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地形图数据变化识别运用

 论文栏目:建筑勘察论文     更新时间:2012-9-3 11:03:10   

引言

地形图数据库的现势性直接制约着其使用价值和范围[1]。随着城市建设快速发展,基础地理空间信息的持续维护更新成为城市基础测绘的重要任务和目标。杭州市基础地形图动态跟踪修测是提高基础地形图数据的现势性,维护基础空间框架数据的主要手段。杭州市目前有40多家单位、部门与市规划局签订了基础地理空间数据共享协议,各专业部门对数据的现势性有了更高的要求[4],传统的逐区域、逐区块修测更新的做法已不能满足需要。杭州市近年已采用“动态跟踪修测”的办法,对全市近700km2范围的地形地物要素日常进行巡视,实时修测,实现了全市地形图数据的按月更新。外业动态跟踪修测的地形图数据是杭州市基础空间数据库维护更新的数据来源,需要对修测地形图数据进行编辑、整理,转换入库,以完成基础地理信息数据的维护更新。修测地形图数据转换入库工作量较大,尤其是面类型地物的编辑处理更加复杂。然而修测地形图相对修测原图,变化的地物要素只占少数,自动识别变化的地图要素,能大大提高数据库更新维护的效率和准确性[3]。本文以杭州为例,详细介绍修测地形图数据变化地物的自动识别与应用情况。

1地物变化识别总体思路

1.1DGN地形图要素的表达杭州市地形图数据为DGN格式,采用的成图软件平台是MicroStation。地形图要素在平台中表达成Cell、LineString、Shape、Ellipse、Text等元素。地形图要素除了要表达空间位置信息,还要按地形图要素的分类放置在不同的层,并用不同颜色、符号、线型、字体、字高等属性加以表达。地形图要素的变化,可以从两方面来判断,要素的空间几何位置(包括方向)和要素的属性。

1.2地物要素变化的类型地形图要素变化的类型可以分为三种,新增、删除和更新[3]。新增是指修测成果图中出现了该要素,而修测原图中不存在。删除是指修测原图中存在的地物,在修测成果图中已经不存在。更新是指地形图要素的部分信息发生了变化,可以是地形图几何信息发生了变化,如围墙变长、建筑物形状变化等;也可以是地形图要素的属性信息发生了变化,如线型变化、符号变化、文字内容的变化等。

1.3地物变化自动识别流程提供给外业修测原图时,对DGN格式地形图数据进行处理:对每一个地形图要素赋予唯一的标识(ID号),记录在Element的UserAttributes中;提取该地形图要素的几何信息与属性信息,并按一定要求存储到数据库中,作为与修测数据成果对比计算的原数据。外业修测完成并提交修测成果数据后,将该成果数据与原数据的所有地形图要素,按ID号逐一进行对比、分析和计算,形成只保留变化地形图要素的成果数据,供转换入库用。流程如图1所示。

2修测原图数据提取与存储

为了便于修测成果数据变化地物的检测和识别,提高对比、计算的效率和速度,在提供修测原图并对地形图要素进行编码时,需要把修测原图中的地形图要素提取出来,并按数据库的方式进行组织与管理。数据提取是从DGN格式地形图中提取要素的几何和属性信息,实质上是地形图数据符号化的逆过程[5]。数据提取的软件采用MicroStation+C#开发,按地形图要素存放和组织规律,即元素类型、层、色、符号、线型等,逐个扫描DGN文件中的元素,按类型提取所有几何与属性信息,存放到数据库中。C#中对MicroStation元素进行扫描的简要算法如下:DGN地形图的几何类型有Line、LineString、Shape、Text、Cell等。针对不同的几何类型,设计相应的数据库表,以适应不同类型几何与属性信息的存储,本文以LineString为例进行说明。LineString类型要素的信息应存储到3个表中,TBELEM(基本信息表)、TBLINE(属性信息表)、TBLINEGEOM(几何信息表)。表与表之间通过“MapNo”和“No”字段相关联。表的数据项结构如表1~表3所示。

3地形图要素变化的检测和识别

3.1新增要素的识别外业修测使用的修测原图经过处理后,每个地形图要素都有了一个ID号。实地有新增地物时,通过测量并绘制到地形图数据文件中,这时数据中新增的这个地形图要素没有ID号。在修测地形图数据变化地物检测处理时,没有ID号的地形图要素被视为新增地形图要素。如果修测过程的内业处理时,对于新增地物不是采用重新绘制,而是复制了一个同类要素,则通过判断ID号有无来确定是否为新增的办法已无效。这时应该将该要素作为变化(几何信息)地物来处理,即要与提取的修测原图要素数据库中同ID号的要素进行比较,通过计算其几何位置是否变化来确定是否为新增要素。3.2删除要素的识别修测时,实地已经不存在的地物,会在修测原图中将该要素删除,所以修测成果中不再含有实地不存在的地物。检测删除要素,需要以修测原图数据库为参照,原图中每一个地形图要素要到修测成果图中查找对应的ID号,如果找不到,则该要素为需要删除的要素。所有删除地物绘制在一个统一的DGN文件中,作为转换入库时需要删除地图要素的依据。3.3更新要素识别对于修测过程中图形编辑过的地物,包括拉伸、切割、移动、合并以及属性的改变,都作为更新的地物[3]。属性发生变化的要素的检测要根据要素ID号从修测原图要素数据库中查询对应的要素,对比修测前和修测后的属性,任何属性的改变都意味着该要素已发生变化,不同几何类型的要素应比较不同的属性特征,如注记,重点比较文本内容、字体、字高、字宽、层、色等属性。线状要素,则应重点比较线型、线宽、线型比例、层、色等。几何信息变化的检测,采取图形对比的方法。根据要素的ID号,从修测原图要素数据库中查询对应的要素,比较其空间位置、几何形状等特征,主要是节点坐标、节点数、线段长度等。对于符号类型要素(如电杆、路灯等),除了比较几何位置,还应比较符号比例是否发生变化。下面以LineString为例,介绍了检测几何信息变化的简要算法,以0.01m为容限值。4应用实例

4.1概况2011年,受市规划局委托,我院承担了全市1∶500地形图的跟踪修测任务,覆盖面积693km2,项目历时5年,至2015年结束。测区共划分为5个区块,分别由5个测绘项目部负责。外业测绘单位对各自区块进行巡查并采集、测绘变化的地形地物,每月向院信息中心提交修测成果,由院信息中心对修测成果数据进行编辑、整理。每月提供修测原图时,要对其进行处理,内业数据处理时,提取变化地物,编辑、整理形成成果数据,并作为转换入库的数据源。

4.2修测原图提供修测原图是外业跟踪修测的基础数据,处理修测原图时,对每一个地形图要素添加标识,并扫描各要素的几何信息和属性信息,存储到数据库中,如图2所示。

4.3变化地物识别提取内业数据处理的关键是提取变化地物,首先判断属性信息的变化,如层、色、线型等,属性无变化的地物,则进一步判断几何信息的变化,如节点数、长度、几何位置等,运行界面如图3所示。

4.4应用效果本项目涉及工作量大,以2011年4月至12月为例,累计涉及变化的图幅达13171幅,月均涉及变化图幅为1463幅。我院以前采用的方法是将外业修测成果图与原始成果叠加显示,由人工逐要素判别。根据人工识别的变化信息,对原成果进行编辑、处理、转换入库。每期数据更新的力量投入很大,且容易出现漏判。采用该方法后,变化要素由计算机自动识别、提取。作业流程中省掉了人工识别变化的工作,提高了效率,也不会出现遗漏的情况,提高了数据维护更新的准确性。根据统计,采用该方法后,相对传统方法,能减少20~30%的工作量,缩短了数据更新的周期,一次数据准确率从80%上升到了95%。

5结语

正如文献所描述,基础空间数据库持续维护更新有重要意义。修测地形图数据变化地物自动识别能大大提高基础空间数据库维护的效率和准确性。本文研究的结果在杭州市1∶500基础地形图跟踪修测中得到了广泛应用,减少了基础空间数据转换入库的工作量,提高了效率,也验证了本文所提出方法的有效性。变化地物的识别与处理目前还局限在MicroStation平台,需要转换后再更新到空间数据库,是一种图幅级的、间接的方法,变化地物直接更新空间数据库的研究需要进一步深入。


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