方衎，孫瑞敏，黃一昀，趙得意

（江蘇省工程勘測(cè)研究院有限責(zé)任公司）

1 引言

地形圖數(shù)據(jù)入庫是GIS工作者日常生產(chǎn)中最常見的一種任務(wù)，目前數(shù)據(jù)入庫的工作主要是采用各種GIS軟件[1-3]，隨著軟件越來越成熟，數(shù)據(jù)入庫的效率也變得越來越高。在入庫過程中，很多要素需要進(jìn)行構(gòu)面處理[4]，其中線狀道路構(gòu)面相對(duì)麻煩一些。一般通過手工先將路口閉合，再進(jìn)行構(gòu)面，或者通過二次開發(fā)進(jìn)行構(gòu)面。

2 常用的線狀道路構(gòu)面方法

手動(dòng)跟蹤構(gòu)面。以雙線道路為例，利用“track‐polygon”命令按順序選擇要參與構(gòu)面的道路邊線，選擇完成后，即可完成構(gòu)面（見圖1a）。

利用“Boundary”命令構(gòu)面。通常先在道路兩頭額外繪制兩條多段線來封閉端口，然后利用“Bound‐ary”命令即可完成構(gòu)面（見圖1b）。

圖1 常用的線狀道路構(gòu)面方法

以上兩種方法，雖然數(shù)據(jù)質(zhì)量得到保證，但工作效率不高。因此，為提高工作效率，本文提出一種基于近鄰分析自動(dòng)連接閉合線狀道路的方法，并以此進(jìn)行線狀道路的構(gòu)面。利用ArcGIS 平臺(tái)以及Py‐thon 腳本實(shí)現(xiàn)了這一方法。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該方法取得了良好的效果，大大地提高了工作效率。

3 線狀道路自動(dòng)連接閉合的流程與方法

3.1 自動(dòng)連接閉合構(gòu)面的流程

首先，在自動(dòng)連接之前，需對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，先將源數(shù)據(jù)格式為CAD 的轉(zhuǎn)換成ArcGIS 軟件下的shp 格式或者featureclass，再進(jìn)行拓?fù)錂z查，消除一些拓?fù)溴e(cuò)誤（如懸掛點(diǎn)，偽節(jié)點(diǎn)等）；預(yù)處理完后，即可進(jìn)行線狀道路自動(dòng)連接閉合構(gòu)面的工作，具體流程見圖2。

圖2 線狀道路自動(dòng)連接閉合構(gòu)面流程圖

3.2 自動(dòng)連接閉合構(gòu)面的方法

1）獲取道路線首末兩端點(diǎn)

由于線狀道路構(gòu)面的本質(zhì)問題就是通過兩條（或者以上）道路線端點(diǎn)的連接使其變成一條閉合線，然后通過閉合線來進(jìn)行構(gòu)面，因此，通過提取每條道路線的兩端點(diǎn)（中間各折點(diǎn)則不需要提?。?，使之由一維線的研究轉(zhuǎn)變成零維點(diǎn)的研究，從而簡(jiǎn)化了問題，提高了效率。

2）查找相同的端點(diǎn)

在實(shí)際情況中，由于道路的復(fù)雜性，往往一條完整的道路線會(huì)被分割成好幾段，前一線段的末尾點(diǎn)就會(huì)和與之相連的線段的起始點(diǎn)重疊，這就導(dǎo)致提取的端點(diǎn)中存在重復(fù)點(diǎn)，通過提取每個(gè)點(diǎn)的坐標(biāo)來判斷點(diǎn)是否重復(fù)，從而提取出這些重復(fù)的端點(diǎn)。

3）刪除重復(fù)的端點(diǎn)

查找出來的這些重復(fù)端點(diǎn)，對(duì)整條道路來說，其實(shí)并不是首末點(diǎn)，而是中間的各個(gè)折點(diǎn)，并不需要參與到后續(xù)的連接，因此，這些點(diǎn)作為中間數(shù)據(jù)需要將其刪除，從而保證了每條道路線首末端點(diǎn)的唯一性。

4）端點(diǎn)配對(duì)（近鄰分析）

將所有道路線的首尾兩端點(diǎn)進(jìn)行近鄰分析，即在其他道路線的首尾端點(diǎn)中，獲取與每條道路線端點(diǎn)距離最近的點(diǎn)，如圖3 所示。以道路線AH 為例，在其他三條道路線BC、DE、FG 中，只有點(diǎn)B 距離端點(diǎn)A 最近，因此，端點(diǎn)A 所配對(duì)的點(diǎn)是B 點(diǎn)，其他配對(duì)點(diǎn)如AF、AG、AC 都不符合要求。同理，C 與D 配對(duì)，E與F配對(duì)，G與H配對(duì)。

圖3 近鄰分析法道路線端點(diǎn)配對(duì)

5）端點(diǎn)連接構(gòu)面

端點(diǎn)配對(duì)好之后，互相配對(duì)的點(diǎn)連接構(gòu)線，構(gòu)好的線與之所在的道路線閉合形成封閉的面狀圖形，即完成構(gòu)面。

4 線狀道路自動(dòng)連接閉合的實(shí)現(xiàn)

4.1 開發(fā)環(huán)境簡(jiǎn)述

Python 是一種不受局限、跨平臺(tái)的開源編程語言，它功能強(qiáng)大，可嵌入，具有高度的可擴(kuò)展性，適用于各種大中小型應(yīng)用程序。Python 作為ArcGIS 的腳本語言，利用其以及附帶的Arcpy站點(diǎn)包，能夠開發(fā)出各種滿足用戶需求的工具和應(yīng)用程序[5-6]。

4.2 相關(guān)技術(shù)的實(shí)現(xiàn)

1）道路線首末兩端點(diǎn)的獲取

利用FeatureVerticesToPoints 函數(shù)，在指定輸出點(diǎn)的創(chuàng)建位置參數(shù)中選擇“BOTH_ENDS”，表示只獲取首末兩端點(diǎn)，線段上其他的折點(diǎn)則不需要獲取。

2）保證首末端點(diǎn)的唯一性

利用FindIdentical 函數(shù)，通過點(diǎn)的Point_X 和Point_Y 兩個(gè)字段作為比較值，找出重復(fù)點(diǎn)，再利用DeleteIdentical 函數(shù)，刪除這些重復(fù)點(diǎn)，從而保證了首末點(diǎn)的唯一性。

3）近鄰分析

利用Near 函數(shù)，通過計(jì)算點(diǎn)與點(diǎn)的距離確定距離最近的點(diǎn)，為了防止部分不同屬性的道路口距離過近導(dǎo)致配對(duì)錯(cuò)誤，需要設(shè)置一個(gè)閾值，以提高配對(duì)的正確率，若搜索半徑小于該閾值，則忽略不計(jì)。

4）點(diǎn)集轉(zhuǎn)線

配對(duì)好的端點(diǎn)是一個(gè)點(diǎn)的集合，經(jīng)過近鄰分析后，互相配對(duì)的端點(diǎn)會(huì)產(chǎn)生一個(gè)共有的距離值字段，利用該字段值的唯一性以及PointsToLine函數(shù)，即可將配對(duì)的端點(diǎn)連接成線。連接好的線再和原道路線通過FeatureToPolygon函數(shù)完成最終的構(gòu)面。

4.3 實(shí)例驗(yàn)證

為了驗(yàn)證上述方法的正確性和有效性，以揚(yáng)州市邗江區(qū)的三塊測(cè)區(qū)數(shù)據(jù)為例（結(jié)果如表1和圖4所示）。該測(cè)區(qū)范圍內(nèi)共有城際公路、城市道路、鄉(xiāng)村道路等142 條，其中完成正確構(gòu)面的126 條，正確率為88.7%，驗(yàn)證了本文方法的可行性。

表1 自動(dòng)構(gòu)面結(jié)果測(cè)試表

圖4 實(shí)例驗(yàn)證的結(jié)果

5 結(jié)語

本文提出的基于近鄰分析來自動(dòng)連接線狀道路并構(gòu)面的方法，簡(jiǎn)單高效，正確率較高，能夠大幅減輕內(nèi)業(yè)人員的工作量，提高他們的工作效率，且在其他交通要素（如雙線橋梁）以及部分水系要素（如線狀河流的構(gòu)面）等同樣適用，在實(shí)際的數(shù)據(jù)入庫工作中得到了廣泛應(yīng)用，具有一定的實(shí)際意義。但本文的方法還可以進(jìn)一步優(yōu)化，在道路寬度閾值的設(shè)置上，本文每個(gè)數(shù)據(jù)源只設(shè)置一種固定值，其實(shí)可以更具有靈活性，例如，能夠依據(jù)每種道路的等級(jí)屬性自動(dòng)的設(shè)置符合該等級(jí)的閾值，這樣匹配的正確率會(huì)再次得到提高。因此，如何進(jìn)一步提高正確率是本文接下來需要研究和解決的問題。