基于公路路网属性及缓冲区分析的农村公路变更表生成方法
Rural Road Change Table Generation Method Based on Highway Road Network Attribute and Buffer Analysis

作者: 袁胜古 , 阳柯 :中国交通通信信息中心,北京; 吴斌 :浙江省地理信息中心,浙江 杭州; 周俊晖 :广西慧航测绘地理信息有限公司,广西 南宁; 方留杨 :云南省交通规划设计研究院有限公司,云南 昆明; 葛音 :国交空间信息技术(北京)有限公司,北京;

关键词: 农村公路变更表公路路网缓冲区分析Rural Road Change Table Highway Road Network Buffer Analysis

摘要: 针对交通统计领域中现有农村公路变更表生成方法需要大量人工核查、效率低的问题,基于路网属性及缓冲区分析对不同年份路网进行相似性评价,进而确定变更类型,根据实际需要只对相似性评价中参数阈值附近的路网进行人工核查,从而极大提高农村公路变更表的生成效率及准确性。以某省两年路网数据为例生成农村公路变更表,结果表明:本文提出的算法在最大限度减少人工核查量的前提下,显著提高农村公路变更表的生成效率。

Abstract: For the existing rural road change table generation method in the field of traffic statistics, a large number of manual verification and low efficiency are needed. Based on the road network attributes and buffer analysis, the similarity evaluation of the road network in different years is carried out, and then the type of change is determined. According to actual needs, the road network near the parameter threshold in the similarity evaluation is manually checked, which greatly improves the efficiency and accuracy of the rural road change table. Taking the two-year road network data of a province as an example, the rural road change table is generated. The results show that the proposed algorithm can significantly improve the efficiency of rural road change table generation under the premise of minimizing the amount of manual verification.

1. 引言

农村公路是公路网的重要组成部分,是保障农村社会经济发展最重要的基础设施之一,是精准扶贫的先导和基础支撑 [1] - [7] 。为准确掌握农村公路的发展情况、建设需求和建设进程,交通运输部于2005年组织开展了全国农村公路通达情况专项调查工作,统一采用GPS技术手段分别获取了全国范围内所有乡(镇)、建制村的公路通达情况和所有农村公路的空间数据与属性数据。2007年交通运输部建立了农村公路基础数据和电子地图的年度更新制度。农村公路基础数据库的建立和应用,为农村公路的规划、建设、管理和养护提供了强有力的信息支撑 [8] 。

农村公路基础空间数据是农村公路基础数据库的重要内容之一,农村公路基础空间数据质量是农村公路基础数据质量的重要保障 [9] 。农村公路变更表是农村公路基础空间数据的重要辅助数据,是统计和了解农村公路变更情况的重要手段。传统的农村公路变更表一般是以人工核查方式进行,效率比较低,对于非路网调整年份,其工作量比较小,人工核查方式可满足需求;但对于路网调整年,由于路网变更的数量比较大,传统人工核查方式的农村公路变更表生成方法不能满足实际需求。为此,本文提出一种基于公路路网属性及缓冲区分析的农村公路路网变更表生成方法。此方法首先基于路网属性及缓冲区分析对不同年份路网进行相似性评价,并根据相似性评价确定变更类型,接着根据实际需要只对相似性评价中参数阈值一定范围的路网进行人工核查,最后根据交通运输部对变更表的格式要求生成最终的农村公路变更表。

2. 原理及方法

农村公路变更表的核心是确定不同年份农村公路之间的匹配关系。在实际工作中,特别是在路网调整年,由于路线编码调整及路段序列号的调整,两个年份的路段编码会发生变化,由于路段编码为路段的唯一标识,因此,在路网调整年,直接基于路段编码很难将两年路段进行对应。为此,本文提出一种基于公路路网属性及缓冲区分析的农村公路路网变更表生成方法,方法流程如图1所示。

本文提出的农村公路变更表生成方法,首先以本年的农村公路路网数据为基准数据,分别以R米和2R米为缓冲区半径生成双层缓冲区,R根据实际情况进行确定,然后将两个缓冲区分别与上年农村公路路网进行相交分析,并根据相交结果进行路网相似性评价进而确定路网变更类型得到初始变更情况,对于相似性评价中参数阈值附近的变更情况结合遥感影像与两年路网数据进行人工核实,最后按照相关要求生成最终的农村公路变更表。

2.1. 双层缓冲区生成

农村公路变更表的关键是找到两年路网之间的匹配关系,农村公路为线状地物,对于线形地物而言,以其中一个对象的缓冲区与另一个对象进行求交分析,根据相交部分的长度及缓冲区的半径可以对两个线状地物进行匹配度评价,其中缓冲区半径越小、相交部分长度越多则其两者匹配度越高。为了更好的区分线形是否变化,设置双层缓冲区进行分别求交。

2.2. 农村公路路网相似性评价及初始变更情况确定

本年农村公路路网数据分别按照缓冲区R米和2R米半径做双层缓冲区,分别与上年农村公路路网数据进行求交分析,通过分析上年道路矢量与本年道路矢量缓冲区的相交长度来判断路网的相似性。在实际操作中,由于农村公路变更表是以路线为单元进行分析,故后面的相似性判断也以路线为单元进行,根据农村公路变更表相关要求,变更情况分为六类:无调整(线形无调整且编码无调整)、编码调整(线形无调整且编码有调整)、线形调整(线形有调整且编码无调整)、线形编码调整(线形有调整且编码有调整)、新增(上年无线形)和废弃(本年无线形),相似性评价是区分这六类的前提,具体区分方法步骤如下所示:

1) 将本年农村公路路网数据按照缓冲区R米半径生成的缓冲区与上年农村公路路网数据进行求交分析,分别计算比值P1和P2,P1为上年落入缓冲区路线长度与本年路线长度差值绝对值与本年路线长度比值,P2为上年落入缓冲区路线长度与上年路线长度差值绝对值与本年路线长度比值。

2) 若P1 < Th1,P2 < Th1且路线编码相等,则为无调整(线形无调整且编码无调整)。

3) 若P1 < Th1,P2 < Th1且路线编码不相等,则为编码调整(线形无调整且编码有调整)。

4) 将本年农村公路路网数据按照缓冲区2R米半径生成的缓冲区与上年农村公路路网数据进行求交分析,计算比值P3,P3为上年落入缓冲区路线长度与本年路线长度差值绝对值与本年路线长度比值。

5) 以今年路线编码为全库,排除步骤2和步骤3中情况,对于其他路线,若P3 ≤ Th2且路线编码相等,则为线形调整(线形有调整且编码无调整)。

6) 以今年路线编码为全库,排除步骤2和步骤3中情况,对于其他路线,若P3 ≤ Th2且路线编码不相等,则为线形编码调整(线形有调整且编码有调整)。

7) 以今年路线编码为全库,排除步骤2、3、5和6中情况,对于其他路线,若P3 > Th2且路线编码不相等,则为新增(上年无线形)。

8) 以今年路线编码为全库,排除步骤2、3、5、6和7中情况,其他剩余则为废弃(本年无线形)。

在实际应用中,参数值R、Th1和Th2可以根据需要进行选取,其中R和Th1若取值越小,无调整(线形无调整且编码无调整)和编码调整(线形无调整且编码有调整)判断就越准确,但会有更多实际为这两种

Figure 1. The rural road change table flow chart proposed in this paper

图1. 本文提出的农村公路变更表流程图

类别的会判断为其他类别。Th2越小,线形调整(线形有调整且编码无调整)和线形编码调整(线形有调整且编码有调整)判断会更准确,但是新增(上年无线形)的判断会有更多误判,本文中R、Th1和Th2分别选取为5米,0.1和0.85。

2.3. 部分变更情况人工核查

由于六种变更类型的确定结果依赖于参数R、Th1和Th2的设置,对于在参数值附近的情况,其判断存在一定的误差,需要进行人工核查,核查时需要叠加两年的农村公路矢量图层,对于特殊情况,还需叠加合适的遥感影像进行辅助核查。

2.4. 最终农村公路变更表生成

部分变更情况人工核实后,可以认为变更关系已经精确的建立,接下来只需要按照此关系生成农村公路变更表即可,根据交通运输部对农村公路变更表的要求,按照固定格式生成农村公路变更表,农村公路变更表包含具体内容如表1所示。

3. 实验结果及分析

使用某省两年的农村公路数据进行实验,该省在当年进行了大规模路网调整,大部分路段编码发生了变化,单看路网名称等属性很难准确将两年路网之间关系对应上,叠加两年路网数据进行人工核查是最准确的方法,但比较耗时,对于省级农村公路规模,人工核对工作量非常大。使用本文方法,可以首先基于路网属性及缓冲区分析对不同年份路网进行相似性评价,根据实际需要只对相似性评价中参数阈值附近的变更情况进行人工核查,对于如何认定需要人工核查的变更情况,需结合实际要求、工作量与人力资源情况综合进行确认,本文建议选择P1和P2位于[Th1,Th1+0.2],P3位于[Th3-0.2,Th3+0.2]的变更情况进行人工核查。图2~7对农村公路变更表中的6种变更情况进行截图,(a)图为两年农村公路叠加的效果图,其中红色路线为本年农村公路,灰色宽路线为上年农村公路,红色字体按照空格分别标记本年农村公路的相关属性信息,依次为路段编码、路线名称;黑色字体按照空格分别标记上年农村公路的相关属性信息,依次为路段编码、路线名称;(b)图为在(a)图基础上叠加遥感影像后的效果图。图2选取了

Table 1. Rural road change table contains content and description

表1. 农村公路变更表包含内容及说明

(a) (b)

Figure 2. No adjustment (linear adjustment without adjustment and no adjustment of coding)

图2. 无调整(线形无调整且编码无调整)

一个无调整(线形无调整且编码无调整)的例子,可以判断此匹配关系正确;图3选取了一个编码调整(线形无调整且编码有调整)的例子,可以看出此关系判断正确;图4选取了一个线形调整(线形有调整且编码无调整)的例子,可以看出此关系判断正确;图5选取了一个线形编码调整(线形有调整且编码有调整)的例子,可以看出此关系判断正确;图6选取了一个新增(上年无线形)的例子,可以看出此关系判断正确;图7选取了一个废弃(本年无线形)的例子,可以看出此关系判断正确。

经过自动确定和人工核查确定两年农村公路的准确变更情况后,根据对农村公路变更表的相关要求,生成最终的农村公路变更表,图8为最终生成的农村公路变更表部分截图。

(a) (b)

Figure 3. Coding adjustment (linear adjustment and coding adjustment)

图3. 编码调整(线形无调整且编码有调整)

(a) (b)

Figure 4. Linear adjustment (linear adjustment and no adjustment of coding)

图4. 线形调整(线形有调整且编码无调整)

(a) (b)

Figure 5. Linear coding adjustment (linear adjustment and coding adjustment)

图5. 线形编码调整(线形有调整且编码有调整)

(a) (b)

Figure 6. Added (last year without road)

图6. 新增(上年无线形)

(a) (b)

Figure 7. Abandoned (this year’s without road)

图7. 废弃(本年无线形)

Figure 8. The final rural road change table

图8. 最终的农村公路变更表

4. 结论

综上所述,基于公路路网属性及缓冲区分析的农村公路变更表生成方法,此方法首先基于路网属性及缓冲区分析对不同年份路网进行相似性评价,并根据相似性评价确定变更类型,接着根据实际需要只对相似性评价中参数阈值一定范围的路网进行人工核查,在尽量减少人工核实的前提下提高农村公路变更表的生成效率,最后根据交通运输部对变更表的格式要求生成最终的农村公路变更表。本文提出的方法应用于省级农村公路变更表的快速生成,实际应用证明其能在保证准确性的前提下有效提高农村公路变更表的生成效率。本文方法需要少量的人工干预,下一步需要研究如何更进一步减少人工干预量,提高农村公路变更表的生成效率。

基金项目

国家重点研发计划资助(2017YFB0503802);国家重点研发计划资助(2017YFB0503804)。

NOTES

*通讯作者。

文章引用: 袁胜古 , 吴斌 , 周俊晖 , 方留杨 , 阳柯 , 葛音 (2018) 基于公路路网属性及缓冲区分析的农村公路变更表生成方法。 测绘科学技术, 6, 328-335. doi: 10.12677/GST.2018.64039

参考文献

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