AutoCAD平臺(tái)下DLG建庫的關(guān)鍵技術(shù)研究

劉仁峰，吳志春

(湖南省第三測(cè)繪院，湖南 長(zhǎng)沙 410007)

LIU Renfeng,WU Zhichun

AutoCAD平臺(tái)下DLG建庫的關(guān)鍵技術(shù)研究

劉仁峰，吳志春

(湖南省第三測(cè)繪院，湖南 長(zhǎng)沙 410007)

Research on the Key Technique for Database of DLG Topographic Maps Based on AutoCAD Platform

LIU Renfeng,WU Zhichun

摘要：為了解決數(shù)字城市大比例尺地形圖數(shù)據(jù)建庫的技術(shù)問題，介紹了AutoCAD平臺(tái)下DLG建庫數(shù)據(jù)處理的主要內(nèi)容，對(duì)建庫數(shù)據(jù)處理的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了研究；通過ObjectARX的二次開發(fā)實(shí)現(xiàn)了在AutoCAD平臺(tái)下完成DLG建庫的數(shù)據(jù)處理。通過生產(chǎn)實(shí)際應(yīng)用發(fā)現(xiàn)，該技術(shù)方案大大提高了數(shù)據(jù)入庫的工作效率，為數(shù)字城市建設(shè)提供了強(qiáng)有力的技術(shù)保障。

引文格式： 劉仁峰，吳志春. AutoCAD平臺(tái)下DLG建庫的關(guān)鍵技術(shù)研究[J].測(cè)繪通報(bào)，2015(9)：113-116.DOI:10.13474/j.cnki.11-2246.2015.0294

關(guān)鍵詞：AutoCAD；DLG建庫；數(shù)據(jù)處理；拓?fù)錁?gòu)建；ObjectARX

中圖分類號(hào)：P208

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：0494-0911(2015)09-0113-04

收稿日期：2015-06-03

作者簡(jiǎn)介：劉仁峰(1978—)，男，高級(jí)工程師，主要從事航空攝影測(cè)量的研究工作。E-mail：173406808@qq.com

通信作者：吳志春

一、引言

為了滿足數(shù)字城市建設(shè)的需要，我國(guó)在信息領(lǐng)域進(jìn)行了一系列的建設(shè)，并相繼建成了一批城市級(jí)的數(shù)據(jù)庫。1∶500、1∶1000、1∶2000等大比例尺DLG主要用于小范圍內(nèi)精確研究、評(píng)價(jià)地形，為數(shù)字城市的開展提供了一定的保障。因此，數(shù)字城市的建設(shè)涉及1∶500、1∶1000、1∶2000地形圖數(shù)據(jù)加工與入庫等工作內(nèi)容。數(shù)據(jù)處理內(nèi)容包括數(shù)據(jù)圖形的處理、數(shù)據(jù)屬性的編輯、數(shù)據(jù)文件類型的轉(zhuǎn)換、坐標(biāo)系統(tǒng)轉(zhuǎn)換等工作。為了減少數(shù)據(jù)處理人員的工作量，提高工作效率，本文設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了基于AutoCAD平臺(tái)的DLG建庫數(shù)據(jù)處理流程，為保證數(shù)據(jù)質(zhì)量提供了技術(shù)保障，規(guī)范了建庫數(shù)據(jù)處理工作流程。

二、建庫數(shù)據(jù)處理主要內(nèi)容

建庫數(shù)據(jù)處理的主要內(nèi)容包括圖形數(shù)據(jù)整理、屬性數(shù)據(jù)加工、文件格式轉(zhuǎn)換、坐標(biāo)系統(tǒng)轉(zhuǎn)換4個(gè)方面。

1. 圖形數(shù)據(jù)整理

(1) 要素分層處理

根據(jù)《基礎(chǔ)地理信息要素分類與代碼》(GB/T 13923—2006)中的規(guī)定，基礎(chǔ)地理信息要素一般分為定位基礎(chǔ)、水系、居民地及設(shè)施、交通、管線、境界與政區(qū)、地貌、植被與土質(zhì)8個(gè)大類。進(jìn)行分層時(shí)，在符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的前提下，要充分考慮項(xiàng)目的需要，對(duì)其他行業(yè)的數(shù)據(jù)可自定義添加專題圖層；同時(shí)也需要考慮GIS數(shù)據(jù)的特點(diǎn)對(duì)點(diǎn)、線、面進(jìn)行分層處理。

(2) 點(diǎn)狀地物處理

在AutoCAD數(shù)據(jù)中，點(diǎn)狀地物主要以塊對(duì)象表示。處理時(shí)主要提取塊狀地物的定位點(diǎn)，不要打散塊。對(duì)于有方向的點(diǎn)狀地物如水閘，需檢查其方向是否與原始數(shù)據(jù)保持一致。

(3) 線狀地物處理

在處理線狀地物時(shí)，雙線地物需要兩邊分開單獨(dú)處理；復(fù)雜線狀符號(hào)、部分地物(如道路、鐵路等)需要提取中心線；帶有方向指示的線狀地物(如陡坎、斜坡)需注意地物的方向。

(4) 面狀地物處理

在原始數(shù)據(jù)中，面狀地物多用填充對(duì)象來表示(如突出房屋)，也有一些面狀地物用說明文字注記來標(biāo)識(shí)(如塘)，在入庫處理時(shí)需構(gòu)建拓?fù)涿?。有些面域需要用Label點(diǎn)來標(biāo)注，如房屋里的天井；又如一個(gè)環(huán)形房屋，四周是5層，中心部分是6層，這種情況往往只能通過Label點(diǎn)才能合理表示。

(5) 注記處理

在AutoCAD數(shù)據(jù)中，注記往往是分隔開的文字，入庫處理時(shí)需要把這些注記合并起來，方便轉(zhuǎn)成數(shù)據(jù)庫支持?jǐn)?shù)據(jù)格式。原始數(shù)據(jù)中的居民地、著名景點(diǎn)、大型廠礦企業(yè)名稱是注記提取的重點(diǎn)。

2. 屬性數(shù)據(jù)加工

(1)分類代碼

參照國(guó)標(biāo)《基礎(chǔ)地理信息要素分類與代碼》(GB/T 13923—2006)規(guī)定，分類代碼的處理是很重要的一項(xiàng)工作內(nèi)容，所有的要素都要通過要素代碼來區(qū)分(如210100表示常年河，420101表示已建成國(guó)道等)。在實(shí)際情況中，很多原始數(shù)據(jù)的分類編碼是CASS的編碼，這就需要進(jìn)行編碼的轉(zhuǎn)換，將其轉(zhuǎn)換為《基礎(chǔ)地理信息要素分類與代碼》(GB/T 13923—2006)的編碼要求。

(2)屬性編輯

除了分類代碼之外，根據(jù)項(xiàng)目的需求，對(duì)要素還需要采集一些附帶的擴(kuò)展屬性，表1是居民地屬性的示意結(jié)構(gòu)表。

表1　居民地屬性數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

原始數(shù)據(jù)中有些數(shù)據(jù)具有屬性，如CASS中的房屋有屬性結(jié)構(gòu)與樓層等屬性內(nèi)容，但有時(shí)屬性值與圖面上的注記內(nèi)容不一致，這種情況就需要提取文字注記中的信息附加到要素屬性中。

3. 文件格式轉(zhuǎn)換

Esri公司的Shapefile文件是一種描述空間數(shù)據(jù)幾何和屬性特征的非拓?fù)鋵?shí)體矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的格式，是一種開放的空間數(shù)據(jù)格式。目前，該文件格式已成為地理信息軟件界的一個(gè)開放標(biāo)準(zhǔn)，Shapefile也是一種重要的交換格式，因此DLG建庫數(shù)據(jù)處理的成果一般也采用Shapefile文件格式。

4. 坐標(biāo)系統(tǒng)轉(zhuǎn)換

2000國(guó)家大地坐標(biāo)系于2008年正式啟用，但是目前由于很多測(cè)繪資料都是1980西安坐標(biāo)系、1954北京坐標(biāo)系或地方獨(dú)立坐標(biāo)系下的成果，因此需要將其進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換。

利用均勻分布在測(cè)區(qū)的多對(duì)控制點(diǎn)，采用平面四參數(shù)模型(平移、縮放、旋轉(zhuǎn))，利用最小二乘法求得殘差最小的一組參數(shù)。

三、建庫數(shù)據(jù)處理關(guān)鍵技術(shù)

1. AutoCAD二次開發(fā)技術(shù)

ObjectARX是Autodesk公司針對(duì)AutoCAD平臺(tái)上的二次開發(fā)而推出的一個(gè)開發(fā)軟件包，它提供了以C++為基礎(chǔ)的面向?qū)ο蟮拈_發(fā)環(huán)境及應(yīng)用程序接口，能真正快速地訪問AutoCAD圖形數(shù)據(jù)庫。與以往的AutuCAD二次開發(fā)工具AutoLISP和ADS不同，ObjectARX應(yīng)用程序是一個(gè)動(dòng)態(tài)鏈接庫(DLL)，共享AutoCAD的地址空間，對(duì)AutoCAD進(jìn)行直接函數(shù)調(diào)用。因此，使用ARX編程的函數(shù)的執(zhí)行速度得以大大提高。ARX類庫采用了標(biāo)準(zhǔn)的C++類庫的封裝形式，也大大提高了程序員編程的可靠度和效率。

本文涉及的建庫數(shù)據(jù)處理關(guān)鍵技術(shù)，均采用ObjectARX在AutoCAD平臺(tái)下進(jìn)行二次開發(fā)予以實(shí)現(xiàn)。

2. 關(guān)鍵圖形算法技術(shù)

(1) 射線法判斷點(diǎn)多邊形位置關(guān)系

點(diǎn)多邊形位置關(guān)系是指：判斷一個(gè)點(diǎn)與多邊形的位置關(guān)系(在內(nèi)部、在線上、在外部)。常用的檢驗(yàn)方法有兩種：夾角和檢驗(yàn)法、交點(diǎn)數(shù)檢驗(yàn)法(射線法)。由于計(jì)算量小，射線法在圖形算法求點(diǎn)多邊形位置關(guān)系更為常用。

射線法如圖1所示，由點(diǎn)P向任意方向作一條射線，然后求出射線與多邊形相交而得到的交點(diǎn)數(shù)，如果交點(diǎn)數(shù)為偶數(shù)(包括0)，則說明點(diǎn)P必在多邊形之外，如圖1(a)所示；如果交點(diǎn)為奇數(shù)，則說明點(diǎn)P必在多邊形之內(nèi)，如1(b)所示。

圖1　射線法

(2) 面域布爾運(yùn)算算法

圖形布爾運(yùn)算是指對(duì)平面上的兩個(gè)圖形進(jìn)行幾何運(yùn)算以得到新的圖形，這種幾何運(yùn)算是以圖形為運(yùn)算對(duì)象。圖形布爾運(yùn)算包括兩個(gè)圖形的交、并、差等運(yùn)算，具體算法如下：

1) 計(jì)算交點(diǎn)。

2) 根據(jù)交點(diǎn)將多邊形分成幾部分，然后計(jì)算A各部分在B多邊形的內(nèi)部還是外部，以及B各部分在A的內(nèi)部還是外部(求交集時(shí)結(jié)果選取的是內(nèi)部部分，求并集時(shí)結(jié)果選取的是外部部分，求差集時(shí)A求的在B的外部，B求的是在A的內(nèi)部部分)，如圖2—圖4所示。

3) 將有效的部分連成一個(gè)新的多邊形面域。

圖2　A與B求交集示意圖

圖3　A與B求并集示意圖

圖4　A與B求差集示意圖

(3) 拓?fù)錁?gòu)面

① 線要素節(jié)點(diǎn)計(jì)算與提取

將參與拓?fù)錁?gòu)面的線要素進(jìn)行相交計(jì)算，判斷其是否相交，若相交，將所有交點(diǎn)提取，同時(shí)將每個(gè)線要素的首末端點(diǎn)也作為節(jié)點(diǎn)提取(圖5中黑點(diǎn)即為要提取的節(jié)點(diǎn))。

② 線的打斷處理

圖5　拓?fù)錁?gòu)面運(yùn)算示意圖

對(duì)每條線經(jīng)過的節(jié)點(diǎn)，按其經(jīng)過順序?qū)€進(jìn)行打斷操作，并剔除重復(fù)線。以圖5為例，其中黑點(diǎn)間的12條線即為4條線被打斷后形成的。

③ 拓?fù)錁?gòu)面

對(duì)打斷后的線要素進(jìn)行構(gòu)面，首先判斷其首尾端點(diǎn)是否相同，如果相同則返回面，否則尋找端點(diǎn)相連的最左側(cè)(或最右側(cè))的線，如果未找到構(gòu)面，進(jìn)行下一條線的計(jì)算。如果找到，則進(jìn)行連接，通過遞歸，直至首尾點(diǎn)相同返回閉合的線要素即面；或找不到端點(diǎn)相連線，返回空值[3]。其拓?fù)錁?gòu)面流程如圖6所示。

圖6　拓?fù)錁?gòu)面流程

(4) 面拓?fù)潢P(guān)系建立

AutoCAD下通常使用封閉的多段線來表示線，這些面的拓?fù)潢P(guān)系的計(jì)算問題如圖7所示。建立拓?fù)潢P(guān)系算法如下(以圖8中A與B為例)：

1) 比較A與B的外包矩形對(duì)角線的長(zhǎng)度大小，如果B>A，A與B互換。

圖7　建立拓?fù)潢P(guān)系示意圖

圖8　建立拓?fù)潢P(guān)系樹結(jié)構(gòu)表示

2) 計(jì)算B的Label點(diǎn)P。

3) 判斷點(diǎn)P是否在A的外包矩形內(nèi)，如果不在則結(jié)束運(yùn)算，B不在A內(nèi)，如果在內(nèi)繼續(xù)步驟4)。

4) 根據(jù)射線法計(jì)算P點(diǎn)是否在A內(nèi)，如果在外則結(jié)束運(yùn)算，B不在A內(nèi)，如果在內(nèi)繼續(xù)步驟5)。

5) 添加B作為A樹的子節(jié)點(diǎn)，然后根據(jù)樹本身的節(jié)點(diǎn)重新排列B所在所節(jié)點(diǎn)的位置。

四、建庫數(shù)據(jù)處理程序開發(fā)實(shí)現(xiàn)

本文涉及的建庫數(shù)據(jù)處理關(guān)鍵技術(shù)均采用ObjectARX在AutoCAD平臺(tái)下進(jìn)行二次開發(fā)實(shí)現(xiàn)。

程序功能模塊分為數(shù)據(jù)編輯模塊、數(shù)據(jù)檢查模塊、坐標(biāo)轉(zhuǎn)換模塊、數(shù)據(jù)輸出模塊、輔助功能模塊，程序主菜單如圖9所示，輸出結(jié)果如圖10所示。

圖9　建庫數(shù)據(jù)處理程序主界面

圖10　數(shù)據(jù)輸出結(jié)果

五、結(jié)束語

本文通過ObjectARX二次開發(fā)實(shí)現(xiàn)了在AutoCAD平臺(tái)下完成DLG建庫數(shù)據(jù)處理所涉及的算法，

建立了基于AutoCAD的DLG與空間數(shù)據(jù)庫的鏈接,實(shí)現(xiàn)了DLG中各種圖元數(shù)據(jù)的自動(dòng)入庫，以及圖元與屬性信息的鏈接。實(shí)踐證明，可以充分利用AutoCAD強(qiáng)大編輯制圖的優(yōu)點(diǎn)，二次開發(fā)解決DLG建庫數(shù)據(jù)處理技術(shù)問題，可以生產(chǎn)出滿足建庫數(shù)據(jù)要求的數(shù)據(jù)。該技術(shù)路線大大提高了數(shù)據(jù)入庫的工作效率，為數(shù)字城市建設(shè)提供了強(qiáng)有力的技術(shù)保障，為目前存于AutoCAD平臺(tái)下的DLG直接處理生產(chǎn)建庫數(shù)據(jù)提供了一種有效的方法。

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