编组站是铁路枢纽的核心，是车流集散和列车解编的基地，其内部线路设计横纵交错、复杂度极高，给大尺度地图表达的编组站数据缩编至小比例尺带来了较大难度。

选取是地图缩编的基础。编组站隶属交通道路要素，早期的选取通常只考虑道路的等级和属性，有时按照条件-结论规则进行选取^[1]；Kreveld等提出在依据等级取舍的基础上，通过判断道路节点以外点的距离是否小于限差，决定取舍^[2]。一般编组站实际地图数据未赋属性值，显然依据以上方法难以奏效。此外，根据道路网眼节点强度值和密度^[3]、层次骨架控制^[4]等进行选取均是交通道路选取的常用方法。但编组站内部线路组成网眼的节点数量相比道路网眼少，层次结构不突出，实践证明应用上述方法的取舍效果不理想。

全国范围内编组站数量不足百个，导致研究者对此缺乏重视，鲜见国内外文献资料探讨其综合选取的方法，而大量有关交通道路^[5]和河流水系的研究成果^[6-7]又不适用于此。当开展自动化地图综合时，编组站这类要素无法回避，因此，本文系统分析编组站空间布局和拓扑特性，精练出6种地图特征，提出铁路编组站综合选取的3大基本原则，并据此设计自动化处理方法，通过实际数据测试，验证这些基本原则的合理性和方法的有效性。

1 编组站的结构特征、拓扑特征和地图特征 1.1 结构特征

编组站的结构组成主要包含各种“场”、车辆段、机务段、牵出线、驼峰及相关附属设施等部分。根据不同场排列形式的不同，编组站可分为3种基本结构：纵列式、横列式和混合式，如图 1所示。

虽然编组站的类型不尽相同，但线路设计遵循一定规律。一般来说，各种“场”内线路比较密集，网眼强度大，用于办理列车的解体和编组作业；驼峰为连接各“场”中间的线路，结构简单，连通性较强；牵出线整体观察具有平行特征，线路延展性较好，主要办理列车的到达和出发作业；附属设施多为零散、短小线路，用于放置长期废弃或作为零部件的车皮等设备。

1.2 拓扑特征

空间布局及其结构特征确定了编组站内部的拓扑特性。根据内部线路节点与弧段的拓扑关系^[8]，将其分解为3种弧段模型^[9]：孤立弧、悬挂弧和中间弧。孤立弧首尾结点不同，且都仅关联弧段本身(如图 2中L18、L19)；悬挂弧首尾结点中有且只有一个结点仅关联弧段本身(如图 2中L1、L2、L3、L7、L8、L17)；中间弧首尾结点均有除本身外的其他关联弧段(如图 2中的L4-L6、L9-L16)。

1.3 地图特征

在透彻分析结构和拓扑特征基础上，精练出6种地图特征：断头弧、同节点弧、相似弧、网眼弧、平行弧和主干弧。依据图 2的拓扑特征，建立结点拓扑关系树(如图 3所示)和拓扑信息结构表(见表 1)，清晰地表达结点、弧段之间的拓扑关联性及拓扑连通性。

(1) 断头弧，即拓扑特征中的孤立弧，主要由编组站中的附属设施组成。该类弧的首尾结点连通性为“1”，无左右多边形，如图 2中L18、L19。

(2) 同节点弧，编组站中首尾点均相同的两条中间弧，夹角较小，主要用于两辆车之间的货物转送。该类弧首尾结点的连通性为“3”，左右多边形其中一侧为空，如图 2中L9、L10。

(3) 相似弧，两条悬挂弧，由同一结点连接，两者间的夹角与间距很小，主要用于多辆车之间的货物转送。该类弧首尾结点其中一个连通性为“3”，另一个连通性为“1”，左右多边形均为空，如图 2中L7、L8。

(4) 网眼弧，编组站中组成闭合多边形的中间弧段，各种“场”中的弧段一般为网眼弧段，如图 2中多边形N1、N2、N3的组成弧段。

(5) 平行弧，编组站的牵出线和配套设施中，很多线路都近似平行，并且相邻弧段之间的差距相差不大，一般由多条悬挂弧段组成。首尾结点其中一个连通性为“3”，另一个连通性为“1”，左右多边形均为空，如图 2中L1~L3组成的结构。

(6) 主干线，即驼峰中的弧段，一般由非网眼弧的中间弧构成。该类弧首尾结点连通性不小于“2”，左右多边形均为空，如图 2中L5、L11。

2 选取基本原则及自动处理方法

综合选取的长度和间距阈值取决于原始尺度和目标尺度，当几条弧段同时满足取舍条件时，取决于对结构健壮性和拓扑延展性的贡献和价值。因此，综合选取应满足视觉可辨析、结构健壮性和拓扑延展性等一些基本原则与要求。

2.1 视觉可辨析原则

通过对大量编组站数据的研究分析发现，发车线、调车线、到达线的有效长度大约为600~1000 m，其余线路(除主干线外)长度多小于600 m，因此，编组站的综合通常涉及1:500~1:25 000，1:25 000以下图中只保留编组线主体形状，内部线路已无需表示。参考国内外地图表达规范，在1:25 000尺度的地图中，隧道、台阶、地类界等线状类长度的约束图上长度不小于1 mm，站线间距不应小于0.3 mm，否则人眼视觉难以辨识，从信息度量的角度，即使保留此类要素，复杂度剧增且信息量冗余^[10]。以此为基础，推演1:Scale (Scale>25 000) 的长度阈值(式(1)、式(2))和间距阈值确定模型(式(3)、式(4))^[11]。

(1) 长度阈值

式中，T_{1:25 000}为1:25 000尺度图上最小可辨长度，一般取值为1 mm；1:Scale为某地图尺度；T_1:Scale为1:Scale尺度图上最小可辨长度。

式中，LT_{1:Scale1→1:Scale2}为1:Scale1尺度图上长度取舍阈值；1:Scale1为原始比例尺；1:Scale2为目标比例尺；T_1:Scale2为1:Scale2尺度图上最小可辨长度，由式(1) 计算可得。

(2) 间距阈值

式中，SpaceT_{1:25 000}为1:25 000尺度图上最小可辨间距，一般取值0.3 mm；1:Scale为某地图尺度；SpaceT_1:Scale为1:Scale尺度图上最小可辨间距。

式中，Th_{1:Scale1→1:Scale2}为1:Scale1尺度图上间距取舍阈值；1:Scale1为原始比例尺；1:Scale2为目标比例尺；SpaceT_1:Scale2为1:Scale2尺度图上最小可辨间距，由式(3) 计算可得。

(3) 计算实例

图 2数据原始比例尺为1:500，目标比例尺为1:10 000，由式(1) 计算出图上1:10 000最小可辨长度T_{1:10 000}=2.5 mm，由式(2) 计算出长度阈值LT_{1:500→1:10 000}=2.375 mm；由式(3) 计算出图上宽度阈值SpaceT_{1:10 000}=0.75 mm，由式(4) 计算出间距阈值Th_{1:500→1:10 000}=0.712 5 mm。

2.2 结构健壮性原则

人工综合时，经过直观定性分析，保留主要的骨架线路，删除次要的线路；计算机自动化处理时，主要依赖阈值和可定量化的结构特征与拓扑特征，最大可能性保持原结构至关重要。

2.2.1 断头弧处理

根据长度阈值LengthEplison，将所有几何长度小于LengthEplison的断头弧放入容器中，然后从拓扑结构中删除，并更新拓扑关系。如图 2中L18的几何长度D₁₈=13 m/10 000=1.3 mm < LengthEplison=2.375 mm，因此，L18被删除，从而达到删除零碎道路、保持整体结构的效果。

2.2.2 平行弧处理

找到悬挂弧，选取能表达弧段特征的采样点组成新的弧段arc；根据间隔阈值SpaceEplison为缓冲半径建立arc的矩形缓冲区，拓扑查询与缓冲区相交的所有弧段，得到缓冲区内位于arc两侧最近的两条弧段arc1和arc2，计算arc1、arc2的间距，若小于SpaceEplison，则删除当前弧段，更新拓扑关系。其中，arc1和arc2的间隔Space_arc1→arc2由式(5) 进行计算

式中，N₁、N₂为分别在两条弧上取得的采样点的数量；D_i和L_i分别为一条弧上的采样点到另一条弧上的距离。

图 2中的L2根据间距阈值SpaceEplison建立缓冲区后，得到缓冲区内的弧段L1和L3，计算间距值S=14 m/10 000=1.4 mm>SpaceEplison=0.712 5 mm，L1和L2、L2和L3之间的间距值S=7 m/10 000=0.7 mm < SpaceEplison=0.712 5 mm，因此删除L2，保留L1、L3，主体结构保持不变。

2.2.3 同节点弧和相似弧处理

这两类地图特征都具有弧段之间的夹角很小、形状相似的特点，因此在综合时只需保留一条弧段用于表达地物特征即可。若由式(5) 计算的间距小于间距阈值，则保留长度较大的弧段，删除长度较小的弧段。

图 2中的同节点弧L9和L10，相似弧段L7和L8，间隔均在阈值范围内，根据几何长度，删除L8、L10，保留L7、L9。

2.3 拓扑延展性原则

综合选取要保证线路整体的拓扑延展性，尽管有些弧段长度较小，但对于维持站内整体连通性具有重要作用，需要保留。根据这一原则，完成主线和网眼弧的自动化处理。

2.3.1 主线处理

根据首尾结点连通性不小于“2”，且左多边形均为空的拓扑特性，确定主线。由于主线具有连接各“场”、保持拓扑连通性等关键作用，应予以保留。

2.3.2 网眼弧处理

删除相邻网眼的共享弧并不影响网眼中其余结点间的连通性，因此对于网眼弧的处理主要是删除共享弧。对于单个网眼，若组成弧段个数等于2，则按照同节点弧的处理方式进行处理；否则，将按照结点连通性处理。

根据图 4(a)，构建网眼弧段结点拓扑关联树(如图 4(b)所示)，从首结点J开始，依次判断删除当前结点关联弧段后是否影响网眼拓扑连通性，若不影响，则从拓扑结构中删除此条弧段及其关联的左右多边形，直至末结点O结束。如图 4(a)中，发现删除L、M两个结点所关联的弧段L14后并不影响连通性，因此删除L14，并将左多边形N2和右多边形N3从拓扑中删除。

2.4 自动化选取流程

该流程分为3个主要步骤：① 根据原始比例尺和目标比例尺确定长度和间距阈值；② 构建拓扑关系，对基础数据进行拓扑预处理，包括弧段自相交处理、结点拟合处理、去除重复线、去除假节点、删除冗余节点、删除短悬线、构建拓扑多边形等，针对预处理之后的数据，建立拓扑关联表，以实现对断头弧、同节点弧、相似弧、网眼弧等空间特征的识别；③ 对编组站的6个地图特征进行分类处理，先处理断头弧，再处理网眼弧段和平行弧段，最后处理上述两步剩余的同节点弧和相似弧。图 5为图 2从1:500到1:10 000自动化综合的取舍结果。

3 试验与分析

本文以成都东站混合式编组为研究案例，区域范围约为30 km²，原始比例尺为1:500(如图 6(a)所示)，共有609条弧段。这一编组站数据具有出发场、调车场、到达场等要素，6类地图特征均蕴含其中。试验依托中国测绘科学研究院研制的WJ-Ⅲ地图工作站，首先利用文献[5]中的道路网选取方法，将地形图综合至1:10 000；然后将本文提出的编组站综合取舍方法嵌入到工作站中，根据上文中提到的阈值确定模型，计算出长度阈值为2.375 mm，间隔阈值为0.712 5 mm，按照阈值对编组站中的线路进行选取。应用不同方法进行选取后的结果对比见表 2、图 6(b)、图 6(c)。

综合分析上述统计结果，并对比前后地形图，不难看出：① 整个自动化处理时间为0.25 s，用时较短，效率较高；② 保留的弧段为99个，仅为原弧段的16.3%，选取效果明显；③ 编组站的主体结构得到了保留，对比图 6(b)中框选区域中重要线段丢失导致连通性破坏的情况，本文的选取方法保留了站间重要的连通性，并对密度较大的区间弧段进行了化简，删除了细碎、零星的弧段。

4 结语

本文在分析编组站空间布局和拓扑特性的基础上，精练出6种地图特征，提出了铁路编组站综合选取的3大基本原则，推导了长度和间距阈值的计算公式，并针对以上地图特征设计了自动化选取处理方法，依托中国测绘科学研究院研发的WJ-Ⅲ地图工作站，嵌入上述综合取舍算法。试验案例结果表明：保留弧段仅占原有弧段的16.3%，且编组站的主体结构完整，拓扑连通性好。

本文目前仅实现了编组站自动化综合取舍，对于弧段的简化和移位并未涉及，另外也没有与编组站属性数据结合，有待进一步探讨。