淺談GIS 技術(shù)在數(shù)字城市建設(shè)中的應(yīng)用

曹 軍

（湖南省煤田地質(zhì)局物探測(cè)量隊(duì)，湖南 株洲 412003）

實(shí)施數(shù)字城市建設(shè)，是新時(shí)代信息化城市建設(shè)的必然要求，是構(gòu)建“數(shù)字中國(guó)”地理空間基礎(chǔ)框架的基石，是實(shí)現(xiàn)政府各部門(mén)資料共建共享的基礎(chǔ)，是服務(wù)公眾和經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的重要平臺(tái)，可以提升城市規(guī)劃發(fā)展的科學(xué)性和促進(jìn)城市發(fā)展的可持續(xù)性。近些年，隨著全國(guó)各地?cái)?shù)字城市的建設(shè)，不僅提高了測(cè)繪地位和基礎(chǔ)測(cè)繪的作用，而且消除了信息孤島，促進(jìn)了資源整合，極大地豐富了地理信息資源，也提高了資源利用率，減少了重復(fù)建設(shè)。

GIS 技術(shù)的發(fā)展為數(shù)字城市地理信息空間框架建設(shè)提供了重要的技術(shù)支持，并推動(dòng)從數(shù)字城市向智慧城市發(fā)展。

1 數(shù)字城市建設(shè)簡(jiǎn)介

數(shù)字城市建設(shè)是推動(dòng)縣區(qū)測(cè)繪地理信息事業(yè)發(fā)展，實(shí)現(xiàn)測(cè)繪成果和信息資源共享的重要途徑。建設(shè)內(nèi)容可簡(jiǎn)要概括為“一庫(kù)一平臺(tái)多應(yīng)用”，“一庫(kù)”即基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫(kù)，“一平臺(tái)”就是建設(shè)地理信息公共服務(wù)平臺(tái)，“多應(yīng)用”是指基于地理信息公共服務(wù)平臺(tái)，面向政府和公眾服務(wù)的典型應(yīng)用示范系統(tǒng)。

數(shù)字城市建設(shè)包括總體構(gòu)架設(shè)計(jì)、支撐環(huán)境建設(shè)、數(shù)據(jù)層、服務(wù)層、應(yīng)用系統(tǒng)幾個(gè)方面，通過(guò)整合地理信息資源，實(shí)現(xiàn)多源數(shù)據(jù)的統(tǒng)一，從而形成全域范圍內(nèi)統(tǒng)一、規(guī)范、權(quán)威的地理信息數(shù)據(jù)庫(kù)。

2 GIS 技術(shù)的應(yīng)用

2.1 GIS 技術(shù)簡(jiǎn)介

GIS 技術(shù)是在計(jì)算機(jī)技術(shù)上發(fā)展起來(lái)的一種多學(xué)科交叉的地理信息處理技術(shù)，包括采集、存儲(chǔ)、管理、處理、分析等技術(shù)，被廣泛應(yīng)用于國(guó)土、農(nóng)林、水利、交通等多個(gè)部門(mén)。

2.2 地形數(shù)據(jù)入庫(kù)

地形數(shù)據(jù)包括1∶500DLG、1∶1 000DLG、1∶2 000DLG等不同比例尺和不同時(shí)間段的數(shù)據(jù)。地形數(shù)據(jù)的入庫(kù)整合是通過(guò)對(duì)現(xiàn)有的和采集獲取的各種地形數(shù)據(jù)進(jìn)行檢查、處理和入庫(kù)，建立多形式的、多尺度的、現(xiàn)勢(shì)性強(qiáng)的基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫(kù)。

地形數(shù)據(jù)一般是通過(guò)南方CASS 軟件繪制，以CAD 圖形文件形式存儲(chǔ)的。因此地形數(shù)據(jù)入庫(kù)需要將CAD 格式轉(zhuǎn)為GIS 數(shù)據(jù)格式，利用ArcGIS 提供的功能可以進(jìn)行CAD 到GIS 的數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換。

利用ArcGIS 進(jìn)行地形數(shù)據(jù)入庫(kù)流程如圖1 所示，首先需要根據(jù)數(shù)據(jù)整合標(biāo)準(zhǔn)和要求，創(chuàng)建文件地理數(shù)據(jù)庫(kù)或數(shù)據(jù)要素集，再對(duì)每個(gè)圖層進(jìn)行字段設(shè)計(jì)，然后將CAD 圖形導(dǎo)入ArcGIS 中，并將南方CASS 要素編碼和屬性值一并轉(zhuǎn)入要素屬性中，再根據(jù)要素編碼將點(diǎn)線和注記要素分類分層，對(duì)照加入新的圖層中，并賦新的要素代碼值。因?yàn)镃AD 中以點(diǎn)線形式表示地形地物，所以水域、房屋、道路、植被面等面狀要素需要重新構(gòu)面。構(gòu)面完成后需要進(jìn)行冗余數(shù)據(jù)、微短線、微小面刪除等數(shù)據(jù)處理。數(shù)據(jù)處理完后需要構(gòu)建拓?fù)湟?guī)則，對(duì)圖形進(jìn)行拓?fù)錂z查，包括面疊蓋、線重疊、點(diǎn)重疊、線相交與自相交、線面重疊、面狀要素不閉合等，對(duì)拓?fù)溴e(cuò)誤的圖形進(jìn)行修改。拓?fù)錂z查完后，再對(duì)整個(gè)圖形進(jìn)行質(zhì)量檢查，包括地物編碼是否正確、分層是否規(guī)范、必填屬性是否完整、空間參考是否正確等，確定所有步驟均已修改完善后，完成數(shù)據(jù)最終入庫(kù)。

圖1 ArcGIS 地形數(shù)據(jù)入庫(kù)基本流程

2.3 電子地圖制作

電子地圖是在數(shù)字線劃圖、地名地址、其他專題數(shù)據(jù)等要素的基礎(chǔ)上，通過(guò)制圖綜合和符號(hào)化后，形成的生動(dòng)的、可逐級(jí)縮放的地圖。電子地圖的制作包括符號(hào)庫(kù)設(shè)計(jì)、布局配置、數(shù)據(jù)處理、地圖配圖、發(fā)布服務(wù)、地圖切片等幾個(gè)步驟，見(jiàn)圖2。

圖2 電子地圖制作流程圖

1）符號(hào)庫(kù)設(shè)計(jì)。符號(hào)庫(kù)設(shè)計(jì)是在GIS 軟件中按照標(biāo)準(zhǔn)要求，設(shè)計(jì)符號(hào)的樣式、大小、顏色等，形成配圖符號(hào)庫(kù)。

2）布局配置。布局配置是設(shè)計(jì)地圖的整體布局、顯示內(nèi)容和顯示級(jí)別，以及每一級(jí)別對(duì)應(yīng)的比例尺。

3）數(shù)據(jù)處理。數(shù)據(jù)處理是在入庫(kù)數(shù)據(jù)成果中提取水系、交通、居民地、植被地貌、地名地址、行政區(qū)域界線等要素，通過(guò)數(shù)據(jù)規(guī)整，統(tǒng)一于數(shù)據(jù)庫(kù)標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的有效管理與應(yīng)用。利用制圖綜合的技術(shù)方法處理不同級(jí)別的圖形和顯示；還需要對(duì)道路進(jìn)行編輯，檢查是否逐級(jí)連通；地名地址需要進(jìn)行分級(jí)，便于不同級(jí)別顯示。

4）地圖配圖。遵循電子地圖相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，按照一定原則，根據(jù)地圖審美慣例對(duì)電子地圖進(jìn)行配置，使各級(jí)配圖表示得當(dāng)、清晰美觀。

5）服務(wù)發(fā)布。將配圖后的地圖文檔，通過(guò)GIS 基礎(chǔ)平臺(tái)的服務(wù)發(fā)布功能，將地圖數(shù)據(jù)發(fā)布成符合地理信息公共平臺(tái)服務(wù)類型要求的地圖數(shù)據(jù)服務(wù)。

6）地圖切片。切片將每個(gè)級(jí)別的矢量專題地圖切成很小的柵格地圖，然后以靜態(tài)方式通過(guò)web 顯示出來(lái)，用戶訪問(wèn)的時(shí)候不用調(diào)用動(dòng)態(tài)地圖，直接訪問(wèn)切片即可，減輕服務(wù)器壓力，提高效率和執(zhí)行速度。

2.4 影像掛圖編制

影像掛圖具有直觀可視性，通過(guò)疊加影像底圖和鐵路、公路、河流、境界、地名等要素，可以真實(shí)地反映制圖區(qū)域的地理位置、地形地貌等情況。正射影像掛圖編制根據(jù)具體的編制要求，是利用DOM 數(shù)據(jù)，通過(guò)設(shè)計(jì)地圖符號(hào)和成圖尺寸，統(tǒng)一比例尺和坐標(biāo)系統(tǒng)，將要素按順序疊加，形成合理、美觀、實(shí)用的成果。

掛圖編制主要內(nèi)容包括數(shù)據(jù)資料分析、版式版面設(shè)計(jì)、地理要素處理、正射影像處理、地名地址處理及地圖綜合處理。制作流程如圖3 所示。

圖3 影像掛圖制作流程圖

1）數(shù)據(jù)資料分析。分析需要使用的數(shù)據(jù)，主要有地名地址數(shù)據(jù)庫(kù)、道路數(shù)據(jù)、區(qū)域界線數(shù)據(jù)、正射影像圖等。

2）版式版面設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)內(nèi)容主要是圖面內(nèi)容、地圖標(biāo)題、圖框樣式、圖示圖例、成圖比例尺、指北針、制圖單位、審圖號(hào)、制圖日期等。

3）地理要素處理。通過(guò)制圖綜合方法對(duì)道路、河流等要素進(jìn)行處理，去小留大、去短留長(zhǎng)、變彎為直，使圖面清楚美觀。

4）正射影像處理。正射影像處理主要包括檢查影像是否存在白斑或者拉花，進(jìn)行影像拼接，調(diào)整到合適的分辨率，進(jìn)行勻光勻色，按照行政區(qū)裁剪影像等步驟。

5）地名地址處理。由于設(shè)計(jì)和印刷尺寸的限制，地圖上不能表示所有地名，故需要選取重要的、具有指示意義的地名進(jìn)行標(biāo)注，主要包括行政區(qū)域名、重要單位、道路、河流、其他重要地名等。

6）地圖綜合處理。主要是把各個(gè)要素疊加到一起，通過(guò)調(diào)整點(diǎn)線面要素的圖層顯示順序和要素顏色，調(diào)整文字注記的大小和位置，添加版面設(shè)計(jì)內(nèi)容，形成一幅完整的影像掛圖，最后輸出印刷。

7）質(zhì)量檢查。對(duì)影像掛圖的要素使用情況、排版、開(kāi)本、比例尺、保密性等進(jìn)行檢查，不符合要求的要重新設(shè)計(jì)排版和編輯，直至滿足要求再輸出印刷。

3 總結(jié)與展望

GIS 技術(shù)的發(fā)展改變了傳統(tǒng)的測(cè)繪模式，引領(lǐng)新的測(cè)繪地理信息時(shí)代，為數(shù)字城市的建設(shè)打下了堅(jiān)實(shí)的技術(shù)基礎(chǔ)，為智慧城市的建設(shè)奠定了基礎(chǔ)，尤其是WebGIS 和云計(jì)算的發(fā)展，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的采集、存儲(chǔ)、編輯、發(fā)布一體化流程，云端共享、權(quán)限控制，既提高了更新效率，又方便了公眾服務(wù)。

基于GIS 的時(shí)空信息云平臺(tái)一旦建立，可用于一切需要地圖服務(wù)的政府部門(mén)和公眾服務(wù)，開(kāi)發(fā)者只需要申請(qǐng)接口調(diào)用，即可使用地圖服務(wù)，獲得地圖的同步更新。