基于多邊形系統(tǒng)的地籍測量軟件設(shè)計

1、基于多邊形系統(tǒng)的地籍測量軟件設(shè)計倪 堯（南通市測繪院有限公司，江蘇 南通226006）摘要 本文介紹了面向?qū)嶋H生產(chǎn)應(yīng)用的地籍測量軟件設(shè)計思路，對具有地籍特色的拓撲多邊形系統(tǒng)自動生成的算法做了詳細闡述，對從事測量軟件、GIS軟件的開發(fā)研究有一定的參考價值。關(guān)鍵詞 地籍測量 軟件設(shè)計 拓撲多邊形系統(tǒng) AutoCAD1 引言當(dāng)前商業(yè)測繪成圖軟件大多已包含地籍測量功能，但由于軟件設(shè)計、開發(fā)人員缺乏地籍測量生產(chǎn)實踐經(jīng)驗，開發(fā)出的地籍測量軟件存在難以滿足地籍測量高效生產(chǎn)和地籍測量管理信息系統(tǒng)入庫需要等問題。因此本文作者在總結(jié)南通市測繪院有限公司（以下稱“本公司”）十多年地籍生產(chǎn)中積累的經(jīng)驗基礎(chǔ)之上，采用V

2、isual C+、AutoCAD ObjectARX開發(fā)工具，依托AutoCAD強大圖形編輯平臺，自主開發(fā)直接面向生產(chǎn)人員的實用型地籍測量軟件（CadaSV for AutoCAD R2000R2002 & R2004）。自2003年以來，該軟件已經(jīng)在本公司承接的數(shù)十個建制鎮(zhèn)地籍測量生產(chǎn)中得到應(yīng)用和完善，大幅度提高了地籍測量工效，并順利實現(xiàn)了與江蘇省、南通市兩級地籍管理信息系統(tǒng)的銜接。本文將介紹該軟件的設(shè)計思路，并著重介紹基于AutoCAD環(huán)境的地籍拓撲多邊形系統(tǒng)自動生成算法。2地籍測量軟件設(shè)計思路完整的地籍測量工作一般應(yīng)遵循以下生產(chǎn)流程：（1）野外數(shù)據(jù)采集（2）界址點坐標(biāo)測算（3）地形要素編

3、輯成圖（4）地籍要素編輯成圖（5）地籍?dāng)?shù)據(jù)轉(zhuǎn)入地籍管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫。商業(yè)測量成圖軟件對上述流程中的（1）、（2）、（3）支持都不錯，可以直接進行地籍測量生產(chǎn)。作者結(jié)合本公司的實際生產(chǎn)模式對流程（1）、（2）分別編制了“全站儀碎部測量內(nèi)存數(shù)據(jù)處理”軟件1 (采用Visual C+開發(fā)的測量數(shù)據(jù)采集、通信類軟件，包括常用多種型號全站儀內(nèi)存數(shù)據(jù)與微機的通信、坐標(biāo)計算、成果打印、數(shù)據(jù)格式向常用商業(yè)成圖軟件轉(zhuǎn)換等功能)、“測算法”軟件1（助手類測量工具軟件，是本公司“測算法”軟件PC E500袖珍機版面向PC平臺的升級，采用Visual C+、AutoCAD ObjectARX開發(fā)工具包，包括邊交會等18

4、種常用解算坐標(biāo)功能，具有與作業(yè)同步的測算圖形演示幫助功能，可廣泛應(yīng)用于地籍測量、地形測量、工程放樣等）。2.1 功能設(shè)計圖1 軟件運行界面地籍測量成圖軟件（CadaSV）主要功能設(shè)計詳細介紹如下：l 配置：彈出配置對話框，輸入?yún)^(qū)名、區(qū)號、街道名、街道號等測區(qū)基本信息，輸入地籍分幅圖比例尺、分幅規(guī)格等，輸入作業(yè)單位、坐標(biāo)系統(tǒng)、采用的地籍分類標(biāo)準(zhǔn)等其它信息。一個街道在作業(yè)前必須且僅需輸入一次即可。l 繪界址線：以街坊為作業(yè)單元，逐宗將已經(jīng)測算好的界址點連接，相鄰宗地界址線不必重復(fù)繪制。該功能設(shè)計為仿照AutoCAD的LINE命令，不同之處是界址線自動繪制在指定圖層、并添加了擴展屬性。l 界址邊長：

5、點擊界址邊，輸入野外實際丈量的界址線邊長，檢查界址點采集坐標(biāo)是否測量正確，地籍調(diào)查規(guī)程要求：S10cm。l 宗地信息：該功能設(shè)計成AutoCAD命令行方式，首先點擊標(biāo)注宗地號位置，根據(jù)提示依次輸入宗地號、使用者姓名、土地分類號、是否為空宗等信息，最后根據(jù)“宗地權(quán)屬調(diào)查表”捕捉宗地1號界址點的坐標(biāo)，該點一般為宗地左上角的界址線端點。操作結(jié)束后，在AutoCAD特定圖層中生成了一個宗地號的TEXT對象，宗地信息均存儲在其擴展信息中。宗地號對后續(xù)自動形成以街坊為單位的宗地多邊形系統(tǒng)充當(dāng)了多邊形的標(biāo)識點角色。l 修改宗地信息：以對話框方式中修改存儲在宗地號擴展屬性中的宗地信息。l 宗地關(guān)系圖：該功能是

6、本地籍測量軟件精華所在，在AutoCAD平臺中開發(fā)的類似GIS軟件中多邊形系統(tǒng)自動生成的功能，在本文后續(xù)部分詳細介紹算法。l 宗地圖：在宗地關(guān)系圖形成后，即可輸出宗地圖。生成宗地圖方式分三種：全部自動、窗選自動、人工設(shè)置。軟件實現(xiàn)該功能時，摒棄商業(yè)成圖軟件中調(diào)用AutoCAD的TRIM命令的設(shè)計方式（由于圖形中存在PLINE等復(fù)雜線對象，直接調(diào)用TRIM命令經(jīng)常造成裁剪邊界附近多線或漏線），首先在裁剪邊界處將線對象截斷（調(diào)用ARX實體對象內(nèi)置截斷函數(shù)，個別線對象沒有提供的需編寫截斷代碼），然后將邊界外實體欄選刪除，裁剪后無多線、無少線，效果非常好。采用自動方式時，軟件根據(jù)宗地形狀、大小自動設(shè)置

7、生成宗地圖的比例尺；文字對象自動按比例縮放、線對象自動根據(jù)比例調(diào)整線型比例和線寬、位于裁剪區(qū)外的相鄰宗地號自動標(biāo)注、以及界址點號和邊長的最佳位置標(biāo)注。l 街坊數(shù)據(jù)導(dǎo)入、導(dǎo)出：以街坊為單元，將街坊內(nèi)所有宗地的界址點、界址邊、界址邊鏈、宗地號等其它拓撲信息或?qū)傩孕畔?dǎo)出（或?qū)耄┪谋疚募騇DB數(shù)據(jù)庫，主要目的是為地籍報表輸出（地籍報表輸出功能設(shè)計為獨立于AutoCAD環(huán)境運行的程序）、與GIS系統(tǒng)數(shù)據(jù)交換。l 街坊關(guān)系圖：以街道為單位，提取各街坊最外圍界址線（一般為道路、河流等線狀地形的中心線，屬街坊間拼接線），自動生成街坊關(guān)系圖，生成原理與宗地關(guān)系圖基本一致。l 分幅接圖表、地籍圖生成：在整個

8、街道測量完畢后，以街坊關(guān)系圖為基礎(chǔ)，自動形成分幅接圖表，自動拼接各街坊圖后，以矩形或正方形規(guī)格自動裁剪輸出分幅地籍圖。l 生成GIS信息圖層：主要為南通市地籍管理系統(tǒng)、江蘇省地籍管理系統(tǒng)專門形成的具有拓撲關(guān)系的多邊形系統(tǒng)圖層，便于入庫的接口軟件讀取拓撲信息。l 圖層工具、幫助、軟件注冊等：為軟件輔助功能，不再贅述。2.2 軟件設(shè)計主要特色l 操作貼近地籍測量生產(chǎn)實際，形成高度自動化生產(chǎn)流程，提高生產(chǎn)效率和質(zhì)量。 l 采用Visual C+、ObjectARX、COM開發(fā)技術(shù)，依托廣大測繪人員喜愛的AutoCAD（包括R2000R2002、R2004）強大圖形編輯平臺開發(fā)。l 可和任何基于Aut

9、oCAD開發(fā)的商業(yè)成圖軟件（如CASS、SCS、SV300）配合使用（地形成圖采用商業(yè)軟件，地籍成圖采用該軟件），僅需APPLOAD命令加載一次，以后進入AutoCAD后直接鍵入CMENU命令即可加載地籍菜單。l 采用多邊形自動生成技術(shù)實現(xiàn)宗地關(guān)系圖（以街坊為單位）、街坊關(guān)系圖（以街道為單位）自動分層次拓撲。輸出的交換文件、GIS信息圖層可方便轉(zhuǎn)入各種地籍管理信息系統(tǒng)。l 采用獨特的圖形裁剪算法，實現(xiàn)宗地圖、分幅圖的圖形要素?zé)o損、無多余的自動干凈裁剪輸出。l 實現(xiàn)各類文字最佳位置注記（如宗地號居中標(biāo)注、邊長數(shù)據(jù)對齊界址線標(biāo)注、界址點號在宗地多邊形外角平分線標(biāo)注等），文字大小、線型比例、線條寬度

10、自動按圖形比例縮放，編輯工作量大大減少。 l 生成宗地圖、分幅圖時自動添加圖形分割線附近及其它必要的地籍要素注記，提高生產(chǎn)效率。 3 地籍多邊形系統(tǒng)自動生成3.1 地籍基本要素的空間幾何特性及定義為順利實現(xiàn)地籍?dāng)?shù)據(jù)入庫以及各種地籍圖件最大自動化處理，必須采用拓撲多邊形構(gòu)建地籍各要素之間聯(lián)系。從幾何學(xué)方面看，地圖上一切空間信息都可以概括為點、線、面三類。多邊形系統(tǒng)是一種網(wǎng)格結(jié)構(gòu)，網(wǎng)結(jié)構(gòu)諸元素之間存在拓撲鄰接（同類型元素）、拓撲關(guān)聯(lián)（不同類型元素）和拓撲包含關(guān)系。地籍要素中界址點、界址線、界址邊鏈（即首尾相接界址線構(gòu)成的折線）、宗地（街坊、街道）除滿足通用幾何圖形拓撲關(guān)系外，還存在其特殊關(guān)系為：界

11、址點：共點(即幾何位置或編號重復(fù)點，需要刪除或更該編號)、共線（共用界址線，即相連接，必然共宗地、街坊、街道）、共面（屬同一宗地、同一街坊、同一街道，但編號不同）；界址線：交疊（即部分重疊或全部重疊，需要處理）、相接（即首尾相接，必然共鏈、共宗地）、共面（即屬同一宗地，必然共街坊、街道）；界址邊鏈：相接（即首尾相接，必然共宗地）、共面（即屬同一宗地，必然共街坊、街道）；宗地（街坊、街道）：空置(即多邊形沒有標(biāo)識點，該軟件取宗地號為標(biāo)識點，并存儲宗地屬性信息)、交疊（即一個多邊形內(nèi)有兩個以上宗地號標(biāo)注,如不為包宗應(yīng)處理）、宗地號重號（一個街坊內(nèi)宗地號不允許重號）、宗地號漏空（即宗地號標(biāo)注在街坊線

12、外，必須處理）。根據(jù)基本地籍各要素的空間幾何特性，在程序中定義如下：/界址點定義typedef struct tagVERTEXint No; /界址點號BOOL bNode; /是否節(jié)點int NodeNo; /節(jié)點編號double x; /X坐標(biāo)double y; /Y坐標(biāo)VERTEX;/節(jié)點定義typedef struct tagNODEint PtNo; /界址點編號int DirNo; /連接邊數(shù)int DirEdgesMAX_DIR;/連接邊號數(shù)組int DirStatusMAX_DIR;/連接邊方向標(biāo)識：出去、進來，初始double AngleMAX_DIR;/連接邊方位角NOD

13、E;/界址邊定義typedef struct tagEDGEint FromPt; /起點int ToPt; /終點 double Length; /邊長EDGE;/界址邊鏈定義typedef struct tagSECint FromPt; /起始節(jié)點號int ToPt; /終止節(jié)點號int LeftParcel; /左宗地號int RightParcel;/右宗地號CArrayEDGES; /界址邊數(shù)組SEC;/宗地定義typedef struct tagPARCELint No; /宗地號int LandUse; /地類號CString Name; /使用者名稱double x1; /1

14、號點Xdouble y1; /1號點Ydouble xPos; /定位點Xdouble yPos; /定位點YCArray SECS;/界址邊鏈數(shù)組CArray CHILDS;/子宗地數(shù)組PARCEL;3.2 地籍多邊形系統(tǒng)自動生成算法步驟本節(jié)介紹以街坊為單元的宗地關(guān)系圖生成算法，與街坊關(guān)系圖生成算法基本一致。（1） 檢查界址邊是否滿足建立拓撲關(guān)系要求選中所有界址線，然后進行相交計算。出現(xiàn)下圖所示四種情形之一則顯示錯誤信息，標(biāo)記錯誤位置，編輯修改后，直至檢查全部通過。圖2（2） 建立界址邊數(shù)組、界址點數(shù)組、宗地數(shù)組選中所有界址線，界址點根據(jù)界址線產(chǎn)生，同步建立界址邊數(shù)組和界址點數(shù)組。按宗地號由

15、小到大順序建立宗地數(shù)組，同時進行三項檢查宗地號是否重復(fù)、地類號是否與分類標(biāo)準(zhǔn)一致、擴展屬性中的宗地第一個界址點坐標(biāo)是否在界址點數(shù)組中。（3） 建立節(jié)點數(shù)組在界址點數(shù)組中依次取出連接3條以上界址邊的節(jié)點，并在節(jié)點類中記錄連接界址邊數(shù)及邊號，計算連接邊方位角。需特殊處理的情況是宗地的第1號界址點不管也作為節(jié)點。（4） 建立界址邊鏈數(shù)組在節(jié)點數(shù)組中依次取出一個節(jié)點，從連接該節(jié)點的某條界址邊開始搜索下條邊，到達另一節(jié)點則建立一條界址邊鏈，在界址邊鏈對象中記錄起終節(jié)點號、首尾相接的界址邊號，最終形成界址邊鏈數(shù)組。（5） 生成多邊形系統(tǒng)在宗地數(shù)組中按宗地號依次構(gòu)建各宗多邊形。以宗地號文本插入點為標(biāo)識點，垂

16、直向上作射線，尋找與該垂線相交且距離最短的界址邊鏈，同時判斷該界址邊鏈前進方向是否為順時針。從該界址鏈開始，在順時針方向的界址邊鏈末節(jié)點尋找外夾角最大的下一條界址邊鏈，直到回溯到起始界址鏈順時針方向的起點，至此一個宗地的多邊形回路形成了。為便于后續(xù)輸出地籍表格，以宗地第1個界址點邊鏈為起始邊，將各界址鏈重新排序，并在界址鏈中記錄左右宗地號，同時計算各宗面積。算法如圖3所示：圖3所有宗地多邊形形成后，對街坊外圍界址邊搜索形成街坊多邊形，并將街坊賦予最大宗地號。接著檢查每條界址鏈?zhǔn)欠窬凶笥易诘靥枺幢皇褂昧藘纱危喝绻匙诘厮薪缰锋溇鶅H使用了1次，則可能為包宗中的子宗，在該宗外邊界任取一點，利

17、用點與多邊形的包含關(guān)系算法，若該點落在某一宗地內(nèi)，則該宗地為外宗地，并將該子宗地號寫入外宗地對象內(nèi)的子宗地數(shù)組，并將外宗地面積扣減；反之，則可能漏注宗地號或該鏈為多邊形之間的橋鏈，將異常界址鏈標(biāo)示出來，進行編輯處理。最后一項檢查為面積檢核（街坊面積各宗地面積之和），經(jīng)過前面多項檢核后，該軟件使用至今還沒有出現(xiàn)面積檢核不通過的情況。（6） 界址點自動編號宗地多邊形系統(tǒng)建立后，逐宗從第一個界址點開始按順序編界址點流水號（在相鄰宗地已經(jīng)編號的界址點、原來已經(jīng)形成了界址點圓的界址點，不再重復(fù)編號），并將界址點圓、界址點號、界址線、地類號等按規(guī)程表示要求繪制出來。4 結(jié)束語當(dāng)前測繪商業(yè)軟件品種繁多，往往使用起來總有不盡人意之處（如某商業(yè)測繪成圖軟件內(nèi)建實地坐標(biāo)、圖紙坐標(biāo)兩種坐標(biāo)系模式，使用時頻繁切換坐標(biāo)系統(tǒng)模式，經(jīng)常造成實體編碼混亂。用戶要求軟件開發(fā)商修改，其回答“這正是該成圖軟件的閃光點”），而生產(chǎn)單位往往在長期的生產(chǎn)中對某些測繪項目形成自身獨特作業(yè)模式。因此，本文作者認(rèn)為有開發(fā)能力的生產(chǎn)單位應(yīng)首選自主開發(fā)測繪軟件的道路，自主開發(fā)軟件具有實用性強且維護方便的兩大優(yōu)勢。限于篇幅，本文僅介紹了作者利用工作之余完成的AutoCAD環(huán)境下地籍測量軟件的設(shè)計思路及具有地籍特色的多邊形系統(tǒng)自動生成算法（在其它國土測