大比例尺地形图自动化缩编关键技术研究

程 敏

(广州市城市规划勘测设计研究院，广东广州 510060)

0 引言

GIS空间数据常采用大比例尺地形图作为基础数据，随着GIS在各领域中的运用，大比例尺地形图制图综合自动化的研究及应用有着重要的现实意义。制图综合是保证图面清楚，保持与比例尺相应的地图内容的详细程度，符合地图用途，在有限的图面上反映制图区域的地理特征和区域特征，在复杂的地理信息中进行去粗取精，反映本质的主要方面，以确保地图的易读性。

1 缩编方法选择

大比例尺地形图缩编可以理解为:在大量地理要素中，选出重要的要素，突出地理要素的总体特征，同时减少分级数量以缩小与客观要素的差别。在实现制图综合过程中，对地图各要素的操作，主要选取(资格法和定额法)和概括两类方法:按资格法(分界尺度)选取，是指在编绘底图上测定实体的尺寸，将测定的尺寸和事先规定的分界尺度相比较，以判断该实体的取舍。定额指标是按地形图上单位面积内选取实体的数量。定额法选取关键是合理的确定定额指标。概括包括数量特征、质量特征、图形的概括。在制图过程中，概括主要针对线状地物或非规则面状图形的图廓线进行的。形状化简是线状实体和面状实体最重要的综合方法。对于线状实体(如单线河、道路、等高线等)，主要是减少弯曲;对于面状实体(如居民地)，则既要化简其外部轮廓，又要化简其内部结构。图形等级转换法，是通过轮廓图形和符号图形的转换来实现地物质量特征和数量特征的概括。概括一般要求主要特征点精确位置，反映各形状对比，保持图形相似，各要素之间相互关系明确，图形协调一致。制图综合自动化研究的难点在于:1)制图综合的复杂性;2)制图综合后信息的完整性;3)重新符号化的准确性及合理性;4)面状地理要素合并操作的合理性。

2 自动化缩编实现机制

2.1 平台选择

EPS是清华山维公司开发的以快速构建GIS应用的地理信息软件基础平台。EPS在制图综合自动化的研究方面有理论上的创新:认为制图综合也是GIS数据转换的类型的一种。其主要任务是:

1)合理的编码方案选择;2)数据库派生技术的运用;3)地理要素重新符号化;4)研究制图综合方案。

2.2 实现机制

本文基于EPS平台开发，大比例尺缩编模块(EPS Exchange)是基于EPS平台下的GIS数据转换和制图综合模块。

当地形图从1∶500→1∶2 000转换时，随着比例尺的变化，地形图上的相关地貌、地物也随之发生变化。为了保证上述的变化满足不同比例尺的制图要求，EPS数据库采用派生技术制作。在进行制图综合时，根据不同的需求即可派生出完整的1∶2 000模板，形成了多种比例尺的“一库多用”。

跨平台的数据转换或异构数据之间的转换是非常复杂的。为了更好地实现图形、属性、拓扑关系等在转换过程中的高转换率、高自动化，本文充分利用了清华山维信息映射技术，在数据结构层面上通过对基本元素进行打散、拆分、过滤、重组、派生等技术处理，从而实现异构系统间的一对一、一对多、多对一、多对多的数据转换。信息映射的技术基础是符号结构的组件化，其技术核心是符号化过程中可控制性方法。

地理要素重新符号化是制图综合中的主要任务之一。它的目的是地形图编绘时，新编制地形图的地理要素的空间位置、图式符号规格等要能准确地、合理地反映资料地形图原有的状况。

编绘模块功能的实现不仅取决于数学模型的优劣，更为重要的是知识规则的合理运用。在模块功能实现中，要注重解决如下问题:

1)图根点、点状地物及高程注记筛选，文字注记抽稀及综合;筛选算法主要用于解决较密集的图根点、高程注记及普通点状地物的稀疏处理。对于某类密集型的文字注记需要筛选。

2)等高线抽稀;相应的不足一倍缩编等高距的等高线需要舍弃。

3)居民地综合。居民地建筑群相互间隔在一定的数学准则下，需要综合处理。可以采用EPS平台的悬挂点分析处理模块实现;对于不需要保留房屋分界线时，可以使用拓扑分析处理模块提取最大外围边界。

综合取舍主要依据“实体特性模板表”与“注记模板表”所代表的不同比例尺之间地理要素的数学准则，决定实体对象的综合取舍。

信息映射是整个编绘过程的最后环节，使用EPS平台“信息映射机制”完成。它是基于“符号描述语言”的多重嵌套的复杂解析过程。

在编绘过程中，“信息映射机制”主要实现如下目标:1)资料图要素向新编图要素的空间信息转换关系分析;2)依比例符号向不依比例符号的转换;3)面状要素几何尺寸小于缩编数学准则时，向点状要素的转换;4)骨架线提取与自动识别;5)图边要素整合。

2.3 技术特点

EPS Exchange将项目技术规程转换为数学技术规程，以保障生产数据的标准化、规范化，同时完成数据的对照转换，即为模板定制。

EPS Exchange使用开放式脚本编制机制，是各种编绘算法的组合指令，增强了系统的通用性(见图1)。

3 数据交换与编绘自动化

不同系统之间数据转换长期以来是GIS研究的重点。

广州基础地理信息系统(GZFGIS)选用的软件平台为MGE，数据库为SQL Server，基础地图以Microstation DGN格式存储。存储格式还包括Dxf，Txt等格式;DGN文件与基础地理信息系统的图形平台文件格式相同，保存图形内容和注记内容;而Att文件则保存图形元素的编码和属性内容。MGE提供ASCII loader(MGAL)模块为对外数据交换提供了接口，它既可以处理图形数据，又可同时处理属性数据。

图1 脚本组合命令

调入MGE数据要注意EPS模板使用是为MGE特制的数据库模板。以转换到EPS平台下的数据为基础，点、线、面空间要素及共点、共边要严格提取与捕捉，并根据情况进行一定的编辑处理(如等高线的连线与封闭等)，确保空间要素、空间属性(如编码、颜色等)及空间关系的正确性，采集绘制规则的一致性，杜绝缝隙、悬挂、交叉等数据缺陷。

读入EPS平台下的数据可以输出为Exf文件(EPS文件交换格式)，在EPS Exchange中利用特定的编绘模板，调入Exf文件，这样就完成了数据的完整性读入。EPS Exchange编绘的方法主要有:选取、化简、概括、位移、拓宽等。基本原则有:先主要地物，后附属设施，先面状地物后线状地物，后点状地物。通过定制参数的方式，系统根据要素特征自动识别处理，达到自动化综合。在EPS Exchange中利用制图综合命令就可以完成1∶500～1∶2 000的缩编，智能程度可以节约人工干预约一半。但存在的较多一些点状地物以及文字注记遮盖、居民地综合不完善、地理要素协调欠佳等问题，还需要人工干预。

4 结语

使用EPS Exchange进行制图综合时，通过编码的映射，对相应的实体进行解析，根据实体的解析深度来控制信息的变换，能满足综合制图的要求，真正达到制图综合自动化的数据要求:

1)原始数据的质量，原图数据是否规范是提高编绘效率的根本保证;2)数据库模板的精良制作;3)是否充分利用软件的二次脚本开发;4)作业人员对地形的理解;作业人员的工作经验及对地形图的理解直接影响编绘的质量。

利用EPS平台强大的数据转换功能转换MGE数据进行自动化的综合制图有着重要现实意义。整个过程具有可操作性和科学性，优势如下:

1)工作底图利用1∶500地图拼接而成，保持了地图的精度;2)软件具有自主版权，有着广泛发展应用前景;3)采用统一模板，保证数据转出与GIS入库采用统一的数据质量标准;4)大比例尺地图更新与1∶2 000地图更新建立联动机制，提高工作效率，保证了定期测绘与实时编绘有机统一，建立了动态数据更新机制，使GIS空间数据的利用价值得到提高。

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