ArcGIS两种线简化算法和建筑物综合(面的简化和建筑物聚合)的参数计算方法

• 1.问题描述
• 2.参数计算
  • 2.1 地图编制比例尺要求
  • 2.2 线简化过程
  • 2.2.1 POINT_REMOVE（点删除）算法
  • 2.2.2 BEND_SIMPLIFY（折弯简化）算法
• 2.3 建筑物综合过程
  • 2.3.1 建筑物的简化
  • 2.3.2 建筑物群的聚合

1.问题描述

　　实验使用的ArcGIS综合工具中的算法参数在实际的地图编制过程中应该如何计算。重点是依据目标比例尺的编图规范，例如，弯曲高度、线的长度和最小单元面积等的最小值，把这些值转换为源比例尺数据库的计量单位。

2.参数计算

2.1 地图编制比例尺要求

　　从1：25000到1：100000，要求规范参考《国家基本比例尺地图编绘规范第1部分: 1：25000 1:50000 1:100000地形图编绘规范》。

2.2 线简化过程

　　规范要求如下图1所示：

2.2.1 POINT_REMOVE（点删除）算法

　　该算法从使用趋势线连接线要素的各端点开始，首先测量每个折点到趋势线的垂直距离。与趋势线的距离小于容差的折点将被删除。线要素最先在距离趋势线最远的折点处断开，从而构成两条新趋势线。然后再测量剩余折点到这两条线的垂直距离，整个过程将持续到与趋势线的距离小于容差的所有折点全部被删除为止。算法中的简化容差值用于确定简化程度，将容差设置为等于或大于图形元素之间允许的最小间距。而编绘规范中规定的最小弯曲高度为$h_mmm$hm​mm，由此得出该算法参数$\sigma$σ（设置初始单位为m）的计算公式：

$\sigma = S_2×h_m÷1000$σ=S2​×hm​÷1000

　　其中$S_2$S2​是目标比例尺分母（如25000，100000等）。

2.2.2 BEND_SIMPLIFY（折弯简化）算法

　　折弯简化通过形状识别技术找出折弯并分析其特征，然后消除无关紧要的折弯。可将线状要素视为由一系列折弯组成 (Wang, 1996)，其中的每个折弯在其连续折点处的拐角符号（正或负）均相同。可将每个折弯的若干个几何属性与直径等于指定简化容差$\sigma$σ的参考半圆的对应属性进行比较。每一个折弯都有一个弯折系数cmp，该数值由最小折弯面积Area除于与该弯折形成的多边形周长相同的圆面积$S_c$Sc​，半圆的弯折系数为0.75 $mm^2$mm2，可得对应的参数估计公式如下：

$Area=1/2×(S_2×w_m/1000)×(S_2×h_m/1000)$Area=1/2×(S2​×wm​/1000)×(S2​×hm​/1000)
$cmp=Area/Sc$cmp=Area/Sc
$Area×((0.75)/cmp)=π/2×(σ/2)^2$Area×((0.75)/cmp)=π/2×(σ/2)2

　　其中$S_2$S2​是目标比例尺分母（如25000，100000等），$w_mmm$wm​mm为最小弯折宽度，最小弯曲高度为$h_mmm$hm​mm。因此只需找出弯曲高度为对应比例尺下的h_min 的折弯，测量其在图上的弯折宽度$w_m$wm​即可算出最小折弯面积，也即可确定对应的简化容差$\sigma$σ，单位为米。

2.3 建筑物综合过程

　　规范要求如下图2和图3所示：


2.3.1 建筑物的简化

　　建筑物边界或覆盖区的简化是一种制图综合类型的操作 (Esri,1996)。简化建筑物意味着减少建筑边界中的细节，同时保留建筑物的基本形状和大小。建筑物通常是正交区域；因此，简化过程会保留和增强正交性。下图4显示根据容差进行简化的位置。该算法中必须指定一个简化容差和最小面积，且值必须大于零。

　　因此简化容差$\sigma$σ和最小面积公式 $S_m$Sm​（单位分别设置为米和平方米）如下所示：

$σ=w_m/1000×S_2$σ=wm​/1000×S2​
$S_min=Area_m/10^6 ×S_2^2$Sm​in=Aream​/106×S22​
　　其中$w_m$wm​为规范中建筑物最小宽度($0.5mm$0.5mm)，$Area_m$Aream​为规范中m规定的最小面积，S_2为目标比例尺分母。

2.3.2 建筑物群的聚合

　　“聚合面”工具将矢量数据转换为栅格，然后使用多种栅格功能来查找位于彼此的指定距离之内的要素并将其连接。最后，将结果重新转换为具有正确的新边界构造的矢量数据。该算法中必须指定一个聚合距离和最小面积，且值必须大于零。
聚合距离$distance$distance的计算方式如下所示：

$distance= d_m/1000×S_2$distance=dm​/1000×S2​

　　其中$d_m$dm​为规范中的合并距离（1：100000为0.3mm）。而这里的最小面积和建筑物简化算法计算方式一致，即：

$S_m=Area_m/10^6 ×S_2^2$Sm​=Aream​/106×S22​

参考文章

Zeshen Wang,Jean-Claude Müller.Line Generalization Based on Analysis of Shape Characteristics[J].Cartography and Geographic Information Systems,1985,25(1):3-15.