矢量地形圖要素邊線直角化方法研究

應(yīng)國(guó)偉，侯華斌，劉 江，吳 思

(四川省第三測(cè)繪工程院，四川 成都 610500)

矢量地形圖要素邊線直角化方法研究

應(yīng)國(guó)偉，侯華斌，劉 江，吳 思

(四川省第三測(cè)繪工程院，四川 成都 610500)

針對(duì)矢量地形圖數(shù)據(jù)中要素邊線直角化問(wèn)題，分析了最小二乘法的優(yōu)缺點(diǎn)，提出了一種新的解決方案——邊線中點(diǎn)固定算法，該方法的優(yōu)勢(shì)在于算法模型簡(jiǎn)潔、運(yùn)算速度快，適用于大數(shù)據(jù)量的處理和運(yùn)算。本文詳細(xì)描述了該解決方案的實(shí)現(xiàn)過(guò)程，并分析了其存在的不足和適用范圍。

ArcGIS；地形圖；直角化；最小二乘法

一、引 言

數(shù)字地形圖按其數(shù)據(jù)采集方法的不同可分為全野外數(shù)字化測(cè)圖、攝影測(cè)量數(shù)字化測(cè)圖和掃描矢量化測(cè)圖[1]。但無(wú)論哪種方法都會(huì)無(wú)可避免地遇到一個(gè)問(wèn)題：實(shí)際為矩形的要素，特別是建筑物要素，采集到地形圖上時(shí)并不是規(guī)則的矩形，而是接近矩形，本文稱之為偽矩形。而如何在精度許可的范圍內(nèi)對(duì)這些偽矩形進(jìn)行直角化處理，是本文探討的問(wèn)題。

二、偽矩形產(chǎn)生的原因和表現(xiàn)

偽矩形產(chǎn)生的原因一般是由掃描糾正誤差、測(cè)量誤差、立體測(cè)圖誤差等方面引起的。其表現(xiàn)形式是DLG圖形線劃發(fā)生變形和扭曲，圖形的內(nèi)角與多邊形的實(shí)際直角存在差異[2]，如圖1所示。

圖1 偽矩形產(chǎn)生原因

三、直角化的方法

圖2 偽矩形直角化

1.最小二乘法算法

最小二乘法算法的優(yōu)點(diǎn)是技術(shù)優(yōu)化、結(jié)果可靠，缺點(diǎn)是當(dāng)房屋邊線比較多時(shí)，則增加遞歸運(yùn)算負(fù)荷，程序編制難度也較大；而且最小二乘法只考慮圖形結(jié)果的最優(yōu)符合性，并不考慮圖形的實(shí)際真實(shí)性。如圖3所示，實(shí)線為矢量采集的建筑物邊線，虛線為經(jīng)過(guò)最小二乘法優(yōu)化的建筑物邊線，把圖3的A處放大(如圖4所示)可以看出，經(jīng)優(yōu)化后的邊線已經(jīng)完全偏離了實(shí)際邊線。

圖3 最小二乘法直角化結(jié)果

圖4 最小二乘法直角化結(jié)果(放大圖)

因此，筆者提出了另外一種新的算法，并稱之為邊線中點(diǎn)固定算法。

2.邊線中點(diǎn)固定算法

相對(duì)最小二乘法算法是一種絕對(duì)算法來(lái)說(shuō)，邊線中點(diǎn)固定算法是一種近似算法。如圖5所示，設(shè)虛線為正交后的矩形，其邊A′B′的方位角為β，它必須經(jīng)過(guò)邊AB的中點(diǎn)MAB且與經(jīng)過(guò)BD中點(diǎn)的方位角為(β＋π/2)的B′D′相交于B′，依此類推，直到遍歷完成所有的邊為止。這樣，既保證了直角化后圖形的整體性，又達(dá)到了筆者的目的。

圖5 邊線中點(diǎn)固定算法模型圖解

四、編程實(shí)現(xiàn)思路

1)如圖6所示，設(shè)要素起點(diǎn)從1開(kāi)始，共10個(gè)節(jié)點(diǎn)，形成閉合圖形。

2)首先，獲得要素邊線的坐標(biāo)串，即拐點(diǎn)1～10的坐標(biāo)，并整理為坐標(biāo)數(shù)組，再計(jì)算圖形各邊的平均方位角，其目的是為了獲得初始邊(第1條邊)L12的改正邊L1′2′的方位角。

3)獲得初始邊L12的初始方位角后，從L12中點(diǎn)M12起，以任意長(zhǎng)度確定一條直線M12K。

4)求第2條邊L23中點(diǎn)M23到直線M12K的垂足點(diǎn)，此點(diǎn)即為節(jié)點(diǎn)2的改正點(diǎn)2′。

5)以2′與第2條邊L23中點(diǎn)M23確定直線，求第3條邊L34中點(diǎn)M34到直線M122′的垂足點(diǎn)，此點(diǎn)即為節(jié)點(diǎn)3的改正點(diǎn)3′。

6)依次求出所有節(jié)點(diǎn)的改正坐標(biāo)。

圖6 邊線中點(diǎn)固定算法編程圖解

本文以Esri Geodatabase DLG數(shù)據(jù)格式(?.mdb)為例，實(shí)現(xiàn)邊線中點(diǎn)固定算法模型在ArcGIS環(huán)境下ArcObject的代碼編寫，筆者使用的ArcGIS版本為10.0，開(kāi)發(fā)環(huán)境為Microsoft Visual Studio 2010，開(kāi)發(fā)語(yǔ)言為Visual Basic。經(jīng)實(shí)踐證實(shí)，此算法代碼簡(jiǎn)潔，運(yùn)行速度快，效果良好，并保證了圖形要素的實(shí)際真實(shí)性。圖7為采用邊線中點(diǎn)固定算法糾正后與圖4的對(duì)比效果(虛線為改正后邊線)，很顯然，圖7更符合實(shí)際情況。

圖7 邊線中點(diǎn)固定算法結(jié)果實(shí)例

五、誤差分析和精度控制

無(wú)論采取哪種算法，若不設(shè)定條件，程序都會(huì)無(wú)條件地將偽矩形直角化為標(biāo)準(zhǔn)矩形，而不考慮直角化變形，但對(duì)地形圖編輯而言這是不允許的。因此，在進(jìn)行房屋直角化時(shí)，還必須考慮誤差控制或限制，可設(shè)定中誤差和殘差值進(jìn)行約束，也可設(shè)定角度或拐點(diǎn)位移距離閾值，當(dāng)超過(guò)這一閾值時(shí)，程序退出運(yùn)行并作出提示。

六、結(jié)束語(yǔ)

本文中，筆者提出了最小二乘法算法以外的一種新的地形圖要素邊線直角化解決方案，經(jīng)實(shí)際應(yīng)用證明，該方法可較大程度減少程序運(yùn)算量，并最大限度地保證了圖形的實(shí)際符合性，具有較好的應(yīng)用價(jià)值。

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Right Angle Method of Edge Elements in Vector Topographic Map

YING Guowei，HOU Huabin，LIU Jiang，WU Si

P217

B

0494-0911(2014)12-0112-02

應(yīng)國(guó)偉，侯華斌，劉江，等.矢量地形圖要素邊線直角化方法研究[J].測(cè)繪通報(bào)，2014(12)：112-113.

10.13474/j.cnki.11-2246. 2014.0412

2013-11-06

數(shù)字制圖與國(guó)土信息應(yīng)用工程國(guó)家測(cè)繪地理信息局重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開(kāi)放研究基金(GCwd201209)；測(cè)繪地理信息公益性行業(yè)科研專項(xiàng)經(jīng)費(fèi)(201412010)；四川省測(cè)繪地理信息局科技計(jì)劃(J2013SZ06)

應(yīng)國(guó)偉(1972—)，男，四川筠連人，高級(jí)工程師，研究方向?yàn)榈乩硇畔⑾到y(tǒng)。