GIS數(shù)據(jù)建庫(kù)與地圖制圖一體化方案研究與實(shí)現(xiàn)

丁俊杰，薄偉偉，張戈蘭

(黃河勘測(cè)規(guī)劃設(shè)計(jì)有限公司，河南 鄭州450003)

數(shù)據(jù)建庫(kù)和地圖制圖是GIS 中數(shù)據(jù)的兩大應(yīng)用方向.但是，這兩種數(shù)據(jù)由于應(yīng)用不同，在存儲(chǔ)和表達(dá)上存在很多不一致.制圖數(shù)據(jù)中，地圖信息主要靠地圖符號(hào)、注記、地圖整飾等地圖語(yǔ)言表達(dá)［1］，圖形數(shù)據(jù)呈碎化、不連續(xù)的形式，對(duì)數(shù)據(jù)的分層、分類(lèi)代碼沒(méi)有嚴(yán)格的要求.建庫(kù)數(shù)據(jù)將空間對(duì)象抽象成點(diǎn)、線(xiàn)、面3 種幾何類(lèi)型，強(qiáng)調(diào)數(shù)據(jù)的連續(xù)性、完整性和邏輯一致性，要素具有標(biāo)準(zhǔn)的分類(lèi)編碼及完整的屬性信息，側(cè)重于數(shù)據(jù)分析［2］. 這兩種數(shù)據(jù)的不一致性導(dǎo)致GIS 空間分析與數(shù)字制圖在同一系統(tǒng)內(nèi)不能很好地協(xié)調(diào)統(tǒng)一［3－4］. 當(dāng)前主要的解決方案是建庫(kù)數(shù)據(jù)和制圖數(shù)據(jù)分別存儲(chǔ)，這樣兩套數(shù)據(jù)需要分別維護(hù)和更新，不僅增加了維護(hù)的工作量，而且難以保證兩套成果的一致性.

筆者以AutoCAD 數(shù)據(jù)入庫(kù)到ArcGIS Geodatabase 數(shù)據(jù)庫(kù)為例，通過(guò)在AutoCAD 數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上制定合理的數(shù)據(jù)入庫(kù)整編方案，并利用GIS 軟件的符號(hào)化功能實(shí)現(xiàn)從入庫(kù)數(shù)據(jù)派生制圖數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)地圖制圖，保證了兩套數(shù)據(jù)的統(tǒng)一，實(shí)現(xiàn)了兩種數(shù)據(jù)的一體化管理.

1 建庫(kù)數(shù)據(jù)與制圖數(shù)據(jù)沖突分析

建庫(kù)數(shù)據(jù)與制圖數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和表達(dá)上存在很多沖突，主要有以下幾個(gè)方面.

1)數(shù)據(jù)連續(xù)性.建庫(kù)數(shù)據(jù)中數(shù)據(jù)以要素為單位存儲(chǔ)，強(qiáng)調(diào)數(shù)據(jù)的連續(xù)性，即現(xiàn)實(shí)世界的一個(gè)空間實(shí)體對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)庫(kù)中的一條記錄. 而數(shù)字制圖為了達(dá)到制圖規(guī)范和美觀(guān)要求，通常需要將完整的空間實(shí)體人為斷開(kāi)，如等高線(xiàn)遇沖溝，道路和橋梁、城鎮(zhèn)相連，河流被橋梁、水庫(kù)大壩所分割等［5］.

2)數(shù)據(jù)完整性. GIS 空間分析強(qiáng)調(diào)要素的完整性，如現(xiàn)實(shí)世界的一條道路在GIS 數(shù)據(jù)庫(kù)中就是一個(gè)完整實(shí)體［6］.而在數(shù)字制圖中，通常會(huì)存在一條線(xiàn)作為兩個(gè)或多個(gè)對(duì)象公有邊的情況，如以街區(qū)的房屋邊線(xiàn)作為道路邊線(xiàn)，因此導(dǎo)致了道路信息的不完整.

3)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)不同.制圖數(shù)據(jù)以滿(mǎn)足制圖規(guī)范和圖形美觀(guān)為主，要素主要通過(guò)地圖符號(hào)、注記等表達(dá)，不能很好地支持屬性數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)［7］. 而且，由于制圖數(shù)據(jù)中要素通常呈破碎、不連續(xù)的形式，要素間不能建立復(fù)雜的拓?fù)潢P(guān)系［8］，為了實(shí)現(xiàn)圖面的可視效果，通常會(huì)出現(xiàn)目標(biāo)重復(fù)采集(如共邊)、目標(biāo)壓蓋、目標(biāo)移位以及為顧及地物視覺(jué)感受而對(duì)要素進(jìn)行編輯的情況等目標(biāo)間拓?fù)潢P(guān)系混亂的現(xiàn)象，難以滿(mǎn)足GIS 空間分析的需要.

2 一體化方案整體思路

一體化方案的整體思路是通過(guò)制定合理的數(shù)據(jù)整編方案，通過(guò)對(duì)CAD 格式滿(mǎn)足數(shù)據(jù)出圖要求的數(shù)據(jù)進(jìn)行整編，使其既能滿(mǎn)足數(shù)據(jù)入庫(kù)的需要，又能根據(jù)整編方案完成的數(shù)據(jù)庫(kù)成果，通過(guò)數(shù)據(jù)的符號(hào)化來(lái)滿(mǎn)足數(shù)據(jù)制圖的要求. 一體化整編入庫(kù)方案流程如圖1所示.

圖1 一體化整編入庫(kù)工藝流程

由圖1可知，一體化包括兩個(gè)部分.一是根據(jù)數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)規(guī)則制定數(shù)據(jù)的整編規(guī)則、數(shù)據(jù)質(zhì)量檢查規(guī)則實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)入庫(kù)流程的一體化控制. 數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)主要包括要素分層、分類(lèi)編碼、數(shù)據(jù)基礎(chǔ)、屬性結(jié)構(gòu)等設(shè)計(jì);根據(jù)數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)制定要素的采集、整編及轉(zhuǎn)換方案，保證滿(mǎn)足數(shù)據(jù)建庫(kù)的需要.二是數(shù)據(jù)入庫(kù)后通過(guò)在數(shù)據(jù)庫(kù)基礎(chǔ)上制定數(shù)據(jù)的可視化表達(dá)規(guī)則，實(shí)現(xiàn)地圖制圖，從而實(shí)現(xiàn)入庫(kù)數(shù)據(jù)和制圖數(shù)據(jù)的一體化管理.

3 建庫(kù)數(shù)據(jù)與制圖數(shù)據(jù)一體化的實(shí)現(xiàn)

3.1 要素整編規(guī)則設(shè)計(jì)

要素整編規(guī)則是依據(jù)數(shù)據(jù)庫(kù)的設(shè)計(jì)要求對(duì)每一地理要素的空間特征、圖形特征、地圖樣式和采集行為特征進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì)，地理要素按點(diǎn)、線(xiàn)、面、注記進(jìn)行細(xì)化分類(lèi)和唯一編碼，每一細(xì)類(lèi)要素具有確定的圖層、顏色、線(xiàn)型、符號(hào)、圖元類(lèi)型、采集方式等指標(biāo)，并將這些詳細(xì)的指標(biāo)通過(guò)二次開(kāi)發(fā)保存到要素線(xiàn)型庫(kù)中.圖2是公路的線(xiàn)型庫(kù)設(shè)計(jì).

圖2 要素線(xiàn)型庫(kù)設(shè)計(jì)示例

數(shù)據(jù)采集時(shí)，選擇采集某一要素命令，程序自動(dòng)設(shè)置好當(dāng)前圖層、顏色、線(xiàn)型、符號(hào)、可用圖元類(lèi)型等，并控制要素屬性輸入，屬性項(xiàng)按照數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)要求進(jìn)行控制.

數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換時(shí)自動(dòng)將AutoCAD 下圖形數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)為GIS 系統(tǒng)下點(diǎn)、線(xiàn)、面相應(yīng)分類(lèi)要素，符號(hào)也實(shí)現(xiàn)唯一對(duì)應(yīng)，制圖符號(hào)化、輔助化數(shù)據(jù)也作為表現(xiàn)層進(jìn)行轉(zhuǎn)換，但不用于GIS 分析.

3.2 數(shù)據(jù)質(zhì)量檢查規(guī)則設(shè)計(jì)

數(shù)據(jù)入庫(kù)前，需要按照數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)要求對(duì)數(shù)據(jù)質(zhì)量進(jìn)行檢查［9］，根據(jù)數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)將數(shù)據(jù)檢查內(nèi)容和檢查要求作為檢查規(guī)則保存到表格中，程序通過(guò)讀取表格中的檢查規(guī)則對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行檢查. 圖3是部分檢查規(guī)則示例.

圖3 質(zhì)量檢查規(guī)則示例

3.3 要素可視化表達(dá)規(guī)則設(shè)計(jì)

建庫(kù)數(shù)據(jù)與制圖數(shù)據(jù)的一體化指在數(shù)據(jù)庫(kù)的基礎(chǔ)上生成制圖數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)兩種數(shù)據(jù)的統(tǒng)一管理［10］.由數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)生成制圖數(shù)據(jù)的關(guān)鍵就是依據(jù)制圖規(guī)范，在數(shù)據(jù)庫(kù)的基礎(chǔ)上通過(guò)制定要素顯示的可視化表達(dá)規(guī)則，實(shí)現(xiàn)地圖制圖.表1中給出了部分從數(shù)據(jù)庫(kù)生成制圖數(shù)據(jù)的符號(hào)化規(guī)則.

表1 要素可視化表達(dá)規(guī)則(部分)

3.4 建庫(kù)數(shù)據(jù)與制圖數(shù)據(jù)一體化實(shí)現(xiàn)

基于圖式規(guī)范和數(shù)據(jù)可視化表達(dá)的規(guī)則，建立了不同比例尺的地圖符號(hào)庫(kù)，并基于ArcGIS 平臺(tái)開(kāi)發(fā)了地圖制圖系統(tǒng)，如圖4所示.通過(guò)程序控制實(shí)現(xiàn)了不同比例尺地圖符號(hào)的自適應(yīng)匹配，從而實(shí)現(xiàn)了從數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)派生制圖數(shù)據(jù).

圖4 地圖制圖系統(tǒng)

4 結(jié) 語(yǔ)

針對(duì)GIS 數(shù)據(jù)入庫(kù)和地圖制圖的兩種應(yīng)用需求，在原有僅滿(mǎn)足制圖要求的DWG 數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，通過(guò)制定合理的數(shù)據(jù)整編規(guī)則，使數(shù)據(jù)同時(shí)滿(mǎn)足數(shù)據(jù)入庫(kù)和地圖制圖的要求.數(shù)據(jù)入庫(kù)后根據(jù)制圖表達(dá)規(guī)范，在數(shù)據(jù)庫(kù)的基礎(chǔ)上制定要素的可視化表達(dá)規(guī)則，基于該規(guī)則開(kāi)發(fā)了數(shù)據(jù)制圖系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了從數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)自動(dòng)生成制圖數(shù)據(jù)，從而實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)建庫(kù)和地圖制圖兩種數(shù)據(jù)的一體化管理，減少了數(shù)據(jù)冗余，避免了數(shù)據(jù)的重復(fù)建設(shè).目前該方案已在1∶1 萬(wàn)、1∶5 萬(wàn)、1∶25 萬(wàn)等多個(gè)中小比例尺數(shù)據(jù)庫(kù)建設(shè)和地圖制圖中得到成功應(yīng)用，今后還需繼續(xù)加強(qiáng)要素整編規(guī)則和可視化表達(dá)規(guī)則的補(bǔ)充和完善，以滿(mǎn)足各種比例尺及各種專(zhuān)題數(shù)據(jù)建庫(kù)和地圖制圖的需要.

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