一种空间数据接边入库方法

刘善磊，王圣尧，石善球，张 瑞

(江苏省基础地理信息中心，江苏 南京 210013)

一种空间数据接边入库方法

刘善磊，王圣尧，石善球，张 瑞

(江苏省基础地理信息中心，江苏 南京 210013)

针对空间数据接边入库提出了一种新的方法，可有效改善传统方法效率低和质量不可控等问题。为提高接边处待合并要素的提取效率，根据当前数据要素总数和接边线总长度进行接边线最优分段处理；同时，为满足数据入库质量要求，采用网络分析技术对数据进行优化处理，删除接边处多余节点。实践表明，本文提出的方法可以兼顾空间数据接边入库的效率和质量，在保证质量的前提下节省了人力、物力和时间，在基础测绘和地理国情普查等数据的接边入库工作中发挥了重要作用。

空间数据；接边线；分段处理；网络分析

在测绘生产中，为了更合理地分配任务、方便作业，一般会按标准图幅或测区对数据进行划分。在成果数据合并汇总阶段，数据的接边和入库直接影响最终的成果质量，这项工作如何实现自动化，减少人工干预，也一直以来是空间数据处理领域研究的热点[1- 3]。目前，传统的接边方法只能在两个覆盖面之间进行，且接边时只考虑图形约束条件，忽略了属性约束条件。赵江洪[4- 5]针对这两个问题，提出了以接边线为媒介的多图幅接边方法；徐昌荣[6]使用基于图幅边框的缓冲区对要求更新的面边界进行缓冲，使单边的算法在速度及效率上都得到了很大优化，并通过一系列空间、属性分析确定需要合并的要素，进一步提高了要素接边入库的效率和质量；陈占龙[7]利用Hilbert曲线划分方法对简单要素的多边形进行了空间数据划分，利用多核处理器并发执行来解决大规模复杂多边形数据层合并的效率问题；郝燕玲、唐文静等[8- 9]为解决同一地物被重复采集而导致的数据二义性问题，提出了一种基于多评价因素的线状、面状要素合并变换算法。

使用传统方法进行空间数据接边入库不仅效率低，入库后的数据质量也无法得到保障。假设分幅或分块数据在准备入库前已通过质量检查，那么影响效率的关键在于待合并要素的提取效率，而质量问题主要是由接边时产生的多余节点造成的。例如，根据基础测绘数据采集规定，高压线上没有铁塔点捕捉的位置不能出现节点，但是成果数据库一般是基于图幅或测区入库得到，接边处的高压线上很容易产生多余节点[10]；而地理国情普查地表覆盖数据中对节点总数也有限制，单个图斑的节点总数不能超过10万个，尤其是水面和路面图斑，由接边造成的多余节点无疑会成为节点数超出限制的原因之一。

本文在众多学者研究的基础上，以基础测绘和地理国情普查的空间数据为试验对象，立足于传统的空间分析技术，结合接边线最优分段处理技术和网络分析技术，提出一种改进的空间数据接边入库方法。

1 研究方法

首先获取待入库数据，在识别数据类型后进行坐标投影和统一格式等预处理；入库前检查质量直至数据合格后获取接边线；然后根据当前数据处理要素的总数和接边线总长度进行接边线最优分段处理；在此基础上根据空间分析技术提取待合并要素并进行要素合并；在数据入库的同时采用网络分析技术删除接边线处多余节点，完成数据的优化处理；最后根据输出的接边检查文件修改数据库中要素图形或属性不接边的问题。技术路线如图1所示。

图1 空间数据接边入库总体技术路线

2 接边线最优分段处理

2.1 空间分析

空间分析是基于地理对象位置和形态的空间数据分析技术，是为解决地理空间问题而进行的数据分析与数据挖掘技术，是从一个或多个空间数据图层中获取信息的过程，其目的是解决人们涉及的地理空间实际问题，提取和传输空间信息[11]。空间分析根据使用的数据性质的不同，可以分为基于图形数据的分析、基于属性数据的分析、基于图形和属性数据的联合分析。因此，空间分析包括空间查询、空间拓扑运算、空间关系运算、缓冲区分析、叠加分析和网络分析等内容。

接边线在空间数据入库中具有重要的作用，待合并要素就是通过接边线与入库数据之间的空间分析来提取的，其中主要包含缓冲区分析，以及包含、相交、重叠、相接等空间关系运算。

2.2 接边线最优分段处理

如果直接采用文献[4—6]给出的算法进行要素接边，针对以县级或县级以上为单位的数据，会出现由于接边线过长而导致的提取待合并要素耗时过大的问题。如在两个相邻测区间进行34 850和54 870条地理国情道路要素的入库(见表1)，如果在默认接边线的情况下就会出现表中第11组结果，入库耗时达486.80 min，这主要是由待合并要素和过长的接边线之间进行空间分析(主要为缓冲区分析)造成的。因此，需考虑将接边线进行分段处理，提高入库效率。

表2为数据记录数目与耗时之间的关系。观察表1(前10组数据)和表2可知，并不是分段越多越好，即在计算机硬件性能相同的前提下，满足以下两个条件时接边线分段间距和耗时之间存在一个最佳状态点：①入库数据总量和接边线总长度不变；②当接边线总长度和分段间距已确定，提取待合并要素的耗时会随着接边要素总数的减少而降低。

表1 不同分段间距下道路图层接边入库试验

表2 数据记录数目与耗时之间的关系

因此，为进一步确定接边线的最优分段间距，根据表1中的前10组分段间距和耗时数据进行二元相关分析，如图2所示，通过数据模拟得到一个平方函数

y=22.586 14-0.000 05x+2.259 45×10-9x2(x>0)

(1)

图2 分段间距与耗时二元相关分析

该函数显示分段间距与耗时高度相关，其相关系数R=0.990，该函数得到最小值时的分段间距值为1106 m。综上所述，在接边线过长的情况下，为提高入库效率，可选择1000～1500 m作为最优分段间距。

3 数据优化处理

3.1 网络分析

网络分析是地理信息空间分析的一个重要部分，它依靠拓扑关系和网络元素的空间位置和属性，对网络的特性进行多方面的分析计算[12- 13]。网络数据集是进行网络分析的基础，用于分析的网络被存储在该数据集中。网络数据集包含节点、边和转向3种类型的网络元素。其中，节点元素用于连接边元素，边元素是连接节点元素的桥梁，而转向元素用于记录被运输对象在不同边元素之间流动的过程[14- 15]。本文是基于网络数据集中节点元素具有记录连接边元素这一特点，进行空间数据入库后的优化处理。

3.2 数据优化处理

数据优化处理的基本思想为：首先在提取待合并要素的基础上进行要素合并；其次在节点处生成一个点层数据，并通过该点层数据将接边线打断；然后在此基础上创建接边线的网络数据集，并将其与生成的点层数据进行空间连接；最后在点层数据中生成一个记录节点连接边元素的字段，选择记录为2的点(由于此处接边线已被点层数据打断，此处节点连接两条边元素)，并通过空间分析将其对应的合并要素处多余的节点删除。基本流程如图3所示。

以基础测绘数据中实现高压线与铁塔点一致性为例进行数据优化处理。选取一个测区内的高压线、铁塔点和接边线作为原始数据，并以人工处理作为对比试验，表3为两种处理方法的对比。通过分析表3并加载数据查看可知，与人工处理相比，基于网络分析的方法进行数据优化处理，不仅效率高，而且质量得到有效保障。

图3 数据优化处理流程

方法铁塔点高压线删除节点耗时基于网络分析10379224818435．754min人工处理10379224817692d

4 结 语

本文针对空间数据接边入库产生的效率低和质量差的问题，以传统的空间分析技术为接边入库基础，对以上两个问题分别提出了不同的解决方法。通过地理国情中两个测区道路要素的接边入库试验及对试验数据的分析，得出接边线的最优分段处理值在1000～1500 m之间；通过基础测绘中高压线与铁塔点一致性处理试验，验证了提出的数据优化处理方法与人工处理相比，在效率和质量上具有明显的优势。本文提出的方法在基础测绘和地理国情空间数据接边入库方面发挥了一定作用。

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A Method of Spatial Data Edge Matching and Storage

LIU Shanlei,WANG Shengyao,SHI Shanqiu,ZHANG Rui

(Provincial Geomatics Center of Jiangsu, Nanjing 210013,China)

In this paper, a new method of spatial data edge matching and storage is proposed to improve the low efficiency and uncontrollable quality of traditional methods.For increasing the extraction efficiency of elements which should be merged on both sides, the optimum segment of the matching line has been processed according to the total number of elements and the length.At the same time, in order to meet the quality requirements, the network analysis technology has been used to optimize the data and delete the redundant nodes.The practice shows that the proposed method can take the efficiency and quality of spatial data edge matching and storage into account, and save labor, expenses and time. It has played an important role in basic surveying and geography census.

spatial data; matching line; segment processing; network analysis

2016- 07- 04

江苏省测绘科研基金(JSCHKY201521；JSCHKY201412) 作者简介： 刘善磊(1984—)，男，硕士，工程师，主要从事数字图像匹配方面的研究。E- mail：sy1987_w@163.com

刘善磊，王圣尧，石善球，等.一种空间数据接边入库方法[J].测绘通报，2017(3)：101- 103.

10.13474/j.cnki.11- 2246.2017.0094.

P208

A

0494- 0911(2017)03- 0101- 03