DLG数据线状道路自动闭合方法研究

方衎，孙瑞敏，黄一昀，赵得意

（江苏省工程勘测研究院有限责任公司）

1 引言

地形图数据入库是GIS工作者日常生产中最常见的一种任务，目前数据入库的工作主要是采用各种GIS软件[1-3]，随着软件越来越成熟，数据入库的效率也变得越来越高。在入库过程中，很多要素需要进行构面处理[4]，其中线状道路构面相对麻烦一些。一般通过手工先将路口闭合，再进行构面，或者通过二次开发进行构面。

2 常用的线状道路构面方法

手动跟踪构面。以双线道路为例，利用“track‐polygon”命令按顺序选择要参与构面的道路边线，选择完成后，即可完成构面（见图1a）。

利用“Boundary”命令构面。通常先在道路两头额外绘制两条多段线来封闭端口，然后利用“Bound‐ary”命令即可完成构面（见图1b）。

图1 常用的线状道路构面方法

以上两种方法，虽然数据质量得到保证，但工作效率不高。因此，为提高工作效率，本文提出一种基于近邻分析自动连接闭合线状道路的方法，并以此进行线状道路的构面。利用ArcGIS 平台以及Py‐thon 脚本实现了这一方法。实验结果表明，该方法取得了良好的效果，大大地提高了工作效率。

3 线状道路自动连接闭合的流程与方法

3.1 自动连接闭合构面的流程

首先，在自动连接之前，需对数据进行预处理，先将源数据格式为CAD 的转换成ArcGIS 软件下的shp 格式或者featureclass，再进行拓扑检查，消除一些拓扑错误（如悬挂点，伪节点等）；预处理完后，即可进行线状道路自动连接闭合构面的工作，具体流程见图2。

图2 线状道路自动连接闭合构面流程图

3.2 自动连接闭合构面的方法

1）获取道路线首末两端点

由于线状道路构面的本质问题就是通过两条（或者以上）道路线端点的连接使其变成一条闭合线，然后通过闭合线来进行构面，因此，通过提取每条道路线的两端点（中间各折点则不需要提取），使之由一维线的研究转变成零维点的研究，从而简化了问题，提高了效率。

2）查找相同的端点

在实际情况中，由于道路的复杂性，往往一条完整的道路线会被分割成好几段，前一线段的末尾点就会和与之相连的线段的起始点重叠，这就导致提取的端点中存在重复点，通过提取每个点的坐标来判断点是否重复，从而提取出这些重复的端点。

3）删除重复的端点

查找出来的这些重复端点，对整条道路来说，其实并不是首末点，而是中间的各个折点，并不需要参与到后续的连接，因此，这些点作为中间数据需要将其删除，从而保证了每条道路线首末端点的唯一性。

4）端点配对（近邻分析）

将所有道路线的首尾两端点进行近邻分析，即在其他道路线的首尾端点中，获取与每条道路线端点距离最近的点，如图3 所示。以道路线AH 为例，在其他三条道路线BC、DE、FG 中，只有点B 距离端点A 最近，因此，端点A 所配对的点是B 点，其他配对点如AF、AG、AC 都不符合要求。同理，C 与D 配对，E与F配对，G与H配对。

图3 近邻分析法道路线端点配对

5）端点连接构面

端点配对好之后，互相配对的点连接构线，构好的线与之所在的道路线闭合形成封闭的面状图形，即完成构面。

4 线状道路自动连接闭合的实现

4.1 开发环境简述

Python 是一种不受局限、跨平台的开源编程语言，它功能强大，可嵌入，具有高度的可扩展性，适用于各种大中小型应用程序。Python 作为ArcGIS 的脚本语言，利用其以及附带的Arcpy站点包，能够开发出各种满足用户需求的工具和应用程序[5-6]。

4.2 相关技术的实现

1）道路线首末两端点的获取

利用FeatureVerticesToPoints 函数，在指定输出点的创建位置参数中选择“BOTH_ENDS”，表示只获取首末两端点，线段上其他的折点则不需要获取。

2）保证首末端点的唯一性

利用FindIdentical 函数，通过点的Point_X 和Point_Y 两个字段作为比较值，找出重复点，再利用DeleteIdentical 函数，删除这些重复点，从而保证了首末点的唯一性。

3）近邻分析

利用Near 函数，通过计算点与点的距离确定距离最近的点，为了防止部分不同属性的道路口距离过近导致配对错误，需要设置一个阈值，以提高配对的正确率，若搜索半径小于该阈值，则忽略不计。

4）点集转线

配对好的端点是一个点的集合，经过近邻分析后，互相配对的端点会产生一个共有的距离值字段，利用该字段值的唯一性以及PointsToLine函数，即可将配对的端点连接成线。连接好的线再和原道路线通过FeatureToPolygon函数完成最终的构面。

4.3 实例验证

为了验证上述方法的正确性和有效性，以扬州市邗江区的三块测区数据为例（结果如表1和图4所示）。该测区范围内共有城际公路、城市道路、乡村道路等142 条，其中完成正确构面的126 条，正确率为88.7%，验证了本文方法的可行性。

表1 自动构面结果测试表

图4 实例验证的结果

5 结语

本文提出的基于近邻分析来自动连接线状道路并构面的方法，简单高效，正确率较高，能够大幅减轻内业人员的工作量，提高他们的工作效率，且在其他交通要素（如双线桥梁）以及部分水系要素（如线状河流的构面）等同样适用，在实际的数据入库工作中得到了广泛应用，具有一定的实际意义。但本文的方法还可以进一步优化，在道路宽度阈值的设置上，本文每个数据源只设置一种固定值，其实可以更具有灵活性，例如，能够依据每种道路的等级属性自动的设置符合该等级的阈值，这样匹配的正确率会再次得到提高。因此，如何进一步提高正确率是本文接下来需要研究和解决的问题。