基于ArcGIS的圖幅自動(dòng)接邊方法的實(shí)現(xiàn)*

歐美極，周江剛，周 艷

(安徽理工大學(xué)測(cè)繪學(xué)院，安徽淮南 232001)

0 引言

隨著信息化時(shí)代的不斷推進(jìn)和發(fā)展，地理信息系統(tǒng)(GIS)在各行業(yè)中的運(yùn)用日趨廣泛，而各式各樣的GIS應(yīng)用都是建立在地理空間數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上的。為方便數(shù)據(jù)處理和存儲(chǔ)，地理空間數(shù)據(jù)通常是分幅采集和存儲(chǔ)的，這樣就使得現(xiàn)實(shí)世界中本該為一個(gè)整體的地物目標(biāo)被圖幅邊界分割為多個(gè)對(duì)象。此外，由于數(shù)據(jù)處理過(guò)程中的容差或處理過(guò)程的不一致，導(dǎo)致本該吻合的目標(biāo)地物可能會(huì)在圖幅邊緣產(chǎn)生空間錯(cuò)位，從而影響了空間數(shù)據(jù)的質(zhì)量，影響數(shù)據(jù)的查詢(xún)、分析和應(yīng)用。因此，研究快速無(wú)縫拼接技術(shù)方法對(duì)于基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)的生產(chǎn)和應(yīng)用具有重要現(xiàn)實(shí)意義［1］。

當(dāng)前，主要還是依靠人工進(jìn)行多圖幅手動(dòng)拼接，這種方式不僅工作量大而且容易出錯(cuò)。為了解決此問(wèn)題，本文以安徽省基礎(chǔ)數(shù)據(jù)為例，將ArcGIS Engine和Microsoft Visual Studio 2010相結(jié)合最終實(shí)現(xiàn)了批量數(shù)據(jù)的自動(dòng)線(xiàn)拼接。

1 圖幅線(xiàn)要素接邊存在問(wèn)題的提出

數(shù)據(jù)的分幅采集和存儲(chǔ)造成原本完整的地物目標(biāo)出錯(cuò)，如圖1所示，同一地物跨越兩個(gè)相鄰圖幅，實(shí)際操作中可能出現(xiàn)更加復(fù)雜的拼接偏差。圖幅A、B中各有一線(xiàn)狀地理要素，它們是同一地物目標(biāo)的不同組成部分，具有相同的屬性特征［2］。數(shù)據(jù)精確時(shí)，這兩個(gè)線(xiàn)狀要素拼接吻合，而由于誤差的存在，很難做到完全拼接。這時(shí)就需要采取一定方法使其拼接完全，形成完整的地理要素。

圖1 數(shù)據(jù)誤差造成的接邊問(wèn)題Fig.1 Edge matching problem caused by data errors

2 接邊關(guān)鍵問(wèn)題

2.1 接邊原則

同線(xiàn)型、同圖層優(yōu)先原則和精度優(yōu)先原則。數(shù)字地圖都是按分類(lèi)編碼分層存儲(chǔ)的，同一圖形元素在相鄰的兩幅圖中應(yīng)放在同一圖層，具有相同的線(xiàn)型，所以自動(dòng)接邊時(shí)必須遵循這一原則［4］。

2.2 屬性變化

接邊處理必定會(huì)使地物地貌的屬性發(fā)生變化，面積、長(zhǎng)度等自動(dòng)相加后，保留累加值，刪除原來(lái)的面積。為更好地表現(xiàn)這些變化，可考慮增加屬性字段，將接邊前后發(fā)生改變的屬性進(jìn)行標(biāo)注［5］。其他屬性因?yàn)槭且粯拥模Ａ粢粋€(gè)即可，只是圖幅不能拼接時(shí)會(huì)出現(xiàn)兩個(gè)相同屬性［5］。

2.3 誤差處理

數(shù)據(jù)誤差不僅來(lái)源于外業(yè)數(shù)據(jù)采集，數(shù)字化本身也會(huì)帶來(lái)誤差，從而使本該拼接在一起的地物、地貌特征線(xiàn)拼接后出現(xiàn)偏差。當(dāng)相鄰圖幅在接邊時(shí)的對(duì)應(yīng)要素間距離小于0.3 mm時(shí)，可以不考慮誤差影響，直接進(jìn)行接邊;當(dāng)距離在0.3～0.6 mm時(shí)，兩要素各自移動(dòng)1/2距離;當(dāng)距離大于0.6 mm時(shí)，則按一般制圖原則進(jìn)行接邊，并作記錄［5］。

3 技術(shù)流程及程序?qū)崿F(xiàn)

3.1 無(wú)縫拼接總體流程

線(xiàn)要素?zé)o縫拼接總體流程，如圖2所示。拼接過(guò)程中，根據(jù)距離和屬性字段兩個(gè)條件來(lái)判斷兩個(gè)要素是否要拼接。距離條件是指兩個(gè)線(xiàn)要素之間的最短距離是否小于給定的閾值，屬性條件是指兩個(gè)線(xiàn)要素的某些屬性特征是否相同，如果兩個(gè)線(xiàn)要素之間的最短距離小于給定的閾值并且指定的屬性特征值相同則認(rèn)為這兩個(gè)線(xiàn)要素是同一地物［6］。本文在進(jìn)行無(wú)縫拼接時(shí)先進(jìn)行距離判斷，按照既定的閾值(0.000 02)生成合適的選擇集，再對(duì)選擇集內(nèi)的線(xiàn)要素進(jìn)行屬性特征的判定。

圖2 線(xiàn)要素拼接總體流程圖Fig.2 The overall flow chart of line feature edge matching

3.2 編程實(shí)現(xiàn)

ArcGIS Engine是ESRI公司推出的一個(gè)用于定制應(yīng)用的完整的嵌入式GIS組件庫(kù)［2］。開(kāi)發(fā)者可以利用ArcGIS Engine集成GIS功能，避免考慮底層的空間算法，進(jìn)而降低難度，提高效率。ArcGIS Engine支持多種主流開(kāi)發(fā)語(yǔ)言，如Microsoft Visual Studio，Java 等，為開(kāi)發(fā)者提供了便利［3］。

根據(jù)以上流程分析，具體實(shí)現(xiàn)代碼如下:

4 應(yīng)用實(shí)例

為檢測(cè)程序的有效性，本文以安徽省1∶25萬(wàn)基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)為例，進(jìn)行測(cè)試。安徽省基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)是安徽省空間數(shù)據(jù)基礎(chǔ)設(shè)施的重要組成部分，為經(jīng)濟(jì)信息提供數(shù)字化空間平臺(tái)，為安徽省級(jí)各技術(shù)交流部門(mén)進(jìn)行區(qū)域規(guī)劃、災(zāi)害監(jiān)測(cè)、防洪搶險(xiǎn)、環(huán)境保護(hù)、宏觀決策等提供基礎(chǔ)地理信息服務(wù)。地形數(shù)據(jù)庫(kù)以矢量方式存儲(chǔ)管理境界、水系、交通、居民地、地貌等地物要素［7］。由于地形數(shù)據(jù)分幅處理過(guò)程中的容差或數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、轉(zhuǎn)換精度等原因，造成部分相鄰圖幅之間存在縫隙，使得同一地物在圖幅邊緣兩側(cè)存在幾何位置偏差。具體操作為:首先啟動(dòng)ArcMap批量添加字段(見(jiàn)圖3)，再遍歷圖括線(xiàn)進(jìn)行要素合并(見(jiàn)圖4)，最后完成圖幅的自動(dòng)拼接(見(jiàn)圖5)。

圖3 批量添加字段Fig.3 The added fields in batches

圖4 合并要素Fig.4 The combined elements

圖5 圖幅自動(dòng)拼接前后示意圖Fig.5 Comparison before and after automatic edge matching of map sheet

5 結(jié)束語(yǔ)

本文針對(duì)安徽省1∶25萬(wàn)地形數(shù)據(jù)庫(kù)中地理實(shí)體分幅存儲(chǔ)、圖幅間存在縫隙的問(wèn)題，研究并實(shí)現(xiàn)了線(xiàn)要素的自動(dòng)拼接。由實(shí)例對(duì)比可見(jiàn)該方法較好地解決了地理實(shí)體在相鄰圖幅中的不連續(xù)問(wèn)題。但是，由于數(shù)據(jù)精度及圖幅變形等因素，后期還需要進(jìn)行大量的數(shù)據(jù)檢查工作，因此還需進(jìn)一步深入研究新的方法，以便更好地實(shí)現(xiàn)海量數(shù)據(jù)庫(kù)中線(xiàn)要素的自動(dòng)拼接。

［1］楊?lèi)?ài)，王發(fā)良，朱秀麗，等.一種基于實(shí)體匹配的面要素?zé)o縫拼接方法及精度分析［J］.地理信息世界，2012(3):68－72.

［2］劉慶元，周容.一種基于ArcGIS Engine的線(xiàn)狀圖幅接邊方法［J］.計(jì)算機(jī)時(shí)代，2008(2):4－6.

［3］劉仁義，劉南.ArcGIS開(kāi)發(fā)寶典［M］.北京:科學(xué)出版社，2006.

［4］張振利，孫建華.數(shù)字地圖自動(dòng)接邊實(shí)現(xiàn)［J］.北京測(cè)繪，2008(2):27－31.

［5］王永哲，金永寶.基于ArcGIS Engine9.2的圖幅自動(dòng)接邊算法的實(shí)現(xiàn)［J］.安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2008，36(34):15 263 －15 265.

［6］朱欣焰，張建超，李德仁，等.無(wú)縫空間數(shù)據(jù)庫(kù)的概念、實(shí)現(xiàn)與問(wèn)題研究［J］.武漢大學(xué)學(xué)報(bào):信息科學(xué)版，2002，27(4):382 －383.

［7］國(guó)家基礎(chǔ)地理信息中心.1∶25萬(wàn)數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)說(shuō)明［EB/OL］.http://wenku.baidu.com/view/95d8e0da5022aaea998f0f6b.html?re=view，1999 －06，2014 －08 －30.