基于FME的道路面实体自动化处理技术研究_李新双.pdf

2023 年 2 月第 1 期城市勘测Urban Geotechnical Investigation SurveyingFeb2023No1引文格式:李新双 基于 FME 的道路面实体自动化处理技术研究 J 城市勘测，2023(1):7073文章编号:16728262(2023)017004中图分类号:P2081文献标识码:B基于 FME 的道路面实体自动化处理技术研究李新双*收稿日期:20220224作者简介:李新双(1979)，女，正高职高级工程师，注册测绘师，主要从事 GIS 数据处理与测绘新技术研究应用工作。Email:cdkc_lxs163com(成都市勘察测绘研究院，四川 成都610081)摘要:为提高道路面实体构建的自动化处理水平，基于 FME 软件研究了利用道路边线自动构面以及道路面在路口处自动分割等技术方法。该方法解决了传统的道路面构建中大量依赖人工作业的局面，极大提高了工作效率，并已应用于成都市新型地理实体生产与更新项目中。关键词:地理实体;道路实体;自动构面;面分割;FME1引言新型基础测绘体系建设的核心是采用先进生产技术手段，构建以实体化、一体化为标准的地理实体时空信息数据库，实现基础测绘的转型升级。构建地理实体是新型基础测绘的核心1，2。地理实体是现实世界中具有空间位置、共同属性的独立自然或人工地物3。基于地理实体的数据模型具有以下优点:符合人们的认知习惯，便于非测绘专业人员的使用;有利于实现地理目标与相关专题信息的挂接;可以实现实体级的数据更新，有助于地理信息实时更新的实现，便于表现地理目标的时空变化4。道路实体作为城市智慧交通的基础，实现道路实体化有利于拓宽数据共享和行业应用。由于道路实体的复杂性往往某一路段同时属于多个道路实体，每条道路实体在空间和属性上都需保持连通，才能基于地理实体对道路进行准确的分析统计59。实际生产中道路实体一般是对基本比例尺地形图转换和改造得到的，由于基本比例尺地形图的图形表达和存储方式等与实体数据存在较大的差异，导致构建道路实体尤其是道路面实体时过多依赖人工处理，自动化程度不高。本文主要研究基于 FME 软件实现道路面实体数据的自动化处理，实现利用双线道路边线自动构面以及对路口面自动分割等技术，提高生产效率。2构面规则及方法2.1道路构面规则(1)道路面的图形来源主要是 1 500、1 2 000数字线划图中采集的道路边线要素，如国省县乡各种等级公路、城市道路及农村道路的边缘线等，原则上双线道路均需构面。(2)道路面按道路名称或路线编号构建，并构成连通的道路网络。为保证道路面实体的连通性，且为满足道路实体的管理需求，道路面需在路口处进行分割，区分为路段和路口面图元。其中十字路口处需在路口边线曲率发生变化的地方进行分割;丁字路口在垂直方向延伸、主方向在路口处相连进行分割。如图1 所示。(3)属性要求:路段面的道路名称按等级从高到低顺序填写该路段相关的所有道路名称;路口面的道路名称按从北到南，顺时针填写出该路口相关的所有道路名称，如含多个名称以“/”分割。图 1道路构面及路口分割规则2.2常规构面方法一般是在 ACGIS 或其他 GIS 软件下通过人工作业模式在边线不连贯悬挂处补充完整道路边线进而构面如图 2、图 3 所示，并在路口处按构面规则依次进行分割。实际生产中道路构面及分割工作均耗费大量的人力和时间，且容易出现错漏。第 1 期李新双.基于 FME 的道路面实体自动化处理技术研究图 2原始道路构面边线图 3人工在悬挂处补充线3道路自动构面技术研究3.1技术路线利用双线道路边线实现自动构面，首先在大比例尺数字线划图中提取出主要用于构面的道路要素如城市道路、国省县乡道面边缘线、机耕路、乡村路、内部道路等双线道路边线要素;并进行线端点自动捕捉、线连接等前期数据处理，使得空间相连的连接成一条线;其次找到线的起止端点即为悬挂位置需补充线，如两悬挂点在容差范围内则两点自动连接成线;最后所有线重新构面，并判断属于道路面或其他街区面。技术路线如图 4 所示。图 4道路构面技术路线3.2实现关键技术(1)找到悬挂点利用 FME 软件的 TestFilter 转换器可实现相关要素的提取，并利用 Snapper、LineJoiner 等转换器实现边线的捕捉、连接等前期数据处理。利用 Snipper 转换器找到每条连接后道路边线的起止端点即为悬挂点。(2)生成补充线，构面利用 NeighborFinder 找到每个悬挂端点距离最近的端点并判断距离，如果两者距离在容差范围内(如10 m)则自动连接，生成补充构面线。新增补充线与原始经过前期处理的构面线共同参与构面，可用 Inter-sector、AreaBuilder 转换器实现。(3)区分道路面、街区面由于上述连线重新构面结果是包含了道路面和街区面的所有构面成果，需要进一步区分道路面和街区面。有两种方法，一是通过道路中线和道路面的空间相交关系判断;二是通过分析道路面与街区面的几何特征，发现道路面往往呈现长条状而街区面呈圆或方形，可用面积(A)及周长(L)之间的某种关系t(下式1)表达这种几何特征，当t 值越小形状越呈长条状，可用该值来区分道路面或街区面。t=4ALL(1)(4)构面结果检查人工检查上述构面结果，如缺失较长的道路边线导致两悬挂点距离过远，则可能导致该处构面错误，需要人工在原始边线上进行补充，再重新执行上述程序则可得到理想的构面结果。4路口面自动分割技术研究4.1技术路线上述节 3 成果中的道路面为一合并的整面，需按照 2.1 构面规则在丁字口和十字路口进行分割进而形成路口面和路段面。实现技术路线如图 5 所示:首先根据道路中线及其相交关系判断路口的准确位置、路宽及类型等属性;其次利用路口的路宽建缓冲区裁剪原始道路面得到路口处的道路边线，以及每条路口边线上曲率变化的特征点;再根据不同的路口类型如丁字口或十字口等分别根据构面规则增加分割线;最后新增分割线和原始道路面的边线重新构面。图 5道路路口面分割技术路线4.2实现关键技术(1)路口位置及类型判断可根据道路中线获取路口的准确位置、路口类型、路宽等信息。通过道路中线相交处获取路口的准确位置以及相交处节点涉及道路中线的条数从而得到每个路口的类型属性(丁字或十字路口)。根据路口节点所涉及道路17城市勘测2023 年 2 月中线的路宽获取每个路口的最大、最小路宽。(2)找到路口边线特征点根据每个路口的路宽属性建缓冲区裁剪原始道路面得到路口处的道路边线，在 FME 中自定义转换器获取每条边线上每个节点的方位角变化值，如图 6 所示。从而找到每条边线的起止特征点，如图 7 所示。图 6计算边线方位角及节点方位角变化值图 7获取路口每条边线特征点(3)不同类型路口分割路口类型主要分为丁字口、十字口以及多岔口等类型。本文以城市道路中最常见的丁字口和十字口为例介绍不同类型路口的分割方法，其技术路线和分割思路如图 8、图 9 所示。图 8丁字和十字路口分割技术路线图 9丁字和十字路口分割思路丁字口分割丁字口分割的关键在于区分主方向(两条中线的方位角较为接近，相差为 0或 180)和垂直方向(与主方向垂直，其中线方位角与另外两条相差 90 或270)。根据构面规则在主方向上两个特征点相连，在垂直方向上中线延长至边线。十字口分割十字路口分割思路如下:先找到每个路口四条边线上的变化特征点，按顺序连接再排除道路面外的连线，即为新增分割线。(3)主要转换器路口分割主要用到的 FME 转换器如表 1 所示。表 1路口分割主要 FME 转换器实现功能FME 主要转换器路口位置Test、LineCombiner、Intersector 等路口属性PointOnLineOverlayer、ListSorter、AttributeCreator 等路口边线及变化特征点Buffer、Clipper、AzimuthCalculator(自定义)、ListBuild-er、Sorter 等丁字路口分割ListBuilder、ListSorter、TestFilter、FeatureMerger、LineEx-tender、NeighborFinder、Hulleplacer、SpatialFilter 等十字路口分割CoordinateExtractor、FeatureMerger、ListBuilder、List-Sorter、Hulleplacer 等构面及其他GeometryCoercer、Intersector、CenterPointeplacer、Fea-tureMerger 等5测试结果分析本文测试数据选用成都市 1 500DLG 采集的道路边线和中线数据，面积约 20 km2，位于主城区一环路内，路网较密约含 1 500条道路路段，道路构面和路口分割工作量较大。数据前期需进行相关道路构面要素提取，并参考影像等数据补充缺失较长的道路边线等处理。分别利用传统人工处理和本文自动处理方法对提取的双线道路边线进行了道路构面和路口面分割，对比结果见下。道路构面工作量:双线边线数据存在约 6 300 处悬挂需补27第 1 期李新双.基于 FME 的道路面实体自动化处理技术研究充连接线。人工处理:按每人每分钟补充 5 条线的速度计算，约耗时 1 260 min;利用本文自动构面程序:程序运行约 10 s，由于原始数据中某些较长边线的缺失导致有 30 个错误面，需人工补充线 30 处约需 6 min(按相同速度每人每分钟补充 5 条线计)后再次运行程序，共耗时小于 10 min。针对该测试数据本文程序自动处理正确率为 99%，工作效率提高超 100 倍。道路自动构面结果如图 10 所示。图 10道路自动构面结果图 11路口面自动分割结果路口面分割工作量:该测试数据共包含 1 500 条道路路段，含705 个路口。人工处理:按每人每分钟分割 10 个路口的速度计算，约耗时 70 min;利用本文算法自动化处理程序耗时 38 s，由于某些路段的路宽属性错误导致12 个路口分割错误，需人工分割约需 2 min(按相同速度每人每分钟分割 10 个路口计)后再次运行程序，共耗时小于 5 min。针对该测试数据本文程序自动处理正确率为 98%，工作效率提高 13 倍。路口面自动分割结果如图 11 所示。6结语以往生产实践中道路面实体的构建自动化程度不高，往往靠人工处理耗时耗力。本文提出一种根据双线道路边线自动构面和路口面自动分割方法，在极少的人工干预下实现道路面实体的自动构建，保证道路面实体数据空间和属性的准确性、连通性，并极大地提高了工作效率。该方法已成功应用于成都市市域约15 000 km2新型地理实体生产与更新项目。参考文献 1 肖建华，李鹏鹏，李海亭等 国家新型基础测绘建设武汉试点中期实践与思考 J 测绘通报，2022(1):164167 2 顾建祥，董震，郭王 面向上海城市数字化转型的新型测绘 J 城市勘测，2021(7):131134+139 3 GB/T 371182018 地理实体空间数据规范 S 4 李元復，孙群，季晓林等 兼顾几何连通性与名称一致性的城市道路实体构建 J 测绘通报，2019(4):115118 5 董竹，李新双，陈小虎 利用 FME 提取道路中心线方法研究 J 城市勘测，2019(6):4042+47 6 周全，郭健，李爱光 基于地理实体的道路网络面向对象数据模型研究 J 测绘与空间地理信息，2017(2):120126 7 杨绍银，陈轮，贠建明 数字地图中道路数据实体化方法研究 J 测绘与空间地理信息，2008(6):5355 8 栗敏光，陶舒 FME 道路实体连通性检测算法J 测绘科学，2017，42(9):121125 9 赵云鹏，孙群，刘新贵等 面向地理实体的语义相似性度量方法及其在道路匹配中的应用J 武汉大学学报信息科学版，2020，45(5):728735esearch on Automatic Processing Technology of oad PolygonEnt