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国土资源遥感  2020, Vol. 32 Issue (1): 51-59    DOI: 10.6046/gtzyyg.2020.01.08
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基于GIS空间分析的任意多边形骨架线自动提取方法
宋仁波1,2,朱瑜馨1,丁上珊1,贺巧宁1,王细元1,王月香1
1. 淮阴师范学院城市与环境学院,淮安 223300
2. 南京信息工程大学滨江学院,无锡 214105
An automatic method for extracting skeleton lines from arbitrary polygons based on GIS spatial analysis
Renbo SONG1,2,Yuxin ZHU1,Shangshan DING1,Qiaoning HE1,Xiyuan WANG1,Yuexiang WANG1
1. School of Urban and Environmental Science, Huaiyin Normal University, Huai’an 223300, China
2. Binjiang College, Nanjing University of Information Science and Technology, Wuxi 214105, China
全文: PDF(4939 KB)   HTML  
输出: BibTeX | EndNote (RIS)      
摘要 

针对现有任意多边形骨架线提取方法存在的算法设计繁琐、代码实现复杂、实现成本高和周期长的缺点,提出一种基于地理信息系统(geographic information system,GIS)空间分析的任意多边形骨架线自动提取方法。首先,以电子地图为数据源,在ENVI和ArcGIS平台的支持下,通过调用ArcToolbox工具箱中的ENVI分类模型工具提取出空间对象的多边形矢量边界,并对其进行预处理; 其次,综合运用数据处理、空间分析和文件转换工具提取其骨架结点,并对其进行后处理; 再次,采用Python面向对象编程语言结合ArcPy站点包,通过编写脚本程序自动提取其骨架线; 然后,进一步利用ModelBuilder工具,通过构建模型实现骨架线的自动提取; 最后,将该方法分别应用于电子地图道路和建筑物多边形骨架线的提取。实验过程及其结果表明该方法具有一定有效性、实用性和可操作性。

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宋仁波
朱瑜馨
丁上珊
贺巧宁
王细元
王月香
关键词 任意多边形骨架线GIS空间分析    
Abstract

In view of the shortcomings such as complex algorithm design, code implementation, high cost and long period in the existent methods for extracting skeleton line from arbitrary polygons, the authors put forward an automatic method for extracting skeleton lines from arbitrary polygons based on geographic information system (GIS) space analysis. First, the electronic maps are taken as the data sources, and the polygon vector boundaries of the spatial objects are extracted and preprocessed by using the model tool of ENVI classification in the ArcToolbox toolbox with the platform support of the ENVI and the ArcGIS. Secondly, variable tools such as data processing, spatial analysis and file conversion are combined for extracting the nodes of skeleton lines and post-processing them. Then, the object oriented programming language of Python is used and combined with the ArcPy package for programming the scripts to extract the skeleton lines automatically. Furthermore, the visual modeling tool of ModelBuilder is used to build the model for extracting the skeleton lines automatically. Finally, the method is applied to the extraction of the skeleton line of the road and the building polygons boundary respectively. The experimental process and its results show that the method has characteristics of effectiveness, practicality and operability.

Key wordsarbitrary polygon    skeleton lines    GIS    spatial analysis
收稿日期: 2019-03-29      出版日期: 2020-03-14
ZTFLH:  TP751.1  
基金资助:国家自然科学基金项目“基于时空统计方法的多源遥感产品融合方法研究”(编号: 41401405);淮安市地理信息技术与应用重点实验室开放课题“淮安城市三维地理信息共享平台研究与开发”(编号: 15HAP002)
作者简介: 宋仁波(1974-),男,讲师,主要从事GIS应用与开发的教学与研究工作。Email: srb_id2000@aliyun.com。
引用本文:   
宋仁波,朱瑜馨,丁上珊,贺巧宁,王细元,王月香. 基于GIS空间分析的任意多边形骨架线自动提取方法[J]. 国土资源遥感, 2020, 32(1): 51-59.
Renbo SONG,Yuxin ZHU,Shangshan DING,Qiaoning HE,Xiyuan WANG,Yuexiang WANG. An automatic method for extracting skeleton lines from arbitrary polygons based on GIS spatial analysis. Remote Sensing for Land & Resources, 2020, 32(1): 51-59.
链接本文:  
http://www.gtzyyg.com/CN/10.6046/gtzyyg.2020.01.08      或      http://www.gtzyyg.com/CN/Y2020/V32/I1/51
Fig.1  任意多边形骨架线提取原理示意图
Fig.2  任意多边形骨架线提取技术流程
Fig.3  实验数据的获取及预处理
Fig.4  任意多边形的约束Delaunay三角剖分及其模型
Fig.5  任意多边形的骨架线结点生成过程及其模型
Fig.6  骨架线结点后处理模型
OID* Shape* ID T1 J1
1 Polygon Z 1 1 25
2 Polygon Z 1 1 41
3 Polygon Z 2 2 39
4 Polygon Z 2 2 41
5 Polygon Z 3 3 35
6 Polygon Z 3 3 37
Tab.1  空间连接三角面要素类属性表
Fig.7  3种三角形类型的骨架线连接
OID* Shape * ID
1 Polygon Z 1
2 Polygon Z 2
3 Polygon Z 3
4 Polygon Z 4
5 Polygon Z 5
6 Polygon Z 6
Tab.2  约束Delaunay三角形要素类属性表
OID* Shape * ID
25 Point Z 25
41 Point Z 41
39 Point Z 39
41 Point Z 41
35 Point Z 35
37 Point Z 37
Tab.3  骨架线结点要素类属性表
Fig.8  骨架线连接的程序流程
Fig.9  脚本工具用户界面和骨架线提取结果
Fig.10  骨架线提取模型
Fig.11  应用测试及骨架线提取结果
多边形对象 约束Delaunay
三角面数量/个
骨架线提取模
型运行时间/s
道路 475 60
建筑物 735 80
Tab.4  骨架线提取实验分组统计
Fig.12  骨架线提取实验结果对比分析
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