单要素多重叠盖（多重洞、岛）问题是影响CAD/GIS数据转换质量之一，本文分析了该问题产生的原因，提出了利用有向图路径分析法区分岛、洞进行取舍的方法，详述了该方法的具体实现步骤，基于ArcEngine开发了相关应用实例并运用于实际项目中。
1.引言
数据是GIS的“血液”[1]，GIS的发展必须建立在严格的数据结构基础之上。由于CAD与GIS行业的发展顺序及软件的结构特点，目前，GIS行业普遍存在同时维持两套库（CAD库和GIS库）的现状。如何将CAD数据快速转变为GIS数据变得极为重要。近年来，国内外对该问题做了许多研究与探讨，并已取得了诸多成果，例如，南京师范大学曾巧玲、张书亮等人提出利用FME实现GIS数据与CAD的语义转换[2]，周小成、焦道振等人基于GeodataBase提出利用规则库转换CAD数据[3]，张叶、孙毅中、陈年松等基于Geoway对CAD城市基础数据到GIS转换的有关问题作了深入的探讨[4]等。然而，这些成果主要集中在如何将CAD中点、线图形转变为GIS的点、线、面要素的过程上，而很少关注如何对转换后的数据进行后处理，存在的单要素多重叠盖（多重洞、岛）问题。简单单要素多重叠盖可由人工识别方式解决，将属于岛的部分保留，属于洞的部分挖去。但我国幅员辽阔，包括渤海、东海、南海、黄海四大海域，舟山群岛岛礁众多，形态各异，大小岛屿1390多个，通过简单人工识别不仅工作量大而且不适合信息化的发展要求，因此，需对单要素多重叠盖（多重洞、岛）问题进行深入研究，提出专门解决办法，本文针对数据转换后的单要素多重叠盖（多重洞、岛）问题，提出利用有向图路径分析自动建立区分岛、洞的方法。
2.分析解决问题
单要素多重叠盖（多重洞、岛）指的是单一要素，要素中存在岛、洞，岛、洞中继续存在岛、洞的情况，反复存在。在CAD中单要素多重叠盖（多重洞、岛）由多根闭合线来表示，经CAD/GIS系统转换后，便产生了多个叠加面，简单的多重叠盖（多重洞、岛）可由人工识别，将属于岛的部分保留，属于洞的部分挖去，但不适用于解决复杂的多重叠盖（多重洞、岛）问题。
解决单要素多重叠盖（多重洞、岛）问题的过程可以看作是有向图路径分析的过程。如图2.1，图a中各多边形要素可看作是有向图的节点，图b显示了构造有向图结构的过程，图c显示了处理后的结果。
路径的起点为未包含任何多边形的多边形，路径的终点为未被任何多边形包含的多边形。通过将多边形模拟到有向图的节点上，找出各起点到各终点的所有路径。任何一条路径便是一组拓扑互操作，操作对象为该路径上得所有节点，操作方法为按路径相反方向逐步裁切，合并零散多边形并删除多余多边形，最终得出准确表示该要素的复杂多边形。
图2.1 多边形叠盖处理过程
3.实现步骤
本方法实现步骤包括：
1）要素按面积从小到大排序
排序方法可采用直接插入排序、希尔排序、快速排序、冒泡排序、选择排序等
2）构造有向图：添加节点
有向图中的节点代表某单一要素的所有多边形。
3）构造有向图：添加有向边
有向图中的有向边的起点为小多边形，终点为直接包含该起点的大多边形，节点的入度和出度可能大于1。
4）寻找路径的起点和终点
有向图中，可根据节点的出度/入度来判断该点是否为起点/终点，只有出度的节点为路径的起点，只有入度的节点为路径的终点。
5）找出各起点到各终点的所有路径
各起点到各终点的路径可以利用深度优先搜索算法（DFS）[5]进行查找。
6）拓扑求差（奇切偶不切）
对于每条路径，按路径相反方向，进行奇数位节点裁切偶数位节点操作，生成多个裁切多边形。
7）拓扑求并
对上面步骤产生的结果进行拓扑求并，合并后的单一复杂多边形即为表示该要素的准确形式。
8）重复步骤（6），直至所有路径均被遍历完为止
9）删除多余节点
删除参与拓扑求差的所有节点。
4.具体实现
1、数据源
现有CAD数据有多种属性链接方式，主要有直接应用对象特性、应用扩展属性和外接数据库[6]三种方式。本实例采用的数据源属性链接方式为前两种。
2、规则库
规则库包含数据字典和地理空间知识库。对于不同的测绘单位拥有自己的一套规则，需该单位根据本单位数据字典和地理空间知识库自行编写。
3、基于ArcEngine实现
目前，国内外采用比较多的GIS数据格式为ArcGIS数据格式，ArcGIS软件比较成熟，具有很好的GIS数据存储、处理、分析能力，并提供在线GIS数据访问功能。考虑到本单位长期以来的ArcGIS格式数据积累及GIS数据的共享与应用，我们采用基于ArcEngine的开发方式，建立CAD数据到ArcGIS数据的转化系统，通过调用上述方法，很好地解决了单要素多重叠盖（多重洞、岛）问题，并取得很好的效果。应用实例如图4.1、图4.2所示：
图4.1 处理前
图4.2 处理后
5.结论与展望
地理数据采集速度、精度、总量正以快速发展，测绘单位同时维持CAD、GIS两套数据库任务异常艰巨，CAD/GIS数据的快速转换显得格外重要。本文通过分析目前CAD/GIS数据转换系统发展的特点，从另一个角度看待该问题，并针对数据后处理中的单要素多重叠盖（多重洞、岛）问题展开研究，提出利用有向图路径分析解决单要素多重叠盖（多重洞、岛）问题的方法，节省了转换后人工处理量，提高了数据转换效率，具有很好的应用价值。
本文叙述的方法在一定的程度上缓解了CAD/GIS数据格式转换的压力，如需真正实习高自动化数据转换还需进行拓扑检查、质量评价等后期工作。
参考文献
[1]BAE S．SCHUTZ B E．Precision Attitude Determination.GLAS Algorithm Theoreticcal Basis Document (Version 2.0)[R]．Austin:The University of Texas at Austin,1999．
[2]曾巧玲,张书亮,姜永发等.利用FME实现GIS与CAD的语义转换[J].计算机工程与应用,2005,41(13):214-217.
[3]周小成,焦道振.基于GeodataBase的CAD数据到 GIS的解决方案[J].测绘与空间地理信息,2005,28(1):29-32.
[4] 张叶,孙毅中,陈年松等.CAD城市基础数据到GIS转换的有关问题探讨[J].测绘与空间地理信息,2007,30(1):94-97.
[5] 胡学钢.数据结构算法设计指导[M].北京：清华大学出版社,1999:198-216.
[6] 张雪松,张友安,邓敏等.AutoCAD环境中组织GIS数据的方法[J].测绘通报,2003,(11):45-48.
作者：喻国强 陈洪建（宁波市鄞州区测绘院，浙江 宁波，315100）
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