基于LISP的數(shù)字六盤水地理空間框架建設(shè)的數(shù)據(jù)處理技術(shù)

湛國毅，汪宏晨

（1.貴州省第一測繪院，貴州　貴陽　550025；2.武漢大學(xué)科學(xué)技術(shù)發(fā)展研究所自然科學(xué)編輯部，湖北　武漢　430072）

基于LISP的數(shù)字六盤水地理空間框架建設(shè)的數(shù)據(jù)處理技術(shù)

湛國毅1，汪宏晨2*

（1.貴州省第一測繪院，貴州貴陽550025；2.武漢大學(xué)科學(xué)技術(shù)發(fā)展研究所自然科學(xué)編輯部，湖北武漢430072）

以數(shù)字六盤水地理空間框架建設(shè)為案例，詳細(xì)闡述了地理空間框架的建設(shè)流程，基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)庫主要內(nèi)容和建庫流程，并分析基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)庫建設(shè)過程中存在的問題.運(yùn)用AutoLISP編程語言，提出AutoCAD圖形數(shù)據(jù)批量轉(zhuǎn)換的基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)處理方法，旨在提高數(shù)據(jù)處理的效率，保證入庫數(shù)據(jù)的質(zhì)量.

地理空間框架；基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)；處理方法；LISP

20世紀(jì)90年代，美國等發(fā)達(dá)國家和地區(qū)，從戰(zhàn)略需求、科技發(fā)展、社會服務(wù)等方面出發(fā)，為了促進(jìn)信息資源的廣泛共享和充分利用［1-5］，先后提出了數(shù)字地理空間框架建設(shè)的構(gòu)想，并開展了大量的工作，成效十分顯著.

全面構(gòu)建基礎(chǔ)地理空間框架是人類地球村信息化建設(shè)的發(fā)展趨勢，是科技發(fā)展的大勢所趨，是信息大數(shù)據(jù)建設(shè)的基礎(chǔ)［6-10］.被看成數(shù)字區(qū)域重要基礎(chǔ)的地理空間框架，不僅支持空間信息的保存、管理和瀏覽，還集成了該區(qū)域的社會、經(jīng)濟(jì)、自然環(huán)境等信息，最大程度整合區(qū)域信息資源，為政府和社會提供信息查詢和決策分析、為區(qū)域內(nèi)各行業(yè)和民眾提供綜合信息服務(wù).

1　數(shù)字六盤水地理空間框架建設(shè)流程

針對六盤水市實(shí)際需求，立足現(xiàn)有基礎(chǔ)，開展基礎(chǔ)地理空間數(shù)據(jù)的采集、更新和完善工作，具體工作內(nèi)容有：①標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范體系建設(shè).②支撐環(huán)境建設(shè).③基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)生產(chǎn)和基礎(chǔ)地理空間數(shù)據(jù)庫建設(shè).主要完成建成區(qū)、預(yù)留區(qū)100km21∶500 DLG生產(chǎn)，293km21∶2000 DLG生產(chǎn)，1060km21∶10000 DLG整理，293km21∶2000 DEM（digital elevation model）生產(chǎn)，1060km21∶2000航空攝影，9965km21∶10000 DEM和SPOT5衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)整理，35km2三維精建模.④地理信息公共平臺建設(shè).建立全市地理信息公共服務(wù)政務(wù)版和公眾版數(shù)據(jù)集，并開發(fā)網(wǎng)絡(luò)化的平臺服務(wù)系統(tǒng)，形成六盤水市唯一的、權(quán)威的、通用的地理信息公共平臺，形成天地圖.六盤水節(jié)點(diǎn).⑤典型示范應(yīng)用系統(tǒng)建設(shè).

圖1　數(shù)字六盤水地理空間框架建設(shè)流程圖Fig.1 The flowchart for geospatial framework construction of digital liupanshui

2　基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)存在的問題

根據(jù)專家測算，完成一個完整的基礎(chǔ)地理框架建設(shè)項(xiàng)目，其硬件設(shè)施投資比例約占1，軟件開發(fā)投資比例約為5，而基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)采集、整理和加工投資比例約為10.因此，基礎(chǔ)地理框架建設(shè)的關(guān)鍵在于數(shù)據(jù)庫建設(shè)，包括數(shù)據(jù)源選擇、數(shù)據(jù)融合加工、數(shù)據(jù)入庫等工作.

但當(dāng)前，在基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)庫建設(shè)過程中，不斷出現(xiàn)問題，主要如下：

1）數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化

基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一，存在國際、國家、地方、行業(yè)、推薦等方面標(biāo)準(zhǔn)，不能真正指導(dǎo)數(shù)據(jù)共享；數(shù)據(jù)文件格式不統(tǒng)一，不同空間數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)采用的數(shù)據(jù)文件和數(shù)據(jù)類型不同，在數(shù)據(jù)交換過程出現(xiàn)數(shù)據(jù)損失［11-12］.另外，不同部門間數(shù)據(jù)分類編碼不同，坐標(biāo)基準(zhǔn)體系不統(tǒng)一.

2）數(shù)據(jù)管理

海量數(shù)據(jù)的組織管理能力差，基礎(chǔ)資料錯漏多，現(xiàn)實(shí)性差.而且，數(shù)據(jù)還在不斷增加；數(shù)據(jù)模型沒有完善和統(tǒng)一，數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換花費(fèi)大量精力［13-14］；矢量數(shù)據(jù)和柵格數(shù)據(jù)的不同特性，是數(shù)據(jù)管理、分析、交換及拓?fù)涮幚?，面臨挑戰(zhàn)；異地、異構(gòu)空間數(shù)據(jù)的互操作，不易解決；異構(gòu)系統(tǒng)的互操作和互運(yùn)算是難點(diǎn).

3）數(shù)據(jù)共享

數(shù)據(jù)共享政策不完善，存在投入大量人力、物力、財(cái)力進(jìn)行數(shù)據(jù)采集處理后，沒有合適機(jī)制產(chǎn)生共享，產(chǎn)生利益沖突［13］；國家安全保障措施難以協(xié)調(diào)，部門間各自為政，投資渠道各異，建設(shè)主體獨(dú)立運(yùn)作，測繪成果匯交制度形同虛設(shè).

4）數(shù)據(jù)安全

數(shù)據(jù)庫網(wǎng)上共享，易出現(xiàn)客戶端盜取或修改現(xiàn)象，因此，增強(qiáng)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)管理的訪問權(quán)限管理是難點(diǎn)；地理信息的網(wǎng)上發(fā)布困難，目前的互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、帶寬限制、WebGIS技術(shù)都存在網(wǎng)上發(fā)布的瓶頸［14-16］，難以滿足頻繁交互、復(fù)雜分析、動態(tài)變化和歷史追溯的應(yīng)用要求；網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)安全管理的重要技術(shù)措施是采用合適的網(wǎng)絡(luò)硬件設(shè)施和軟件.

3　基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)庫建庫流程

基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫存儲的各級比例尺的基礎(chǔ)地形（digital line graphic，DLG）數(shù)據(jù)，一般按照要素類進(jìn)行分組，包含測量控制點(diǎn)、水系、居民地與設(shè)施、交通、境界與政區(qū)、地貌、植被與土質(zhì)等類別.每類要素根據(jù)點(diǎn)、線、面、注記進(jìn)行分層組織.其結(jié)構(gòu)組成如圖2所示.

數(shù)據(jù)庫建設(shè)流程主要包括數(shù)據(jù)收集、數(shù)據(jù)源的分析與評估、數(shù)據(jù)加工整理、數(shù)據(jù)整合入庫、質(zhì)量檢查等過程.

圖2　基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)圖Fig.2 Structure diagram of fundamental geographic information database

圖3　基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)庫建庫流程Fig.3 Fundamental geographic database building process

4　數(shù)據(jù)處理方法

4.1AutoLISP技術(shù)

AutoLISP語言是用來擴(kuò)展和定制AutoCAD功能的內(nèi)嵌式編程語言，用戶可以很方便地利用AutoLISP對AutoCAD進(jìn)行二次開發(fā)，把自己日常工作中常用的某些操作以命令的形式添加到AutoCAD中，然后用戶就可以像使用AutoCAD標(biāo)準(zhǔn)命令一樣使用新添加的命令.

其主要的語言特點(diǎn)如下：

1）解釋性語言，只能運(yùn)行于AutoCAD內(nèi)部；

2）所有成分都是以函數(shù)形式出現(xiàn)，執(zhí)行AutoLISP程序就是不斷地執(zhí)行和調(diào)用函數(shù)；

3）把數(shù)據(jù)和程序統(tǒng)一表達(dá)為表結(jié)構(gòu)，故可以把程序當(dāng)作數(shù)據(jù)來處理，也可以把數(shù)據(jù)當(dāng)作程序來執(zhí)行；

4）程序運(yùn)行過程，就是函數(shù)求值，在函數(shù)的求值過程中，實(shí)現(xiàn)函數(shù)的功能；

5）主要控制結(jié)構(gòu)采用遞歸方式［3］.

4.2坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換

一般而言，某個區(qū)域原有地形圖需要坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，主要步驟有：收集區(qū)域內(nèi)圖上控制點(diǎn)成果、實(shí)地踏勘找點(diǎn)、坐標(biāo)聯(lián)測、計(jì)算旋轉(zhuǎn)參數(shù)、圖形旋轉(zhuǎn)、圖形整合處理等.

1）開展控制.一般需要實(shí)地在聯(lián)測區(qū)域選擇3～4個高等級舊控制點(diǎn)，距離分布均勻，聯(lián)測該區(qū)域附近2～3個新坐標(biāo)系控制點(diǎn).坐標(biāo)聯(lián)測，一般采用GPS（Global Positioning System，全球定位系統(tǒng)）靜態(tài)相對定位測量.

2）開展內(nèi)業(yè)基線解算.關(guān)鍵注意檢查各觀測點(diǎn)點(diǎn)名、儀器高、觀測時(shí)段等信息數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性.同時(shí)檢查網(wǎng)的封閉性、同步環(huán)、異步環(huán)精度.基線測量精度及所組成異步環(huán)的坐標(biāo)差分量閉合差及全長閉合差，應(yīng)符合下式規(guī)定：

式中：σ為標(biāo)準(zhǔn)差（mm）；wx、wy、wz為坐標(biāo)差分量閉合差；W為環(huán)閉合差；n為閉合環(huán)邊數(shù)；Δs為復(fù)測基線長度差.

3）進(jìn)行GPS網(wǎng)的無約束平差.以GPS網(wǎng)基線三維向量及其相應(yīng)的協(xié)方差陣作為觀測信息，選點(diǎn)網(wǎng)中一個已知點(diǎn)的WGS-84三維坐標(biāo)作為起算依據(jù)，進(jìn)行GPS網(wǎng)的無約束平差，解算出各控制點(diǎn)在WGS-84系下的三維坐標(biāo)，各基線向量3個坐標(biāo)差觀測值的總改正數(shù)，基線邊長以及點(diǎn)位和邊長的精度信息.其中基線向量的改正數(shù)（V△x、V△y、V△z）絕對值應(yīng)滿足下式要求：

式中σ為標(biāo)準(zhǔn)差（mm）.

4）進(jìn)行GPS網(wǎng)的約束平差.解算出各控制點(diǎn)新坐標(biāo)系下的三維坐標(biāo)，平差后，同名基線的改正數(shù)與無約束的改正數(shù)的較差，應(yīng)滿足下式要求：

式中σ為標(biāo)準(zhǔn)差（mm）

5）計(jì)算旋轉(zhuǎn)參數(shù).根據(jù)間接平差法平差、最小二乘法原理，利用新舊兩套坐標(biāo)系兩個以上同名點(diǎn)，組成坐標(biāo)變換方程［4］：

計(jì)算得到旋轉(zhuǎn)角度和伸縮系數(shù)，得到最小點(diǎn)位中誤差坐標(biāo)點(diǎn).

7）進(jìn)行圖形旋轉(zhuǎn).可以采用制圖專業(yè)軟件，根據(jù)旋轉(zhuǎn)參數(shù)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)處理，重點(diǎn)是保證精度、屬性、圖面不損失、不錯漏.

8）完成圖形整合處理.目的是對出現(xiàn)的圖形屬性、圖面錯漏進(jìn)行逐一編輯處理.

4.3利用AutoLISP編程批量處理圖形數(shù)據(jù)

由于歷史客觀因素，基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)多為質(zhì)量各異的多源異構(gòu)數(shù)據(jù)，其中，AutoCAD圖形數(shù)據(jù)更由于測繪軟件、版本、符號庫等不同，造成分層、編碼、屬性定義等不統(tǒng)一.因此，AutoCAD圖形數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)，容易出現(xiàn)圖形要素?fù)p失.具體轉(zhuǎn)換方案需要經(jīng)過全面分析不同數(shù)據(jù)后，有針對性地制定方案.針對基礎(chǔ)地理空間數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，利用AutoLISP語言編寫了系列程序，對關(guān)鍵工序進(jìn)行批量處理.經(jīng)過生產(chǎn)實(shí)踐驗(yàn)證，提高了效率，減少了人工操作，杜絕二次誤差.

1）提取空間數(shù)據(jù)典型要素，變換圖層

利用簡單兩句程序，即可提取數(shù)據(jù)至指定的圖層.

（setq lst1（ssname ys1 n1））；取得實(shí)體數(shù)據(jù)名稱

（command"change"lst1"""p""la""yzh1"""）；改變實(shí)體數(shù)據(jù)圖層

考慮基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)建庫工作的復(fù)雜性，對“塊”的提取一定要細(xì)致而全面，本程序根據(jù)專業(yè)測繪軟件SCS（廣州開思SCS多用途數(shù)字測繪與管理系統(tǒng)）內(nèi)部圖塊編寫.如果還需利用其他專業(yè)軟件處理數(shù)據(jù)時(shí)，只需局部修改程序即可.

2）統(tǒng)改高程點(diǎn)

由于坐標(biāo)系不同，移動旋轉(zhuǎn)地形圖時(shí)，地形圖中高程點(diǎn)會有一定的差值，統(tǒng)改高程點(diǎn)程序可以提高內(nèi)業(yè)工作的效率，且速度快、準(zhǔn)確、通用性強(qiáng).

部分程序代碼：

3）賦等高線高程值程序

由于數(shù)字化測繪過程中，每個單位使用的軟件不同、作業(yè)人員技術(shù)水平不高或用途要求不同等原因，造成數(shù)字化地形圖中等高線高程值錯誤，需要改正.本程序針對測繪過程等高線不需要重畫，但必須重新賦值的情況編寫.

部分程序代碼：

4.4AutoCAD數(shù)據(jù)直接轉(zhuǎn)換方案

目前，鑒于現(xiàn)有AutoCAD數(shù)據(jù)大多具有一套完整的圖層編碼體系，圖形數(shù)據(jù)中的圖層編碼等屬性需要充分利用.因此，采用直接轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)方式和人工干預(yù)編輯相結(jié)合的方式，可以快速節(jié)省地獲得基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)，具體的工作步驟如下：

首先，編寫AutoCAD（如SCS測繪軟件）與GIS軟件（如MapGIS）的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成4個對照表如下.

1）圖層塊對照表.圖層塊對照表如表1所示.

圖層塊對照表存放在cad_map.tab文件中.

2）線形代碼對照表.線形代碼對照表如表2所示.

表1　圖層塊對照表Tab.1 Layer-block table

表2　線形代碼對照表Tab.2 Linear code table

存放在arc_map.lin文件中.

3）符號對照表.符號對照表如表3所示.存放在arc_map.pnt文件中.

4）顏色對照表.顏色對照表如表4所示.

表3　符號對照表Tab.3 Symbol table

表4　顏色對照表Tab.4 Color contrast table

顏色對照表在cad_map.clr文件中.編輯處理AutoCAD圖形文件，轉(zhuǎn)換DXF文件.根據(jù)每個區(qū)域AutoCAD圖形文件質(zhì)量具體情況，分別進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，利用前篇提及已開發(fā)的AutoLISP程序，進(jìn)行相關(guān)圖形處理編輯，完成進(jìn)行DXF文件轉(zhuǎn)換.一般要求轉(zhuǎn)換為R12版本DXF文件，對AutoCAD原圖一定不能進(jìn)行爆破處理.利用GIS軟件的文件轉(zhuǎn)換功能，將AutoCAD圖形文件轉(zhuǎn)換為GIS圖形文件.利用GIS制圖軟件進(jìn)行部分整理編輯.

5　結(jié)語

圖4　數(shù)字六盤水地理空間框架運(yùn)行效果圖Fig.4 Running chart of geospatial framework of digital liupanshui

本文總結(jié)的一套行之有效工作技術(shù)方法和利用AutoLISP語言開發(fā)程序，在數(shù)字六盤水地理空間框架建設(shè)項(xiàng)目中得以實(shí)際應(yīng)用（圖4）.該方法和程序?qū)τ诙嘣椿A(chǔ)地理數(shù)據(jù)的挖掘整合，特別是AutoCAD圖形轉(zhuǎn)換處理，能夠避免或減少數(shù)據(jù)的丟失，減少編輯和處理，減少流程和編輯操作，提高了工作效率，保證了入庫數(shù)據(jù)的無損和優(yōu)質(zhì).

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責(zé)任編輯：高 山

Data Processing Technology Based on LISP for Geospatial Framework Construction of Digital Liupanshui

ZHAN Guoyi1，WANG Hongchen2*
（1.The First Surveying and Mapping Institute of Guizhou Province，Guiyang 550025，China；2.The Research Instifute for Scientitic and Technological Department，Journal of Natural Science of Wuhan University，Wuhan 430072，China）

Geospatial framework construction of digital Liupanshui was taken as the case in the study.The paper discusses in detail the geospatial framework construction process，main content and basic geographic database construction process，analyzes the problems in the process of constructing the basic geographic database construction process.A method used by AutoLISP program language was put forward of the CAD graphic data batch conversion based geographic data processing，in order to improve the data processing efficiency and ensure the quality of database.

geospatial framework；fundamental geographic data；processing method；LISP

P208

A

1008-8423（2015）04-0461-06DOI：10.13501/j.cnki.42-1569/n.2015.12.026

2015-10-20.

國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（40871179）.

湛國毅（1974-），男，碩士，高級工程師，主要從事不動產(chǎn)測繪、地圖制圖和3S技術(shù)應(yīng)用；*

汪宏晨（1974-），男，碩士，副編審，主要從事編輯學(xué)與GIS的研究.