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地形图中等高线与高程点矛盾检查方法探讨刘渤

发表时间：2021/7/28 来源：《基层建设》2021年第14期作者：刘渤

[导读] 地形图数据等高线的点线部分存在矛盾会普遍发生在地形图制作中，本文通过综合整个生产实践过程中的地形数据进行总结分析

        身份证号码：43252219820522xxxx
        摘要：地形图数据等高线的点线部分存在矛盾会普遍发生在地形图制作中，本文通过综合整个生产实践过程中的地形数据进行总结分析。根据地形图数据点线矛盾的问题作出具有针对性的检测方向以及办法，对提出的办法也结合基本原理和实际情况进行了分析，然后运用VB．NET最终实现。
        关键词：地形图；等高线；高程点

        引言
        高程的定义就是点沿铅垂线进入绝对基面的距离；而等高线指的是连接所有高程一致且相邻的点，形成的闭合曲线。以上两个部分是制作地形图的关键，绘制地形图的主要方式就是人工勾勒、描绘，可以尽可能地减少差异和冲突也就是点线矛盾。传统的逐点排查方式工作量大且繁琐，尽管如此还是经常发生错误或者遗漏，因为是全人工排查所以也容易形成新的差错。特别是当接收到海量数据时人工仅通过眼睛进行排查既不能保证数据的准确性更没有工作效率。一直以来都有相关学者针对这个问题研究，但都没有能真正符合实用性或规范性的算法。所以本文结合一些特殊地形和这些问题进行研究，提出关于等高线点线矛盾检测的新算法，既满足效率要求也能通过NET编程得以实用。
        1高线的特性和常见错误
        等高距就是邻近等高线中相差的距离（h）。一幅地形图上的所有等高线都具有一样的等高距。通过总结等高线的定义以及类别能够得到等高线在地貌方面的规律，具体如下：（1）只要点都在一条等高线上，那它们的高程一致，即等值性；（2）等高线没有在地形图中闭合就一定会相交于内图廓（除间曲线、助曲线外），即局部闭合性；（3）地形图上的各个等高线既不会重合也不会相交（除特殊地貌外），即连通性：（4）邻近的各条等高线之间遵循等距递变的原则，即高程递变性。综合这些特点可以分析出等高线与等高线、等高线和高程注记点中的关系，以此可以得到等高线出现错误的原因：（1）等高线的类别和等高距之间出现了冲突。比如说当高程值是等高距的整倍数的时候，等高线就是首曲线，若倍数为五等高线就是计曲线。（2）等高线在空间结构上出现存在拓扑错误。包括但不限于非法悬挂、相交、伪节等等。（3）点线矛盾就是指在逻辑方面等高线和高程注记点出现错误的地方，这也是本文研究的主题。最普遍存在的点线矛盾情况可划分为：（1）高程注记点与等高线之间高程值存在的矛盾，即高程值矛盾，参考下图1。（2）当高程值之间不存在矛盾的地方，各个注记点的等高线数目和基本等高距之间存在矛盾，即等高距矛盾。

图1：高程值矛盾示意图

        2点线矛盾检查思路及检查方案的实现
        根据形成点线矛盾的方式和原因分析，再参考等高线具备的特质进行检查。以下就是笔者提出的具体检查方法。
        2．1不规则三角网（TIN）检查法
        1）建立一个TIN网，结合所有等高线中的转折点和所有高程的注记点，得到包含各个高程注记点的三角形，也可以通过各个三角形得到高程注记点，然后再对相关三角形中各个角点的高程值进行判断。2）建立一个包含所有高程注记点的TIN网。然后根据TIN相关的各条边线中等高线的值、数目以及类型（分有计曲线、助曲线首曲线、间曲线）进行判断。
        2．2放射检查法
        放射检查法会使用更加便利的处理方式，也就是通过遍历地形图中全部相关的高程注记点，寻找周边各个方向上的等高线然后进行判断。在此过程中能通过固定半径的方式进行搜索等高线，一旦未发等高线就不用再进行判断了；另一方面也有不固定半径的办法，也就是根据一定长度的步长持续进行探索检测，持续到合适等高线出现即可。
        2．3各检查方法的实现
        上述提出的检查手段都是通过AutoCAD2010环境以及MS2008VB．NET语言进行的。在仅针对点线矛盾进行检查时，建立TIN网使用的是Deiaunay三角网的形态，没有把最小角最大优化。而建立等高线转折点相关的TIN网的时候，等高线凸度的问题需要注意到，可以通过转换成折线的方式进行处理。当直线超出要求的时候注意要加密操作，同时考虑到要维持原始数据的情况就仅把点坐标加密，对图形数据不产生影响。放射检查法可以通过无线探测的方式进行，可以结合高程注记点的密度去算各个高程注记点差距距离的均值（要规定搜索半径）。
        2．4优化和提高
        1）不私密建立TIN时的各个环节以及最终结论，可以更加直观地进行叙述，结合实际情况进行调整，把部分工作设置在后台。这在一定程度上提高了运行效率，也使得程序更加简洁，进行编写的时候AutoCAD的函数和方法会经常被使用到，例如建立选择集（AcadSelectionSet）和相交查询（Intersectwith），也可以通过替换成vb．net数据的操作方式来加快运行2）当地形图出现了特殊地形时检测结果就可能存在偏差，针对这一点可以通过专门对地形线进行判断的方式去编程。3）计算工作避免冗长，通过把三角网转化成离散边的方式进行计算，也就是仅逐条连接不要循环多次的连线。
        2.5结果对比
        程序运行结果分析：1）等高线构TIN检查速度不快但准确率比较高，可以检查出所有的问题但可能会有一些地方出现错误，就比如山顶部区域存在的高程注记点。2）高程注记点构TIN检查的速度相对来说会慢一点，但参考地性线去判断之后出现错误问题的概率就会大大降低。在地形图的特别区域有可能会出现错误，因为程序会认定其中的一些高程注记点没有遵循等高距递变的原则。3）放射检查实用性更高操作也更简单，其运行工作也更具备效率。但该方法的检查范围比较局限，错误类型也并不多，这样就很容易形成错误的结果。
        结语
        总之，传统的点对点调查方法繁琐复杂。即便如此，错误或遗漏也经常发生。由于是人工排查，很容易形成新的错误。尤其是在接收大量数据时，仅靠人工肉眼检查无法保证数据的准确性，没有工作效率。相关学者对这个问题研究了很长时间，但目前还没有真正符合实用性或标准化的算法。笔者建议通过AutoCAD平台去检查数据的点线矛盾问题，可以结合实际情况和理论知识进行，跟一些传统检查方式相比会更加具备准确性和工作效率。该检查方式综合检查数字线划地形图的工作效率、相关人员的工作量、数据质量方面充分发挥实用价值。
        参考文献：
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        [3]申全.数字地形图等高线错误自动判定方法研究[D].辽宁工程技术大学，2014.