兼顾属性信息的矢量伪节点检查及自动消除方法

张 伟

（1.福建省基础地理信息中心，福建 福州 350003）

兼顾属性信息的矢量伪节点检查及自动消除方法

张 伟1

（1.福建省基础地理信息中心，福建 福州 350003）

提出了兼顾属性信息的伪节点检查及自动消除方法，并在FME中编程实现。实验证明，该方法可提高生产效率，也可用于线状要素的自动接边。

伪节点；拓扑；FME

完整和合理的拓扑关系是空间数据进行空间分析的前提，也是重建地理实体的基础[1,2]。经典的拓扑关系通常用“九交模型”来描述，主要包括点-点、点-线、点-面、线-线、线-面、面-面等。伪节点即2个节点相互接触，连接成一个节点，称为伪节点[3,4]，常用于线-线之间的拓扑描述。一般来说，正确的拓扑关系要素中不能存在伪节点，即线段的端点不能仅仅是2个端点的接触点（不包括自身首尾接触）。违反规则的地方将产生点错误，将伪节点两边的线段合并为一个条线，伪节点自然消除。

常用线状表达的地理要素主要包括交通、水系、境界等。交通和水系常常是连成网状，要素多且属性复杂，因此伪节点的检查及消除的工作量十分繁重。如何快速检查出不合理的伪节点并进行自动消除是本文的主要研究内容。

1 伪节点的检查

1.1 伪节点存在的原因

如图1所示，线段A和线段B相接触的地方是2个端点的接触点，因此该处存在伪节点。在生产过程中，一条线段没有一次性画完，而是分2次或多次完成，也会产生伪节点。2幅标准图幅的线状要素拼接时未进行连接，在接边处也存在伪节点。根据实际情况，伪节点分为合理的伪节点和不合理的伪节点2种情况。合理的伪节点是2段道路本身应该是不同的，主要体现在属性信息上。以图1为例，线段A和线段B如果是同一条道路的2段，那么该处为不合理的伪节点。但如果是2段不全部一样的道路，如道路宽度、道路材料、道路等级、道路编码或道路名称有所不同，则该处为合理的伪节点。

图1 伪节点示意图

1.2 常用伪节点检查方法及不足

目前常用的地理信息软件（ArcGIS、Geoway）都有便捷的伪节点检查方法。例如，在ArcGIS平台中一般先进行数据入库，对入库后数据建立拓扑规则，验证拓扑规则（不能存在伪节点）后即完成了伪节点的检查。伪节点检查一般是以图层为单位进行的，可对单个图层或多个图层进行检查，同时将检查结果进行标识便于人工核对。

多数的软件对于伪节点的检查只限于要素形状的检查，几乎不考虑要素的属性值，这样检查后存在许多合理的伪节点，后期还需花费大量的人工去核实，降低了生产效率。ArcGIS虽然可以将拓扑检查后不需要的伪节点根据属性设置过滤后显示，但其拓扑检查必须是数据库格式，无法直接对SHP、CAD等格式进行。因此在生产中的伪节点检查应易操作且需兼顾要素几何特征和属性特征。

2 兼顾属性信息的伪节点检查方法

为了弥补目前常用地理信息软件的不足，本文提出了兼顾属性信息的伪节点检查的方法。其主要思路可分为2个步骤：先进行几何特征的伪节点检查；再根据检查出的伪节点分别判断其两边的属性值，如果某些指定的属性值不同则认为该伪节点是合理的，应予以排除。其技术路线如图2所示。

图2 兼顾属性的伪节点检查技术路线图

目前矢量数据的格式众多，伪节点的检查也需根据数据格式选用不同的软件。因此，需要找到一个平台能够兼容多种矢量格式，并可针对这些矢量特点进行开发。

FME是加拿大Safe Software公司开发的一套空间与非空间数据分析、处理、转换、共享的软件[5]。它支持超过300种格式的空间数据与非空间数据的处理与转换，能对数据的图形和属性作灵活处理，为快速、高质量、多需求的数据转换提供了高效、可靠的手段。本文采用FME软件实现了兼顾属性信息的伪节点检查的方法，这些属性信息可按照需要进行定制，可灵活变化，适合矢量数据的多种要求，同时支持多种矢量格式，可实现不同格式数据的批处理，大大提高了生产效率。

在FME中进行伪节点检查的主要步骤如下[6]：

1） 线端点的获取：通过CoordinateExtractor函数设定索引号，可获取线的两端点坐标；

2）获取只有2个端点连接的点：通过PointOnPoint Overlayer、LineOnAreaOverlayer函数配合List相关函数可比较道路端点边的线段属性；

3）排除单要素闭合线：这类闭合线的首尾2个点是重合的，并且只有一个线段要素，通过比较该线段的首尾端点是否重合可选择出需要的不合理的伪节点；

4）根据伪节点的位置向外扩充一定的距离绘制圆，该圆主要是为了标出不合理伪节点的位置，便于下一步的人工核对，圆的半径大小可按照需要进行设置[7]。

3 兼顾属性信息的伪节点自动消除方法

伪节点检查的目的就是为了消除伪节点，消除不合理伪节点后可将2段相同属性信息的线合并成一条，即线连接。例如，将同一比例尺的标准分幅数据进行拼接整合，可直接将其合并再进行不合理伪节点的消除，就可将线自动接到一起，大大减少了人工接边的工作量。

FME中进行线连接的函数是Linejoiner，该函数可将设定好相同属性项的线要素进行连接。需要注意的是，进行线连接时，只对存在不合理伪节点的地方进行连接，其他要素不做处理，这样不会破坏数据原来的拓扑关系。因此，线的自动接边应该是在检查出不合理伪节点的前提下进行的。

4 实验研究

4.1 实验数据

交通是地理信息要素中较复杂的要素，要素数量多，属性和要素形状均非常复杂。本实验选择沿海某城区的道路数据作为数据源。该数据已做好各种拓扑关系，去除了不合理的伪节点数据，但存在合理的伪节点。该道路数据总计有1 070个要素。根据需要设置兼顾的属性项，包括道路的名称、代码、材质、等级、宽度。

4.2 实验方法

本实验分为2步：伪节点的检查，验证兼顾属性的伪节点检查程序的可靠性；伪节点消除实验，验证程序是否能消除不合理的伪节点，实现自动接边。为使结果更可靠和直观，将兼顾属性信息的伪节点检查结果与ArcGIS中伪节点检查的结果进行比较；同时为了更好地区别合理伪节点和不合理伪节点，实验时将该道路数据沿某一条直线断开，形成左右部分道路数据，人为地产生一系列的不合理伪节点，从理论上说这些道路上不合理的伪节点应该在断开的地方，呈直线分布。

为了消除这些不合理的伪节点，运行批量消除伪节点的程序，将运行结果在ArcGIS中进行伪节点检查，验证接边处是否还有伪节点；同时将结果与原始未断开的道路数据从数量和属性上进行比较，看是否通过消除伪节点后实现了自动接边恢复道路最初的数据。

4.3 实验结果

如图3所示，兼顾属性的伪节点检查得到的结果点数只有20个，且都集中分布在切割线上，点的位置与ArcGIS中检查出来的伪节点完全吻合。而ArcGIS检查出的伪节点数量为85个，有76.4%的伪节点是合理伪节点，这点可从图中道路线颜色的不同看出，这些道路线颜色因人工设置需兼顾的属性项的值不同而不同。

图3 两种检查结果比较图

伪节点检查的结果显示，在接边处的位置已经不存在伪节点，但其他地方还有伪节点，说明已成功消除了不合理的伪节点。要素数量与属性内容及原始道路数据完全一致，实现了自动接边，图4为未接边的数据，图5为移除不合理伪节点后的检查结果。

图4 未接边的数据

图5 移除不合理伪节点后的检查结果

5 结 语

兼顾属性信息的伪节点检查方法可应用于“数字城市”的基础数据整合更新、电子地图数据生产、地理实体化改造等方面。通过对不合理的伪节点的自动消除可实现线状要素的自动接边，可应用于基础地理信息数据的拼接、整合，局部区域矢量数据的更新等。

[1] 邬伦，刘瑜，张晶，等.地理信息系统——原理、方法和应用[M].北京:科学出版社，2001

[2] 胡鹏,黄杏元,华一新.地理信息系统教程[M].武汉：武汉大学出版社，2002

[3] Esri.ArcGIS 帮助库 [EB/OL].http://www.arcgis.com/，2013-03-15

[4] 郑俊涛.数字地形图质量检查系统的研究与实现[D]. 赣州：江西理工大学，2011

[5] Safe Software.产品介绍[EB/OL].http://www.safe.com/fme/fme-technology/,2013-08-05

[6] 曾衍伟，龚健雅.空间数据质量控制与评价方法及实现技术[J].武汉大学学报：信息科学版，2004，29(8)：686-690

[7] 杨鹏，蔡红涛.利用FME将SHP中的拓扑错误输出到CAD[J].科技视界,2012,7(21):127-128

Method of Pseudo-node Checking and Automatic Elimination Taking into Account Attribute Values

byZHANG Wei

In this paper, pseudo-node checking and automatic elimination method which took into account attribute value was put out.And the method was realized by FME. The results show that this method can improve production efficiency, and be used for linear feature automatically merge.

pseudo-node,topology,FME

P208

B

1672-4623（2014）02-0090-03

10.11709/j.issn.1672-4623.2014.02.031

2013-12-02。

张伟，硕士，主要从事遥感影像处理、遥感信息提取的研究与应用。