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        基于位置搜索的宗地自動出圖方法

        2016-12-28 02:20:43熊小青邢增招
        地理空間信息 2016年9期
        關鍵詞:掃描線宗地壓蓋

        熊小青,邢增招,張 豐

        (1.國家測繪地理信息局 第七地形測量隊,海南 ???570203)

        基于位置搜索的宗地自動出圖方法

        熊小青1,邢增招1,張 豐1

        (1.國家測繪地理信息局 第七地形測量隊,海南 ???570203)

        針對宗地圖存在繪圖不準確、工作量大等問題,利用GIS強大的空間分析和制圖功能,設計開發(fā)了一種宗地自動出圖模塊;并將宗地圖轉(zhuǎn)化成dwg格式圖件,實現(xiàn)了CAD-GIS-CAD的無縫鏈接工作模式;將GIS引入宗地圖內(nèi)業(yè)工作,拓展和豐富了宗地圖數(shù)據(jù)處理方式。該模塊實現(xiàn)了批量讀取宗地地塊,自動提取宗地四至信息,快速生成界址線,靈活、合理標注界址點號、宗地號等標注信息,自動添加圖廓、圖幅號、比例尺等地圖要素等功能,實現(xiàn)了制圖、出圖自動一體化。

        宗地圖;CAD-GIS-CAD;自動標注;位置搜索

        農(nóng)民家庭承包經(jīng)營的核心是落實土地承包經(jīng)營權(quán),鞏固和完善農(nóng)村基本經(jīng)營制度。開展農(nóng)村土地承包經(jīng)營權(quán)確權(quán)登記工作是一項民生工程,是深入落實農(nóng)戶承包經(jīng)營權(quán)的一種有效形式和方法,是明晰土地承包關系,強化對土地承包經(jīng)營權(quán)物權(quán)保護的需要。對于堅持農(nóng)村基本經(jīng)營制度,穩(wěn)定完善農(nóng)村土地承包關系,促進農(nóng)村土地流轉(zhuǎn)、減少矛盾和糾紛、推進農(nóng)村產(chǎn)權(quán)制度改革等有十分重要的意義。

        宗地圖作為土地確權(quán)的重要依據(jù),也是農(nóng)村土地承包經(jīng)營權(quán)登記數(shù)據(jù)建庫重要的組成部分,數(shù)據(jù)量巨大,使用頻繁,高效地完成宗地數(shù)據(jù)自動處理和自動出圖對于確權(quán)工作的順利完成至關重要。目前,農(nóng)村土地承包經(jīng)營權(quán)登記成果數(shù)據(jù)大多為CAD格式,而基于CAD的宗地數(shù)據(jù)和宗地四至圖的生產(chǎn)過程,不能充分表達宗地和其他要素的空間位置和拓撲關系,涉及宗地四至圖的地圖標注、界址點標注、四至引線往往存在壓蓋和分布不均勻的情況,后期需要大量的人工干預才能達到較為理想的效果。

        1 宗地圖與地圖自動注記

        宗地圖是土地證書的附圖,經(jīng)過具有法律手續(xù)的土地登記過程的認可,是土地所有者或使用者持有的具有法律效力的圖件憑證[1]。它主要描述宗地位置、界址點線和相鄰宗地間的關系,側(cè)重表達權(quán)屬信息。因此宗地自動制圖要解決多種標注信息壓蓋問題,同時也要自適應多種復雜情況。傳統(tǒng)基于CAD的宗地圖生產(chǎn)中位置和拓撲關系的分析功能不完善,導致標注壓蓋情況嚴重,需要后期人工修改才滿足要求。

        宗地圖內(nèi)容主要包括:①宗地土地使用權(quán)人名稱(姓名或單位名稱),本宗地地籍號的最后一級編號,土地用途代碼,宗地面積;②本宗地權(quán)屬界線、界址點以及界址點號和界址邊長注記;③鄰宗地籍號的最后一級編號和界址引線;④宗地四至注記;⑤宗地周邊范圍內(nèi)全部地形、地物和注記要素;⑥圖廓整飾要素,包括圖框、圖號、比例尺、指北針等[2]。其中地籍要素特別是權(quán)屬信息、界址坐標、點號、邊長及面積等的表示,是宗地圖繪制的重點。

        地圖自動注記是GIS中最重要、最基礎的研究對象,關系到地圖的完整性和準確性,以及操作者能否直觀地觀察目標位置和周圍環(huán)境[3]。Yoeli[4]在1972年提出了地圖注記的通用原則,將注記分為點狀要素、線狀要素和面狀要素3種類型加以處理,認為注記和對應要素間應該有精確的對應關系,注記與地圖要素、注記與其他注記相互間的沖突應實現(xiàn)最小化。Imhof[5]提出了地圖注記的3個基本規(guī)則:易讀性、清晰性和美學平衡性。自動標注的研究工作大多集中在制圖學領域,實時性較差。而GIS中,地圖操作頻繁,注記位置也需要頻繁更新,這對注記算法的設計和運行效率有更高的要求。

        本文針對GIS制圖環(huán)境,在總結(jié)地圖自動標注的基礎上針對宗地自動標注進行了研究,深入探討了基于掃描線掃描和圖形拓撲分析的最優(yōu)位置搜索的面狀地塊的自動標注方法;提出了宗地圖主題注記配置算法和沖突檢測算法,并基于ArcGIS Engine(AE)實現(xiàn)了宗地自動出圖模塊。實驗表明,該算法效果好、效率高,實現(xiàn)了宗地四至圖一鍵自動出圖。

        2 基于AE的宗地圖自動出圖原理和工作流程

        宗地一鍵自動出圖,主要利用輸出的宗地數(shù)據(jù),自動依次選擇每塊宗地,通過拓撲分析求得四至、自動生成引線、添加地圖要素、界址點標注、宗地面標注,最后轉(zhuǎn)化為CAD所支持的dwg格式。詳細工作流程見圖1。

        圖1 宗地一鍵自動出圖模塊流程圖

        3 基于AE的宗地圖自動出圖的實現(xiàn)

        3.1 宗地圖四至圖斑提取

        首先提取目標宗地的幾何形狀,對其作面狀緩沖區(qū)分析得到緩沖區(qū)的幾何形狀;再建立一個Spaitial Filter,利用ESRISpatialRelOverlaps屬性對宗地要素類進行查詢操作,取得與緩沖區(qū)相交的宗地,如圖2所示。

        圖2 四至圖斑提取流程圖

        主要代碼如下:

        3.2 宗地四至引線自動繪制

        根據(jù)宗地四至引線繪制要求,考慮宗地地塊幾何形狀與其他地圖標注要素,對相鄰宗地作掃描線,生成引線。

        在目標宗地緩沖區(qū)與相鄰宗地的重疊區(qū)域內(nèi)找到界址點,并對界址點按其與目標宗地中心連線水平角大小進行篩選,取首尾界址點。以界址點為端點,選擇適宜長度作掃描線,直至該掃描線與相鄰宗地不相交為止,該線段即為引線,如圖3所示。

        圖3 掃描線生成引線流程圖

        由于左右兩條掃描線掃描的方向是不同的,因此采用界址點與相鄰宗地外接矩形的中點(圖4中A、B兩點)形成的三角形的中線來判斷。當掃描線不與該中線相交時為正確方向,否則選擇相反方向進行掃描,生成引線結(jié)果如圖5所示。

        圖4 掃描線生成引線原理

        圖5 掃描線生成引線結(jié)果圖

        3.3 圖廓等地圖要素的添加

        一幅完整的宗地圖除了包括反映宗地的數(shù)據(jù)及色彩要素外,還必須包含與地理數(shù)據(jù)相關的一系列輔助要素,如圖名、圖例、比例尺、指北針、制圖說明等。對于宗地圖的輸出來說,這些輔助要素的樣式和位置通常是有國家或地方規(guī)范的[6]。根據(jù)地圖要素的不同,自動添加方式分成3類:

        1)承包地相關信息,包括圖名、宗地號、權(quán)利人等。這類信息通過從數(shù)據(jù)庫中讀取進行添加。

        2)相關說明信息,包括繪圖員、審查員、坐標系等。這類信息通過設置界面進行錄入,錄入界面見圖6。

        圖6 說明信息錄入界面圖

        3)地圖要素。為了達到美觀、合理的制圖效果,依據(jù)不同的比例尺設置相應的地圖要素大小和位置。同時為了有效解決壓蓋問題,對圖廓、網(wǎng)格線以及之前已畫出的引線作緩沖區(qū),以供之后的標注位置搜索避讓緩沖區(qū),避免壓蓋。

        3.4 注記添加

        要素注記作為宗地的重要組成部分,與相應的地理要素之間關系密切卻又不固定。宗地注記涉及注記與地理要素的對應關系、壓蓋關系等。注記的自動配置問題需要從整體上考慮注記與相應地理要素、注記與注記之間、注記與周邊要素之間的關系,以獲得最佳注記效果[7]。

        1)界址點標注。界址點標注要求從左上角開始沿順時針方向標注,因此以宗地中心點與界址點連線和水平線的夾角來判斷并排序,再按順序標注。界址點的標注要避免與其他地圖要素產(chǎn)生壓蓋,可以先生成引線、圖廓、網(wǎng)格、宗地邊界等信息的緩沖區(qū),再以界址點為圓心,一定長度為半徑尋找與緩沖區(qū)不壓蓋的區(qū)域進行標注。

        2)宗地標注。常見的宗地圖比例尺有1∶250、1∶500、1∶1 000以及1∶2 000。程序可在4種比例尺中循環(huán)測試直至全部相鄰宗地找到合適的標注位置為止。標注流程如圖7所示。

        圖7 宗地面標注流程圖

        3.5 輸出錯誤日志

        對于部分無法滿足自動繪圖條件(標注位置找不到、界址線引線不合格等)的宗地,記錄其宗地號等信息,并將其寫入錯誤日志中輸出,不影響整個程序的循環(huán)批處理,后期再進行手動檢查修改。

        3.6 地圖整飾以及CAD圖形輸出

        CAD制圖與GIS制圖是制圖中的兩大主角,CAD是單純的矢量圖形,具有強大的繪圖和處理矢量圖形的能力,能夠大大增強地圖的藝術感染力。GIS是數(shù)形合一的整體,圖形有拓撲信息,可以進行各種復雜的空間分析。因此在數(shù)據(jù)處理中通常將CAD轉(zhuǎn)化成GIS,在專題圖制作中通常將GIS文件格式轉(zhuǎn)化為CAD文件格式。目前土地確權(quán)工作數(shù)據(jù)依然以dwg格式為主,因此有必要將宗地成果圖轉(zhuǎn)化為dwg格式文件進行保存管理。

        本模塊使用OpenDWG的開源庫之一Teigha,可將宗地圖shp格式文件圖形和文字信息寫入支持AutoCAD的dwg格式中以方便外業(yè)隊使用和成果保存。如圖8所示,后期管理人員可在AutoCAD中修改數(shù)據(jù),實現(xiàn)CAD-GIS-CAD無縫鏈接的工作模式。

        圖8 宗地圖dwg格式

        4 結(jié) 語

        本文利用GIS強大的空間分析能力,基于位置搜索實現(xiàn)宗地四至圖的引線、界址點標注、宗地標注和圖名圖廓等的自動標繪,有效地解決了宗地圖要素的壓蓋問題,大幅減少了后期的人工干預,提高了土地確權(quán)工作的效率。另一方面,本文的研究成果融入了農(nóng)村土地承包經(jīng)營權(quán)確權(quán)登記的宗地四至圖內(nèi)業(yè)生產(chǎn)的生產(chǎn)鏈條,為宗地四至圖內(nèi)業(yè)生產(chǎn)引入了GIS獨特的空間分析和圖形智能算法,實現(xiàn)了CAD-GIS-CAD無縫鏈接的工作模式。

        [1] 高延利.地籍調(diào)查[M].北京∶中國農(nóng)業(yè)出版社,2008

        [2] 周榮根,聞衛(wèi)明.宗地圖的標準化制作[J].現(xiàn)代測繪,2008,31(2)∶30-31

        [3] 趙靜,羅興國,張汝云.一種新的電子地圖注記算法∶格網(wǎng)法[J].計算機工程,2008,34(7)∶278-282

        [4] Yoeli P. The Logic of Automatic Map Lettering[J].Cartographic Joumal,1972,19(2)∶99-108

        [5] Christenson J, Marks J, Shicber S. An Empirical Study of Algorithm for Point-feature Label Placement[J].ACM Transaction on Graphic,1995,14(3)∶203-232

        [6] 陳鑫祥,張新長.地籍管理中宗地圖自動輸出的設計與實現(xiàn)[J].地理空間信息,2008,6(3)∶125-127

        [7] 楊大兵,王春波,陳建平,等.基于ArcEngine組件技術的宗地圖自動生成研究[J].勘察科學技術,2010(2)∶31-35

        [8] 畢旭東,李永樹.AE環(huán)境下宗地自動生成模塊的設計和實現(xiàn)[J].測繪工程,2009,18(1)∶42-44

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        P283.7

        B

        1672-4623(2016)09-0101-03

        10.3969/j.issn.1672-4623.2016.09.033

        熊小青,工程師,主要從事WebGIS、地理信息系統(tǒng)應用的開發(fā)工作。

        2015-04-20。

        項目來源:海南測繪地理信息局測繪科技基金資助項目(瓊測成[2014]17號);上海市科技興農(nóng)推廣項目課題計劃資助項目(滬農(nóng)科推字(2013)第5-1號)。

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