CN102289991A - 一种基于视觉变量的地图注记自动分类配置方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于视觉变量的地图注记自动分类配置方法，步骤包括：定制地图注记配置规则库；输入地理数据，对地理数据进行制图表达；计算单个地物要素的符号图形变量；匹配注记配置规则库中的规则，选择注记配置模式，完成地图注记分类配置。该方法依据国家基本比例尺地形图中需要注记的地物要素的本质特征及配置规则要求，将地图注记配置分为七种基本配置模式，同时支持注记配置模式的扩展和组合使用；提供了一种简明、易于实现的地图注记配置模型，能够在计算机地图制图中实现地图注记配置模式自动选择。本发明解决了实例级地物要素注记配置模式选择问题，提高了国家基本比例尺地形图中的注记自动化水平和注记质量。

Description

一种基于视觉变量的地图注记自动分类配置方法

技术领域

本发明涉及电子地图和数字地图制图领域，尤其涉及一种基于视觉变量的地图注记自动分类配置方法。

背景技术

注记是地图(包括纸质地图和电子地图)非常重要的组成部分，而它的自动配置是计算机地图制图和地理信息系统的关键问题之一。一方面，随着国民经济的发展，对基础测绘、地形图更新的要求越来越高，更新速度也越来越快；另一方面，以计算机和网络为代表的信息技术的发展，促使世界各国加快了测绘技术信息化进程，使传统的地图制图技术走向了计算机辅助地图制图和制图自动化；同时地理信息系统也获得了飞速的发展，并且应用日益广泛。在国内外，制图人员也越来越多地通过自动制图软件从地图数据库中提取信息，使地图生产自动化。作为地图使用和输出的重要环节，注记的自动化程度及质量好坏将影响地理信息系统应用的质量。据国外学者统计，在地图生产及相关的实践中，注记配置的工作量大约占59%左右(Cook & Jones，1990)。长期以来，注记是通过手工来配置完成的，既费事，又费时，影响了地图生产的速度。即使是用现在的自动制图软件来生产地图，注记也需要大量的人工干预，基本上不能充分利用现有的资源。

Imhof(1975)提出地图注记配置的三个基本原则——易读性、表达地图信息时的清晰性和美学平衡性；Hirsch(1998)认为地图注记应该更加简洁和容易理解。注记的自动配置研究基本上都依照Imhof和Hirsch提出的规则。

地图注记自动配置被公认为是一个NP难问题，自从首次尝试自动绘制地图以来，已有大量的方法被应用到该问题上来，例如专家系统、整数规划法、组合优化、启发式算法、模拟退火算法、遗传算法等，这类现有技术方案的主要缺点是实验复杂度高，效率比较低。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提出了一种基于视觉变量的地图注记自动分类配置方法，其实现简单，可以显著提高制图效率。

本发明的技术方案所提供一种基于视觉变量的地图注记分类自动配置方法，包括以下步骤：

步骤1，定制地图注记配置规则库，地图注记配置规则库中的注记规则信息包括注记要素视觉参数表，所述注记要素视觉参数表提供注记配置模式所适用的视觉变量参数；

步骤2，输入地理数据，对地理数据进行制图表达；

步骤3，计算每个地物要素的视觉变量，所述地物要素的视觉变量分为尺寸变量、形状变量和对称性变量，

（1）所述尺寸变量是所有地物要素的视觉变量，其计算公式如下

其中

表示地物要素的尺寸，

为地物要素图形符号的最小外接矩形的面积，

为注记文本框的面积；

（2）所述形状变量是线状和面状地物要素的视觉变量，由单调性因子和紧凑度因子构成，

单调性因子由一个布尔值衡量，真表示该地物单调，否则表示该地物非单调，其计算公式如下

其中

表示地物要素的单调性，

为曲线L上第i点到曲线L的首尾点所构成直线段的垂线与曲线L的交点个数，true表示真，false表示否；

紧凑度因子取值范围为[0,1]，其计算公式如下

其中

为地物要素的紧凑度，A为地物要素符号化后的图形的面积，P为地物要素符号化后的图形的周长；

（3）所述对称性变量是几何类型为面域的地物要素的视觉变量，其计算公式为：

其中

表示地物的对称性，A为面状要素符号化后的图形的面积，A _i 表示面状要素在原点为其形心的四个象限内的分面积，i取1～4，

表示面状要素符号化后在四个象限的平均面积，

=A/4；

步骤4，匹配地图注记配置规则库中的规则，选择注记配置模式，完成地图注记分类配置；所述注记配置模式的选择方式为根据步骤3所得地物要素的视觉变量，参照步骤1在地图注记配置规则库中定制的注记要素视觉参数表，选择相应的注记配置模式，完成注记配置。

而且，步骤1中所述地图注记配置规则库中的注记规则信息包括待注记图层名称、注记图层优先级、注记避让优先级、注记分类字段、注记字段、注记字号、注记颜色、注记间隔、注记字隔和注记距离。

而且，步骤1中所述注记要素视觉参数表的内容如下，

注记配置模式	尺寸	单调性	紧凑度	对称性
					点注记配置模式		NaN	NaN	NaN
线点注记配置模式	NaN	NaN	NaN	NaN
					平行线注记配置模式	NaN	True	NaN	NaN
缓冲线注记配置模式	NaN	False	NaN	NaN
					中轴线注记配置模式		True
主骨架线注记配置模式		NaN
					凸壳注记配置模式		False

其中，NaN表示此项视觉变量不适用该注记配置模式，

所述点注记配置模式是针对地图上视觉感受为点的地物要素进行注记配置的配置模式；

所述线点注记配置模式是针对地图上线状要素说明注记和数字注记的配置模式，配置时在待注记的线状要素上寻找点定位进行注记；

所述平行线注记配置模式是针对地图上线状要素名称注记的配置模式，配置时按线状要素的平行线求取定位线并沿线定位注记；

所述缓冲线注记配置模式是按要素缓冲区求取定位线并沿线定位注记的配置模式；

所述中轴线注记配置模式是按面状要素求取中轴线，并在面域范围内部沿线定位注记的配置模式；

所述主骨架线注记配置模式是按面状要素求取骨架线，并在面域范围内部沿线定位注记的配置模式；

所述凸壳注记配置模式是在面域范围外部采用面定位注记的配置模式。

本发明的技术方案突破了地图注记按标注地物要素类型分类的束缚，提出了要素符号图形变量的概念、度量方法以及分类体系；针对要素实体的几何类型、属性语义以及符号图形变量，总结注记配置模式的概念，包含了注记的配置方法、配置参数、评价因子及其权重。该方法还依据国家基本比例尺地形图中需要注记的地物要素的本质特征及配置规则要求，将地图注记配置分为七种基本配置模式，同时支持注记配置模式的扩展和组合使用；提供了一种简明、易于实现的地图注记配置模型，能够在计算机地图制图中实现地图注记配置模式自动选择。实施本发明的技术方案无需人工参与，从而解决了实例级地物要素注记配置模式最大选择问题，提高了国家基本比例尺地形图中的注记自动化水平和注记质量。

附图说明

图1 为本发明实施例的系统体系结构图；

图2 为本发明实施例的系统流程示意图；

图3 为本发明实施例的地图注记配置模式推理结构图；

图4 为本发明实施例的注记配置模式选择流程示意图；

图5 为本发明实施例的点注记配置模式示意图；

图6 为本发明实施例的线点注记配置模式示意图；

图7 为本发明实施例的平行线注记配置模式示意图；

图8 为本发明实施例的缓冲线注记配置模式示意图；

图9 为本发明实施例的中轴线注记配置模式示意图；

图10 为本发明实施例的三种计算骨架线示意图，其中图10a为平行线切割中点骨架线示意图、图10b为基于单调性图形综合骨架线示意图、图10c为最长对角线骨架线示意图；

图11 为本发明实施例的凸壳注记配置模式示意图。

具体实施方式

为了便于本领域普通技术人员理解和实施本发明，下面结合附图及实施例对本发明作进一步的详细描述。

本发明实施例所运行的系统体系结构，如图1所示，其包含数据库、制图系统和终端用户三部分，这种结构利用了现有计算机数据库技术。实施例中，数据库所采用的是Oracle数据库，根据计算机地图制图的需要，数据库包含四种类型：地理数据库、制图数据库、地图数据库和地图专家知识库。地理数据库存储的是地理数据，即原始的DLG(Digital Line Graphic)数字线划数据及其元数据，是计算机地图制图的最基本的数据；制图数据库存储的是制图数据，即专门用于制图的数据，是按照制图规则，将地理数据进行要素提取、分类和图形合并等修改操作之后的结果。地图数据库存储的是地图数据，即能直接用于地图出版的数据，包括制图表达结果、注记、图外整饰等。地图专家知识库存储的是制图专家知识，即制图知识的集合，可以包括地图符号库、制图规则、符号对照规则、符号结果绘制次序、地图注记配置规则库、冲突规则、冲突处理规则等。计算机地图制图系统的数据流程则如图2所示。首先将空间数据库中的shapefile、E00格式等地理数据进行数据压缩、数据连接、河流结构化等数据预处理操作，转换为制图数据；其次在地图专家知识库的约束下，对制图数据进行地图符号化、地图注记自动配置和图外整饰等操作，形成地图数据；最后对地图数据可以进一步导入到CorelDraw、Illustrator等矢量化编辑工具进行编辑，最终将完成的电子地图数据进行存档或印制输出。

实施例中，上述计算机地图制图系统中实现地图注记自动配置具体流程如下，本领域技术人员可以采用计算机软件技术参考该流程实现：

1.制定地图注记配置规则库；

一般可以包括以下注记信息：待注记图层名称、注记图层优先级、注记避让优先级、注记分类字段、注记字段、注记字号、注记颜色、注记间隔、注记字隔、注记距离。还可以具体需要设定其他注记信息，例如本实施例预先设定注记候选区半径为注记字号的10倍。

具体实施时，可以分类放置：

注记规则库：规定待注记图层名称、注记图层优先级、注记避让优先级、注记分类字段、注记字段信息。

字体库：规定注记字体、注记字号、注记颜色、注记间隔、注记字隔、注记距离信息。

实施例的制定内容如下：

1.1根据国家基本比例尺地形图图示标准（GB/T　20257），指定待注记图层名称为：面状居民地、面状水系、线状水系、等高线、道路、点状居民地、高程点；

1.2设定注记图层优先级顺序依次为：面状水系、面状居民地、线状水系、道路、等高线、高程点、点状居民地；

1.3制定注记避让优先顺序为：

1.3.1面状水系图层注记可压盖面状水系图层、等高线图层，其他图层不能压盖；

1.3.2面状居民地图层注记可压盖面状居民地图层、道路图层、等高线图层，其他图层不能压盖；

1.3.3线状水系图层注记可压盖等高线图层，其他图层不能压盖；

1.3.4道路图层注记可压盖道路图层、等高线图层，其他图层不能压盖；

1.3.5等高线图层注记可压盖等高线图层，其他图层不能压盖；

1.3.6高程点图层注记不能压盖任何图层；

1.3.7点状居民地图层可压盖道路图层、等高线图层，其他图层不能压盖；

1.4根据国家基本比例尺地形图图示标准（GB/T　20257），指定各个待注记图层的分类字段为“GB”；

1.5根据国家基本比例尺地形图图示标准（GB/T　20257），设定各个待注记图层的注记字段：

1.5.1面状水系、面状居民地、线状水系、点状居民地图层的注记字段设定为“NAME”；

1.5.2道路图层的注记字段设定为“RN”和“NAME”；

1.5.3等高线、高程点图层的注记字段设定为“ELEV”；

具体各注记字段设定内容的含义可参见国家基本比例尺地形图图示标准（GB/T　20257）。

1.6根据国家基本比例尺地形图图示标准（GB/T　20257），设定各个待注记图层的注记字体、字号、颜色、注记间隔、注记字隔、注记与注记要素的距离等信息，如1:50000比例尺，面状居民地图层中，GB为310107的行政村要素的注记字体为仿宋体，注记字号为2.5mm，注记颜色为K70，K70表示颜色值；线状水系图层中，GB为210101的地面河流的注记字体为左斜宋体，注记字号为3.0mm，注记间隔为3个字隔，注记间距为15mm，注记离注记要素的距离为2mm。其他图层的注记字体、字号等信息的具体值，可参考国家基本比例尺地形图图示标准（GB/T　20257）相关说明，在此不再赘述。

1.7设置注记要素视觉参数表，本领域技术人员可以根据具体注记配置模式对表进行设置，本实施例的表详见表1。

具体实施时，可以将以上注记信息预先存放在地图注记配置规则库，无须人工干预，地图注记自动配置时自动调用即可。

2.输入地理数据，进行数据预处理，数据预处理一般包括地理数据的压缩、延长、合并、线状河流结构化等操作，最终生成制图数据。实施例中，压缩是指将线状和面状数据，按照纸面距离0.1mm的阈值进行道格拉斯压缩处理；合并是为了提高地图表达效率，改善最终地图数据的成图效果，将属性相同、首尾相接的线状地理数据连接为一条制图数据；延长，线状桥梁符号为半依比例尺符号，需要将线状桥梁中，低于最小纸面长度的桥梁地理数据延长至最小纸面长度；河流结构化是指将线状水系图层的数据按照最大转角的原则建立分支结构，以区分线状河流的支流与干流。

3.对预处理后的地理数据进行制图表达，即符号化，本发明实施例所使用的制图表达方法采用本专利申请人的《一种通用地图的制备方法》（申请号200910273511.X）专利中所使用的方法，在此不予赘述。

4.按照制图专家知识库中指定的制图知识，对所需注记图层进行地图注记。这些待注记的地理数据图层在上一步骤已经过制图表达，但不是所有需要制图表达的图层都需要注记，因此需要根据地图注记专家知识库中的待注记图层名称获知注记目标，注记顺序则是根据地图注记专家知识库中的注记图层优先级。根据实施例在步骤1.2设定的注记图层优先级顺序，依次为：面状水系、面状居民地、线状水系、道路、等高线、高程点、点状居民地。

5.计算待注记图层中每个地物要素的视觉变量，所述地物要素的视觉变量分为尺寸变量、形状变量和对称性变量，

（1）所述尺寸变量是所有地物要素的视觉变量，其计算公式如下

其中

表示地物要素的尺寸，

为地物要素图形符号的最小外接矩形的面积，

为注记文本框的面积；

（2）所述形状变量是线状和面状地物要素的视觉变量，由单调性因子和紧凑度因子构成，

单调性因子由一个布尔值衡量，真表示该地物单调，否则表示该地物非单调，其计算公式如下

其中

表示地物要素的单调性，true表示真，false表示否；

为曲线L上第i点到曲线L的首尾点所构成直线段的垂线与曲线L的交点个数。即，将曲线L的首尾点所构成直线段标记为L‘，M为曲线L上第i点到直线段L‘的垂线，

为垂线M与曲线L的交点个数；

紧凑度因子取值范围为[0,1]，其计算公式如下

其中

为地物要素的紧凑度，A为地物要素符号化后的图形的面积，P为地物要素符号化后的图形的周长；

（3）所述对称性变量是几何类型为面域的地物要素的视觉变量，其计算公式为：

其中

表示地物的对称性，A为面状要素符号化后的图形的面积，A _i 表示面状要素在原点为其形心的四个象限内的分面积，i取1～4，表示面状要素符号化后在四个象限的平均面积， =A/4；

6. 匹配地图注记配置规则库中的规则，完成地图注记分类配置。

实施例的注记配置模式分为以下七种，

（1）点注记配置模式

点注记配置模式针对地图上视觉感受为点的地物要素进行注记配置的一种模式。适用于点状要素和尺寸小的面状要素，旨在将注记配置在离要素最近、不影响要素的地图符号表达、与其他同类要素不发生歧义、与读图习惯相符的方位。

（2）线点注记配置模式

线点注记配置模式是针对地图上线状要素说明注记和数字注记的一种配置模式。是在待注记的线状要素上寻找点定位进行注记的方法，主要适用于公路的技术等级和编号、等高线高程注记等。

（3）平行线注记配置模式

平行线注记配置模式是针对地图上线状要素名称注记的一种配置模式。是按线状要素的平行线求取定位线并采取沿线定位注记方法的一种配置模式，主要适用于单线河流、道路等名称注记。该模式是其他以线定位注记表达模型为结果的注记配置模式的基础。

（4）缓冲线注记配置模式

缓冲线注记配置模式是一种按要素缓冲区求取定位线并按线定位注记的配置模式。主要针对特征点过于密集的或比较曲折的线状要素或狭长的（紧凑度低、尺度大、对称性不好）的面状要素。

（5）中轴线注记配置模式

中轴线注记配置模式是按面状要素中轴线采取线定位注记方法在面域范围内部进行注记的一种配置模式，针对地图上尺寸大、紧凑度大、对称性好的面状要素。主要适用于大型水库、行政区划、居民地面域等面状要素的注记。

（6）主骨架线注记配置模式

主骨架线注记配置模式是按面状要素骨架线采取线定位注记方法在面域范围内部进行注记的一种配置模式，针对地图上尺寸大、紧凑度小、对称性差的面状要素。主要适用于双线河流、行政区划。

（7）凸壳注记配置模式

凸壳注记配置模式是针对地图上尺寸较小、紧凑度小、对称性好的面状要素在面域范围外部进行名称注记的一种配置模式。其采用面定位注记，主要适用于小面积面状居民地、散列式居民地和密集点居民地。

实施例相应的注记要素视觉参数表如下：

表1

注记配置模式	尺寸	单调性	紧凑度	对称性
					点注记配置模式		NaN	NaN	NaN
线点注记配置模式	NaN	NaN	NaN	NaN
					平行线注记配置模式	NaN	True	NaN	NaN
缓冲线注记配置模式	NaN	False	NaN	NaN
					中轴线注记配置模式		True
主骨架线注记配置模式		NaN
					凸壳注记配置模式		False

如图3所示，根据某一待注记图层的要素类型特征和视觉变量，推理出各个待注记要素的注记模式。以水系、居民地、地貌、道路和行政区划五类要素图层为例，每类图层所应使用的注记模式推理过程如下：首先根据图层名字进行要素语义分类，以区分各类图层；再根据要素的类型，区分其点、线、面、多点、多面类别。然后根据图像特征进行推理，包括尺寸大小、单调性真假、紧凑度高低、对称性强弱，推理得到采用八种注记配置模式之一：点注记配置模式、线点注记配置模式、平行线注记配置模式、缓冲线注记配置模式、中轴线注记配置模式、主骨架线注记配置模式、凸壳注记配置模式或散列式注记配置模式。

对于水系图层，若为线状水系图层，则为单线河流要素，对于线状水系图层中的每个要素，首先计算每个要素的单调性，若单调性为假，则该要素可形容为曲折的单线河，宜采用缓冲线注记配置模式进行注记配置；若为面状水系图层，则为双线河或湖泊要素，首先计算其尺寸，若该要素尺寸较大，则可推断该要素为大湖泊，宜采取凸壳注记配置模式对其进行注记，若为双线河要素，则对其进行主骨架线注记配置模式进行注记配置。其他注记模式的具体选取标准，可参见表1。

对于居民地图层，若为点状要素图层，则形容为居民点，为点状居民地要素。点状居民地要素直接采用点注记配置模式进行注记。若为面状要素，则为面状居民地要素，对于每个要素，则需计算其尺寸、单调性、紧凑度和对称性，若其尺寸小于2.0，则形容为居民地面，采用点注记配置模式。若其为多点或多面类型要素，其为散列状。计算其紧凑度和对称性，若其紧凑度低、对称性差，则其为狭长、不规则的散列式居民地要素，则需对其进行散列式注记配置。其他注记模式的具体选取标准，可参见表1。

对于地貌图层，若为点状要素图层，则为高程点要素。高程点要素直接采取点注记配置模式；若为线状要素，则为等高线要素，等高线要素直接采取线点注记配置模式进行注记配置。

对于道路图层，若为点状要素图层，则为道路附属物要素，其直接采取点注记配置模式进行注记配置即可；若为线状要素图层，则为线状道路要素，对于每个要素，首先计算其尺寸，如果尺寸小于等于2.0，则采取点注记配置模式进行注记配置；若其尺寸大于2.0，则再计算其单调性，若单调性为假，宜采用缓冲线注记配置模式进行注记配置，若单调性为真，则推理为平坦的，其为平坦的道路要素注记，宜采用平行线注记配置模式对平坦的道路名称进行注记配置。

对于行政区划图层，一般其各个要素紧凑度高、对称性强，可以推理成团状、规则的行政区划，采取中轴线注记配置模式进行注记配置即可。

每种注记模式的选择依据如表1所示，表中参数值为针对1：250 000地形图制图经验得到的值，作为制图知识存储与地图注记配置知识库中，根据制图需求可以调整。NaN表示视觉变量不适用该注记配置模式。若采用点注记配置模式，其判断指标为地物要素的尺寸大于等于2.0；线点注记配置模式的采用并不依赖于符号图形变量参数，其主要根据要素语义进行判断，主要适用于公路的技术等级和编号、等高线的高程注记等；当地物要素的单调性为真时，可采用平行线注记配置模式；反之当地物要素的单调性为假时，可采用缓冲线注记配置模式；中轴线注记配置模式的采用依据为，地物要素的尺寸大于等于5.0、单调性为真、要素的紧凑度大于等于0.6、对称性大于等于0.7；当地物要素的尺寸介于2.0和5.0之间、紧凑度小于等于0.3并且对称性小于等于0.3时，应主用住骨架线注记配置模式；当地物要素的尺寸大于等于7.0、单调性为假，并且紧凑度小于等于0.5、对称性大于等于0.7时，应采用凸壳注记配置模式。

总结点、线、面类别可能采用的注记配置模式，参见图4：对于点状注记，单要素则采用点注记配置模式，密集型（即多点）则采用散列式注记配置模式；对于线状注记，采用线点注记配置模式、平行线注记配置模式或缓冲线注记配置模式；对于面状注记，单要素则采用主骨架线注记配置模式、凸壳注记配置模式或中轴线注记配置模式，密集型（即多面）则采用散列式注记配置模式。散列式注记配置模式综合采用七种基本注记配置模式实现。如果某些线状要素很短，或者面状要素面积很小，就采用点注记配置。

为便于实施参考起见，提供实施例中各注记配置模式的配置过程说明如下：

6.1若为点注记配置模式，注记样式如图5所示，标注文字为“李庄”。其配置过程为：

步骤1，计算定位点坐标

对于点状要素直接取该要素坐标作为定位点坐标；对于面状要素取其质心作为定位点坐标。

步骤2，计算注记排斥区

对于点状要素，注记排斥区为点状要素图形符号的外轮廓线往外0.2mm缓冲区；对于面状要素，注记排斥区为面状要素轮廓线往外0.2mm缓冲区。

步骤3，计算注记范围线

注记范围线以最大注记关联距离所计算得到的注记排斥区的缓冲区。

步骤4，计算空间自由度、候选位置数量

空间自由度是指要素周边可配置注记位置的空间大小。要素周边的要素（尤其是同类要素）越多，自由度越小，注记可配置的选择越少，注记可能受到周边环境（注记和要素）的影响越大，在调整时需要的候选位置更多。空间自由度为0～1之间的一个实数，计算方法如公式：

其中，Freedom表示待注记要素的空间自由度；Area（LFZ）为待注记要素的面积；Area（BFS）为待注记要素的周边要素集合的面积；

表示以要素F为定位基准、以

为半径的缓冲区的面积。

步骤5，计算候选位置

根据配置规则，候选位置应尽量平均分布于主方向上，在单一主方向上，方位角

的取值范围为该主方向相邻的两个主方向的夹角

，长度ｒ的取值范围为该方位上排斥区到范围线的距离。一般而言，长度LenthStep的调整步长为半个字号，方位角的调整步长AngleStep由候选位置数量CandidateNum与取值范围决定，其计算过程如下所示：

其中，AngleStep表示注记方位角的调整步长；

表示注记某单一主方向上相邻的两个主方向的夹角；CandidateNum表示注记候选位置数量；DirectCount表示注记主方向个数。

步骤6，确定注记位置

根据质量评价模型公式的得分，对候选位置进行排序，取评价质量较高的候选位置为注记位置。质量评价模型可以采用现有技术。

6.2若为线点注记配置模式，注记样式如图6所示，标注文字为“S331”和“②”。其配置过程为：

步骤1，选择注记直线段 

将曲线各相邻点之间的直线段按长度进行排序，取最长的一段与注记矩形框的长度进行比较，如果长于等于矩形框长度，则进行步骤3；否则进行步骤2。

步骤2，线状要素化简 

步骤3，选择注记位置 

取最长直线段，以其中点作为注记定位点，以其倾斜角作为注记的极角，注记极径

。

步骤4，计算雁形字列方向角和字向 

雁形字列方向角取注记极角

即可。字向方位角

。

6.3若为平行线注记配置模式，注记样式如图7所示，标注文字为“小河”，图中d表示的是注记离注记要素的定位线距离。其配置过程为：

步骤1，线状要素化简

平行线注记配置模式下要素化简必不可少，其化简方法与线点注记配置模式相同，区别在于道格拉斯算法中限差D取定位线的离线距离。

步骤2，计算平行线

步骤3，确定注记字序

如果注记参数中是否存在延伸方向性为真，那么字序为要素的延伸方向，即定位线的延伸方向与要素的延伸方向一致。否则，注记字序由线状要素的倾斜程度决定。

步骤4，计算线状要素平均倾斜角

线状要素平均倾斜角是指曲线上各线段的倾斜角按线段长度加权平均的角度。设曲线Ｌ由ｎ个坐标构成（

），点序列为

，

和分别为

和两点之间直线段的倾斜角和长度，Ｌ为曲线Ｌ的总长度，则Ｌ的平均倾斜角计算公式为：

步骤5，根据

确定字序

当

或

时，线状要素从左向右进行注记配置；

当

时，线状要素从上至下进行注记配置；

如果所计算出来的定位线延伸方向与上述不一致，则将定位线点序列倒置即可。

步骤6，选择定位线

当字序为从左向右时，取上平行线为定位线。上下平行线的识别方法是将平行线的平均纵坐标与线要素的平均纵坐标

进行比较：

如果

，则该平行线为上平行线；

如果

，则该平行线为下平行线；

如果

，则取横坐标较大的为上平行线。

当字序为从上至下时，取右平行线为定位线。左右平行线的识别方法与上下平行线的识别方法类似，只是横纵坐标相互调整即可。

步骤7，计算重复注记次数和最大字隔

重复注记次数和字隔大小由曲线的长度决定：若线状要素显示在图幅上的长度较短，则应该采用较少的注记次数和较小的字隔；反之则应采用较多的注记次数和较大的字隔。

步骤8，分割定位线

根据注记重复配置次数将定位线分割成若干段，分割前对定位线进行特征分析，采取特征点或较短的特征点集中的段进行分割。分割定位线时，各段长度应尽量平均。

步骤9，确定注记参数

根据线定位注记的特征，定位线取分割后的定位线，初始字隔K按最大字隔和注记次数对照表取最大字隔即可。线定位模型可以自行完成其他参数的初始化。实施例的最大字隔和注记次数对照表如下

表2

线状要素图面长度l（cm）	最大字隔（个）	注记次数（个）
			l≤20	3	1
20＜l≤30	4	1
			40＜l≤30	5	1~2
40＜l≤60	5	2
			60＜l≤90	5	3

5.4若为缓冲线注记配置模式，注记样式如图8所示，标注文字为“小河”，图中d表示的是注记离注记要素的定位线距离。其配置过程为：

步骤1，建立缓冲区

对于线状要素，以其图形符号的外轮廓线建立缓冲；对于面状要素直接建立缓冲区。半径参数r为离线距离，缺省情况下

，其中s为注记字号。

步骤2，计算分割点

对于线状要素，以曲线的首末两点分别计算垂直于曲线首段和末端的垂线，计算垂线与缓冲区的四个交点，即为分割点。对于面状要素，以其主骨架线作为曲线进行计算。

步骤3，计算上下定位线

四个分割点将缓冲区轮廓线分为四段曲线，取长度较长的两段作为上下定位线。

步骤4，计算重复注记次数和最大字隔

重复注记次数和字隔大小由曲线的长度决定：若线状要素显示在图幅上的长度较短，则应该采用较少的注记次数和较小的字隔；反之则应采用较多的注记次数和较大的字隔。

步骤5，分割定位线

根据注记重复配置次数将定位线分割成若干段，分割前对定位线进行特征分析，采取特征点或较短的特征点集中的段进行分割。分割定位线时，各段长度应尽量平均。

步骤6，确定注记参数

根据线定位注记的特征，定位线取分割后的定位线，初始字隔K按表2取最大字隔即可。线定位模型可以自行完成其他参数的初始化。

5.5若为中轴线注记配置模式，注记样式如图9所示，标注文字为“安苑小区”。其配置过程为：

步骤1，计算面状要素外轮廓线多边形单调性Monotonicity。如果单调性为真（true），则跳至步骤3。

步骤2，面状要素单调化

步骤3，确定定位线PL

计算面状要素外轮廓线多边形方向，如果是水平方向，则取要素的水平轴线为注记定位线PL，否则取要素的垂直轴线为注记定位线PL。

步骤4，确定字隔K

计算定位线上能容纳的最大字隔MaxK，如以下公式：

其中，MaxK表示注记定位线能容纳的最大字隔；Length(PL)表示注记要素定位线的长度；Length(Label)表示注记的长度；n表示注记的个数；

如果MaxK大于5个字号(Size)，则字隔K为5个字号，否则取MaxK为字隔。如以下公式：

5.6若为主骨架线注记配置模式，主骨架计算结果如图10所示。具体配置过程为：

步骤1，计算面状要素主骨架线

如图10a为根据平行线切割中点计算骨架线，图10b为基于单调性图形综合确定骨架线，图10c为根据最长对角线计算。具体计算方式为现有技术。

步骤2，确定字隔K

计算主骨架线上能容纳的最大字隔MaxK，如下公式所示

其中，MaxK表示主骨架线能容纳的最大字隔；Length(PL)表示主骨架线的长度；Length(Label)表示注记的长度；n表示注记的个数。

如果MaxK大于5个字号(Size)，则字隔K为5个字号，否则取MaxK为字隔。如下公式所示

5.7若为凸壳注记配置模式，则配置过程为：

步骤1，计算要素凸壳

步骤2，确定注记参数

以凸壳多边形与要素面域的差作为注记的定位面，以半个字号作为注记最小单元C。

步骤3，计算空间自由度、候选位置数量；

步骤4，计算候选位置；

步骤5，确定注记位置。

步骤3～5与点注记实现方式相应，本发明不予赘述。

5.8若为散列式注记配置模式，注记样式如图11所示，标注文字为“李家庄”。

散列式注记配置模式是针对地图上散列分布的同名地物要素注记的一种配置模式，属于组合注记配置模式，根据配置参数和要素实体的图形特征综合采用上述基本注记配置模式得到配置结果。

其配置过程为：

步骤1，计算散列要素群外轮廓线

步骤2，以外轮廓线为面要素，选择相应的配置模式，如果配置参数不允许压盖要素，则跳至步骤5。

步骤3，采用中轴线注记配置模式，如果注记配置结果与其他要素和注记不存在压盖冲突则配置过程结束，否则转至步骤4。

步骤4，采用主骨架线配置模式，如果注记配置结果与其他要素和注记不存在压盖冲突则配置过程结束，否则转至步骤5。

步骤5，采用缓冲线注记配置模式，如果注记配置结果与其他要素和注记不存在压盖冲突则配置过程结束，否则转至步骤6。

步骤6，采用凸壳注记配置模式，如果注记配置结果与其他要素和注记不存在压盖冲突则配置过程结束，否则转至步骤7。

步骤7，采用点注记配置模式。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (3)

1.一种基于视觉变量的地图注记自动分类配置方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，定制地图注记配置规则库，地图注记配置规则库中的注记规则信息包括注记要素视觉参数表，所述注记要素视觉参数表提供注记配置模式所适用的视觉变量参数；

步骤2，输入地理数据，对地理数据进行制图表达；

步骤3，计算每个地物要素的视觉变量，所述地物要素的视觉变量分为尺寸变量、形状变量和对称性变量，

（1）所述尺寸变量是所有地物要素的视觉变量，其计算公式如下

其中表示地物要素的尺寸，为地物要素图形符号的最小外接矩形的面积，为注记文本框的面积；

（2）所述形状变量是线状和面状地物要素的视觉变量，由单调性因子和紧凑度因子构成，

单调性因子由一个布尔值衡量，真表示该地物单调，否则表示该地物非单调，其计算公式如下

其中

表示地物要素的单调性，

为曲线L上第i点到曲线L的首尾点所构成直线段的垂线与曲线L的交点个数，true表示真，false表示否；

紧凑度因子取值范围为[0,1]，其计算公式如下

其中

为地物要素的紧凑度，A为地物要素符号化后的图形的面积，P为地物要素符号化后的图形的周长；

（3）所述对称性变量是几何类型为面域的地物要素的视觉变量，其计算公式为：

其中

表示地物的对称性，A为面状要素符号化后的图形的面积，A _i 表示面状要素在原点为其形心的四个象限内的分面积，i取1～4，

表示面状要素符号化后在四个象限的平均面积， =A/4；

步骤4，匹配地图注记配置规则库中的规则，选择注记配置模式，完成地图注记分类配置；所述注记配置模式的选择方式为根据步骤3所得地物要素的视觉变量，参照步骤1在地图注记配置规则库中定制的注记要素视觉参数表，选择相应的注记配置模式，完成注记配置。

2.根据权利要求1所述基于视觉变量的地图注记自动分类配置方法，其特征在于：步骤1中所述地图注记配置规则库中的注记规则信息包括待注记图层名称、注记图层优先级、注记避让优先级、注记分类字段、注记字段、注记字号、注记颜色、注记间隔、注记字隔和注记距离。

3.在根据权利要求1或2所述基于视觉变量的地图注记自动分类配置方法，其特征在于：步骤1中所述注记要素视觉参数表的内容如下，

注记配置模式 尺寸 单调性 紧凑度 对称性 点注记配置模式 NaN NaN NaN 线点注记配置模式 NaN NaN NaN NaN 平行线注记配置模式 NaN True NaN NaN 缓冲线注记配置模式 NaN False NaN NaN 中轴线注记配置模式

True

主骨架线注记配置模式

NaN

凸壳注记配置模式

False

其中，NaN表示此项视觉变量不适用该注记配置模式，

所述点注记配置模式是针对地图上视觉感受为点的地物要素进行注记配置的配置模式；

所述线点注记配置模式是针对地图上线状要素说明注记和数字注记的配置模式，配置时在待注记的线状要素上寻找点定位进行注记；

所述平行线注记配置模式是针对地图上线状要素名称注记的配置模式，配置时按线状要素的平行线求取定位线并沿线定位注记；

所述缓冲线注记配置模式是按要素缓冲区求取定位线并沿线定位注记的配置模式；

所述中轴线注记配置模式是按面状要素求取中轴线，并在面域范围内部沿线定位注记的配置模式；

所述主骨架线注记配置模式是按面状要素求取骨架线，并在面域范围内部沿线定位注记的配置模式；

所述凸壳注记配置模式是在面域范围外部采用面定位注记的配置模式。

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