地理國情監(jiān)測路網(wǎng)數(shù)據(jù)程序化更新研究地理國情監(jiān)測路網(wǎng)數(shù)據(jù)程序化更新研究

吳森相

(福建省測繪院 福建福州 350003)

道路工程在推動區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展，加快區(qū)域之間溝通交流等方面發(fā)揮著非常積極的作用。對道路信息進(jìn)行精確識別和定位，在地理國情監(jiān)測等方面有著不容忽視的意義和作用[1]。

地理國情監(jiān)測的路網(wǎng)數(shù)據(jù)更新，主要從已完成數(shù)據(jù)采集成果中的鐵路、公路要素層、城市道路層和鄉(xiāng)村道路層中，將變化的鐵路、國省縣鄉(xiāng)道、連接道等必要的要素以及保持交通網(wǎng)弧段連通所需的其他要素，在確保路網(wǎng)合理連通性的前提下，按照“重要性最高、距離最短、個數(shù)最少”的原則進(jìn)行更新[2]。在歷年的路網(wǎng)數(shù)據(jù)更新中，采用人機(jī)交互的方式提取道路變化信息，存在生產(chǎn)效率低下及圖形、屬性更新準(zhǔn)確率不高等問題。為解決這些問題，本文以福建省地理國情監(jiān)測項(xiàng)目路網(wǎng)數(shù)據(jù)更新為例，利用軟件編程的方式實(shí)現(xiàn)路網(wǎng)數(shù)據(jù)的快速更新。

1 路網(wǎng)數(shù)據(jù)年度更新的特點(diǎn)

地理國情監(jiān)測是對地表自然和人文地理要素的空間分布、主要特征、相互關(guān)系、時空演變等進(jìn)行持續(xù)性的調(diào)查、統(tǒng)計(jì)、分析、評價、預(yù)測的活動[3],其基本特性包括數(shù)據(jù)的一致性、現(xiàn)勢性以及繼承性。路網(wǎng)數(shù)據(jù)更新包含國情監(jiān)測的一般屬性，也包括其自身的特性，即利用道路監(jiān)測成果數(shù)據(jù)，提取圖形、屬性變化的要素，按照技術(shù)設(shè)計(jì)要求，將其轉(zhuǎn)繪到路網(wǎng)數(shù)據(jù)層中。

2 道路要素變化類型分析

在地理國情監(jiān)測中，路網(wǎng)數(shù)據(jù)更新與道路監(jiān)測成果數(shù)據(jù)戚戚相關(guān)。道路層包括UV_LRDL(公路)、UV_LRRL(鐵路)、UV_LCTL(城市道路)及UV_LVLL(鄉(xiāng)村路),是以線狀圖形進(jìn)行表達(dá)的。在年度監(jiān)測中，道路變更包括道路新增、道路改道和拓寬、道路廢棄以及道路屬性發(fā)生變化等，因此相應(yīng)的道路圖形變化包括：(1)由于幾何要素編輯需要被切分打斷，但其空間位置未發(fā)生變化的要素；(2)實(shí)地未發(fā)生變化，只是根據(jù)精度更高的監(jiān)測資料(如：高精度影像)，對原有幾何要素進(jìn)行修正的要素；(3)屬性發(fā)生了變化，但空間位置沒有發(fā)生變化的要素；(4)實(shí)地道路發(fā)生了伸縮或者位移變化，對原有道路幾何圖形進(jìn)行編輯的要素；(5)實(shí)地新建已完工的道路；(6)由于道路改道，實(shí)地道路已廢棄使用的幾何要素。

在地理國情監(jiān)測中，道路變化信息采用CHANGETYPE字段進(jìn)行記錄的。CHANGETYPE值對應(yīng)變化類型，如表1。

表1 CHANGETYPE值對應(yīng)變化類型

3 路網(wǎng)數(shù)據(jù)圖形更新

在地理國情監(jiān)測中，路網(wǎng)數(shù)據(jù)圖形更新包括圖形分割和圖形替換兩部分。

3.1 圖形分割原理

路網(wǎng)數(shù)據(jù)層(N_LRDL)的圖形分割是在完成道路層(UV_LRDL)要素年度更新的基礎(chǔ)上，根據(jù)CHANGETYPE值為“-1”和“1”的圖形進(jìn)行更新的。本底數(shù)據(jù)中，兩個圖層相關(guān)聯(lián)各要素的空間位置、節(jié)點(diǎn)及屬性是完全一致的，因此在軟件編程中，路網(wǎng)數(shù)據(jù)依托于新增圖形的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行圖形分割，其原理設(shè)計(jì)如下：(1)從UV_LRDL層中提取CHANGETYPE值為“-1”和“1”的線段；(2)提取的線段及N_LRDL層中所有線段的節(jié)點(diǎn)分別生成空間點(diǎn)；(3)將分別生成的空間點(diǎn)進(jìn)行擦除，剩余的點(diǎn)即為N_LRDL層線狀要素需分割的空間位置點(diǎn)；(4)以剩余點(diǎn)為基點(diǎn)對N_LRDL層的線狀要素進(jìn)行切分。

圖形分割的主要目的是保證N_LRDL與UV_LRDL要素分割的空間位置及線段長度保持一致，同時也為CHANGETYPE值為“1”“-2”和“3”的圖形更新打下基礎(chǔ)。

3.2 圖形替換原理

圖形替換是在圖形分割完成的基礎(chǔ)上進(jìn)行更新的。圖形替換包括新增道路、實(shí)地道路改道或道路屬性變化引起的圖形更新(如圖1)。N_LRDL圖形替換自動化更新實(shí)現(xiàn)中，根據(jù)路網(wǎng)數(shù)據(jù)更新的特性結(jié)合UV_LRDL層字段CHANGETYPE值進(jìn)行設(shè)計(jì)。

圖1 圖形替換解析圖

3.2.1 CHANGETYPE值為“0”的圖形更新

路網(wǎng)數(shù)據(jù)按照更新原則，本底數(shù)據(jù)中其他公路的部分圖形并沒有在N_LRDL層中進(jìn)行表達(dá)。因此，在實(shí)現(xiàn)程序化更新中，要充分考慮由其他公路升級為鄉(xiāng)道及以上道路的圖形更新。在程序自動化實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)中，提取同時滿足UV_LRDL層字段CHANGETYPE值為“0”、RN值第一個字符為“Y、X、S、G”和字段CHANGEATT值中有“RN”條件的要素，將本底數(shù)據(jù) N_LRDL的要素與提取的要素進(jìn)行擦除，擦除成果即為補(bǔ)充至N_LRDL層的要素?？紤]到道路的連通性，對N_LRDL層中RN值相同的要素進(jìn)行圖形懸掛判斷，如果線段兩個端點(diǎn)都懸掛，將其提取出來，進(jìn)行人工處理。

3.2.2 CHANGETYPE值為“1”“-2” 的圖形更新

在國情監(jiān)測中，N_LRDL層與UV_LRDL層的圖形存在邏輯關(guān)系包括：(1)UV_LRDL層的圖形完成包含在N_LRDL層內(nèi)，(2)UV_LRDL層的圖形部分包含于N_LRDL層內(nèi)，(3)UV_LRDL層的圖形不包含在N_LRDL層內(nèi)。因此在N_LRDL層圖形更新的程序設(shè)計(jì)中，依據(jù)兩個圖層圖形的相互邏輯關(guān)系進(jìn)行設(shè)計(jì)。如果兩個圖層的圖形有包含關(guān)系(兩條線段相交只有一個交點(diǎn)的除外)，直接將UV_LRDL層的圖形替換到N_LRDL圖層中，屬性與本底保留一致；如果兩個圖層的圖形沒有包含關(guān)系，直接提取UV_LRDL層的要素幾何圖形，拷貝到N_LRDL層中，除建庫階段處理的屬性值外，其余要素屬性與提取的UV_LRDL層屬性值保持一致。

3.2.3 CHANGETYPE值為“2” 的圖形更新

新增道路包括年度監(jiān)測中新增的國省縣鄉(xiāng)道、連接道和原有道路技術(shù)等級降級的道路。在N_LRDL的圖形更新中，主要考慮的是原有技術(shù)等級降級處理的道路，其余圖形可以直接拷貝到N_LRDL層中。因此軟件編程設(shè)計(jì)原理如下：(1)提取UV_LRDL層字段CHANGETYPE值為“2”的圖形；(2)根據(jù)提取的要素與 N_LRDL層的要素進(jìn)行重疊分析，如果兩者100%重疊，保留N_LRDL層中的圖形，除建庫階段賦值的屬性項(xiàng)進(jìn)行置空外，其余屬性值保留不變；如果兩者沒有重疊(交點(diǎn)除外)，將UV_LRDL層的圖形(含屬性)直接拷貝到N_LRDL層。

3.2.4 CHANGETYPE值為“3” 的圖形更新

在路網(wǎng)數(shù)據(jù)層中，廢棄道路的幾何圖形是不進(jìn)行表達(dá)的。由于UV_LRDL層CHANGETYPE值為“3”的要素與N_LRDL層的要素圖形是完成一致的，因此在程序快速更新編程中，根據(jù)其空間位置一致性的特點(diǎn)，按照以下原理進(jìn)行設(shè)計(jì)：(1)提取UV_LRDL層字段CHANGETYPE值為“3”的圖形；(2)將提取的圖形與N_LRDL層圖形進(jìn)行空間分析，如果兩者空間位置完全一致，則對N_LRDL層的圖形進(jìn)行物理刪除。

4 路網(wǎng)數(shù)據(jù)屬性更新

圖形更新處理后，N_LRDL層與UV_LRDL層更新要素的空間位置是一致的，在此基礎(chǔ)上，對路網(wǎng)屬性進(jìn)行更新、賦值。路網(wǎng)屬性更新包括專用屬性項(xiàng)的屬性更新和CHANGTYPE字段賦值(如圖2)。

圖2 路網(wǎng)屬性更新解析圖

4.1 專用屬性項(xiàng)的屬性更新

路網(wǎng)數(shù)據(jù)的圖形更新后，N_LRDL層與UV_LRDL層各相關(guān)要素的圖形是完全一致的，因此在N_LRDL層專用屬性項(xiàng)的字段更新中，只要對UV_LRDL層字段CHANGEATT值進(jìn)行分析。如果UV_LRDL層字段CHANGEATT值為缺省值時，則N_LRDL層要素屬性保留本底，不進(jìn)行重新賦值；如果UV_LRDL層字段CHANGEATT值記錄了要素屬性變化后各字段名稱，則N_LRDL各要素變化的屬性值按照UV_LRDL層字段CHANGEATT記錄的字段名稱中的屬性值進(jìn)行更新，同時將UV_LRDL層字段CHANGEATT記錄的字段名稱，完整拷貝到N_LRDL層字段CHANGEATT中。

4.2 CHANGETYPE字段賦值

CHANGETYPE值的賦值是與本底數(shù)據(jù)中路網(wǎng)數(shù)據(jù)層的要素圖形進(jìn)行比對，根據(jù)要素唯一碼(FEATID值)結(jié)合線段長度進(jìn)行賦值。

在程序自動化更新設(shè)計(jì)中，按照這一特性對變化的要素進(jìn)行賦值。其軟件編程設(shè)計(jì)原理如下：(1)N_LRDL層要素與本底數(shù)據(jù)比對，F(xiàn)EATID值在本底數(shù)據(jù)中無法搜索到相同值時，則CHANGETYPE值賦值為“2”，同時將數(shù)據(jù)建庫階段賦值的通用屬性項(xiàng)的值置空。(2)N_LRDL層中有多個一致的FEATID值，且線段的長度總和與本底數(shù)據(jù)中相同F(xiàn)EATID值的線段長度一致，則CHANGETYPE值賦值為“-1”。如果專有屬性項(xiàng)的值也發(fā)生了變化，則將變化的屬性項(xiàng)的名稱記錄在“CHANGEATT”字段中。(3)在N_LRDL層中有且只有一個FEATID值與本底數(shù)據(jù)中FEATID值一致且線段長度相等，如果專有屬性項(xiàng)的值發(fā)生變化，則CHANGETYPE值賦值為“0”，同時將變化的屬性項(xiàng)的名稱記錄在“CHANGEATT”字段中。(4)有且只有一條要素的FEATID值與本底數(shù)據(jù)中FEATID值一致但線段長度不相等，則CHANGETYPE值賦值為“1”。如果專有屬性項(xiàng)的值也發(fā)生了變化，則將變化的屬性項(xiàng)的名稱記錄在“CHANGEATT”字段中。(5)N_LRDL層中有多個一致的FEATID值，且其線段的長度總和與本底數(shù)據(jù)相同F(xiàn)EATID值的線段長度不一致，則CHANGETYPE值賦值為“1”。如果專有屬性項(xiàng)的值也發(fā)生了變化，則將變化的屬性項(xiàng)的名稱記錄在“CHANGEATT”字段中。

5 程序化更新流程設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

5.1 程序快速更新流程設(shè)計(jì)

路網(wǎng)數(shù)據(jù)更新包括圖形、屬性更新。通過上述分析，除極少部分需人工處理的圖形外，其余均可通過開發(fā)軟件進(jìn)行快速、程序化處理?？紤]到人工處理的圖形較少，在路網(wǎng)數(shù)據(jù)更新流程設(shè)計(jì)中，利用編程對圖形、屬性進(jìn)行更新后，通過人機(jī)交互的方式對部分無法利用程序處理的圖形進(jìn)行更新。路網(wǎng)數(shù)據(jù)更新流程如圖3。

圖3 路網(wǎng)數(shù)據(jù)更新流程圖

5.2 程序界面設(shè)計(jì)

程序運(yùn)行界面設(shè)計(jì)包括數(shù)據(jù)輸入輸出欄、參數(shù)設(shè)置欄及運(yùn)行情況欄等。其中輸入輸出欄包括未分區(qū)數(shù)據(jù)成果、多個分區(qū)數(shù)據(jù)成果調(diào)入及成果輸出等功能；參數(shù)設(shè)置欄包括分區(qū)數(shù)據(jù)集前綴的設(shè)置、處理UV_LRRL及只處理道路降級等功能。軟件運(yùn)行界面設(shè)置如圖4。

圖4 軟件運(yùn)行界面及運(yùn)行情況圖

5.3 程序化更新的實(shí)現(xiàn)

路網(wǎng)數(shù)據(jù)程序化更新，是應(yīng)用C#與Arc Engine組件式GIS軟件平臺，調(diào)用Arc Engine的Carto、Controls Cisplay、GeoDatabase、Geometry等組件實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的開發(fā)[4]。本文給出部分代碼如下：

//創(chuàng)建目標(biāo)數(shù)據(jù)集

IEnumDataset targetEnumDataset = resultWp.get_Datasets(ESRI.ArcGIS.Geodatabase.esriDatasetType.esriDTAny);

IDataset targetDataset = targetEnumDataset.Next();

while (targetDataset != null)

{

if (targetDataset is IFeatureDataset)

{

if (usedDataset.ContainsKey(targetDataset.Name))

{

usedDataset.Remove(targetDataset.Name);

}

}

targetDataset = targetEnumDataset.Next();

}

foreach (string c_name in usedDataset.Keys)

{

IFeatureDataset fd = usedDataset[c_name] as IFeatureDataset;

ac.createDataset(fd, resultWp);

}

5.4 程序運(yùn)行情況及更新結(jié)果

程序化更新部分成果如圖5。圖中實(shí)線部分為2020年路網(wǎng)數(shù)據(jù)對道路編碼和名稱進(jìn)行了更新，虛線部分為新增的兩條道路。經(jīng)檢核，程序?qū)?019年本底數(shù)據(jù)更新，N_LRDL和UV_LRDL層要素的圖形、要素屬性值一致，符合技術(shù)設(shè)計(jì)、軟件設(shè)計(jì)要求。

圖5 快速更新部分成果圖

6 結(jié)語

本文基于ArcGIS的二次開發(fā)的基礎(chǔ)上，采用C#和Arc Engine開發(fā)環(huán)境進(jìn)行編程，實(shí)現(xiàn)路網(wǎng)數(shù)據(jù)提取快速、自動化批量處理，改變了圖形、屬性更新人機(jī)交互作業(yè)、人工檢查模式，極大提高了工作效率，已在福建省測繪院地理國情監(jiān)測項(xiàng)目中得到應(yīng)用。

在歷年數(shù)據(jù)檢測中，仍有極少部分的圖形替換無法程序化批量處理，需要人機(jī)交互方式完成，此問題的解決方法，目前仍在研究中。