魏金占,趙自力(1．南寧市勘察測(cè)繪地理信息院,廣西南寧 5300; ．珠海市規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院,廣東珠海 1500)

基于方位角的管線(xiàn)智能連接方法研究

魏金占1?,趙自力2
(1．南寧市勘察測(cè)繪地理信息院,廣西南寧 530022; 2．珠海市規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院,廣東珠海 215002)

摘 要:大比例尺地形圖如1∶500地形圖在制圖時(shí)因圖面限制,管線(xiàn)有時(shí)僅僅表示連接方向,因此在地形圖入庫(kù)時(shí),管線(xiàn)的連接很大程度上仍需人工干預(yù)。為減少管線(xiàn)連接的工作量,筆者提出基于方位角的管線(xiàn)智能連接方法,這種方法在很大程度上減少了人工干預(yù)的工作量,經(jīng)實(shí)踐是一種可行的高效管線(xiàn)智能連接方法。

關(guān)鍵詞:管線(xiàn)連接;智能化;方位角

1 引 言

隨著數(shù)字城市建設(shè)的進(jìn)行,越來(lái)越多的單位正在對(duì)已有數(shù)據(jù)進(jìn)行整理入庫(kù),其中大比例尺地形圖入庫(kù)是最為復(fù)雜和繁瑣的入庫(kù)工作。其中造成地形圖入庫(kù)困難的主要原因在于地形圖成圖時(shí),沒(méi)有按照嚴(yán)格的GIS入庫(kù)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行[5]。除此之外,因地形圖的應(yīng)用多滿(mǎn)足圖面與工程應(yīng)用,地形圖的生產(chǎn)與規(guī)范,也很難滿(mǎn)足GIS入庫(kù)標(biāo)準(zhǔn),因此研究如何在不影響地形圖生產(chǎn),又能高效提升入庫(kù)效率,就成為當(dāng)前很多單位非常棘手的問(wèn)題[6]。

地形圖入庫(kù)的目的,無(wú)外乎通過(guò)GIS屬性庫(kù),對(duì)點(diǎn)線(xiàn)面幾大類(lèi)數(shù)據(jù)進(jìn)行管理。因此,數(shù)據(jù)入庫(kù)的過(guò)程,可以理解為如何處理這類(lèi)數(shù)據(jù),滿(mǎn)足GIS數(shù)據(jù)管理的要求。其中難度比較大的部分在于線(xiàn)和面的入庫(kù),如管線(xiàn)數(shù)據(jù)的入庫(kù)就是此類(lèi)問(wèn)題之一。根據(jù)國(guó)標(biāo),大比例尺地形圖在地形地貌比較復(fù)雜的地區(qū),部分管線(xiàn)的表示可以?xún)H標(biāo)示連接方向,不表示連接線(xiàn),這種處理方法自然為后期管線(xiàn)入庫(kù)造成必可避免的麻煩[7]。為了還原管線(xiàn)本身的連接關(guān)系,當(dāng)前多采用人工干預(yù)的方法。這種方法雖然在精確度方面可以得到很好保證,但卻同時(shí)制約入庫(kù)的效率[4,8]。

2 基本思路

管線(xiàn)的連接人工判別遵循以下原則:

以邊界點(diǎn)開(kāi)始,按照連接方向,找尋鄰近的同類(lèi)連接點(diǎn),將其連接。此過(guò)程非常簡(jiǎn)單,筆者以為,可以對(duì)整個(gè)連線(xiàn)判斷的可行性作以下分析:

管線(xiàn)在原圖中雖然只表示連接方向,不表示連接線(xiàn),但是其標(biāo)示的連線(xiàn)方向可以通過(guò)計(jì)算機(jī)提取出來(lái)[1],如圖1所示。

圖1　連接指示線(xiàn)示意圖

管線(xiàn)在原圖中除了表示連接方向外,還隱含各類(lèi)管線(xiàn)本身的信息,如管線(xiàn)的類(lèi)型等,如圖1所示;

同類(lèi)同條管線(xiàn)的連接,一般都局限在一定空間范圍內(nèi),如普通低壓線(xiàn)在50 m左右,高壓輸電線(xiàn)1 km ～2 km。

管線(xiàn)節(jié)點(diǎn)與指示線(xiàn)的關(guān)系為一對(duì)多,即一個(gè)節(jié)點(diǎn)可以有多個(gè)連線(xiàn),但一個(gè)連接指示線(xiàn)僅對(duì)應(yīng)一個(gè)節(jié)點(diǎn),如圖1所示;

基于此,筆者認(rèn)為,同類(lèi)管線(xiàn)的連接方向必然存在以下空間關(guān)系:

同一管線(xiàn)的兩個(gè)臨近連接方向,必然是同線(xiàn)反向,如圖2所示;

同一管線(xiàn)的兩個(gè)臨近連接點(diǎn),其管線(xiàn)屬性應(yīng)該相同且連線(xiàn)與方向線(xiàn)重疊;

同一管線(xiàn)的兩個(gè)臨近連接點(diǎn)的間距,應(yīng)該在一定的空間距離內(nèi)。

同一管線(xiàn)的兩個(gè)臨近連接點(diǎn)之間的連線(xiàn),不可能包含同類(lèi)同線(xiàn)的另一點(diǎn),如圖2,點(diǎn)1與點(diǎn)3連接錯(cuò)誤,應(yīng)被點(diǎn)2裁開(kāi)。

圖2　連接示意圖

基于此,筆者認(rèn)為通過(guò)空間分析與屬性判斷,基本上可以實(shí)現(xiàn)管線(xiàn)的智能連接。

具體的實(shí)現(xiàn)思路如下:

提取出每個(gè)管線(xiàn)連接點(diǎn)的管線(xiàn)方向;

依次對(duì)連接點(diǎn)的連接方向進(jìn)行判斷,找出同線(xiàn)反向的連接點(diǎn);

判斷是否為同類(lèi)連接點(diǎn),如相同進(jìn)入下一步;

判斷同線(xiàn)反向的點(diǎn)的個(gè)數(shù),如唯一,則記錄連接方向;

如不唯一,則找出離起始點(diǎn)最近的連接點(diǎn),記錄連接方向;

依次循環(huán),直到所有連接點(diǎn)搜尋完畢。

3 程序?qū)崿F(xiàn)

具體的程序?qū)崿F(xiàn)主要在SuperMap Object基礎(chǔ)上, 以VB6．0為開(kāi)發(fā)工具進(jìn)行開(kāi)發(fā)。以下是本思路實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵步驟:

第一步:獲取連接點(diǎn)的屬性,主要包括連接點(diǎn)的類(lèi)型、圖層、顏色、線(xiàn)型等信息,此步驟主要是通過(guò)獲取地物編碼實(shí)現(xiàn)的。此步驟的主要目的是將不同的方向指示線(xiàn)分類(lèi),便于下一步對(duì)其進(jìn)行方向過(guò)濾。

第二步:獲取連接點(diǎn)的連接方向;

連接線(xiàn)方向的判斷主要是利用指示方向線(xiàn)與節(jié)點(diǎn)連線(xiàn)的方位角來(lái)判定。指示線(xiàn)與節(jié)點(diǎn)的關(guān)系為多對(duì)1,因此可利用指示線(xiàn)的拓展屬性,記錄所在的節(jié)點(diǎn),之后利用節(jié)點(diǎn)與指示線(xiàn)特征點(diǎn)的關(guān)系,核算出方位。

具體算法如下:

首先,取得指示線(xiàn)端點(diǎn)處的坐標(biāo)(X1,Y1);

其次,取得節(jié)點(diǎn)處坐標(biāo)(X0,Y0);

最后,通過(guò)坐標(biāo)之間的關(guān)系求得連接方向,如圖3所示。

圖3　各種連接線(xiàn)方向情況示意圖

方位角的判定情況如下:

若(X1-X0)＞0且(Y1-Y0)＞0,則方位角如圖3所示情況1,為

a=arctan((Y1-Y0) / (X1-X0));

若(X1-X0)<0且(Y1-Y0)＞0,則方位角如圖3所示情況2,為

a=arctan((Y1-Y0) / (X1-X0))+π;

若(X1-X0)＞0且(Y1-Y0)<0,則方位角如圖3所示情況4,為

a=arctan((Y1-Y0) / (X1-X0))+2π;

若(X1-X0)<0且(Y1-Y0)<0,則方位角如圖3所示情況3,為

a=arctan((Y1-Y0) / (X1-X0))+π;

若(X1-X0)＞0且(Y1-Y0)= 0,則方位角為a=0;

若(X1-X0)<0且(Y1-Y0)= 0,則方位角為a=π;

若(X1 -X0) = 0且(Y1 - Y0) <0,則方位角為a=3π/2;

若(X1 -X0) = 0且(Y1 - Y0)＞0,則方位角為a=π/2;

第三步:根據(jù)空間關(guān)系,判斷同線(xiàn)反向的同類(lèi)連接點(diǎn);

首先,根據(jù)上一步驟記錄的連接指示線(xiàn)方位,依次判斷方向相反的連接指示線(xiàn),過(guò)濾出來(lái)備選;

其次,對(duì)過(guò)濾出來(lái)的連接指示線(xiàn)特征點(diǎn)進(jìn)行方位判定,方位角的計(jì)算與第二步相同。當(dāng)特征點(diǎn)連線(xiàn)的方位與特征點(diǎn)記錄的方位相同或相反,則過(guò)濾出來(lái),進(jìn)入下一步判斷;

第四步:距離判斷,找出最鄰近的同線(xiàn)方向連接點(diǎn);

對(duì)過(guò)濾出來(lái)的方位指示線(xiàn)所在的節(jié)點(diǎn)與當(dāng)前節(jié)點(diǎn)依次進(jìn)行距離判定,距離最近的即為正確的連接節(jié)點(diǎn);

第五步:記錄連接關(guān)系,依次搜索所有連接點(diǎn),直至搜索完畢。

4 效果分析

通過(guò)對(duì)某城市城鄉(xiāng)結(jié)合部約10 km2的管線(xiàn)自動(dòng)連接實(shí)驗(yàn)分析,其正確識(shí)別率達(dá)到90%以上,自動(dòng)化效率非常高,在協(xié)助地形圖入庫(kù)方面大大提升工作效率,如圖4所示。

圖4　連接實(shí)驗(yàn)區(qū)示意圖

對(duì)于不能正確識(shí)別的管線(xiàn),其主要原因在于漏繪錯(cuò)繪電桿等原因[7]。此外對(duì)于低壓入戶(hù)或入井的管線(xiàn),系統(tǒng)只能在入戶(hù)點(diǎn)或入井點(diǎn)進(jìn)行可能錯(cuò)誤提示,仍需人工干預(yù)。

5 結(jié) 語(yǔ)

大比例尺地形圖入庫(kù)是當(dāng)前許多單位面臨的技術(shù)難題,數(shù)據(jù)復(fù)雜且數(shù)據(jù)量巨大,利用傳統(tǒng)的人工模式,其入庫(kù)工作量不低于測(cè)圖的工作量。本文結(jié)合管線(xiàn)連接的特點(diǎn),分析管線(xiàn)連接的內(nèi)在關(guān)系,實(shí)現(xiàn)了管線(xiàn)的智能連接。不足之處在于低壓入戶(hù)時(shí),入戶(hù)端沒(méi)有指示線(xiàn),再者存在漏繪電桿情形,因此在判斷的正確率方面還不能完美實(shí)現(xiàn),這也是筆者下一步需要要完善的地方。此外,該方法也適用于類(lèi)似其他管線(xiàn)如通信線(xiàn)等判定,對(duì)于燃?xì)獾纫蚱渚哂休^大管徑,圖面必須實(shí)體表示,因此該方法的適用范圍僅在于回溯簡(jiǎn)單線(xiàn)連接的城市部件。

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Study of Power Line Intelligent Connection Based on Azimuth

Wei Jinzhan1,Zhao Zili2
(1．Nanning Explore and Survey Geoinformation Insititute,Nanning 530022,China; 2．Zhuhai Institute of Urban Planning & Design,Zhuhai 519000,China)

Abstract:Only directions of power lines show on large scale maps because of the Map-Making restriction,therefore manual disposal is necessary during the Map database construction．In order to reduce the burden,a new method is put forwards based on intelligent connection of power line,which proved to be practical and efficient．

Key words:power line connection;intelligent connection;azimuth

文章編號(hào):1672-8262(2015)06-51-03中圖分類(lèi)號(hào):P208．1

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:B

收稿日期:?2015—06—08

作者簡(jiǎn)介:魏金占(1980—),男,注冊(cè)測(cè)繪師,碩士,主要從事GIS應(yīng)用、遙感、測(cè)繪信息化等技術(shù)工作。

基金項(xiàng)目:珠海市規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院2014年度科研計(jì)劃