基于多邊形系統(tǒng)的地籍測(cè)量軟件設(shè)計(jì)

1、基于多邊形系統(tǒng)的地籍測(cè)量軟件設(shè)計(jì)倪 堯（南通市測(cè)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(cè)量軟件設(shè)計(jì)思路，對(duì)具有地籍特色的拓?fù)涠噙呅蜗到y(tǒng)自動(dòng)生成的算法做了詳細(xì)闡述，對(duì)從事測(cè)量軟件、GIS軟件的開(kāi)發(fā)研究有一定的參考價(jià)值。關(guān)鍵詞 地籍測(cè)量 軟件設(shè)計(jì) 拓?fù)涠噙呅蜗到y(tǒng) AutoCAD1 引言當(dāng)前商業(yè)測(cè)繪成圖軟件大多已包含地籍測(cè)量功能，但由于軟件設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)人員缺乏地籍測(cè)量生產(chǎn)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，開(kāi)發(fā)出的地籍測(cè)量軟件存在難以滿(mǎn)足地籍測(cè)量高效生產(chǎn)和地籍測(cè)量管理信息系統(tǒng)入庫(kù)需要等問(wèn)題。因此本文作者在總結(jié)南通市測(cè)繪院有限公司（以下稱(chēng)“本公司”）十多年地籍生產(chǎn)中積累的經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)之上，采用V

2、isual C+、AutoCAD ObjectARX開(kāi)發(fā)工具，依托AutoCAD強(qiáng)大圖形編輯平臺(tái)，自主開(kāi)發(fā)直接面向生產(chǎn)人員的實(shí)用型地籍測(cè)量軟件（CadaSV for AutoCAD R2000R2002 & R2004）。自2003年以來(lái)，該軟件已經(jīng)在本公司承接的數(shù)十個(gè)建制鎮(zhèn)地籍測(cè)量生產(chǎn)中得到應(yīng)用和完善，大幅度提高了地籍測(cè)量工效，并順利實(shí)現(xiàn)了與江蘇省、南通市兩級(jí)地籍管理信息系統(tǒng)的銜接。本文將介紹該軟件的設(shè)計(jì)思路，并著重介紹基于AutoCAD環(huán)境的地籍拓?fù)涠噙呅蜗到y(tǒng)自動(dòng)生成算法。2地籍測(cè)量軟件設(shè)計(jì)思路完整的地籍測(cè)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(diǎn)坐標(biāo)測(cè)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(kù)。商業(yè)測(cè)量成圖軟件對(duì)上述流程中的（1）、（2）、（3）支持都不錯(cuò)，可以直接進(jìn)行地籍測(cè)量生產(chǎn)。作者結(jié)合本公司的實(shí)際生產(chǎn)模式對(duì)流程（1）、（2）分別編制了“全站儀碎部測(cè)量?jī)?nèi)存數(shù)據(jù)處理”軟件1 (采用Visual C+開(kāi)發(fā)的測(cè)量數(shù)據(jù)采集、通信類(lèi)軟件，包括常用多種型號(hào)全站儀內(nèi)存數(shù)據(jù)與微機(jī)的通信、坐標(biāo)計(jì)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(cè)算法”軟件1（助手類(lèi)測(cè)量工具軟件，是本公司“測(cè)算法”軟件PC E500袖珍機(jī)版面向PC平臺(tái)的升級(jí)，采用Visual C+、AutoCAD ObjectARX開(kāi)發(fā)工具包，包括邊交會(huì)等18

4、種常用解算坐標(biāo)功能，具有與作業(yè)同步的測(cè)算圖形演示幫助功能，可廣泛應(yīng)用于地籍測(cè)量、地形測(cè)量、工程放樣等）。2.1 功能設(shè)計(jì)圖1 軟件運(yùn)行界面地籍測(cè)量成圖軟件（CadaSV）主要功能設(shè)計(jì)詳細(xì)介紹如下：l 配置：彈出配置對(duì)話(huà)框，輸入?yún)^(qū)名、區(qū)號(hào)、街道名、街道號(hào)等測(cè)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(lèi)標(biāo)準(zhǔn)等其它信息。一個(gè)街道在作業(yè)前必須且僅需輸入一次即可。l 繪界址線(xiàn)：以街坊為作業(yè)單元，逐宗將已經(jīng)測(cè)算好的界址點(diǎn)連接，相鄰宗地界址線(xiàn)不必重復(fù)繪制。該功能設(shè)計(jì)為仿照AutoCAD的LINE命令，不同之處是界址線(xiàn)自動(dòng)繪制在指定圖層、并添加了擴(kuò)展屬性。l 界址邊長(zhǎng)：

5、點(diǎn)擊界址邊，輸入野外實(shí)際丈量的界址線(xiàn)邊長(zhǎng)，檢查界址點(diǎn)采集坐標(biāo)是否測(cè)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(jì)成AutoCAD命令行方式，首先點(diǎn)擊標(biāo)注宗地號(hào)位置，根據(jù)提示依次輸入宗地號(hào)、使用者姓名、土地分類(lèi)號(hào)、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(hào)界址點(diǎn)的坐標(biāo)，該點(diǎn)一般為宗地左上角的界址線(xiàn)端點(diǎn)。操作結(jié)束后，在AutoCAD特定圖層中生成了一個(gè)宗地號(hào)的TEXT對(duì)象，宗地信息均存儲(chǔ)在其擴(kuò)展信息中。宗地號(hào)對(duì)后續(xù)自動(dòng)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(shí)點(diǎn)角色。l 修改宗地信息：以對(duì)話(huà)框方式中修改存儲(chǔ)在宗地號(hào)擴(kuò)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(cè)量軟件精華所在，在AutoCAD平臺(tái)中開(kāi)發(fā)的類(lèi)似GIS軟件中多邊形系統(tǒng)自動(dòng)生成的功能，在本文后續(xù)部分詳細(xì)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(dòng)、窗選自動(dòng)、人工設(shè)置。軟件實(shí)現(xiàn)該功能時(shí)，摒棄商業(yè)成圖軟件中調(diào)用AutoCAD的TRIM命令的設(shè)計(jì)方式（由于圖形中存在PLINE等復(fù)雜線(xiàn)對(duì)象，直接調(diào)用TRIM命令經(jīng)常造成裁剪邊界附近多線(xiàn)或漏線(xiàn)），首先在裁剪邊界處將線(xiàn)對(duì)象截?cái)啵ㄕ{(diào)用ARX實(shí)體對(duì)象內(nèi)置截?cái)嗪瘮?shù)，個(gè)別線(xiàn)對(duì)象沒(méi)有提供的需編寫(xiě)截?cái)啻a），然后將邊界外實(shí)體欄選刪除，裁剪后無(wú)多線(xiàn)、無(wú)少線(xiàn)，效果非常好。采用自動(dòng)方式時(shí)，軟件根據(jù)宗地形狀、大小自動(dòng)設(shè)置

7、生成宗地圖的比例尺；文字對(duì)象自動(dòng)按比例縮放、線(xiàn)對(duì)象自動(dòng)根據(jù)比例調(diào)整線(xiàn)型比例和線(xiàn)寬、位于裁剪區(qū)外的相鄰宗地號(hào)自動(dòng)標(biāo)注、以及界址點(diǎn)號(hào)和邊長(zhǎng)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(diǎn)、界址邊、界址邊鏈、宗地號(hào)等其它拓?fù)湫畔⒒驅(qū)傩孕畔?dǎo)出（或?qū)耄┪谋疚募騇DB數(shù)據(jù)庫(kù)，主要目的是為地籍報(bào)表輸出（地籍報(bào)表輸出功能設(shè)計(jì)為獨(dú)立于AutoCAD環(huán)境運(yùn)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(xiàn)（一般為道路、河流等線(xiàn)狀地形的中心線(xiàn)，屬街坊間拼接線(xiàn)），自動(dòng)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(gè)

8、街道測(cè)量完畢后，以街坊關(guān)系圖為基礎(chǔ)，自動(dòng)形成分幅接圖表，自動(dòng)拼接各街坊圖后，以矩形或正方形規(guī)格自動(dòng)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(zhuān)門(mén)形成的具有拓?fù)潢P(guān)系的多邊形系統(tǒng)圖層，便于入庫(kù)的接口軟件讀取拓?fù)湫畔?。l 圖層工具、幫助、軟件注冊(cè)等：為軟件輔助功能，不再贅述。2.2 軟件設(shè)計(jì)主要特色l 操作貼近地籍測(cè)量生產(chǎn)實(shí)際，形成高度自動(dòng)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(kāi)發(fā)技術(shù)，依托廣大測(cè)繪人員喜愛(ài)的AutoCAD（包括R2000R2002、R2004）強(qiáng)大圖形編輯平臺(tái)開(kāi)發(fā)。l 可和任何基于Aut

9、oCAD開(kāi)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(jìn)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(dòng)生成技術(shù)實(shí)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(dòng)分層次拓?fù)?。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(dú)特的圖形裁剪算法，實(shí)現(xiàn)宗地圖、分幅圖的圖形要素?zé)o損、無(wú)多余的自動(dòng)干凈裁剪輸出。l 實(shí)現(xiàn)各類(lèi)文字最佳位置注記（如宗地號(hào)居中標(biāo)注、邊長(zhǎng)數(shù)據(jù)對(duì)齊界址線(xiàn)標(biāo)注、界址點(diǎn)號(hào)在宗地多邊形外角平分線(xiàn)標(biāo)注等），文字大小、線(xiàn)型比例、線(xiàn)條寬度

10、自動(dòng)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(shí)自動(dòng)添加圖形分割線(xiàn)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(dòng)生成3.1 地籍基本要素的空間幾何特性及定義為順利實(shí)現(xiàn)地籍?dāng)?shù)據(jù)入庫(kù)以及各種地籍圖件最大自動(dòng)化處理，必須采用拓?fù)涠噙呅螛?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(diǎn)、線(xiàn)、面三類(lèi)。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?fù)溧徑樱ㄍ?lèi)型元素）、拓?fù)潢P(guān)聯(lián)（不同類(lèi)型元素）和拓?fù)浒P(guān)系。地籍要素中界址點(diǎn)、界址線(xiàn)、界址邊鏈（即首尾相接界址線(xiàn)構(gòu)成的折線(xiàn)）、宗地（街坊、街道）除滿(mǎn)足通用幾何圖形拓?fù)潢P(guān)系外，還存在其特殊關(guān)系為：界

11、址點(diǎn)：共點(diǎn)(即幾何位置或編號(hào)重復(fù)點(diǎn)，需要?jiǎng)h除或更該編號(hào))、共線(xiàn)（共用界址線(xiàn)，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(hào)不同）；界址線(xiàn)：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(méi)有標(biāo)識(shí)點(diǎn)，該軟件取宗地號(hào)為標(biāo)識(shí)點(diǎn)，并存儲(chǔ)宗地屬性信息)、交疊（即一個(gè)多邊形內(nèi)有兩個(gè)以上宗地號(hào)標(biāo)注,如不為包宗應(yīng)處理）、宗地號(hào)重號(hào)（一個(gè)街坊內(nèi)宗地號(hào)不允許重號(hào)）、宗地號(hào)漏空（即宗地號(hào)標(biāo)注在街坊線(xiàn)

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(diǎn)定義typedef struct tagVERTEXint No; /界址點(diǎn)號(hào)BOOL bNode; /是否節(jié)點(diǎn)int NodeNo; /節(jié)點(diǎn)編號(hào)double x; /X坐標(biāo)double y; /Y坐標(biāo)VERTEX;/節(jié)點(diǎn)定義typedef struct tagNODEint PtNo; /界址點(diǎn)編號(hào)int DirNo; /連接邊數(shù)int DirEdgesMAX_DIR;/連接邊號(hào)數(shù)組int DirStatusMAX_DIR;/連接邊方向標(biāo)識(shí)：出去、進(jìn)來(lái)，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(diǎn)int ToPt; /終點(diǎn) double Length; /邊長(zhǎng)EDGE;/界址邊鏈定義typedef struct tagSECint FromPt; /起始節(jié)點(diǎn)號(hào)int ToPt; /終止節(jié)點(diǎn)號(hào)int LeftParcel; /左宗地號(hào)int RightParcel;/右宗地號(hào)CArrayEDGES; /界址邊數(shù)組SEC;/宗地定義typedef struct tagPARCELint No; /宗地號(hào)int LandUse; /地類(lèi)號(hào)CString Name; /使用者名稱(chēng)double x1; /1

14、號(hào)點(diǎn)Xdouble y1; /1號(hào)點(diǎn)Ydouble xPos; /定位點(diǎn)Xdouble yPos; /定位點(diǎn)YCArray SECS;/界址邊鏈數(shù)組CArray CHILDS;/子宗地?cái)?shù)組PARCEL;3.2 地籍多邊形系統(tǒng)自動(dòng)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(mǎn)足建立拓?fù)潢P(guān)系要求選中所有界址線(xiàn)，然后進(jìn)行相交計(jì)算。出現(xiàn)下圖所示四種情形之一則顯示錯(cuò)誤信息，標(biāo)記錯(cuò)誤位置，編輯修改后，直至檢查全部通過(guò)。圖2（2） 建立界址邊數(shù)組、界址點(diǎn)數(shù)組、宗地?cái)?shù)組選中所有界址線(xiàn)，界址點(diǎn)根據(jù)界址線(xiàn)產(chǎn)生，同步建立界址邊數(shù)組和界址點(diǎn)數(shù)組。按宗地號(hào)由

15、小到大順序建立宗地?cái)?shù)組，同時(shí)進(jìn)行三項(xiàng)檢查宗地號(hào)是否重復(fù)、地類(lèi)號(hào)是否與分類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)一致、擴(kuò)展屬性中的宗地第一個(gè)界址點(diǎn)坐標(biāo)是否在界址點(diǎn)數(shù)組中。（3） 建立節(jié)點(diǎn)數(shù)組在界址點(diǎn)數(shù)組中依次取出連接3條以上界址邊的節(jié)點(diǎn)，并在節(jié)點(diǎn)類(lèi)中記錄連接界址邊數(shù)及邊號(hào)，計(jì)算連接邊方位角。需特殊處理的情況是宗地的第1號(hào)界址點(diǎn)不管也作為節(jié)點(diǎn)。（4） 建立界址邊鏈數(shù)組在節(jié)點(diǎn)數(shù)組中依次取出一個(gè)節(jié)點(diǎn)，從連接該節(jié)點(diǎn)的某條界址邊開(kāi)始搜索下條邊，到達(dá)另一節(jié)點(diǎn)則建立一條界址邊鏈，在界址邊鏈對(duì)象中記錄起終節(jié)點(diǎn)號(hào)、首尾相接的界址邊號(hào)，最終形成界址邊鏈數(shù)組。（5） 生成多邊形系統(tǒng)在宗地?cái)?shù)組中按宗地號(hào)依次構(gòu)建各宗多邊形。以宗地號(hào)文本插入點(diǎn)為標(biāo)識(shí)點(diǎn)，垂

16、直向上作射線(xiàn)，尋找與該垂線(xiàn)相交且距離最短的界址邊鏈，同時(shí)判斷該界址邊鏈前進(jìn)方向是否為順時(shí)針。從該界址鏈開(kāi)始，在順時(shí)針?lè)较虻慕缰愤呮溎┕?jié)點(diǎn)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(shí)針?lè)较虻钠瘘c(diǎn)，至此一個(gè)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(gè)界址點(diǎn)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(hào)，同時(shí)計(jì)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(duì)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(hào)。接著檢查每條界址鏈?zhǔn)欠窬凶笥易诘靥?hào)（即被使用了兩次）：如果某宗地所有界址鏈均僅使用了1次，則可能為包宗中的子宗，在該宗外邊界任取一點(diǎn)，利

17、用點(diǎn)與多邊形的包含關(guān)系算法，若該點(diǎn)落在某一宗地內(nèi)，則該宗地為外宗地，并將該子宗地號(hào)寫(xiě)入外宗地對(duì)象內(nèi)的子宗地?cái)?shù)組，并將外宗地面積扣減；反之，則可能漏注宗地號(hào)或該鏈為多邊形之間的橋鏈，將異常界址鏈標(biāo)示出來(lái)，進(jìn)行編輯處理。最后一項(xiàng)檢查為面積檢核（街坊面積各宗地面積之和），經(jīng)過(guò)前面多項(xiàng)檢核后，該軟件使用至今還沒(méi)有出現(xiàn)面積檢核不通過(guò)的情況。（6） 界址點(diǎn)自動(dòng)編號(hào)宗地多邊形系統(tǒng)建立后，逐宗從第一個(gè)界址點(diǎn)開(kāi)始按順序編界址點(diǎn)流水號(hào)（在相鄰宗地已經(jīng)編號(hào)的界址點(diǎn)、原來(lái)已經(jīng)形成了界址點(diǎn)圓的界址點(diǎn)，不再重復(fù)編號(hào)），并將界址點(diǎn)圓、界址點(diǎn)號(hào)、界址線(xiàn)、地類(lèi)號(hào)等按規(guī)程表示要求繪制出來(lái)。4 結(jié)束語(yǔ)當(dāng)前測(cè)繪商業(yè)軟件品種繁多，往往使用起來(lái)總有不盡人意之處（如某商業(yè)測(cè)繪成圖軟件內(nèi)建實(shí)地坐標(biāo)、圖紙坐標(biāo)兩種坐標(biāo)系模式，使用時(shí)頻繁切換坐標(biāo)系統(tǒng)模式，經(jīng)常造成實(shí)體編碼混亂。用戶(hù)要求軟件開(kāi)發(fā)商修改，其回答“這正是該成圖軟件的閃光點(diǎn)”），而生產(chǎn)單位往往在長(zhǎng)期的生產(chǎn)中對(duì)某些測(cè)繪項(xiàng)目形成自身獨(dú)特作業(yè)模式。因此，本文作者認(rèn)為有開(kāi)發(fā)能力的生產(chǎn)單位應(yīng)首選自主開(kāi)發(fā)測(cè)繪軟件的道路，自主開(kāi)發(fā)軟件具有實(shí)用性強(qiáng)且維護(hù)方便的兩大優(yōu)勢(shì)。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(cè)量軟件的設(shè)計(jì)思路及具有地籍特色的多邊形系統(tǒng)自動(dòng)生成算法（在其它國(guó)土測(cè)