基于方位角的管线智能连接方法研究

魏金占,赵自力(1．南宁市勘察测绘地理信息院,广西南宁 5300; ．珠海市规划设计研究院,广东珠海 1500)

基于方位角的管线智能连接方法研究

魏金占1∗,赵自力2
(1．南宁市勘察测绘地理信息院,广西南宁 530022; 2．珠海市规划设计研究院,广东珠海 215002)

摘 要:大比例尺地形图如1∶500地形图在制图时因图面限制,管线有时仅仅表示连接方向,因此在地形图入库时,管线的连接很大程度上仍需人工干预。为减少管线连接的工作量,笔者提出基于方位角的管线智能连接方法,这种方法在很大程度上减少了人工干预的工作量,经实践是一种可行的高效管线智能连接方法。

关键词:管线连接;智能化;方位角

1 引 言

随着数字城市建设的进行,越来越多的单位正在对已有数据进行整理入库,其中大比例尺地形图入库是最为复杂和繁琐的入库工作。其中造成地形图入库困难的主要原因在于地形图成图时,没有按照严格的GIS入库标准进行[5]。除此之外,因地形图的应用多满足图面与工程应用,地形图的生产与规范,也很难满足GIS入库标准,因此研究如何在不影响地形图生产,又能高效提升入库效率,就成为当前很多单位非常棘手的问题[6]。

地形图入库的目的,无外乎通过GIS属性库,对点线面几大类数据进行管理。因此,数据入库的过程,可以理解为如何处理这类数据,满足GIS数据管理的要求。其中难度比较大的部分在于线和面的入库,如管线数据的入库就是此类问题之一。根据国标,大比例尺地形图在地形地貌比较复杂的地区,部分管线的表示可以仅标示连接方向,不表示连接线,这种处理方法自然为后期管线入库造成必可避免的麻烦[7]。为了还原管线本身的连接关系,当前多采用人工干预的方法。这种方法虽然在精确度方面可以得到很好保证,但却同时制约入库的效率[4,8]。

2 基本思路

管线的连接人工判别遵循以下原则:

以边界点开始,按照连接方向,找寻邻近的同类连接点,将其连接。此过程非常简单,笔者以为,可以对整个连线判断的可行性作以下分析:

管线在原图中虽然只表示连接方向,不表示连接线,但是其标示的连线方向可以通过计算机提取出来[1],如图1所示。

图1　连接指示线示意图

管线在原图中除了表示连接方向外,还隐含各类管线本身的信息,如管线的类型等,如图1所示;

同类同条管线的连接,一般都局限在一定空间范围内,如普通低压线在50 m左右,高压输电线1 km ～2 km。

管线节点与指示线的关系为一对多,即一个节点可以有多个连线,但一个连接指示线仅对应一个节点,如图1所示;

基于此,笔者认为,同类管线的连接方向必然存在以下空间关系:

同一管线的两个临近连接方向,必然是同线反向,如图2所示;

同一管线的两个临近连接点,其管线属性应该相同且连线与方向线重叠;

同一管线的两个临近连接点的间距,应该在一定的空间距离内。

同一管线的两个临近连接点之间的连线,不可能包含同类同线的另一点,如图2,点1与点3连接错误,应被点2裁开。

图2　连接示意图

基于此,笔者认为通过空间分析与属性判断,基本上可以实现管线的智能连接。

具体的实现思路如下:

提取出每个管线连接点的管线方向;

依次对连接点的连接方向进行判断,找出同线反向的连接点;

判断是否为同类连接点,如相同进入下一步;

判断同线反向的点的个数,如唯一,则记录连接方向;

如不唯一,则找出离起始点最近的连接点,记录连接方向;

依次循环,直到所有连接点搜寻完毕。

3 程序实现

具体的程序实现主要在SuperMap Object基础上, 以VB6．0为开发工具进行开发。以下是本思路实现的关键步骤:

第一步:获取连接点的属性,主要包括连接点的类型、图层、颜色、线型等信息,此步骤主要是通过获取地物编码实现的。此步骤的主要目的是将不同的方向指示线分类,便于下一步对其进行方向过滤。

第二步:获取连接点的连接方向;

连接线方向的判断主要是利用指示方向线与节点连线的方位角来判定。指示线与节点的关系为多对1,因此可利用指示线的拓展属性,记录所在的节点,之后利用节点与指示线特征点的关系,核算出方位。

具体算法如下:

首先,取得指示线端点处的坐标(X1,Y1);

其次,取得节点处坐标(X0,Y0);

最后,通过坐标之间的关系求得连接方向,如图3所示。

图3　各种连接线方向情况示意图

方位角的判定情况如下:

若(X1-X0)＞0且(Y1-Y0)＞0,则方位角如图3所示情况1,为

a=arctan((Y1-Y0) / (X1-X0));

若(X1-X0)<0且(Y1-Y0)＞0,则方位角如图3所示情况2,为

a=arctan((Y1-Y0) / (X1-X0))+π;

若(X1-X0)＞0且(Y1-Y0)<0,则方位角如图3所示情况4,为

a=arctan((Y1-Y0) / (X1-X0))+2π;

若(X1-X0)<0且(Y1-Y0)<0,则方位角如图3所示情况3,为

a=arctan((Y1-Y0) / (X1-X0))+π;

若(X1-X0)＞0且(Y1-Y0)= 0,则方位角为a=0;

若(X1-X0)<0且(Y1-Y0)= 0,则方位角为a=π;

若(X1 -X0) = 0且(Y1 - Y0) <0,则方位角为a=3π/2;

若(X1 -X0) = 0且(Y1 - Y0)＞0,则方位角为a=π/2;

第三步:根据空间关系,判断同线反向的同类连接点;

首先,根据上一步骤记录的连接指示线方位,依次判断方向相反的连接指示线,过滤出来备选;

其次,对过滤出来的连接指示线特征点进行方位判定,方位角的计算与第二步相同。当特征点连线的方位与特征点记录的方位相同或相反,则过滤出来,进入下一步判断;

第四步:距离判断,找出最邻近的同线方向连接点;

对过滤出来的方位指示线所在的节点与当前节点依次进行距离判定,距离最近的即为正确的连接节点;

第五步:记录连接关系,依次搜索所有连接点,直至搜索完毕。

4 效果分析

通过对某城市城乡结合部约10 km2的管线自动连接实验分析,其正确识别率达到90%以上,自动化效率非常高,在协助地形图入库方面大大提升工作效率,如图4所示。

图4　连接实验区示意图

对于不能正确识别的管线,其主要原因在于漏绘错绘电杆等原因[7]。此外对于低压入户或入井的管线,系统只能在入户点或入井点进行可能错误提示,仍需人工干预。

5 结 语

大比例尺地形图入库是当前许多单位面临的技术难题,数据复杂且数据量巨大,利用传统的人工模式,其入库工作量不低于测图的工作量。本文结合管线连接的特点,分析管线连接的内在关系,实现了管线的智能连接。不足之处在于低压入户时,入户端没有指示线,再者存在漏绘电杆情形,因此在判断的正确率方面还不能完美实现,这也是笔者下一步需要要完善的地方。此外,该方法也适用于类似其他管线如通信线等判定,对于燃气等因其具有较大管径,图面必须实体表示,因此该方法的适用范围仅在于回溯简单线连接的城市部件。

参考文献

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[2] 北京超图软件股份有限公司．SuperMap Objects开发教程(初级篇)[R]．北京,北京超图软件股份有限公司,2008．

[3] 北京超图软件股份有限公司．SuperMap Objects开发教程(中级篇)[R]．北京,北京超图软件股份有限公司,2008．

[4] GBT 13923-2006．基础地理信息要素分类与代码[S]．

[5] 黄登峰．基于要素的城市地形图与管线数据库管理系统的设计与建设[J]．城市勘测,2012(5):33～37．

[6] 解智强,高忠,王贵武等．一种适合地下管线信息表达的通用电子地图设计[J]．现代测绘,2010(5):55～57．

[7] 王红俊．GPSRTK在地下管线测量中的应用探讨[J]．矿山测量,2010(5):12～15．

[8] 薄怀志,缪德都,杜海霞等．基于RTK的地形测量工作流程及精度探析[J]．测绘与空间地理信息,2009(1):191 ～192．

Study of Power Line Intelligent Connection Based on Azimuth

Wei Jinzhan1,Zhao Zili2
(1．Nanning Explore and Survey Geoinformation Insititute,Nanning 530022,China; 2．Zhuhai Institute of Urban Planning & Design,Zhuhai 519000,China)

Abstract:Only directions of power lines show on large scale maps because of the Map-Making restriction,therefore manual disposal is necessary during the Map database construction．In order to reduce the burden,a new method is put forwards based on intelligent connection of power line,which proved to be practical and efficient．

Key words:power line connection;intelligent connection;azimuth

文章编号:1672-8262(2015)06-51-03中图分类号:P208．1

文献标识码:B

收稿日期:∗2015—06—08

作者简介:魏金占(1980—),男,注册测绘师,硕士,主要从事GIS应用、遥感、测绘信息化等技术工作。

基金项目:珠海市规划设计研究院2014年度科研计划