针对等高线和线状地物的自动接边方法研究

甘 俊

(铁道第三勘察设计院集团有限公司， 天津 300251)

针对等高线和线状地物的自动接边方法研究

甘 俊

(铁道第三勘察设计院集团有限公司， 天津 300251)

分析地图形接边过程中的各种情形，以解决等高线和线状地物接边为出发点 研究出一套针对等高线和线状地物自动接边的处理方案，并基于ObjectARX+VS2002进行CAD二次开发。生产应用证明，本方法可以实现地形图接边工序50%以上工作的自动化，有效避免漏接情形，使接边工序效率提高70%以上。

自动接边 ObjectARX 地形图编辑

地形图制作主要由立体采集、地形图编辑、质量检查三步骤组成，在地形图编辑时，将待编地形图与既有地形图成果进行接边是开展工作的重要步骤。除了在地形图编辑中需要涉及大量地形图接边外，在铁路工程中不同制图单位之间的供图结合，以及不同时期地形图结合应用时，接边也是最常见的工作之一。目前采取手工作业方式实现地形图接边工作是常用方法，这种作业方式容易产生漏接现象，且工作量极大，占据了地形图编辑工序20%～30%的工作量。

目前商用的软件系统ArcGIS，CASS，FME等都具备强大的地形图接边功能[1-3]，通过设置接边对象距离阈值和角度阈值的方式可以实现手动、自动两种作业方式的接边，基本可以满足铁路工程制图应用的需要。但仍略有不足：其一，现有的地形图编辑平台大都基于CAD二次开发而成，Arcgis FME等非CAD基础平台开发的系统对于铁路制图通用的dwg格式以及制图规范兼容性不够好，且平台转换影响了生产效率的提高。其二，铁路工程用图存在大量补测图工作，提交成果具备周期性。因此，有必要保证成果的唯一性。各类常用的接边软件在接边后通过将接边对象与待接边对象合为一个整体，不利于保证成果的唯一性。其三，现有的各类接边虽然功能强大，但仍然需要人工选择接边与待接边对象，尤其二者对象有交叉情形下，通过手工选择接边对象显然不是好的作业方式。

结合上述分析，结合铁路工程制图应用的需求，通过对地形图接边元素和接边情形的细化分析，研究一种基于ObjectARX语言的地形图自动接边技术，并以实验应用证明该方法在铁路工程制图应用中的有效性。

1 地形图接边分析

地形图接边涉及等高线、地物等所有元素，分析可知，接边工作中出现错位现象为最普遍的情形，目前主流的接边方法包括平均法、强制法、优化法等都可实现，其结果具有唯一性，技术实现更容易；而对于填充体、房屋等复杂符号的接边则需要涉及模式识别等技术的辅助，其开发较为困难，如房屋的接边处存在错位时，接边即存在不确定性，难以简单用平滑处理方式处理。

在地形图接边中，线状地物与等高线接边处理方案类似，考虑到程序实现的可行性和接边工作量，地形图自动接边技术应以解决等高线和线状地物接边为突破点，实现无需逐对象选择情形下的全自动接边，且保证接边对象的独立性，满足铁路工程制图需要。

2 等高线和线状地物自动接边方案分析

等高线和线状地物接边的关键有四点：其一，实现无需逐对象选择的接边等高线与线状地物具体对象ID的确定；其二，确定普通情形下的接边方案；其三，一对多、多对一等复杂情形下的接边处理；其四，对于轻微错位情形的等高线与线状地物接边后处理。

2.1 接边对象集合求解

地形图原始采集过程必须兼顾地形图图式规范的要求，因此原始采集的等高线和线状地物在单幅图例中并非完全连续，会存在同一高程等高线存在多个对象、同一连续线状地物多处断开(如电力线的入地和出地)的情形，仅仅依靠距离阈值方法对进行自由匹配接边会极大增加计算量和匹配出错的几率。由于地形图接边过程仅针对接边图与待接边图相邻处的等高线和线状地物对象，因此剔除不满足接边条件的对象，后期再进行自由匹配接边，即可极大降低出错的几率。

接边等高线与线状地物对象集合求解的思路为：(1)分别建立待接边图幅和接边参考图幅等高线与线状地物对象的结构体数组，为每个对象设置对象ID、起始端点标示符及终止端点标示符等属性。(2)利用两层条件限制获取接边等高线对象集合，即首先通过剔除同坐标端点的方式来排除部分不参与接边对象的端点；然后进行距离阈值筛选，以待接边图幅中的等高线对象为参照，将每个端点与接边参考图幅等高线对象中所有端点进行同高程处比较，获取所有极小距离值对应的参考图幅等高线对象端点，作为参考图幅的最终接边等高线对象集合；接着以参考图幅的最终接边等高线对象集合为参照，反向进行阈值筛选，求取待接边图幅的最终接边等高线对象集合。(3)利用最短距离法和线状地物走向条件求取接边线状地物对象集合。由于线状地物走向单一，采取该两层限制条件进行类似等高线的正反向阈值筛选后，得到的接边线状地物对象集合准确度会更高。

2.2 常见情形下的接边对象确定

经过正反向距离阈值筛选后的接边等高线与线状地物对象集合的元素数量已精简，可通过自由匹配方式进行接边处理，即对于每个待接边等高线对象集合中的端点元素，以等高程和距离最小值双重条件来选取正确的接边点，并进行端点连接；线状地物对象由于缺乏高程属性，则可以图层名称属性加距离最小值，形成阈值条件来获取正确的接边端点。

2.3 复杂情形下的接边处理

对于等高线和线状地物对象而言，除了通常的一对一情形接边外，还存在复杂的一对多、多对一、多对多接边情形，此时采取常见情形下的作业方案对“多对一”情形接边时，会增大接边错误的概率。因此，对于复杂情形下(以多对一为例)的接边处理需要兼顾考虑单个等高线与线状地物对象的起始端点和终止端点都位于接边对象集合中的特殊情况，避免出现交叉与同点接边的错误情形。

根据接边唯一性的特点，对于交叉接边的处理可通过交换结点方式来纠正，即将同一等高线和线状地物对象的起始、终止端点与其对应的接边端点对象进行调换后，进行重新接边连接；对于同点接边的情形，利用接边后斜率变化值阈值剔除错误的接边，即认为接边处斜率变化差值极小时为正确接边对象，然后对错误接边端点对象重新进行接边。

2.4 接边后平滑处理

地形图接边中轻微错位的情形在新旧图接边及不同加密成果所测地形图之间较为普遍，基于保持成果唯一性和合理性原则，对接边部位需要进行平滑处理。由于接边参考图幅作为既有地形图成果，在接边过程中不作编辑，因此平滑处理仅针对待接边图幅区域。平滑处理采取斜率渐变方法：以参考图幅最邻近接边处的两点构成的斜率为参照，在待接边图幅上依次取斜率进行比较，获取|-|<时的端点序号n；并计算斜率渐变值=|-|/n；后在待接边图幅等高线对象的顶点集合中对前n个端点依次进行移动处理，使其对应斜率即可，实现调整接边效果的目的。

2.5 接边对象的标注处理

采用上述接边方案对等高线和线状地物进行处理后，会出现三类情形：其一，处于接边对象集合中且接边成功；其二，处于接边对象中但接边不成功，或接边超限；其三，远离接边位置，不处于接边对象集合。分析可知，情形三由于不涉及接边处理，不予标注，本方案对情形一和情形二采用不同颜色分别加以标示，便于在后续人工辅助处理中，实现对接边成功对象的快速检核和接边不成功对象的手工处理。

综合上述分析，针对等高线和线状地物的自动接边方案主要流程如图1所示。

图1 基于等高线与线状符号接边技术流程

3 实验及成果分析

基于objectarx2006+VS2002开发环境，对上述自动接边方案进行程序开发；基于本方案开发的ARX程序已经在生产中得到推广应用，从编辑工序作业人员反馈的信息来看，基于地形图自动接边程序贴合生产实际，可以达到提高工作效率的目的，尤其对于目前铁路工程用图而言，其非城区成图占据较大比例，应用本方案效果更加明显.经实践检验发现其成功率在80%以上，加之其超限标示功能的辅助，使得接边工序的工作量减小50%以上(如图2所示)。

图2 地形图接边某样例(左)基于本方案接边的效果(右)

4 结论

地形图接边作为地形图制作中常见工序之一，大量的手工作业限制了编辑工序效率的提高，该地形图自动接边程序经大量生产应用证明，可以替代传统接边工作量的50%以上，更适合铁路工作制图应用，在生产中有较强的实用价值。在后期的功能改进中，可以进一步开展以下两方面工作：其一，接边平滑算法的优化；其二，针对非线状地物的接边处理，从而使得人工参与接边的工序耗时更短，最终实现地形图接边工序的完全自动化。

[1] 曹健，等.基于A rcGIS Engine的多幅数字地形图接边算法研究[J].测绘绘与空间地理信息,2010(4)

[2] 王永哲,等.基于ArcGIS Engine 9. 2的图幅自动接边算法的实现[J].安徽农业科学,2008(34)

[3] 吴铭杰.基于AutoCAD扩展实体数据的地形图接边功能的实现[J].测绘绘与空间地理信息,2013(5)

[4] 孙家广，杨长贵.计算机图形学[M].北京.清华大学出版，1995

[5] 陈杉，王宁.用objectArx开发AutoCAD2000应用程序[M].北京:人民邮电出版社,2003

[6] 延杭.ObjeetARX实用指南[M].北京:人民邮电出版社，1999

MethodforAutomaticJoinProcessingTechnologyofContourandLinearFeatures

GAN Jun

2014-05-12

1672-7479(2014)04-0010-03

P283.7

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