基于ArcGIS的地形圖數(shù)據(jù)整體建庫(kù)方法及其應(yīng)用

劉洪江，劉雨霞，何震群

(杭州市勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，浙江杭州 310012)

基于ArcGIS的地形圖數(shù)據(jù)整體建庫(kù)方法及其應(yīng)用

劉洪江?，劉雨霞，何震群

(杭州市勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，浙江杭州 310012)

基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)在地理信息系統(tǒng)中一般表現(xiàn)為點(diǎn)、線、面等幾何類型，采用要素符號(hào)化的方法實(shí)現(xiàn)地形圖的表達(dá)效果。由于地形圖應(yīng)用領(lǐng)域的不同，有些只需要將地形圖作為簡(jiǎn)單的背景圖使用，針對(duì)這些應(yīng)用，采用符號(hào)化方法生成標(biāo)準(zhǔn)地形圖負(fù)載太大，效率降低。本文提出了基于ArcGIS平臺(tái)的圖幅級(jí)整體建庫(kù)方法，設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了相應(yīng)算法，并開發(fā)了應(yīng)用軟件，避開了地形圖要素符號(hào)化的問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)了ArcGIS環(huán)境下地形圖的表達(dá)效果，在實(shí)際工作中得到了應(yīng)用。

ArcGIS；地形圖數(shù)據(jù)；圖幅級(jí)；整體建庫(kù)

1 引 言

城市基礎(chǔ)測(cè)繪部門承擔(dān)著生產(chǎn)基礎(chǔ)地理信息和地形圖的雙重任務(wù)，一方面要生產(chǎn)滿足圖示規(guī)范要求的地形圖數(shù)據(jù)；另一方面還要生產(chǎn)出要素獨(dú)立完整、要素之間關(guān)系合理的適合地理分析的GIS數(shù)據(jù)[1]。地形圖數(shù)據(jù)仍為CAD格式，不能在GIS中直接使用。地理信息系統(tǒng)的地形圖是按空間對(duì)象符號(hào)化的方法進(jìn)行顯示，如ArcGIS中以Style庫(kù)模式管理符號(hào)[2]。然而由于“圖”與“數(shù)據(jù)”的關(guān)系，決定了傳統(tǒng)地形圖與地理信息數(shù)據(jù)生產(chǎn)的主要矛盾[4]，由于地形圖數(shù)據(jù)空間關(guān)系復(fù)雜，可視化難度較大[3]，在GIS軟件中，難以完全滿足地形圖表達(dá)的效果。而且基礎(chǔ)地理信息建庫(kù)，工作量大，周期長(zhǎng)，難以滿足緊急、應(yīng)急的用圖需要。地形圖數(shù)據(jù)的應(yīng)用是多層次的，很多領(lǐng)域如城市規(guī)劃、數(shù)字城管等，只需要將地形圖作為背景，并不需用到基于空間對(duì)象的地理信息數(shù)據(jù)。這些專題地理系統(tǒng)如果采用基礎(chǔ)地理信息符號(hào)化的方法，系統(tǒng)開銷大，響應(yīng)速度慢，反而不適用。本文在ArcGIS環(huán)境下，提出和實(shí)現(xiàn)了一種圖幅級(jí)的地形圖整體建庫(kù)方法，滿足了ArcGIS格式的基礎(chǔ)地形圖使用需求。

2 非符號(hào)化的地形圖表達(dá)

地圖符號(hào)是地圖的語(yǔ)言，是可視化表達(dá)空間地理信息的基礎(chǔ)工具。地圖的靈魂就是多樣化的符號(hào)，使地圖具有可讀性和美觀性[5]。模擬測(cè)圖階段，符號(hào)庫(kù)、線型庫(kù)、字體庫(kù)是不存在的，所有的地圖符號(hào)、線型和文字，都是由繪圖員一筆一筆繪制而成。“線劃”是地形圖的幾何基礎(chǔ)。數(shù)字化成圖階段，充分利用了計(jì)算機(jī)和成圖軟件的優(yōu)勢(shì)，測(cè)繪采集的是特征點(diǎn)和特征線，地圖的表達(dá)效果則由以符號(hào)庫(kù)與線型庫(kù)為基礎(chǔ)的符號(hào)化方法來(lái)實(shí)現(xiàn)。若在成圖軟件，如AutoCAD、MicroStation等，采用軟件工具把地形圖的符號(hào)、線型和文字都炸碎，那么數(shù)字地形圖也成了類似模擬階段的基于線劃的地圖表達(dá)效果。如圖1所示的符號(hào)化的地形圖，共有5個(gè)要素:3個(gè)線要素，2個(gè)符號(hào)要素。若符號(hào)和線型炸碎后(如圖2所示)，5個(gè)地形圖要素就分解為多個(gè)基本的線劃要素。

圖1 符號(hào)化地圖 圖2 符號(hào)、線型炸碎

ArcGIS中可以采用這種方法組織和管理數(shù)據(jù)。在地形圖入庫(kù)前，將所有要素都炸碎，包括符號(hào)、線型、文字等，轉(zhuǎn)換進(jìn)入數(shù)據(jù)庫(kù)后，再將同屬一幅圖的所有線劃要素組合成一個(gè)整體，實(shí)現(xiàn)地形圖的表達(dá)效果。

3 整體入庫(kù)方法

3.1 基本思路

地形圖整體入庫(kù)的基本思路是:在MicroStation或AutoCAD中將地形圖炸碎，包括符號(hào)、線型和文字等所有要素，刪除圖廓要素(圖幅信息以屬性方式存儲(chǔ))；在ArcGIS中讀取地形圖數(shù)據(jù)的所有炸碎的線劃要素，生成Polyline，每幅圖對(duì)應(yīng)一個(gè)Polyline對(duì)象；建立圖幅級(jí)的地理信息數(shù)據(jù)庫(kù)。

3.2 ArcGIS中的Polyline對(duì)象

Polyline(多義線)是相連或不相連的Path(路徑對(duì)象)的集合，如圖3所示。組成Polyline的Path對(duì)象都是有效的，Path不能重合相交或自相交。多個(gè)Path對(duì)象可以連接于一個(gè)節(jié)點(diǎn)，也可以是分離的。Path是連續(xù)多個(gè)Segment對(duì)象的幾何，每一個(gè)Segment通過(guò)首尾相連構(gòu)成一條路徑[6]。

圖3 Polyline(線)對(duì)象

3.3 地形圖炸碎

地形圖一般都以CAD格式存儲(chǔ)，如DGN和DWG，MicroStation和AutoCAD都提供了炸碎幾何要素的命令，包括符號(hào)、文字、線型等。以MicroStation為例，炸碎線型的命令是“Drop Linestyle”，炸碎符號(hào)、文字等幾何要素的命令是“Drop Element”，只要通過(guò)二次開發(fā)調(diào)用這些命令即可。

引言:前置胎盤是臨床上常見的婦產(chǎn)科疾病之一,患者很容易引發(fā)產(chǎn)后出血,從而對(duì)母嬰的健康和生命造成嚴(yán)重威脅[1]。所謂兇險(xiǎn)型前置胎盤指的是有過(guò)剖宮產(chǎn)史的產(chǎn)婦,再次妊娠為前置胎盤,并且胎盤附著在前次剖宮產(chǎn)愈合的瘢痕處,這是一種極度危險(xiǎn)的產(chǎn)科并發(fā)癥[2]。近年來(lái),隨著剖宮產(chǎn)的增加,該病癥的發(fā)病率也顯著上升。本位將通過(guò)對(duì)比兇險(xiǎn)型前置胎盤與普通型前置胎盤的臨床癥狀,來(lái)加深對(duì)該病癥的認(rèn)識(shí),進(jìn)一步了解臨床特點(diǎn)和妊娠結(jié)局。現(xiàn)就此做如下報(bào)道。

3.4 ArcGIS中地形圖生成

地形圖在CAD軟件中炸碎后，幾何要素的數(shù)量猛增。例如一幅中等復(fù)雜程度的1∶500地形圖，炸碎前幾何要素?cái)?shù)量為2 000個(gè)左右，炸碎后達(dá)到15 000以上，若在ArcGIS中按要素組織和管理數(shù)據(jù)，龐大的數(shù)據(jù)量將嚴(yán)重影響系統(tǒng)的響應(yīng)速度和顯示效率，其次也不利于數(shù)據(jù)的維護(hù)和更新。所以應(yīng)該采用圖幅級(jí)的管理和組織方法，即每幅地形圖在ArcGIS中表現(xiàn)為一個(gè)要素(或一行記錄)。CAD格式地形圖要素生成Polyline對(duì)象的算法如下:

IFeatureCursor pcursor=pfcSrc.Search(null，false)；

IGeometryCollection plin=new PolylineClass()；

IFeature pfeat=pcursor.NextFeature()；

while(pfeat!=null)

{

IGeometryCollection pgeoms=pfeat.ShapeCopy as IGeometryCollection；

plin.AddGeometryCollection(pgeoms)；

pfeat=pcursor.NextFeature()；

}

IFeature pfeatc=pfcTo.CreateFeature()；

pfeatc.Shape=plin as IGeometry；

pfeatc.Store()；

3.5 屬性結(jié)構(gòu)

地圖數(shù)據(jù)庫(kù)是將空間數(shù)據(jù)及其相關(guān)的屬性數(shù)據(jù)統(tǒng)一存放在標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)DBMS中，并且與DMBS中的表對(duì)應(yīng)，即每個(gè)要素對(duì)應(yīng)著表中的每一個(gè)記錄[7]。每個(gè)要素就是一幅完整的地形圖，也是一個(gè)Polyline對(duì)象。ArcGIS中，地圖數(shù)據(jù)則為一個(gè)Feature-Class(特征類)，即GIS圖層。屬性結(jié)構(gòu)如表1所示。

屬性結(jié)構(gòu) 表1

4 實(shí)際應(yīng)用

為了完成全市公共廁所專題數(shù)據(jù)的普查和建庫(kù)任務(wù)，需要在ArcGIS環(huán)境中調(diào)用基礎(chǔ)地形圖作為背景，對(duì)采集的公共廁所位置和屬性信息進(jìn)行數(shù)字化輸入，涉及范圍600 km2左右。地形圖數(shù)據(jù)采用本文介紹的方法進(jìn)行建庫(kù)，即將DGN格式的地形圖進(jìn)行炸碎處理，然后用開發(fā)的軟件完成建庫(kù)工作，如圖4所示。該軟件在ArcGISEngine平臺(tái)上開發(fā)，Engine是一套完備的嵌入式GIS組件庫(kù)和工具庫(kù)，使用它開發(fā)的應(yīng)用程序可以脫離Desktop而運(yùn)行[8]。

圖4 地形圖整體入庫(kù)

由于不用處理地形圖要素的拓?fù)潢P(guān)系和屬性輸入，建庫(kù)的自動(dòng)化程度非常高，完全不需要人工干預(yù)。完成12 000余幅1∶500地形圖的建庫(kù)，僅用了3天時(shí)間。地形圖的表達(dá)效果基本能滿足使用需要，原始地形圖與ArcGIS格式地形圖表達(dá)效果的比較如圖5和圖6所示。

圖5 MicroStation地形圖

圖6 ArcGIS地形圖

5 結(jié) 論

本文針對(duì)ArcGIS格式地形圖的應(yīng)用，提出了基于圖幅的整體建庫(kù)方法，并在實(shí)際工作中得到應(yīng)用。實(shí)踐證明該方法實(shí)現(xiàn)了ArcGIS中基于線劃的地形圖表達(dá)，表達(dá)效果基本能滿足使用要求；無(wú)需符號(hào)化，數(shù)據(jù)響應(yīng)速度和顯示效率高；地形圖建庫(kù)速度快，周期短，自動(dòng)化程度高。但由于該方法的數(shù)據(jù)組織是基于圖幅的，失去了空間對(duì)象的特征，故只能作為數(shù)字地形圖背景使用。此外，地形圖要素的顏色及填充屬性無(wú)法再現(xiàn)，對(duì)地形圖的表達(dá)有部分影響。

[1] 張保鋼，楊伯鋼，張紅等.城市地形圖數(shù)據(jù)一體化建庫(kù)與聯(lián)動(dòng)更新的數(shù)學(xué)原理[J].測(cè)繪通報(bào)，2011，3:56～59.

[2] 曹建成.ArcGIS下矢量數(shù)據(jù)快速出圖技術(shù)的實(shí)現(xiàn)[J].測(cè)繪標(biāo)準(zhǔn)化，2006，2:29～31.

[3] 馬英蓮，裴曉威，陳建軍.實(shí)現(xiàn)“一套數(shù)據(jù)兩種用途”技術(shù)路線的探討[J].測(cè)繪技術(shù)裝備，2004，6(2):27～29.

[4] 楊伯剛.城市基礎(chǔ)地形圖數(shù)據(jù)建庫(kù)技術(shù)方法研究[J].測(cè)繪通報(bào)，2005，9:44～46.

[5] 劉志軍，劉振民，張艷杰等.基于ArcGIS的空間數(shù)據(jù)符號(hào)化研究[J].海洋測(cè)繪，2010，1:59～61.

[6] 邱洪鋼，張青蓮，陸紹強(qiáng).ArcGISEngine開發(fā)從入門到精通[M].北京:人民郵電出版社，2010，7:58～59.

[7] 施一軍.基于GIS技術(shù)建立地圖數(shù)據(jù)庫(kù)的構(gòu)想和實(shí)現(xiàn)[J].測(cè)繪通報(bào)，2011，11:71～73.

[8] 曹一冰，江南，張毅等.基于ArcGISEngine的地圖模板化輸出[J].測(cè)繪通報(bào)，2011，7:61～63.

Whole Build Database M ethod and Its App lication of Topographic M ap Data Based on ArcGIS

Liu Hongjiang，Liu yuxia，He Zhenqun
(Hangzhou Geotechnical Engneering and Surveying Institute，Hangzhou 310012，China)

In Geographic Information System，fundamental geographic information data is generally represented such geometries as point，polyline or polygon and Its expression effect is implemented by themethod of symbolic feature.Due to the different to topographic map application fields，some only needs topographic map as a simply background，so the method of symbolizing fundamental geographic information data no longer applies.In this paper，sheet level whole build databasemethod based on ArcGIS platform is proposed，which algorithm is Designed and implemented，and application software is developed.So the topographic map feature’symbolization is avoided，and the topographic map’s expressing effect is realized in the ArcGIS environment.Thismethod has been applied in the practicalwork.

ArcGIS；topographicmap data；sheet level；whole build database

1672-8262(2013)04-60-03

P208.1

B

2012—10—19

劉洪江(1973—)，男，高級(jí)工程師，主要從事城市測(cè)繪與地理信息系統(tǒng)的技術(shù)工作。