GIS数据支持的面状要素的地图自动综合

１８１
（１）凸外壳特征点序列的建立 正如前面所述，面的轮廓上的弯曲可以分为凸弯曲和凹弯曲，那么就可以通过删除凹弯曲获取凸 外壳。算法是：首先删除凹弯曲，得到一条新的轮廓线，然后对新的轮廓线重新判断其弯曲的凸凹特 征，若有凹弯曲，回到第一步再次删除凹弯曲，一直循环到没有凹弯曲为此。这种渐进式方法最终获 得的凸外壳同原始轮廓相重叠的点为凸外壳特征点。如图１（ａ）一次渐进成功，图１（ｂ）两次渐进成
属于奇异矩
形，因其面积
大于阈值，但
宽度很小。
（５）外
接矩形边上若
出现相邻两边
都不同原始边
（ｃ１）
（ｃ２）
（ｃ３）
线重叠，则两
条边线放在一 起综合，这同
图８矩形的构造示意图
１８４
曲线的分段性质相同，只是方法不同。 ２．２．其它几何特征的房屋图形综合 对于图３（Ｃ）只需利用基于三角形的渐进式综合方法，当然空间知识必须遵守。图３（ｂ）和
至以复合目标的形式出现，例如体育馆有时以曲线表示，大比例尺地形图中的房屋有时会表示出台阶
的位置等。不管其按哪种方法表示，取其外围轮廓来表示该房屋，使得算法简化。在进行图形综合之
前，必须首先区分建筑物轮廓的几何特征，分为四种形式，如图３所示。 （ａ）为以直角方式转折的轮 廓， （ｂ）
为曲线、直 角方式转折 的组合，
ＧＩＳ数据支持的面状要素的地图自动综合
谢靖① 张杨＠ 樊丈有＠
①②中国地质大学
湖北武汉４ ３００７４
③武汉中地数码科技有限公司
湖北武汉４ ３００７４
摘要：基于６Ｉ￥的地图数据自动综合，根据空间目标的图形特征把面的空间关系，进行点与面、线与线、线
与面，面与面的集合分析，利用高傲数学中集合的组合方法进行点、线、面的空间关系的群体性特征的提取。在
功。
（２）主要凹点的顾及 凸外壳只能描述所占的大致范围，为了进一步描述面的形状，内凹特征点也必须确定。其算法 是：寻找凸外壳上原始轮廓线的间断处，此处就是凹弯曲群，图１（ｃ）所示，Ｃ点就是ＡＢ间弯曲的最 凹特征点。那么由Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ四点就基本上控制了此面的轮廓的形状。对于复杂的轮廓线，可以依线 状要素的空间知识获取方法进一步确定其相类似的特征点序列。 （３）面的方向趋势线的确定 面的方向趋势线在很多文献中有介绍，先找到最小外接矩形，如图２所示。所获取的特征点Ａ、 Ｂ、ｃ、Ｄ在综合过程应当尽量保持。
面在比例尺变小或精度降低的情况下其图形有三种转化方式：面一面、面一点、面一线。也会出现 面转换成面和线的混合形式（例如双线河的自动综合）。
面状要素图形轮廓的简化同线状要素的图形简化相类似，通常情况下可以直接使用线简化算子， 但既然是曲线的特例，也就有特殊规则需要遵守。
１．面状要素图形轮廓的简化 １．１．面的面积的保持 线在图形简化过程中以删除小弯曲为主，然而，对于一个面而言，面积的保持有时是很重要的一 条规则，目前有些算法完全不顾及此规则显然是有问题的，如数学形态学方法就没有考虑此规则，在这 里，作者提出一种近似的面积保持方法。 算法： （１）改变曲线的方向，使方向的左边或右边为区域内部，之所以改变方向，是为了适应算法模型 的需要。 （２）判断弯曲是回里凹、还是向外凸。 （３）在删除弯曲的过程中，记录两种不同弯曲的面积以便在不影响其它规则的条件下，尽量使两 种面积之差的绝对值达到最小，当凸凹弯曲的大小都在删除范围之内时，对这些弯曲使用渐进方法时 必须交替进行。 １．２．面的形状的保持 一条闭封的曲线有一种形状的空间知识，形状在线状要素图形简化过程中也是很重要的，这些特 征无疑可用于面的轮廓的简化，面的形状因其特殊性，需要增加相关的有关形状的空间知识。
Ｔａｙｌｏｒ＆Ｆｒａｎｃｉｓ。１９９６。３－２８
Ｗｏｒｂｏｙｓ Ｍ．Ｆ．，Ｏｂｊｅｃｔ—Ｏｒｉｅｎｔｅｄ Ａｐｐｒｏａｃｈｅｓ ｔｏ Ｇｅｏ—ｒｅｆｅｒｅｎｃｅｄ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ［Ｊ］，Ｉｎｔ．Ｊ． Ｇｅｏｇｒａｐｈｉｃａｌ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍｓ，１９９４，８（４）：３８５—３９９ Ｗｏｒｂｏｙｓ Ｍ．Ｆ．，（Ｅｄ．）ＧＩＳ：Ａ Ｃｏｍｐｕｔｉｎｇ Ｐｅｒｓｐｅｃｔｉｖｅ［Ｍ］，Ｌｏｎｄｏｎ：Ｔａｙｌｏｒ＆Ｆｒａｎｃｉｓ，１９９５，７７一
是：两条连续边必须是两相邻的直线段，而且其它的两条边也不能被另外两条相邻的直线段的全部占
有其一部分。如图５（ｂ）、 （ｃ），但可被全部占有，如图５（ｄ）。因为违反此原则，此矩形肯定不
是最小矩形，证明如下：
证明：设相邻直线段的（Ｐ－，Ｐ。）的长为Ｌ－，和Ｌ。
Ｌ－ｘ Ｌ。＝Ａ－（矩形面积）
若有Ｐ—Ｐ。的任何邻边Ｐｏ或Ｐ。占矩形边的部分
那么Ｌｏ＜Ｌ２或Ｌ３＜ＬＩ
己知Ｐｏ与Ｐ·、Ｐ。与Ｐａ可构造矩形Ａｏ、Ａｚ
Ａｏ＝Ｌｏ Ｘ Ｌｌ
Ａ２＝Ｌ２ Ｘ Ｌ３
所以Ａｏ＜Ａ１、Ａ２＜Ａｌ
每次构造完
这些矩形后，删
除其最小矩形。
ｏ
删除过程中有如
下规则需要遵
。
守。
（ａ）当外
矩形（不占房屋 面积）和内矩形
（ｂ）
（Ｃ）
（ｄ）
（ｅ）
面积相等时，删 除外矩形。
图６矩形的构造不同情况
（ｂ）若最小矩形内（上）包含了其它直线段（非相邻），则删除符合条件的次小矩形，如图５
（ｅ）ＡＢＣＤ。
（３）每删除一个矩形，重新构造此段边线，重新构造矩形，直至无符合条件的矩形为此。重新构
造此段边线的算法如图６所示， （ａ）中Ｐ。、Ｐ。、Ｐ。变成Ｐ。ＯＰｓ， （ｂ）中Ｐｔ、Ｐ。、Ｐ。、Ｐ。变成Ｐ。
其具体算法是：
（１）建立最小外接矩形。
（２）区分最小外接矩形的边是否同原始边线重叠。若是，则不考虑此边的综合问题，否则需进行
图形简化，不然仍然采用渐进式综合方法，由于其特殊性，’本算法同线状要素图形综合的不同点在于
此处用最小矩形。矩形的构造方法如图５所示。 （ａ）中的Ａ、Ｂ为构造的矩形，此矩形需满足的条件
的面积占整个
房屋的面积较 大，则夸大， 其综合结果如 图８（ａ１）
（ａ２）所示。 对于图８
（ｃ）而言则
图７矩形的构造特殊情况
凹√田Ｃ
有三种情况，
如图８（ｃ１） （ｃ２）（ｃ３）所
（ｂ）
（Ｃ）
示。 图 ８
（ｂ）这种情 况，以删除 ＡＢＣ所形成的
Ⅱ口匹当
外矩形为主。
图８中除
（ａｔ）
（ａ２）
（ａ）外，都
（ｂ１１
（ｄ）需先根据几何特征进行分段，每一段线的综合方法同以前所述的相应方法一样。 ３．结语 过去，ＧＩＳ往往被认为是一项专门技术，其应用主要限于测绘、制图、资源和环境管理等领域。
随着技术的发展和社会需求的增大，ＧＩＳ应用日趋广泛，它不但在资源和环境管理与规划中成功应 用，而且是设施管理和工程建设的重要工具；同时，还进入了军事战略分析、商业策划和文化教育， 乃至人们的日常生活领域之中。ＧＩＳ的社会地位也发生了明显的变化，它和数据库、信息处理、通信 等技术一样，已经成为信息技术（ＩＴ）的重要组成部分。不论是从科学、技术还是社会的角度，值得我 们不倦地追求并为之努力奋斗。
（Ｃ）为任
口口０
Ｏ
意折线，
（ｄ）为任
（ａ）
（ｂ）
（ｃ）
意折线和曲 线的组合。
图３建筑物轮廓的几何特征
图４最小外接矩形
这些形式的可直接通过目标的几何特征和相邻线段的交角来判别。
２．１．直角方式转折的房屋的综合
该图形可通过旋转、移位得到图４的形式，算法是：任选取一直线段，并通过旋转使其成ｘ轴方
向，其它直线段同时转换，再平移可获得图这种形式。可称该算法为轮廓的规范化。其综合方法如
提出了一种基于ＴＩＮ的水系网络中心线的提取方法，对于有空间关系限制条件的中心线的提取，此方
法是值得推荐的。这里需要补充的一条规则是：双线河流变成单线河流时在河流的交汇处应当保持支
流和主流成锐角相交。因此在中轴线相交时应作适当调整。
２．以面表示的房屋（建筑物）的图形综合
用面表示的房屋通常情况下以折线表示，在大比例尺地形图中也有以折线和曲线混合表示的，甚
从我国目前ＧＩＳ应用情况看，总体水平是比较高的，而且存在着巨大的应用潜力，对ＧＩＳ的需求 将不断增加。我国ＧＩＳ的应用，首先是在科研部门和测绘与资源环境等领域，然后在城市规划等部门 展开，在农林业方面也已开始，现在已经扩展到土地管理、设施管理、军事和商业等领域。可以说， 土地管理和设施管理是近几年我国ＧＩＳ应用的热点。我国ＧＩＳ应用已经初步形成一个多层次、不同规 模、不同尺度的应用局面，ＧＩＳ成为重要的发展方向。
＠固佘廖
（ａ）
（ｂ）
（ｃ）
图１凸外壳特征点序列的建立
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
图２面的方向趋势线的确定
比例尺变化或精度变化到面的轮廓无法表法时，其可转化为点或线。点可以用面的中心点表达。
当面综合成线时，通常情况下是取其中心线，例如道路的中心线，河流的中心线等。但是，在综合过
程中有时中心线的计算是需要考虑其它限制条件的。Ｍｉｃｈａｅｌ ＷｃＡｌｌｉｓｔｅｒ和Ｊａｃｋ Ｓｎｏｅｙｉｎｋ １９９７
地图数据处理中进行地理信息特征的简单化，以方便管理，实现地图自动综合。
关键词：地理信患系统
自动综合 空间关系
用数字化的方式来定量地描述和研究人类居住的地理环境这一追求由来已久。随着人造地球卫 星、航天飞机、宇宙探测、遥感（ＲＳ）、全球定位系统（ＧＰＳ）、地理信息系统（ＧＩＳ）、卫星通信、 数字光缆、计算机网络等现代技术的成熟和应用，使有关地球的海量数据实现了快速、批量地采集、 整理、传输、分析、处理等操作，从而超越时空局限，渗透到千家万户，深刻地影响着、甚至改变人 们的生产、生活和交往方式。数字化的地理信息逐渐被人们认识，并成为一种知识创新的信息资源和 能够增值的社会财富。而且，在基础信息的应用中，根据专业部门的特殊要求提取不同空间分辨率、 不同比例尺、不同专题层次的地形信息、建设设施信息获得特定用户视图下的信息子集日益成为挑战 性的应用需求，这种需求在目前的理论技术水平下不能得到很好的满足。需要建立一套数字环境下的 全新的地图缩编地图综合的理论体系，并在此基础上开发与传统技术工艺相对应的计算机软件，要求 地图综合的图形软件应当具备较高的自动化程度，提高成图效率，而且在信息的分析表述结果上具有 与手工缩编同样的效果，这一应用需求在信息高速发展的今天显得比过去任何时候都要迫切。
下：
（ａ）轮廓的规范化。
（ｂ）建立最小外接矩形，如图４的矩形ＡＢＤＣ。
（ｃ）计算房屋的面积Ｐ，若面积小于规定的阅值，则把该房屋变成独立房屋，方向同外接矩形的
长边一样，若矩形的宽小于规定阈值，而长度符合表达条件，那么该房屋变成半依比例尺房屋。它们
的定位点为原点，方向为矩形的长边所指方向。最后按规范化的格反方向把综合后的目标转换到原有
ｏ＾，（ｃ）中Ｐｔ、Ｐｚ、Ｐｓ、Ｐｔ变成Ｐ。Ｐｔ，（ｄ）中Ｐ。、Ｐｚ、Ｐ３、Ｐｔ变成Ｐｔ ＯＰｔ，（ｅ）中Ｐ。、Ｐｚ、
Ｐ。、Ｐｔ变成Ｐｔ ＯＰｔ。。在进行下一步构造矩形之前，必须消除直线段上共线且相邻的直线段上的无效
点。如图６（ａ）中的ＯＰｓＷ变成了０ｗ。
（４）特殊情况的处理。有两种情况：其一，前面所提到的最小矩形中还包含了其它边线，处理方法
［１］
… ．…
… ㈨…
………
…
参考文献 肖乐斌，钟耳顺，刘纪远，宋关福，ＧＩＧ空间概念模型的研究［Ａ］，中国地理信息系统协会２００１年论文 集，２００１，２１８—２２３ Ｂｕｒｒｏｕｇｈ Ｐ．Ａ．，Ｎａｔｕｒａｌ Ｏｂｊｅｃｔｓ ｗｉｔｈ Ｉｎｄｅｔｅｒｍｉｎａｔｅ Ｂｏｕｎｄａｒｉｅｓ［Ｍ］，Ｉｎ：ＰＥＴＥＲ Ａ．ＢＵＲＲＯＵＧＨ ａｎｄ ＡＮＤＲＥＷ Ｕ．ＦＲＡＮＫ，（Ｅｄ．）Ｇｅｏｇｒａｐｈｉｃ Ｏｂｊｅｃｔｓ ｗｉｔｈ Ｉｎｄｅｔｅｒｍｉｎａｔｅ Ｂｏｕｎｄａｒｉｅｓ．Ｌｏｎｄｏｎ：
主要研究地图综合过程中面的空间关系，进行量度性空间关系、拓扑空间关系、有序性空间关系 的算法推导。研究地图综合过程中必须考虑地图要素及其相互之间的空间关系，把它们之间的拓扑空 间关系进行抽象化。在应用研究中，应该遵循“统筹规划、分步实施”的原则，将综合这一复杂问题 划分为许多细小而容易解决的具体问题，最后再综合起来。把简单空间目标的空间关系研究方法扩展 到复杂空间目标的空间关系，在地图数据处理中进行地理信息特征的简单化，以方便管理。
坐标系。若面积大于阈值，则执行下一步。
（ｄ）若面
积Ｐ比较小，可
以直接用外接矩 形作为综合结 果，若Ｐ与外接 矩形的面积相差
‘白白
比较大，可适当
移位矩形的
（ａ）
（ｂ）
（Ｃ）
（ｄ）
（ｅ）
边．但是外接矩
形的边若完全同 （绝大部分）原
图５矩形的构造示意图
始边线重叠，那么此条矩形边也不能移位。若面积Ｐ比阈值大很多，则按下砸的算法进行图形简化，
如图７所示。进一步回到（２），构造矩形，直到无小于阈值的矩形为此。其二，共线性和奇异矩形的
判别，如图８所示。（ａ）中ＡＢ与ｃＤ几乎共线，图７（ｂ）中有完全共线，完全共线时，边线数据重
新组织，图
８（ａ）中的ＡＢ
与ｃＤ是否形
成共线，要看
ＡＢ到ｃＤ的投
影区域的面积
的大小，其小
于闽值则共
线，但若投影
（ａ）
（ｂ）