數字地圖要素關系自動處理算法設計與實現

于 蕾, 汪 軍, 桑 渤

(中國人民解放軍72946部隊， 山東 淄博 255000)

隨著計算機技術的發展，全數字化制圖已經成為地理信息數據的一種主要的生產方式.數字測圖是地形圖測繪的發展方向,它具有高精度的特點,同時由于市場上出現了各種測繪軟件的開發與應用,使得數字地圖的各種獲取方法變得更加準確且簡便易行[1].然而在實際的作業生產特別是地圖出版過程中，數字測圖提供的原始數據中的要素間存在著各種不符合制圖圖示規定和影響地圖美觀的關系錯誤，而且這種錯誤需要作業員憑借作業經驗來一一手動處理，這在很大程度上影響了成圖速度和成圖質量.

結合自身生產實際，提出了在數字地圖出版過程中，要素關系自動處理的算法，并在此基礎上，開發了相應的關系處理工具并進行了應用，提高了數字制圖自動化水平，縮短了成圖時間，提高了作業效率.

1 方法分析

外業測量后，因為測量時間和其他原因，測量原始成果的符號規格、要素間關系、注記位置等都比較粗糙、簡略，不符合印刷要求，必須按照《圖式》及有關規定進行工藝加工和技術處理，制作符合相關要求的出版印刷原圖.

對于出版原圖來說，圖面效果是否清晰美觀，是一幅地圖質量好壞的一個重要判斷依據.這就要求處理好圖上各要素之間的相互關系，關系處理的目的就是為了避免次要要素與重要要素的符號發生沖突，對次要要素和符號進行移位處理，把相互之間的要素關系交待清楚.因此，地物要素關系編輯處理也就成了地圖出版作業的一項重要內容[2].

一幅地圖的地圖要素以點、線、面三種形式表示在地圖上.而要素的關系也可以簡單的分解成點、線、面之間的關系，主要有點點關系、點線關系、點面關系、線線關系、線面關系和面面關系[3].

點狀要素分為實體點和方向點，用平面上的一個點就可以表示它在圖上位置，因此其與其他點、線、面的關系都比較簡單，只要移動定位點，其關系就能明確的表示出來.

線狀要素則可以用中心定位軸線(有序點串)表示線狀要素的圖上位置和延伸走向.與其他線、面要素關系，則是通過要素上每個點位體現出來.

面要素可以用外圍輪廓(閉合的有序點串)表示面狀要素的圖上位置和分布范圍，因此面要素也可認為是始末結點重合的線要素，其關系類似于線要素與其他要素的關系處理[4].

通過以上分析，將地圖圖面要素關系就概略的歸納為兩條線之間的關系.此處我們不考慮對要素進行化簡概括，僅處理其之間的相對關系.對要素移位處理前，必須首先建立要素的優先級別和移動順序.其過程大致可分為以下幾個步驟：(1)檢查圖上是否有明顯的圖形重疊；(2)計算位移的方向和大??；(3)移開次要的要素，驗證位移后的效果；

此處的位移不是對整個要素的移動，而是通過對兩個要素進行計算，確定其交疊的部分，然后對交疊的部分進行分析處理，使其滿足地圖制圖的要求.

在實際的數字地圖生產中，為了提高成圖的速度與成果質量，我們以作業中使用的MicroStation V8為作業平臺，利用Visual C++進行mdl二次開發實現，供以該平臺為數字地圖生產作業工具的用戶調用.MicroStation在管理地理數據庫方面具有得天獨厚的強大功能.包括直線、折線、曲線、封閉線、符號和注記等，每個要素都有如顏色、線型、線寬、層信息等屬性.坐標系統可以是二維或三維的，根據需要在開始作圖前選擇種子文件定義，許多轉換程序可以用于其他的CAD及制圖系統[5].

2 實現過程

要素圖上間隔小于0.2mm時，人眼不易區分，因此將兩要素的交疊部分間隔移開0.2mm的間隔.設想將兩個要素要分開0.2mm的間隔，要求次要要素除去與主要要素相交的點外每個點到主要要素上的最近距離應該在0.2mm以上.分兩步進行移位，如圖1所示.

圖1 算法流程圖

2.1 確定間隔

采用兩種方法確定：一是輸入設定，設定后軟件以此間隔作為兩要素中心線的間距比較值；二是建立控制表，記錄要素的線型和線寬的對應表，在選擇要素后，從控制表中獲得線寬，計算出兩要素離開0.2mm的圖面距離時中心線的間隔，中心線的間隔(dis)=次要要素的線寬(WidthC)/2+主要要素的線寬(WidthZ)/2+0.2mm的圖面間隔.

2.2確定要素的移動方向

將主要要素A和次要要素B的坐標分別提出，將次要要素的每一點依次計算到主要要素的最近距離點，此兩點的連線必定垂直于A上此點的切線方向，兩點連線方向則為A上此點的法線方向，按此方向移動要素B上的點，則能以最快的速度，使兩要素分開設定的間隔.根據計算結果，要素B上此點與要素A的關系主要有以下三類，我們分別采取了不同的處理辦法：

(1)要素B上此點與要素A的最短距離大于dis，此時說明兩要素在此點方向上的距離足夠大，出圖后不會產生要素重疊，因此我們不需要移動此點.

(2)要素B上此點與要素A的最短距離等于0,此時說明此點為兩要素的交點，則此點應該在要素A上，此時不對其進行移動.

(3)要素B上此點與要素A的最短距離小于dis，此時說明出圖后，兩要素在此點處會粘連而影響圖面效果，為此需要移動上此點，移動距離= dis-兩點間的距離(dDis)，移動后以新坐標生成要素.

依次循環，對要素B上的每個點進行處理，得到的則是新要素的中心線坐標，以此坐標按原要素屬性重新生成要素B′，以動態顯示的效果提供給作業人員查看，如果處理效果達到要求，只是單擊左鍵，完成新要素B′與要素B的替換.

3 應用實例

如圖2所示，這是使用的MicroStation V8為作業平臺，利用Visual C++進行mdl二次開發實現的，軟件將兩線性要素關系處理方法分為4類：整體平移、相離、部分平移、共邊.作業人員通過圖上兩要素之間的關系，選擇相應處理方法，然后選擇要素進行關系處理.

3.1 整體平移

圖2 軟件運行界面

兩要素間相離的距離設定后，選擇圖上想要移動的要素，移動鼠標，選中的要素會跟隨鼠標移動，位置合適時，用鼠標確定完成要素的移動，如圖3所示.

圖3 整體平移

3.2 相離

設定兩要素間相離的距離，然后選擇主要要素，再選擇次要要素，移動鼠標，軟件自動將次要要素上靠近主要要素的點移動指定的距離，從而使兩要素相離，如圖4所示.

圖4 要素相離

3.3 部分平移

當一面狀要素與形狀為曲線的線狀要素距離較近時，用相離的方法處理，會導致與面狀要素相鄰近部分的線狀要素變為直線，此時為了保持線狀要素的原有形狀特征，對線狀要素一定范圍內的點都進行移動，移動后，要素能保持原有形狀，所以在高級設置中可以設置需要移動的線狀要素的點的范圍，如圖5所示.

圖5 部分平移

3.4 共邊

確定需要共邊的兩個要素，選擇次要要素，然后選擇主要要素上需要共邊的第一個點，移動鼠標，軟件會自動沿鼠標移動方向將兩要素重合到一起實現共邊，直到兩要素不需要共邊的位置，用鼠標確定或取消，如圖6所示.

圖6 要素共邊

4 分析評價

本算法根據相關地圖圖示的要求對地圖要素的

關系處理進行了量化，而且在軟件的實現過程中通過計算機計算進行控制，在生產過程中大大提高了地圖出版的精確化水平，在提高作業效率的同時有效的控制了成圖質量.實踐證明該軟件運行穩定，界面人性化，操作方便，能快速、準確的處理出版過程中遇到的要素關系處理這一棘手的作業問題，受到了一線作業人員的好評.

5 應用前景

在相關單位系列比例尺地形圖生產及其它數字地圖地圖生產任務中，該工具已經廣泛應用到實際生產中，有效的提高了地圖出版過程中的自動化水平，提高了工作效率.而基于該算法，我們可以根據不同的作業平臺開發相應的處理工具，供相應的平臺調用，從而使該軟件更好的服務于各個平臺，以完善地圖數字化生產的工藝流程，提高成果質量，它的完善對于各個比例尺的地形圖、專題圖的制作出版將會發揮更大的作用.

[1] 蔡林,李學義.應用數字測圖中的幾點體會[J].黑龍江水利科技，2005(1)：23-23.

[2] 王家耀,孫群.地圖學原理與方法[M].北京：科學出版社，2006.

[3] 劉紀平.地圖數據庫圖形輸出中要素關系處理[J].測繪學報，1994，23(3):222-223.

[4] 王光霞.地圖設計與編繪[M].北京：測繪出版社，2011.

[5] 許斌,宋宏偉,于燕青,等.基于Microstation的數字測圖軟件及使用[M].北京：解放軍出版社，2001.