基于自动综合规则库的城市大比例尺地形图缩编研究

张勇，陈凯，范云松，张双双，王前华

(1.成都市勘察测绘研究院，四川 成都 610081； 2.四川省城市信息化测绘工程技术研究中心，四川 成都 610081；3.成都市城市地下空间勘察和数字化测绘工程技术研究中心，四川 成都 610081)

1 引 言

当前，我国已全面建成地理空间框架数据库，并为政府部门、企业和公众提供便捷高效的网络化地理信息服务。城市级大比例尺空间数据库和电子地图、地理实体数据库的建设已经完成“原始积累”阶段，各类大比例尺地形图是国民经济建设的重要基础数据，是城市基础地理信息数据库建设的重要内容，其中 1∶2 000地形图实体库是城市基础地理信息数据重要组成部分。对于 1∶2 000比例尺的地形图生产，可以采用已有的 1∶500比例尺的地形图，通过制图综合获取，即地图缩编。在已有 1∶500地形图的条件下，缩编方式不仅可以提高数据的利用率、减少重复工作、获得更高的生产效率，而且可以维护不同比例尺要素表达的地理精度和一致性，提高现有数据库的价值。由于大比例尺地形图中地形、地物要素众多，而目前 1∶2 000地形图的生产更新模式主要为人工编辑，工作量巨大。为充分满足城市的快速发展、为城市的各项建设工作和公众的工作生活提供便利，需要以较高效率完成 1∶2 000地形图缩编工作。在保证数据输出符合行业标准、地形图规范质量要求前提下，如何提高生产效率已成为重要难题，因此研究和实现大比例尺地形图自动缩编具有重大意义。

中小比例尺地图自动缩编已得到了学者们长期关注，并取得丰硕的研究成果，但由于城市级大比例尺地形图地物表达要素形式较多、数据关系复杂，大比例尺地形图自动缩编的研究成果尚未成熟，尤其是能直接应用于生产实践、显著提高作业效率的地形图全要素自动缩编方法尚不多见。目前，主流的地形图缩编的方法分为两种[1～4]：①基于图形的人机交互缩编。该方式通过人工的方式对要素进行取舍、简化、合并等处理，然后修改部分线性及符号，最后进行质量检查、成果输出，如基于CAD软件开发的南方CASS可以对地形图进行基于图形的人机交互缩编；②基于数据库的自动缩编。该方法对于易于规则化且无须人工干预的综合操作，以批量式处理方式完成；对于难以规则化且需要人工干预的综合操作，以交互式综合方式完成。

本文立足1∶2 000地形图更新工作，提出了基于标准的地形空间数据库和自动综合规则库的大比例尺地形图缩编方法，在分析不同要素在 1∶500地形图和 1∶2 000地形图中的表达形式、表现方式、取舍要求的基础上，构建具有可操作性的地形图缩编综合规则库，实现了适用于生产实践的基于综合规则库的大比例尺地形图缩编系统——成都市 1∶2 000地形图自动缩编系统，并利用系统完成了天府新区成都直管区范围内共计 68 km21∶2 000地形图进行了缩编建设，极大提高了 1∶2 000地形图缩编的工作效率。

2 自动综合规则库构建

基于《成都市1∶500DLG建库规定》及《成都市 1∶2 000DLG建库规定》，建立MDB格式的标准化 1∶500DLG和 1∶2 000DLG地形空间数据库，在地理信息要素分类与编码、数据库结构、属性等方面达到统一。结合地理区域特点、服务领域、生产现状和数据标准等，梳理 1∶500地形图缩编至 1∶2 000地形图过程中在地物取舍、地物表达、图示、精度等处理要求，总结一套适用的地形图综合规则。部分要素类综合规则及指标如表1所示：

部分要素类缩编规则及指标 表1

在综合规则的基础上，对水系、居民地及工矿设施、道路、地形地貌、植被等不同要素在 1∶500数据库和 1∶2 000数据库中的不同表现形式进行提取，同时考虑地理区域环境的特性，对同类要素在不同区域采用不同的综合规则，构建缩编算法库，实现综合规则的形式化描述，突破传统人工知识经验积累，转向计算机可执行的形式化表达与解译。缩编算法库(表2)主要包括曲线光滑、曲线抽稀、曲线弯曲化简、断线合并、接头咬合、面光滑、面边界化简、面边界抽稀、提取道路中心线、面要素中轴化、等高线选取、点聚合为面、高程点选取、多边形聚合、建筑物化简、建筑物合并等18类核心算法。

3 成都市 1∶2 000地形图自动缩编系统实现

系统基于ArcGIS平台行进二次开发，构建了综合核心算法，实现了地形图空间数据库和综合规则数据库的管理、地形图数据的自动综合以及数据编辑与可视化展示。

3.1 系统构架

系统架构如图1所示，由数据层、综合算子层和应用层三个部分组成。

(1)数据层是建立空间数据和综合规则库的基础管理平台，为数据维护、空间索引的建立、地图要素的分层管理、多功能图形标识查询、逻辑条件查询、地图目标的可视化、要素几何编辑和属性编辑提供基础支撑。

(2)综合算子层是基于ArcGIS二次开发实现，提供点、线、面不同几何目标选取、化简、合并、移位的综合算子算法，建立底图层、综合层数据混合显示框架环境。

(3)应用层面向现有地图数据库制定综合规则，组织设计软件系统应用界面，为用户直接提供系统服务。

3.2 系统功能

成都市1∶2 000地形图自动缩编系统主要包含工程管理、可视化管理和地图综合三大功能。

(1)工程管理

工程管理主要功能包括新建缩编工程、打开缩编工程、保存缩编工程、工程另存为、添加数据等功能。工程管理模块实现了按缩编工程对数据进行管理，一个工程由工程数据库(mdb)、地图文档(mxd)、工程元文件(gen)构成。

(2)可视化管理

可视化管理包括标准符号化、底图开关、综合图开关、全图开工、缩放到当前图层范围等功能。可视化管理主要通过右键菜单的方法实现图形数据按 1∶500和 1∶2 000的地形图的标准符号化、不同类型图层显示、隐藏控制、地图缩放等可视化操作，系统界面如图2所示。

图2 系统可视化管理功能图

(3)地图综合

地图综合功能是系统的核心，包括综合参数设置、通用工具、综合编辑工具三部分。综合参数设置包括点综合算法、线综合算法、面综合算法参数设置；通用工具主要实现常规地图操作、属性查询、要素选择、要素编辑等功能；综合工具主要实现综合取舍、要素光滑、要素抽稀、要素化简、断线合并、接头咬合、提取道路中心线、面要素中轴化、等高线选取、点聚合为面、高程点选取、多边形聚合、建筑物化简、建筑物合并等功能。系统通过设置不同的综合规则参数(界面如图3所示)，对取舍要素和部分缩编要素采用批处理方式，实现自动数据综合。

图3 综合参数设施示意图

4 工程应用

基于成都市1∶2 000地形图自动缩编系统，对天府新区成都直管区面积约 68 km2范围内的大比例尺地形图进行缩编，将成都标准的 1∶500地形图缩编为成都标准 1∶2 000地形图。缩编要素包括水系及附属设施、居民地、工矿建筑物及其他设施、交通及附属设施、管线及附属设施、地貌、植被等。通过缩编软件，按照缩编流程(如图4所示)，合理地配置缩编规则，能实现大部分要素的自动综合和选取，极大提高了 1∶2 000地形图的生产效率。

图4 缩编流程图

在1∶500地形图数据正确、规范的前提下，利用规则库完成要素取舍、合并和形态化简等综合操作，并结合人工干预生产出的 1∶2 000地形图成果，经过质量检查，数据取舍合理，主次分明，表示恰当，符号运用正确，地物地貌要素齐全，缩编效果良好(如图5所示)，符合生产相关规定。

5 结 论

基于自动综合规则库的大比例尺地形图缩编方法，构建自动缩编系统，能有效地提升工程生产中地图缩编的自动化综合程度，通过自动综合+人机交互的方式，能快速生产符合 1∶2 000地形图相关规范的成果数据，提升 1∶2 000地形图更新效率，并能保持地理框架空间数据库中不同比例尺数据的一致性，满足当前自然资源管理、国土空间规划对大比例地形图快速生产与更新的要求。

图5 缩编效果示意图