一种利用拓扑转换消除多边形数据压缩裂缝的方法

胡 芸，方陆明

（浙江农林大学 信息工程学院，浙江 临安 311300）

明晰产权作为集体林权制度改革的主体任务，要求林地实行承包到户，以实现 “山有其主”[1-2]。林权改革面临着许多历史遗留问题，其中边界不清，权属纠纷等问题在其中占了很大比例。因此，林权数据资料要求边界清晰，面积准确，从而切实保障林农的利益[2-3]。在地图综合和数据处理过程中，不可避免地需要对一些数据冗余进行处理；大比例尺、高精度数据综合为小比例尺、低精度应用时，会存在不必要的数据冗余[4]。因此，对采样数据进行合理的删减以及根据具体现实问题的需要，消除冗余数据和进行地图综合，是地理信息系统（GIS）空间数据处理的一项关键内容[4]。据此问题，Douglas-Peucher法、垂距法、光栏法、穷举法等矢量数据压缩算法被提出并广泛使用[5-9]。但上述方法在多边形矢量数据压缩中，会出现压缩裂缝和拓扑丢失的问题，且会在多边形边界出现压缩缝隙的情况。因此，空间矢量数据压缩的核心是在不破坏原有的拓扑结构关系的基础上，对冗余数据点进行适当的删减。空间矢量数据压缩包括线状数据压缩和多边形数据压缩[10-12]。本研究针对在林权地块多边形数据压缩中，会出现裂缝和拓扑关系丢失的问题。采用Coverage数据公共边界线提取、边界线压缩、负缓冲区分析和空间连接的方法消除多边形数据压缩中的裂缝并保证数据的完整性和空间拓扑关系的正确性。

1 基本原理和多边形数据压缩存在的问题

地图综合中，压缩矢量数据的目的是消除数据冗余，减少数据的存储量，加快数据处理速度以及其他需要。以对象方式存储的矢量数据结构中，空间数据按照基本的空间对象为单元进行单独组织，不包含有拓扑关系数据。这种数据中每个多边形皆以闭合线段存储，相邻多边形的公共边界被存储2次且各多边形之间没有邻域信息。如果利用上述数据压缩算法对多边形数据进行压缩，会产生拓扑关系错误和碎屑多边形裂缝（图1）。

2 数据压缩处理过程

图1 多边形数据压缩裂缝Figure1 Crack of compressed polygon data

初始林权地块空间数据类型为多边形，其压缩简化过程如下：提取初始多边形地块的边界线，边界线提取结果如图2-A所示，利用Douglas-Peucher压缩算法对图2-A中的边界线进行压缩，结果如图2-B所示，在图2-C中可清楚地看出压缩后的边界线对原始多边形进行了有效的综合；将图2-B中压缩后的边界线转换为新的多边形，结果如图2-D所示。从以上步骤可以看出：将多边形数据转换为边界线数据后，再实施压缩，有效地解决了压缩多边形会出现裂缝的问题，很好地解决了空间数据的压缩问题。但压缩后，多边形林权地块的属性数据却丢失了。

图2 多边形地块压缩Figure2 Compression of polygon plot

针对此问题，可以通过 “负缓冲”和 “空间连接”的方法来解决。思路如下：对原始地块进行 “负缓冲”分析，如图3-A所示，“负缓冲”区多边形完整地保留了原始地块的所有属性信息；而后，根据“负缓冲”区多边形与压缩后多边形地块是 “空间相交”关系，采用 “空间连接”的方式，将原始地块的属性信息完全赋给新的压缩后的多边形地块。为保证 “空间连接”的正确进行，“负缓冲”区必须要求完整地落在压缩多边形地块之内。通过边界线压缩和 “负缓冲”区属性连接，有效地解决了原始地块空间数据压缩和属性信息完整性的要求。因此，整个数据处理过程如图4所示。

图3 压缩地块链接属性Figure3 Spatial join of the compressed plot

图4 多边形数据压缩流程图Figure4 Flow chart of polygon data compression

3 应用案例

以某地林权地块数据为例，利用ArcGIS 9.3中ArcToolbox工具箱中的Feature Class To Coverage模块将原始多边形数据转换为Coverage格式并提取转换为线状的Shape文件格式如图5-A和图5-B所示。

利用ArcGIS9.3软件中的Simplify Line模块对多边形边界线进行压缩，压缩前后对比如图5-C所示。利用Feature to Polygon模块将压缩后的边界线闭合成新的多边形数据如图5-D所示。

图5 多边形地块压缩实例Figure5 Application of polygon plot compression

利用Buffer模块和Spatial Join模块在空间匹配模式为INTERSECTS且空间连接方式为JOIN_ONE_TO_ONE方式下连接属性数据。如图6和图7所示。

图6 初始多边形地块数据负缓冲区分析Figure6 Negative buffer analysis of the original polygon data

图7 空间连接获取初始林权地块数据中的属性数据Figure7 Extracting attribute data from original polygon data by spatial join

实验结果证明：利用此方法压缩林权多边形地籍数据，不仅消除了压缩裂缝，而且很好地继承了原始地块的林权地籍数据，保证了其空间拓扑关系的正确和属性信息的完整。

4 结论与讨论

通过公共边界线提取、边界线压缩、边界线构建多边形、负缓冲区分析和空间连接的方法实现林权地籍多边形数据的压缩和属性数据的连接，以消除ArcGIS 9.3中Simplify Polygon模块压缩多边形会出现裂缝的问题。实践证明：利用该方法可有效消除林权地籍多边形压缩裂缝的问题，并保证了其空间拓扑关系。该方法对于其他格式文件数据压缩和处理均有一定参考价值，但该方法对于大数量数据进行负缓冲区分析时，计算效率较低。下一步研究重点是如何针对压缩裂缝单独进行合并处理以简化多边形。

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