）工作中，图件制作是非常重要的内容之一。一般情况下，地图的标注可以分为三类：点特征的标注（例如城市、山峰，土地利用图中的地类符号和图斑号）、线特征的标注（例如河流、道路）以及区域特征的标注（例如海洋或者国家，土地利用图中的图斑）。点和线的自动标注研究较多，也有较成熟的算法。而面状要素情况复杂，针对面状要素标注产生了多种算法。这些算法经过了实践应用被证明行之有效，但由于土地利用图件是特殊的土地专题图件，图面情况很复杂，常用的标注方法在处理形状规则、面积大小适中的区域时效果不错，但是在处理狭长区域，不能按比例摆放标注内容，U形区、环形区、树枝状区、区内有空洞等异形区域，空间过小、要标注到区外等一些情况时会发生困难。

1基于最大空间挤压的方法

二调要求提交的图件成果主要有土地利用现状图、坡度分级图、基本农田分布图以及部分大比例尺的挂图等，土地利用现状图是所有图件的基础与重点，具有典型的特点。在土地利用现状图上，权属拐点、线状地物宽度注记是固定位置和大小的，权属名称、小地名、河湖路名等，情况复杂且工作量不算大，可以先标注好。工作量最大的就是图斑号和地类符号的标注，而它们都是对图斑区的标注。本文以土地利用现状图为例，利用基于最大空间挤压的方法解决图斑号和地类符号的标注，过程如下：

1.1 生成限制条件

将图上所有的线收集，包括权属界线、线状地物、地类界线、已画好的指引线等，新标注的内容不能和这些线有重叠。为方便下面的描述，将这一线集合称为“线限制”。

将现有的点内容生成外包多边形，新标注的内容将不能在此类多边形内部标注，也不能和它们有重叠。为方便描述，将这一多边形集合称为“点限制”，如下图：

挑出有图案的区，比如城市、建制镇和农村宅基地等，除了本图斑的图斑号，其他图斑的图斑号不宜标注在其中，因为图案会使指引线看不清。为方便描述，将这一多边形集合称为“区限制”。

将要标注的内容生成外包多边形并找到其中心点，中心点就是要标注位置的坐标。土地利用图件中的几十种地类符号形状各不相同，要准备好所有地类符号的外包络线，用来验证地类符号标注后会不会和其他要素重叠。

1.2 分析要标注的图斑区的情况

按面积从小到大将图斑排序，先处理面积小的图斑。因为小图斑要将图斑号标注在区外，占用其他图斑的空间，周边其他图斑很可能不是小图斑，有足够的空间。如果先标注了大图斑，则有可能占用小图斑将要在图斑外标注的位置。那么图斑区的标注情况有几种类型：

情况①：面积很小的，只能将地类符号标在区内，图斑号要用指引线引出；

情况②：面积再大一点，图斑号和地类符号都要标在区内，但是要指定特殊的点才能将二者标下并且保持美观。这些图斑中每个标注内容都只要标注一次就能达到效果，而不会太稀疏以至在很大的地方留白使读图时找不到；

情况③：面积更大的图斑，要求标注多个图斑号和地类符号，还要按规则排列；

情况④：图斑区用图案来表示地类的，就不需要标注地类符号，只要标注图斑号。

1.3 图斑的标注处理

情况①和④有个共同点，就是图斑区内只要标注一个内容，我们先做这个处理。根据今天提出的算法的要求，要求出当前图斑的内部空间最大的那个点。其实这也是一个特定的几何问题，图斑区的边实际是一个多边形，求一个任意多边形内空间最大的点，就是求它的最大内切圆，也可说是找到这个多边形里面能够放进的最大的圆的圆心。求这个最大的圆有许多种算法，可以根据情况来选用。这里列出一个可以精确求出坐标的方法：将多边形的所有边组合为三角形，求出所有三角形的内切圆，再舍去与边相交的圆，剩下的圆中面积最大的圆的圆心就是我们要找的坐标。当然这个方法用在边数过多的多边形上会变慢。比如有30条边的多边形，组合出C（30,3）=30!/((30-3)!*3!=4060 个三角形，如果有100条边，则要组合出161700个三角形。

求出了这个空间最大的点，就可以检验要标注的内容能不能放进图斑内而不压盖其他内容。如果可以，就可以确定标注下来；如果不能，就要标注到区外。下面处理要标注到区外的情况。

先设定标出区外的内容边缘与此区边缘的距离，找到标注内容中心点在区外的可标注点连成的线，再找到这条线的中心点，这一点是空间最大的点，也就是标注点。

情况②的处理是关键，要使标注在区内的两点都得到最大的空间，方法如下：

先求出一个最大内切圆的圆心，在这一点上先标注一个点，得到这一点的外包络线后加入到“点限制”；然后再对这个图斑求空间最大点，由于刚才增加了一个点，现在的这一点会定在靠边缘一点。把上一个点的“点限制”清除，将现在点的外包络线加入到“点限制”。然后重复这一过程几次，会得到较接近精确的两个点。这个问题实际是求一个任意多边形怎样插入两个最大的圆（这两个圆的半径因为标注内容的大小不同而有所不同，但是两个标注包络线边缘，到包含它们的多边形边缘的距离相等，这个距离也等于两个标注包络线边缘距离的一半）。这一过程如下列图示：

因为得到这两个点的过程就像是两个点争相挤占空间，最后得到平衡的过程，所以命名为“基于最大空间挤压的方法”。用这个方法也可以处理图斑区内要标注多个不同内容点的情况，只是数目大的时候会很慢。

情况③其实与本方法没有关系，这种情况的图斑面积很大，只要以一定的密度用蜂巢状阵列要标注的内容即可；如果是很长的图斑如高速公路，只要间隔一定的距离标注即可。

1.4 不能标注的情况

有一小部分的图斑由于本身面积很小或形状不适合，不能标注在图斑内部，但是外部的图斑也很密集，也不能提供标注的空间，所以上述方法无法自动标注，这种情况，要做好记录，留待人机交互来处理。

2结语

本方法的应用范围不限于土地利用图件，所有根据属性标注一个到多个点（两个以上的点也可以加入挤压）的情况都可以得到不错的效果。本方法最大优点是标注排列角度非常自然，没有人为摆放时的呆板。