俞志強(qiáng)，許大璐，趙志強(qiáng)，李學(xué)錫

(1. 浙江省地理信息中心，浙江 杭州 310012； 2. 江蘇易圖地理信息工程有限公司，江蘇 揚(yáng)州 225009)

一、引 言

數(shù)字城市的建設(shè)是一個(gè)漫長(zhǎng)的過(guò)程，在完成整個(gè)城市的建設(shè)工作之前，基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)建設(shè)是非常重要的一部分，它可以很大程度上反映城市的基礎(chǔ)地理信息形態(tài)。國(guó)內(nèi)有些城市在將數(shù)據(jù)規(guī)整入庫(kù)后，實(shí)現(xiàn)了日常辦公管理，運(yùn)行效果很好。而根據(jù)現(xiàn)有各類基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行規(guī)整入庫(kù)及更新，完成基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)的更新管理，與通常的數(shù)據(jù)入庫(kù)不同，該方法盡量利用現(xiàn)有數(shù)據(jù)特點(diǎn)進(jìn)行統(tǒng)一要素提取和轉(zhuǎn)換，并采用統(tǒng)一編碼來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的統(tǒng)一入庫(kù)和更新。以此建設(shè)的數(shù)據(jù)庫(kù)，不僅數(shù)據(jù)庫(kù)完整、成本低，而且效率高、效果好，在規(guī)劃、房產(chǎn)、城市應(yīng)急管理等行業(yè)有很好的應(yīng)用前景。

二、關(guān)鍵技術(shù)

鑒于AutoCAD在地理信息數(shù)據(jù)的廣泛應(yīng)用，本文提出了基于AutoCAD異構(gòu)數(shù)據(jù)的面向?qū)ο蠡悄茏R(shí)別方法，并開(kāi)發(fā)了相應(yīng)的數(shù)據(jù)整理軟件。軟件基于AutoCAD強(qiáng)大的區(qū)域搜索能力，在算法的移植過(guò)程中重寫(xiě)了區(qū)域搜索算法，提高了運(yùn)算速度，主要解決了外形相似、結(jié)構(gòu)不同的數(shù)據(jù)實(shí)體對(duì)象化提取問(wèn)題。此軟件代替了通過(guò)人眼識(shí)別作業(yè)的操作過(guò)程，通過(guò)快速準(zhǔn)確的運(yùn)算，解決了建庫(kù)過(guò)程中人工提取大量異構(gòu)數(shù)據(jù)的復(fù)雜問(wèn)題，與常規(guī)生產(chǎn)方法相比，提高生產(chǎn)效率幾十倍，極大地降低了生產(chǎn)成本。

數(shù)據(jù)整理軟件主要包含3個(gè)模塊：規(guī)則庫(kù)建立、智能識(shí)別及對(duì)象化圖形、識(shí)別統(tǒng)計(jì)及結(jié)果分析，如圖1所示。

圖1 數(shù)據(jù)整理軟件流程

以上3個(gè)模塊是層層遞進(jìn)的，作為關(guān)鍵模塊，“規(guī)則庫(kù)建立”是整個(gè)算法的核心。該模塊主要是根據(jù)不同數(shù)據(jù)對(duì)象建立不同規(guī)則，主要包括4個(gè)規(guī)則：預(yù)處理規(guī)則、點(diǎn)規(guī)則、文字規(guī)則、線規(guī)則，這4個(gè)規(guī)則包括了目前所有的數(shù)據(jù)類型。主要是根據(jù)數(shù)據(jù)不同類型及需要結(jié)果進(jìn)行樣本圖的采樣和提取，當(dāng)樣本圖提取并驗(yàn)證成功后，則利用 “智能識(shí)別與圖形對(duì)象化”模塊根據(jù)樣本圖規(guī)則建立識(shí)別機(jī)制，對(duì)類似數(shù)據(jù)實(shí)體進(jìn)行批量智能識(shí)別和對(duì)象化。最后將對(duì)象化的結(jié)果提交給 “識(shí)別統(tǒng)計(jì)及結(jié)果分析”模塊進(jìn)行分析，以進(jìn)一步對(duì)結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證。

三、方案設(shè)計(jì)

規(guī)則庫(kù)主要包含四大規(guī)則：預(yù)處理規(guī)則、點(diǎn)規(guī)則、文字規(guī)則、線規(guī)則。為了更好地闡述“規(guī)則庫(kù)建立”模塊的算法及應(yīng)用，從以下幾個(gè)方面進(jìn)行設(shè)計(jì)。

1. 預(yù)處理規(guī)則

AutoCAD異構(gòu)數(shù)據(jù)文件中往往存在著大量的冗余數(shù)據(jù)，與數(shù)據(jù)對(duì)象化無(wú)關(guān)。這些數(shù)據(jù)的存在直接影響算法的準(zhǔn)確性，進(jìn)而降低了工作效率。采用的預(yù)處理規(guī)則就是用與、或、非等算法計(jì)算冗余數(shù)據(jù)，主要分為如下幾個(gè)方面。

1) 非結(jié)構(gòu)線數(shù)據(jù)過(guò)濾：過(guò)濾規(guī)則包括基本的實(shí)體、空間關(guān)系等方法過(guò)濾。如陡坎的方向短線長(zhǎng)度固定且一端與多段線相連，通過(guò)這樣的規(guī)則可以過(guò)濾掉方向短線。

2) 重疊實(shí)體過(guò)濾：對(duì)于相同空間結(jié)構(gòu)的點(diǎn)、線、文字，進(jìn)行預(yù)刪除。

3) 偽節(jié)點(diǎn)及懸掛修復(fù)。

2. 點(diǎn)規(guī)則

點(diǎn)規(guī)則的建立是將多個(gè)數(shù)據(jù)實(shí)體組成的非對(duì)象化數(shù)據(jù)進(jìn)行結(jié)構(gòu)化的建立過(guò)程。主要內(nèi)容如下：

(1) 數(shù)據(jù)實(shí)體匹配

用于識(shí)別實(shí)體集對(duì)象化后無(wú)旋轉(zhuǎn)的數(shù)據(jù)匹配，主要通過(guò)計(jì)算每個(gè)數(shù)據(jù)的長(zhǎng)度、結(jié)構(gòu)類型、角度信息、給定容差，并嚴(yán)格設(shè)置匹配參數(shù)(如圖2所示)。

圖2 數(shù)據(jù)實(shí)體匹配

為了提高匹配效率，制定了嚴(yán)格匹配和非嚴(yán)格匹配兩種方案。根據(jù)實(shí)體尺度、角度和相對(duì)尺度去匹配拾取范圍中的信息，如果全部匹配則作為匹配數(shù)據(jù)，否則按匹配率結(jié)果反饋到“識(shí)別統(tǒng)計(jì)及結(jié)果分析”模塊。

(2) 定位和角度

當(dāng)匹配完成后需要用目標(biāo)數(shù)據(jù)提取定位點(diǎn)及角度信息：

1) 無(wú)旋轉(zhuǎn)：對(duì)于零角度的點(diǎn)狀塊提取，只需要知道其定位點(diǎn)，因?yàn)闆](méi)有旋轉(zhuǎn)角度，所以其外包面是相同的，可以通過(guò)外包面的任何一個(gè)位置定位，然后加上一個(gè)常量就可以得到定位信息。

2) 有旋轉(zhuǎn)：對(duì)于已經(jīng)成功匹配的有角度數(shù)據(jù)集，其外包面不相同，給出有角度數(shù)據(jù)集的定位點(diǎn)和角度獲取。其算法為：由于數(shù)據(jù)實(shí)體集整體旋轉(zhuǎn)相對(duì)于幾何中心相對(duì)位置不變，即可以通過(guò)幾何中心定位和旋轉(zhuǎn)的角度計(jì)算塊的角度，其算法包含3種情況：①中心對(duì)稱：此時(shí)相對(duì)尺度信息中的長(zhǎng)度要么為零，要么為相同的值。這時(shí)候角度為任意長(zhǎng)度不為零的點(diǎn)與幾何中心組成的角度固定，通過(guò)塊的角度的值加上一個(gè)常量即可計(jì)算實(shí)際的角度。②軸對(duì)稱：相對(duì)尺度信息中的不為零的數(shù)均為偶數(shù)多值，通過(guò)其中一組偶數(shù)多值的點(diǎn)計(jì)算其平均值得到的點(diǎn)與幾何中心的角度固定，通過(guò)塊角度的值加上一個(gè)常量即可計(jì)算實(shí)際的角度。③非對(duì)稱圖形：相對(duì)尺度信息中存在至少一個(gè)長(zhǎng)度值和其他長(zhǎng)度不一樣的值的點(diǎn)，通過(guò)該點(diǎn)和幾何中心組成的角度固定，通過(guò)塊的角度的值加上一個(gè)常量計(jì)算實(shí)際的角度。

以上3種方法解決了符號(hào)庫(kù)中所有的定位和角度問(wèn)題，樣圖如圖3所示。

圖3 點(diǎn)狀符號(hào)定位示意圖

3. 文字規(guī)則

對(duì)于散狀分布的文字，根據(jù)其具有字體信息、角度信息、分布信息相同的規(guī)律，做出如下定義：文字過(guò)濾信息通過(guò)單個(gè)文字實(shí)體拾取其角度、屬性信息。

通過(guò)這些規(guī)則建立了文字規(guī)則，主要包括3個(gè)方面：

1) 信息提?。哼x擇單個(gè)文字實(shí)體拾取“文字過(guò)濾信息”。

2) 文字的屬性過(guò)濾及文字內(nèi)容條件過(guò)濾，將過(guò)濾條件加入“文字過(guò)濾信息”。

3) 根據(jù)設(shè)定距離及容差范圍拾?。涸O(shè)置距離及和距離相關(guān)的容差信息，通過(guò)該文字的定位點(diǎn)分別向兩端查找相應(yīng)滿足“文字過(guò)濾信息”的文字，直至結(jié)束；并通過(guò)坐標(biāo)信息和角度按正序排序得到文字的排序內(nèi)容，將得到的第一個(gè)文字的定位點(diǎn)和角度生成一個(gè)完整的文字，插入到當(dāng)前位置(如圖4所示)。

圖4 文字過(guò)濾效果圖

4. 線規(guī)則

對(duì)于散狀分布的線主要分為以點(diǎn)類型為單元和以兩端端點(diǎn)為單元的數(shù)據(jù)組成，為此將其分成兩種類型：①點(diǎn)類型：圓、弧、點(diǎn)、塊、線的結(jié)構(gòu)中心等；②線類型：線的首末點(diǎn)類型，把離目標(biāo)點(diǎn)距離比較近的為近端點(diǎn)，比較遠(yuǎn)的為遠(yuǎn)端點(diǎn)，分別定義為“近搜索點(diǎn)”和“遠(yuǎn)搜索點(diǎn)”；如果存在多條則按照設(shè)定要求，進(jìn)行停止搜索、最短距離搜索、最小角度變化搜索。為此定義了3種類型規(guī)則。

(1) 點(diǎn)類型

通過(guò)拾取點(diǎn)類型信息，類似于文字搜索的方法，將設(shè)定的距離及容差作為搜索條件，按相鄰關(guān)系遍歷拾取所有的點(diǎn)并組合成一條直線，如圖5所示。

圖5 點(diǎn)拾取示意圖

(2) 線類型

通過(guò)拾取一條線，根據(jù)設(shè)定線的設(shè)定要求，根據(jù)線的兩端搜索“近搜索點(diǎn)”，然后通過(guò)“遠(yuǎn)搜索點(diǎn)”搜索下一個(gè)滿足“搜索條件”的“遠(yuǎn)搜索點(diǎn)”的“近搜索點(diǎn)”，如此直至完成，然后將結(jié)果合并成一條直線，如圖6所示。

圖6 線拾取示意圖

(3) 組合類型

組合類型中的搜索可能包含多種點(diǎn)類型、多種線類型或點(diǎn)和線交織的類型，本文通過(guò)拾取一個(gè)周期的類型集合進(jìn)行搜索，方法也是以上兩種搜索的組合類型。組合類型拾取及參數(shù)設(shè)置建庫(kù)時(shí)，將類型和設(shè)置的參數(shù)成對(duì)建模，按照搜索的順序組合成一個(gè)搜索序列，如圖7所示。

圖7 點(diǎn)線交叉拾取示意圖

四、功能實(shí)現(xiàn)

1. 程序代碼

以AutoCAD平臺(tái)作為載體開(kāi)發(fā)了數(shù)據(jù)整理軟件，以下代碼為載入AutoCAD ObjectArx線程，載入成功后，可以直接訪問(wèn)AutoCAD數(shù)據(jù)。

extern "C" AcRx::AppRetCode

acrxEntryPoint(AcRx::AppMsgCode msg, void* pkt)

{

switch (msg) {

case AcRx::kInitAppMsg:

∥Comment out the following line if your

∥application should be locked into memory

acrxDynamicLinker->unlockApplication(pkt);

acrxDynamicLinker->registerAppMDIAware(pkt);

InitApplication();

break;

case AcRx::kUnloadAppMsg:

UnloadApplication();

break;

}

return AcRx::kRetOK;

}

void InitApplication()

{

∥NOTE: DO NOT edit the following lines.

∥{{AFX_ARX_INIT

AddCommand("WSK", "XF", "XF", ACRX_CMD_TRANSPARENT | ACRX_CMD_USEPICKSET, wskxf);

AddCommand("WSK", "MDL", "MDL", ACRX_CMD_TRANSPARENT | ACRX_CMD_USEPICKSET, wskmdl);

AddCommand("WSK", "RML", "RML", ACRX_CMD_TRANSPARENT | ACRX_CMD_USEPICKSET, wskrml);

AddCommand("WSK", "PJ", "PJ", ACRX_CMD_TRANSPARENT | ACRX_CMD_USEPICKSET, wskPJ);

AddCommand("WSK", "WQL", "WQL", ACRX_CMD_TRANSPARENT | ACRX_CMD_USEPICKSET, wskwql);

∥}}AFX_ARX_INIT

∥TODO: add your initialization functions

if (g_pBlockDialog == NULL)

{

g_pBlockDialog = new CBlockRepairDialog;

g_pBlockDialog->Create(IDD_DIALOG1, NULL);

g_pBlockDialog->SetWindowText("數(shù)據(jù)規(guī)整");

g_pBlockDialog->ShowWindow(SW_SHOW);

}

}

void UnloadApplication()

{

∥NOTE: DO NOT edit the following lines.

∥{{AFX_ARX_EXIT

acedRegCmds->removeGroup("WSK");

∥}}AFX_ARX_EXIT

if (g_pBlockDialog != NULL)

{

g_pBlockDialog->DestroyWindow();

delete g_pBlockDialog;

g_pBlockDialog = NULL;

}

∥TODO: clean up your application

}

…

2. 軟件界面

軟件界面及提取結(jié)果如圖8—圖10所示。

圖8 數(shù)據(jù)規(guī)整主界面 圖9 文字和線型入庫(kù)工具

圖10 對(duì)象化提取結(jié)果示意圖

五、結(jié)束語(yǔ)

本文詳細(xì)介紹了基于AutoCAD異構(gòu)數(shù)據(jù)對(duì)象化智能識(shí)別方法的研究及應(yīng)用，使得AutoCAD數(shù)據(jù)入庫(kù)更為方便、快捷，為基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫(kù)建設(shè)提供支撐。今后將對(duì)本文的算法進(jìn)一步優(yōu)化，同時(shí)將在MicroStation、ArcGIS等不同平臺(tái)下進(jìn)行開(kāi)發(fā)和推廣，為地理信息產(chǎn)業(yè)貢獻(xiàn)自己的一份力量。

參考文獻(xiàn)：

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