维思2．0在地图制图竞赛中的若干关键技术优化

任杨,朱传勇,答星,张小梅,杨晓东

(武汉市测绘研究院,湖北武汉 430022)

维思2．0在地图制图竞赛中的若干关键技术优化

任杨∗,朱传勇,答星,张小梅,杨晓东

(武汉市测绘研究院,湖北武汉 430022)

以湖北省第四届测绘地理信息行业职业技能竞赛为例,凭借维思2．0时空信息编辑平台强大的图库一体编辑功能,摸索总结了一套快速成图、入库一体化的技术方案,并利用FME、ARCGIS软件对竞赛过程中所涉及的数据转换、图形处理、数据入库等关键技术进行优化,从而提升制图效率和入库数据质量。

维思2．0;ARCGIS;FME;地图制图竞赛

1　引 言

为推动测绘地理信息行业高技能人才队伍建设,全面提升从业人员的职业能力和技能水平,湖北省测绘地理信息局于2015年8月11日～14日举行第四届湖北省测绘地理信息行业职业技能竞赛地图制图项目。地图制图竞赛重点考核参赛选手对空间数据及拓扑关系的构建能力、GIS数据入库转换的理解能力、地图制图整饰出图的编辑能力[1]。武汉市测绘研究院创新研发的维思2．0时空信息编辑平台(以下简称维思2．0)凭借强大的图形编辑功能及图库一体化设计思路,能够充分满足竞赛的技术需求。针对地图制图专业竞赛中的具体要求,笔者结合维思2．0在技能竞赛中的实际应用情况,对竞赛过程中所涉及的数据转换、图形处理、数据入库中的若干关键技术环节进行优化,摸索总结了一套切实可行的图库一体化处理方案。

2　竞赛技术方案的选择及技术路线

2．1 竞赛要求

地图制图(地理信息数据处理)竞赛采取理论知识考试和技能操作考核相结合的方式,侧重技能操作考核,每位参赛选手均需参加理论考试并独立完成技能操作考核。其中理论知识考试占30%,技能操作考核占70%。技能操作部分重点考查参赛选手利用竞赛组委会统一提供的航测法立体采集1∶2 000矢量数据(DWG格式)、外业调绘原始资料(含外业补测数据)进行数据编辑入库能力以及对图示图例技术标准掌握情况。选手需自带数据处理、编辑软硬件,在8小时规定时间内制作并完成1∶2 000MDB格式的建库数据和1∶2 000PDF格式的制图数据。

2．2选择维思2．0平台的优势及其应用现状

目前测绘行业使用的内业处理平台主要分三类[2,3]:一是基于CAD的内业成图系统,这类软件图形编辑能力较强,但其底层设计主要面向辅助制图领域,因而图库转换过程需借助其他软件完成,一体化程度不高,例如南方CASS;二是GIS系统以独特的地理空间分析能力、快速的空间定位搜索、复杂的查询功能和空间决策支持等优势,可产生常规方法难以获得的空间信息,但其图形编辑能力较弱,例如:ARCGIS、GeoStar等;三是图库一体化的内业处理平台,综合考虑了图形编辑和GIS要素表达的双重要求,弥补了生产作业过程中采编分离、图库分离的不足,提高了内业数据处理的工作效率,例如维思2．0、Geoway等。

维思2．0是基于AutoCAD2012 Map3D平台下自主开发的一套数据编辑及建库处理一体化软件平台。该平台整合了AutoCAD Map3D完善的图形绘制和编辑功能,利用其快速访问大型数据集的高性能引擎和几乎无限制的双向数据连接数组能力,为展示成果地图及设置地图样式提供了技术支撑,已成为目前国内较为先进的地图制作和地理空间设计解决方案之一。该平台以点、线、面的地理实体对象数据库为核心,实现了几何图形信息和非几何属性信息的同步编辑、图属关联、双向转换、GIS建库、实时更新与成果输出,从而达到图库一体化的目的。

武汉市测绘研究院确立了以“图库联动、先库后图”作为构建时空信息的设计思路,实现了一次测绘、多次应用的测绘生产新模式。随着维思2．0平台的启用,结束了以往采集生产和数据建库两部分工作分离的作业状态,有效解决了数据成果入库不及时,现势性不高等问题。该平台自投入生产实践,已根据实际应用的不同需求,在数据处理模块功能方面不断完善,同时定制开发完成了基于图库一体的竣工、地籍、勘界和管线等专业功能模块,统一单位多重业务的作业模式,简化生产流程,减少数据处理环节。平台界面如图1所示:

图1　维思2．0时空信息编辑平台界面

2．3竞赛技术路线

本次竞赛明确要求提交建库数据和制图数据两套成果,而且考核评分细则中也对建库数据和制图数据的一致性有相应的评分体系[4],因此选用图库一体化的软件平台对提高竞赛成绩起至关重要的作用。竞赛选手在规定的时间内,根据不同平台的功能特色,选择合适的技术路线和作业流程成为考核选手综合技术实力的一个重要环节。笔者以维思2．0软件平台为基础,首先对竞赛组委会提供的各种资料进行整理,将原始航测立体采集数据导入维思2．0上进行预处理,并根据“测量控制点成果”资料录入控制点信息。然后参考外业调绘底图及补测数据,对原始数据进行修测。再依照《竞赛数据规定》进行点线面图形处理、属性录入、空间关系的逻辑性编辑,制作1∶2 000建库数据。最后按《竞赛图式》要求进行图形要素符号化工序,整饰制图符号间的关系并生成图廓,制作1∶2 000地形图制图数据[5]。

基于维思2．0的地图制图方案能较好完成满足生产和入库要求的空间数据,但为确保在规定时间内高效快速达到竞赛要求,在竞赛过程中利用FME和Arc-GIS中内置函数或转换器对部分技术流程进行优化,提高CAD数据转换和图形构面方面的效率,减少了生成结构线和构建面要素的处理时间,简化人工处理环节的冗余工序。制图竞赛操作流程如图2所示。

图2　利用维思2．0制图竞赛操作流程

3　维思2．0在图形编辑中关键技术优化

3．1原始数据预处理

本次竞赛提供的原始图形文件存在部分冗余数据,比如重复点、重复线等,旨在考查选手对原始数据的预处理能力,如不修正冗余数据将会造成拓扑环节的错误,给后续的数据库构建造成困难。利用维思2．0的“图面清理工具”可根据需求,实现删除重复项、删除短对象、打断交叉对象、延伸未及点、融合伪节点、删除悬挂对象等功能。但对线要素中部分重叠的情况,还需进一步人工排查。

竞赛制图要求不能使用流线、弧线等特殊形式的线类型采集线状地物,需确保任何线状地物采集都只能由简单多段线构成,以保证符号化出来后线状要素类型为直线或者多段线。因此需对现有要素中存在的三维多线段等类型要素进行处理,否则会造成数据转换过程中的要素丢失。针对三维多线段可利用FME中的2Dforcer转换器,去除三维多线段中的Z值,使之成为二维图形;对圆、圆弧、椭圆等类型利用FME中的ArcStroker转换器将之转换成多线段。

3．2线要素的优化处理

按竞赛入库数据标准要求,依比例尺表示的河流、运河、沟渠等水系要素以及双线道路要素,需沿双线或多边形中心采集结构线并赋属性入库。对有单线河或双线河穿越的湖泊、水库、池塘等情况,需将水系结构线与单线河流连接,构成河流网络。但对于连通道路相交(如路口),道路中心线需在相交处断开,不连通道路(如高架、隧道等)则需保持道路中心线连续不打断,并通过匝道、桥梁等表示与其他道路的连通关系。

若采取人工采集结构线并赋属性,将耗费较长时间,同时难以保证结构线能完全沿中心采集以及属性信息录入的准确性。因此笔者利用ARCGIS内置提取结构线工具Collapse Dual Lines To Centerline[6]或FME中的CenterLineReplacer转换器对结构线进行批量生成。前者适合处理双线非闭合的线要素,后者则适合处理闭合的面状要素。自动化输出的结构线在相交处是打断的,对不连通的道路,则根据桥梁、隧道图层判断,合并结构线。为确保结构线的编码准确性,可先将结构线转成的中心点与道路边线以距离空间关联,使之赋予边线的编码,再将附有属性的点与结构线关联继承点的编码。由于竞赛地形要素数据规定中边线与结构线的编码不一致,按照各编码之间的对应关系,利用CalculateField工具中编写Python语句自动换算出结构线对应的编码。CAD数据的逻辑分层是通过Layer字段体现出来的,将编码写入Layer字段中,则转出的CAD文件会根据Layer值实现自动分层。通过在ARCGIS的ModelBuilder中将以上既定的流程模型化,极大提高结构线数据处理的效率。道路结构线提取流程如图3所示:

图3　ModelBuilder对道路结构线提取流程的模型化

3．3面要素的优化处理

数据建库过程中,需要拓扑构面的要素主要有:房屋类要素、湖泊池塘、交通类要素、境界、植被等。在维思2．0中输入GM(构面)命令,单击需要构面的要素内部,即可生成面状要素。但涉及图层多,且相互拓扑关系处理复杂,为解决人工点选的低效问题,且确保分层属性的正确性,利用FME进行该工序的流程化设计能极大地节约比赛用时。

笔者首先采用FME中的TestFilter转换器分离需要构面的编码,利用SpikeRemover(移除线段中的尖角)、Extender(延伸)、InterSector(自相交打断)等转换器进行前期数据处理解决线要素构面的图形问题,再用AreaBuilder进行构面。对构面过程中的环岛面要素处理是较为复杂的过程,同层要素只需保留环,而异层构面数据则需要保留岛和环并分别赋予属性。利用AreaOnAreaOverLayer(面与面叠置)转换器能够区分叠置面属性,对相同的面层属性采用DonutBuilder(环建立)处理,对异层面要素则采用DonutHoleExtrator(环岛提取)进行分类提取[7]。最后按照添加道路结构线代码的方式,可将附有边线代码的线要素与面以距离空间关联,使输出的面继承边线的编码。

4　维思2．0在质检及入库阶段处理方法

4．1图库质量检查方案

为保证数据质量,在输出建库数据和图形数据之前,需对数据进行规范性检查,以达到考核要求。竞赛对技能操作考核计分项目分“建库数据”、“制图数据”和“速度”三大项,其中建库数据考核数据组织正确性、数学精度及地理精度、拓扑一致性三项;制图数据考察组织正确性、制图数据完整规范、整饰质量三项。

使用维思2．0中的“图库检查”模块可实现智能化检查,提高竞赛制图效率,减少不必要的扣分。点击后会自动输出数据检查结果的对话框,图库检查结果如图4所示。问题检查涵盖图形和属性两个方面,其中图形问题包括要素类型有误(除点线面外其他类型要素)、面状要素未构面、多段线要素自相交、多段线长度过短、存在重复要素(点、线、面)、线段存在悬挂点、面状要素面面相交等。属性问题包括要素属性项与层名不匹配、必填字段未填、图示角度超过阈值范围、数据字典填写不正确等。该模块还可根据过滤条件和过滤内容进行筛选以及对于同类错误进行批量修改,如线段悬挂点、重复要素、多段线长度过短等问题。其他剩余问题项通过自动或人工干预的方法可方便定位并逐一排查,反复检查直至所有问题修改完后导出库数据。

图4　图库检查结果输出

4．2建库数据的导出及PDF制图数据处理

经维思2．0编辑后的最终成果数据(DWG格式)能够实现制图数据与建库数据合二为一,利用平台中的“图库文件输出”功能,可实现图库显示模式的自由切换和图库文件的输出,达到一库两用的目的。但竞赛规定提交MDB格式建库数据,并要求各要素层以点、线、面类型分别存储。为方便CAD数据与MDB数据的无损转换,在维思2．0中二次开发库格式转换插件,其思路是将检查后的DWG格式数据逐层按地理要素分离并转成MDB格式的建库数据,实现满足竞赛要求的制图数据与建库数据的一键转换[8]。当遇到某要素无法顺利入库,例如等高点误归入等高线层或要素未赋属性等,插件自动将这些要素导入至一个新建的CAD数据中,以便人工处理。

建库数据导出后,仅需对数据设置投影信息,对部分属性如拼音的填写等进行后续处理。

PDF制图数据需按照制图规范及经验进行微调,如等高线注记调整、注记压盖、图廓整饰等,从而达到制图竞赛的要求。如图5所示,地形图图面清晰易读,图示符号运用合理,地形图数据分层准确,图廓整饰无误,文字注记表示正确,满足竞赛规范要求。

图5　竞赛制图数据成果图

5　总 结

经本届地图制图竞赛实践表明,维思2．0凭借其强大的图库一体编辑功能在竞赛中发挥了优势,在保证图库质量的前提下,节省比赛用时,为取得良好的竞赛成绩奠定基础。其内置的时间回溯功能虽未在本次比赛中应用,但其数据更新维护的技术思路,能够确保数据维护的延续性、采集平台的开放性及空间、属性的一致性。短时间的比赛需要选手对操作流程层层细化,特别是在比赛过程中需兼顾对图形和库数据的竞赛要求,保证图库一致性。笔者结合FME、ArcGIS中设计并妥善解决了结构线处理及构面、库转换等问题,减少了维思2．0数据频繁转换带来的工作量,并通过设置入库前的图库检查和分层入库检查程序,提高了库数据的成果质量。希望本文所提出的处理方式能为快速地图制图及图库一体化工作提供新的思路。

[1] 第四届全国测绘地理信息行业职业技能竞赛地图制图赛项竞赛技术纲要[R]．2015．2

[2] 侯金波,潘喜峰,李奕洁．管线探测内业图库一体化成图的应用研究[J]．城市勘测,2015(2):74～77．

[3] 陈能,施蓓琦．AutoCAD地形图数据转换为GIS空间数据的技术研究与应用[J]．测绘通报,2005(8):11～14．

[4] 第四届全国测绘地理信息行业职业技能竞赛地图制图赛项技能操作考核评分标准[R]．2015．2

[5] 尹言军,刘昊．基于AutoCAD Map3D和FME图库一体化在地图制图职业技能竞赛中的应用[J]．城市勘测,2013 (6):33～39．

[6] 孔毅,张志强,赵崇亮．基于ARCGIS的CAD数据入库研究[J]．测绘通报,2010(5):54～56． [7] 覃东华,赵秉东．基于CASS与FME的宗地图生成方法

的探讨[J]．测绘与空间地理信息,2013(11):238～240．[8] 李艳丽,敖杰刚．基于FME的CAD测绘规划成果入库一

体化[J]．现代测绘,2015(3):40～46．

The Key Technology Optimization for Weisi2．0 Time-space Editing Platform in Vocational Skill’s Competition

Ren Yang,Zhu Chuanyong,Da Xing,Zhang Xiaomei,Yang Xiaodong
(Wuhan Geomatics Institute,Wuhan 430022,China)

Taking Hubei 4th Vocational Skill’s Competition in Geomatic industry as an example,using Weisi2．0 Time-space Editing Platform developed by Wuhan Geomatic Institute for its powerful function in editing of Cartography and Database Integration,a data processing scheme of integrating fast mapping and loading was concluded,with the assistance of FME and ARCGIS,series of problems involving with data transformation、graphic processing and data loading could be optimized in order to enhance efficiency of cartography and quality of database．

Weisi 2．0;ARCGIS;FME;Vocational Skill’s Competition

1672-8262(2016)01-85-05

P208．2

B

∗2015—09—14

任杨(1986—),女,硕士,工程师,主要从事航测遥感,地理国情普查工作。

精密工程与工业测量国家测绘地理信息局重点实验室开放基金(PF2013-013)