圖幅接邊

圖幅接邊是將相鄰圖幅的邊緣要素進行相互銜接的作業過程。其作用是處理因分幅編繪或測繪地圖而使相鄰圖幅的邊緣要素產生的矛盾和不協調等問題，以使製成的分幅地圖可相互拼接使用。

基本介紹

• 中文名：圖幅接邊
• 外文名：sheet join
• 學科：測繪科學與技術
• 作用：將相鄰圖幅的邊緣要素相互銜接
• 目的：消除相鄰圖幅間的結合誤差
• 處理對象：相鄰圖幅的邊緣要素

縫隙產生原因

空間地理數據縫隙的產生主要有數據的獲取、表示與處理等方面。

（1）在數據的獲取方面，傳統的紙質地圖是一種基本的空間數據源。地圖按圖幅劃分，按一定的標準，人為地將連續的地表空間劃分成若干相互連線的子空間，使同一地物劃分成多個部分，分別落在不同的圖幅中。由於紙張伸縮、數據轉換誤差和人工操作失誤等因素，使相鄰兩圖幅之間幾何圖形或邏輯屬性銜接不上。

(2)在數據的表示和組織方面，不同的表示和組織方法會產生不同的縫隙。使用平面投影坐標來描述球面必然要遇到跨帶投影的裂縫問題。以經緯度表示的地理坐標系可以完整的覆蓋整個球面連續無縫隙。

(3)在數據處理方面，數據處理過程中的誤差或處理過程的不一致會產生縫隙。其原因有:數據處理過程的順序不一致;選擇的處理參數不一致;數位化的精度不夠。前兩者可以通過選擇適當的處理過程或處理參數來解決，而第三條原因則可以通過提高精度來解決。

圖幅接邊原則

由於農用地分等定級規程中還沒有明確提出圖幅空間接邊精度問題，也沒對屬性接邊方法做明確規定。因此實際工作中圖幅接邊主觀隨意性很強。為保證農用地分等匯總圖幅接邊成果的可靠性，按照土地利用分區的原則將省分為多個土地利用分區在同一土地利用分區中農用地的係數、等別指數應相差不大;同時根據製圖綜合要求接邊過程中應遵循如下原則：

1. 由於系統誤差而使相鄰兩圖幅邊界處存在縫隙或重疊時，在1：50萬地圖上誤差不能超過1mm，實地距離不超過500m。對於超出誤差範圍的成果圖件應重新進行坐標轉換。
   
2. 相鄰兩圖幅邊界處存在縫隙或重疊時，應根據兩縣市與其周邊縣市邊界的銜接情況，判斷哪個縣市邊界應保留作為公共邊界，則另一縣市邊界應作相應修改。
   
3. 一地物被相鄰兩圖幅分割且被分割的兩部分圖形銜接不上時，應以保留邊界縣市的地物為基準，另一縣市、地物作相應圖形調整。
   
4. 線狀地物或面狀地物被相鄰兩圖幅分割且被分割的兩部分屬性不匹配時，應對照現有土地利用現狀圖進行修改。
   
5. 確定係數、等別指數需調整縣市時，以同一土地利用分區的各個縣市按面積加權平均的係數、等別指數作為樣點數據，以樣點數據兩倍標準偏差為誤差限，對樣點數據超出誤差限的縣市做調整。
   
6. 在農用地分等匯總工作中，圖幅屬性接邊應能反映全省農用地等別巨觀分布，對需調整縣、市應檢查核實其縣級分等資料，對有錯誤的縣級分等資料進行修正，並整體調整其係數、分等指數。
   
7. 相鄰圖幅邊界處局部地區係數、等別指數有可能銜接不上，此時應以面積為依據。面積較小地塊的係數、等別指數根據面積較大地塊屬性做修改。
   
8. 圖幅邊界有明顯的、較大的、使兩塊土地分離的地物時，例如大江、大河、海峽等，可以保留2個圖斑界線及其屬性。
   

圖幅接邊步驟

分析數據縫隙來源，對不同原因造成的數據縫隙採取相應措施，逐個消除各種數據縫隙。這裡只對由數據獲取和表示引起的縫隙進行分析，並提出相應的解決方法，接邊過程見圖幅接邊流程圖。

圖幅接邊流程

空間接邊

1.坐標投影反算消除由數據表示引起的數據縫隙

由於跨帶的原因，不同分帶的圖幅在平面坐標系下拼接不上，為進行圖幅拼接，要對縣級分等成果圖層進行兩方面的處理：確認地圖的坐標系統和投影方式，並檢查其精度；將平面坐標系下的地圖數據按其投影方式，進行投影反算，變換為經緯度坐標系統下的地圖數據。藉助GIS軟體的project命令可自動實現圖層坐標投影反算，消除由數據表示引起的縫隙。

2.消除由數據獲取方面帶來的幾何縫隙和邏輯縫隙

（1）邊界匹配。經過投影反算後的數據，理論上應該是幾何無縫的，由於數位化時，使用設備精度或數據採集精度的原因，使圖幅在接邊處或在節點處產生縫隙，這種縫隙一般通過接邊來解決，具體方法有：平均法。是指將圖形兩邊待接點的坐標均值作為接邊後點的坐標。該方法簡單易行，適用於接邊誤差在精度允許範圍內的各種直線，多義線類的接邊處理；強制法。是把一條待接邊的待接點強制附和到另一條待接邊的待接點上。該方法主要用於用戶能明顯判斷出哪一條待接邊比另一條待接邊更準確、可靠、適合互動式的接邊處理；最佳化法。就是分別找出兩待接點的前一點’，連線這兩點與邊界線求出一個交點P，用P的坐標分別代替原來的待接點坐標。

（2）邏輯一致性處理。對相鄰圖幅進行邏輯一致性處理，以消除圖幅間的邏輯縫隙。由數據獲取帶來的邏輯錯誤，在農用地分等省級匯總工作中主要包括：同一線狀地物在相鄰圖幅中各部分的屬性不一致：鐵路，公路，單線河等；同一面狀地物在相鄰圖幅中各部分的屬性不一致：湖泊，面狀河流，地類圖斑等。

屬性接邊

綜合等別反映在當前農業技術經濟條件下，農用地所能實現的最大經濟產量水平。由於某些人為因素的影響，各縣（市）間或邊界處等別銜接不上，因此，省級匯總中要進行分等成果圖件屬性接邊。分等成果圖件的屬性接邊應以農用地等別指數為依據，從自然等指數接邊開始，逐步實現土地利用係數、利用等指數、土地經濟係數、分等指數接邊，需要調整係數、等別指數時應同時修改導致誤差產生的縣級分等資料數據，並調整等係數、等別指數計算結果。

圖形接邊程式

地理信息系統中許多圖形信息是通過已有圖形數位化而來，這樣不可避免地存在圖幅間圖元的接邊問題。圖形接邊是為了消除相鄰圖幅間的結合誤差，使跨越兩幅圖的圖元在接邊處完全吻合。

接邊過程中，首先要將需要拼接的兩幅圖的圖形數據合併在一個臨時的資料庫中，然後再按點接、線接、弧接三種方法進行接邊處理。將完成接邊後生成的臨時資料庫進行分幅存儲。

接邊程式主要包括三個模組:調圖模組、接邊模組和分幅存儲與退出模組。其程式框圖如下所示:

圖形接邊程式

多圖幅接邊

提出

目前國內外的大多數具有接邊功能的軟體都是只對兩個圖層或兩幅圖進行接邊，從而造成了一些問題:

(1)一幅圖需要分別與相鄰圖幅進行多次接邊，大大降低了接邊的效率。

(2)在進行兩兩接邊的過程中，難於在細節上同時兼顧與其他相鄰圖幅的關係，使得接邊整體效果不好。多圖幅接邊正是針對以上問題的改進。一方面，用戶可以在整體上同時兼顧各個圖幅的接邊細節;另一方面，多圖幅的同時調人和接邊大大減少了中間冗餘數據和多餘的操作，從而提高接邊的效率。

設計

在設計上，多圖幅接邊以接邊線為媒介(接邊線一般為主工程的內圖廓線)來確定參與接邊的工程。在具體的實現過程中，用戶將具有關聯關係的多幅圖同時調入，進行相關接邊參數設定，完成後由計算機一次性地對各圖幅進行兩兩接邊處理。

接邊流程

通常軟體的地圖圖幅接邊過程可以分為8個過程

(1)形成各分庫的接邊條;

(2)定義接邊工作庫;

(3)把接邊條裝入接邊工作庫;

(4)接邊信息結構化;

(5)接邊物體排序

(6)物體偶對匹配與誤差匹配;

(7)新接邊條的逆向轉儲;

(8)有關分庫錄入新接邊條。

接邊設定及接邊線定義

接邊設定中設定了接邊緩衝區、接邊關聯域值、接邊原則、屬性約束、是否趨勢接邊、直線接邊地物類等。接邊線是連線各圖幅的紐帶，是接邊點誤差配賦的依據。有兩種方式可以生成接邊線:

(1)根據圖幅號生成接邊線;

(2)輸人點坐標生成接邊線。

接邊信息結構化

在接邊信息結構化過程中，拋棄了傳統的封裝接邊物體的做法，將接邊物體中參與接邊的接邊點作為處理對象，使接邊過程大為簡化並且使接邊問題有了較簡單的解決辦法。

接邊點是在定義了接邊設定及接邊線後生成的，利用面向對象技術，將各種信息封裝在接邊點類中，實現接邊信息的結構化。然後根據接邊設定中的接邊緩衝區，將所有可能參與接邊的點形成接邊點，存儲人接邊輔助層中，再根據接邊關聯域值和屬性約束條件匹配接邊點，在系統認為可以匹配的兩點間形成接邊關聯線段，供用戶預覽並檢查接邊匹配情況。

接邊點匹配

提出了將距離、地物類、高程等屬性共同考慮的匹配方法，大大提高了接邊點匹配的正確性。

接邊點匹配後就在兩點間形成接邊關聯線段。接邊關聯線段是在接邊過程中產生的新對象，用來連線、操作有接邊關聯的兩個接邊點。將接邊關聯線段顯示出來可供用戶檢查匹配關係是否正確，及時進行修改，從而實現了接邊預覽，以保證批量接邊時的準確性。

虛拼接算法

算法提出

2004至2006年，趙江洪分別從不同角度論述了多圖幅自動接邊算法[3-5]；2007年，趙相偉提出基於索引圖的大比例尺圖幅自動接邊方法[6]；2008年戴相喜提出矢量數據任意範圍接邊算法及其實現[7]。這些算法具有共同特點：接邊時邊界處被拼接矢量需要進行坐標重組，因此被拼接矢量數據必須同時讀入記憶體。在目前記憶體資源仍然有限的情況下，其進行大數據量矢量圖幅的接邊時，往往首先分區接邊；然後對接邊後大區域再接邊；大區域接邊時，先分別讀取大區域矢量圖幅，檢索出需要接邊的矢量，再對這些矢量單獨拼接以實現整體接邊。這種方法的不足在於接邊效率很低。

針對此問題，提出多圖幅矢量接邊的“虛拼接”算法。算法不受同時接邊的圖幅數據量限制，適用於大範圍甚至全球的海量數據圖幅自動接邊，並保持了較高運行效率。算法提出的依據為：在矢量集中，一般根據矢量ID區別矢量；因此，將應被拼接的多個矢量ID映射一致，從而在套用這些矢量時，可將其作為一個整體看待，實現圖幅接邊的效果。這種接邊效果能夠滿足數字地圖的多數套用要求。

算法基本內容

算法基本內容如下：第1步，掃描各矢量圖幅，確定圖幅間相對關係，獲取接邊所需邊界信息；第2步，對圖幅邊界信息進行拼接判斷，得到應進行拼接的矢量的拼接鏈；第3步；再次掃描各矢量圖幅，根據拼接鏈，將被拼接的矢量的ID映射一致，實現虛拼接。

圖幅接邊必須首先確定所有圖幅的接邊關係。接邊關係指出了圖幅在上下左右各邊與哪些圖幅進行拼接。圖幅接邊還需要生成每個圖幅的邊界信息，邊界信息指出了圖幅間接邊時，其間的哪些矢量需要進行拼接。上述所需信息僅與單個圖幅有關，可通過1次遍歷掃描各圖幅獲取。

進行拼接判斷是確定相鄰圖幅間哪些矢量應兩兩拼接，如拼接成立，則形成形如[矢量，矢量]的拼接對，表示兩個矢量應進行拼接；拼接鍊表示若干圖幅中應依序拼接成為整體的多個矢量ID的有序集合，形如[矢量，矢量，矢量，⋯]。拼接判斷的標準，主要依據切口坐標是否在合理的限差內相等；但在有多個切口坐標符合拼接的情況下，應藉助類型碼、矢量名稱等其它判別條件判斷矢量是否應進行拼接。