地圖數(shù)據(jù)與空間數(shù)據(jù)一體化生產(chǎn)模式的實(shí)現(xiàn)

李靜蘭

(太原市勘察測(cè)繪研究院，山西太原 030002)

地圖數(shù)據(jù)與空間數(shù)據(jù)一體化生產(chǎn)模式的實(shí)現(xiàn)

李靜蘭?

(太原市勘察測(cè)繪研究院，山西太原 030002)

隨著地理信息技術(shù)快速發(fā)展，測(cè)繪部門已經(jīng)成為了地理信息產(chǎn)業(yè)中重要的組成部分，空間數(shù)據(jù)生產(chǎn)成為測(cè)繪部門除地圖制圖以外的另一主要任務(wù)。本文介紹了基于測(cè)繪部門現(xiàn)有的制圖數(shù)據(jù)生產(chǎn)體系上所實(shí)現(xiàn)的地圖數(shù)據(jù)與空間數(shù)據(jù)一體化生產(chǎn)模式，從數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)、生產(chǎn)平臺(tái)、數(shù)據(jù)管理及生產(chǎn)流程等方面進(jìn)行了相關(guān)論述。

一體化生產(chǎn)系統(tǒng)；數(shù)據(jù)準(zhǔn)則；編輯平臺(tái)；數(shù)據(jù)管理；生產(chǎn)流程

1 引 言

地圖數(shù)據(jù)與空間數(shù)據(jù)生產(chǎn)一體化是DLG生產(chǎn)的同時(shí)兼顧空間數(shù)據(jù)的生產(chǎn)，在一個(gè)生產(chǎn)流程中同時(shí)得到地圖數(shù)據(jù)和空間數(shù)據(jù)兩種產(chǎn)品，起到事半功倍的作用。隨著地理信息數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)和地圖制圖全數(shù)字化生產(chǎn)的不斷完善，地圖數(shù)據(jù)與空間數(shù)據(jù)生產(chǎn)一體化已經(jīng)具備實(shí)現(xiàn)的條件。

一體化生產(chǎn)模式研究的對(duì)象是地圖與空間數(shù)據(jù)，二者的生產(chǎn)既有相似性又有差異性，相似性是一體化生產(chǎn)的基礎(chǔ)，差異性是造成兩者不同的主要矛盾，找出矛盾并解決矛盾就能把兩者結(jié)合起來(lái)。

2 制圖數(shù)據(jù)與空間數(shù)據(jù)的差異

空間數(shù)據(jù)庫(kù)和地圖都可以看做是空間數(shù)據(jù)的載體，對(duì)同一區(qū)域而言，二者表達(dá)的內(nèi)容是完全一致的，都是表達(dá)特定區(qū)域自然－社會(huì)系統(tǒng)中各種地理事物和現(xiàn)象的空間分布規(guī)律，只是表現(xiàn)的形式不同。但是，由于制圖數(shù)據(jù)與空間數(shù)據(jù)面向的對(duì)象不同，其要求又有高下之分。

地圖是通過地圖語(yǔ)言——符號(hào)系統(tǒng)表示圖形；是經(jīng)過取舍和概括的圖形(廖克，2003)。在地圖語(yǔ)言中，最重要的是地圖符號(hào)及其符號(hào)系統(tǒng)，制圖者通過運(yùn)用地圖符號(hào)把制圖對(duì)象表現(xiàn)在地圖上，而用圖者通過認(rèn)識(shí)地圖符號(hào)來(lái)認(rèn)識(shí)制圖對(duì)象。因此，制圖數(shù)據(jù)是簡(jiǎn)單的幾何模擬，著重外在的表現(xiàn)，關(guān)注的是最終成圖的質(zhì)量，即成圖的精度、顏色與搭配、線型和符號(hào)的規(guī)范化、圖面的美觀程度以及整飾的質(zhì)量等。制圖數(shù)據(jù)的生產(chǎn)是建立在面向機(jī)助制圖的數(shù)據(jù)模型上，其本質(zhì)是數(shù)字制圖模型(DCM)，強(qiáng)調(diào)制圖要素的符號(hào)化表示，以圖形符號(hào)為主要操作對(duì)象。

空間數(shù)據(jù)則是更高層次的空間建模，強(qiáng)調(diào)內(nèi)在的聯(lián)系。在空間數(shù)據(jù)庫(kù)中，地物之間的拓?fù)潢P(guān)系是通過嚴(yán)密的數(shù)學(xué)邏輯規(guī)則建立的，不精確的東西就不可能得到正確的識(shí)別?？臻g數(shù)據(jù)側(cè)重于客觀地理實(shí)體的數(shù)字景觀模型(DLM)的描述。地理信息系統(tǒng)不強(qiáng)調(diào)物理特征符號(hào)化表示，利用要素屬性編碼進(jìn)行控制，因此以屬性編碼為主。

3 生產(chǎn)模式的分析

地圖和空間數(shù)據(jù)可以相互轉(zhuǎn)換，但是由于前述兩種數(shù)據(jù)之間的差異，會(huì)造成二者轉(zhuǎn)換過程存在一定的問題。

(1)地圖數(shù)據(jù)向空間數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換

描述空間實(shí)體一般要包括三種基本信息:語(yǔ)義信息、量度信息和關(guān)系結(jié)構(gòu)信息。語(yǔ)義信息表明實(shí)體的類型，度量信息用于描述實(shí)體的形狀和位置等幾何信息，關(guān)系結(jié)構(gòu)信息用于描述一個(gè)實(shí)體與其他實(shí)體的聯(lián)系。要素編碼是空間數(shù)據(jù)的語(yǔ)義描述模型，描述要素的分類、分級(jí)；要素的質(zhì)量特征、數(shù)量特征和其他附屬信息歸為要素的屬性數(shù)據(jù)，在屬性數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)項(xiàng)中描述；要素的空間分布特征和空間相互關(guān)系歸為要素的空間幾何數(shù)據(jù)，在數(shù)據(jù)體中描述。因此，在地圖數(shù)據(jù)向空間數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換時(shí)，其數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)內(nèi)部質(zhì)量可能不滿足空間數(shù)據(jù)要求。

(2)空間數(shù)據(jù)向地圖數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換

地圖信息具有明確的信息數(shù)量和信息質(zhì)量。通常把地圖信息劃分為直接信息和間接信息。來(lái)自現(xiàn)有特性和圖形的信息稱為直接信息，直接信息包含位置、注記、語(yǔ)義和顏色四種信息；不是來(lái)自符號(hào)本身，而是通過要素的分布和組合來(lái)反映、要通過間接的分析來(lái)取得的信息稱為間接信息。

因此地圖信息不能從空間數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換回來(lái)，這就意味著利用空間數(shù)據(jù)生成滿足要求的符號(hào)化地圖產(chǎn)品，必須通過其他途徑，如地圖編輯，來(lái)實(shí)現(xiàn)合理的地圖信息補(bǔ)充。

從生產(chǎn)目標(biāo)來(lái)看，空間數(shù)據(jù)比制圖數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)內(nèi)部質(zhì)量要求更廣泛和嚴(yán)密，而地圖數(shù)據(jù)比空間數(shù)據(jù)具有更豐富的數(shù)據(jù)表達(dá)形式。如果通過地圖符號(hào)化方法將制圖數(shù)據(jù)分解為空間數(shù)據(jù)與符號(hào)化信息，則只需強(qiáng)化制圖數(shù)據(jù)內(nèi)部數(shù)據(jù)質(zhì)量則可以在生產(chǎn)制圖數(shù)據(jù)過程中同時(shí)得到空間數(shù)據(jù)。

4 一體化生產(chǎn)模式的實(shí)現(xiàn)

通過前述對(duì)地圖數(shù)據(jù)與空間數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)模型及生產(chǎn)模式的分析，我們明確了實(shí)現(xiàn)一體化生產(chǎn)模式幾個(gè)工作步驟，如下:

(1)強(qiáng)化制圖數(shù)據(jù)內(nèi)部數(shù)據(jù)質(zhì)量，建立面向制圖與空間數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)；

(2)建立基于符號(hào)化的數(shù)據(jù)生產(chǎn)平臺(tái)；

(3)建立適應(yīng)生產(chǎn)目標(biāo)的數(shù)據(jù)管理與生產(chǎn)流程。

4.1 數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)

基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)包括要素分類與代碼、數(shù)據(jù)字典、圖式符號(hào)和數(shù)據(jù)組織。

數(shù)據(jù)字典面向空間數(shù)據(jù)生產(chǎn)要求對(duì)要素屬性信息及空間拓?fù)潢P(guān)系進(jìn)行定義，圖式符號(hào)面向大比例尺地形圖數(shù)據(jù)生產(chǎn)要求進(jìn)行的符號(hào)定義。而在數(shù)據(jù)組織方面，地圖數(shù)據(jù)以自然地理性質(zhì)為組織分層原則，這一原則更符合人們認(rèn)識(shí)地理信息的規(guī)律；空間數(shù)據(jù)以要素的幾何特征為基本的組織分層原則，這一原則是由空間數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的固有性質(zhì)所決定。通過利用要素編碼實(shí)現(xiàn)地圖數(shù)據(jù)與空間數(shù)據(jù)的自由映射來(lái)解決二者在數(shù)據(jù)組織上的差異。

基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)最重要的部分是要素分類與代碼。

在實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用中，需要將面向地理要素實(shí)體和面向圖式符號(hào)的分類編碼有機(jī)的結(jié)合在一起，通過編碼將DLM和DCM聯(lián)系和區(qū)分開。要素編碼為8位，前6位以面向地理要素對(duì)象為主體進(jìn)行分類分級(jí)編碼，保持與《基礎(chǔ)地理信息要素分類與代碼》一致。編碼的最后兩位存儲(chǔ)DLM和DCM關(guān)聯(lián)信息，即存儲(chǔ)地理要素對(duì)象與其符號(hào)的關(guān)聯(lián)信息。圖式符號(hào)是一種制圖語(yǔ)言，用于表達(dá)空間對(duì)象的某種或多種屬性信息，如數(shù)量、質(zhì)量等特征。因此，最后兩位的編碼雖然是對(duì)符號(hào)的區(qū)分，但也是對(duì)要素屬性的區(qū)分。

以“三角點(diǎn)”為例，其編碼如圖1所示。

圖1 三角點(diǎn)編碼示例

編碼前6位按要素對(duì)象進(jìn)行分類分級(jí)，而最后兩位因圖式符號(hào)表達(dá)需要而區(qū)分為三角點(diǎn)、土堆上的三角點(diǎn)、小三角點(diǎn)及土堆上的小三角點(diǎn)。在空間數(shù)據(jù)應(yīng)用時(shí)，通過前6位編碼進(jìn)行面向地理要素的識(shí)別，當(dāng)?shù)貓D表達(dá)需要的情況下，通過完整的8位編碼區(qū)分識(shí)別。

以上數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)兼顧了空間數(shù)據(jù)與制圖數(shù)據(jù)不同的編碼原則，實(shí)現(xiàn)了DCM與DLM模型的聯(lián)系與區(qū)分，奠定了制圖數(shù)據(jù)與空間數(shù)據(jù)生產(chǎn)一體化生產(chǎn)模式的基礎(chǔ)。

4.2 數(shù)據(jù)生產(chǎn)平臺(tái)

清華山維地理信息工作站(EPS2008)從地理信息角度構(gòu)建數(shù)據(jù)模型，以數(shù)據(jù)庫(kù)為核心，構(gòu)建圖形與屬性共存的框架，融圖形與屬性于一體。同時(shí)實(shí)現(xiàn)了動(dòng)態(tài)符號(hào)化機(jī)制，將地圖數(shù)據(jù)分解為圖形信息與符號(hào)化信息。在實(shí)際生產(chǎn)環(huán)節(jié)，充分利用該平臺(tái)的信息映射機(jī)制，將要素分類編碼、要素組織分層、要素屬性及符號(hào)定義封裝在平臺(tái)模板中，形成特定的制圖數(shù)據(jù)生產(chǎn)環(huán)境。

在從制圖數(shù)據(jù)到空間數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換過程中，利用EPS2008提供的SDL/VBA開發(fā)接口，定制空間數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換環(huán)境。在數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換環(huán)境中實(shí)現(xiàn)以下幾個(gè)目標(biāo):

(1)空間數(shù)據(jù)基本信息的設(shè)置，如空間參考、數(shù)據(jù)精度；

(2)定義制圖數(shù)據(jù)到空間數(shù)據(jù)的圖層對(duì)照關(guān)系；

流行性乙型腦炎(epidemic encephalitis type B)是由日本乙型腦炎病毒(Japanese Encephalitis Virus, JEV)引起的一種蟲媒性人獸共患傳染病[1]。人和多種動(dòng)物均可感染本病，以豬群感染最為普遍[1]。病豬多引起非化膿性腦炎，病人最主要特征是中樞神經(jīng)系統(tǒng)受害而出現(xiàn)意識(shí)障礙、驚厥等神經(jīng)癥狀[2]。本病被世界衛(wèi)生組織列為需要重點(diǎn)控制的傳染病。

(3)定義輸出屬性字段的對(duì)照關(guān)系。

4.3 數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)

為了配合空間數(shù)據(jù)生產(chǎn)體系的建立，太原市勘察測(cè)繪研究院?jiǎn)?dòng)基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)項(xiàng)目。該系統(tǒng)定義為院內(nèi)的數(shù)據(jù)生產(chǎn)管理系統(tǒng)，除提供了空間數(shù)據(jù)存儲(chǔ)環(huán)境外，系統(tǒng)還需實(shí)現(xiàn)一體化生產(chǎn)中相關(guān)的管理功能。

空間數(shù)據(jù)庫(kù)實(shí)現(xiàn)以任意地理要素為對(duì)象的數(shù)據(jù)管理模式。該數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)包括空間數(shù)據(jù)庫(kù)管理模塊、基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)入庫(kù)模塊、基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)管理模塊、基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)服務(wù)模塊和平臺(tái)管理模塊，共五個(gè)功能模塊。數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)采用Orcale10g和ArcSDE 9.3為空間數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和管理載體。

地理要素通過FeatureGUID進(jìn)行識(shí)別，該標(biāo)識(shí)符由計(jì)算機(jī)系統(tǒng)自動(dòng)創(chuàng)建并保持其唯一性。在空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，除基本的要素屬性字段外，還使用創(chuàng)建時(shí)間和更新時(shí)間進(jìn)行要素時(shí)態(tài)的標(biāo)識(shí)，實(shí)現(xiàn)歷史數(shù)據(jù)的管理。要素的唯一標(biāo)識(shí)符和時(shí)態(tài)標(biāo)識(shí)均由數(shù)據(jù)生產(chǎn)平臺(tái)維護(hù)。在EPS2008地理信息工作站環(huán)境下，任意地理要素的符號(hào)都是基于計(jì)算機(jī)自動(dòng)符號(hào)化機(jī)制實(shí)現(xiàn)，符號(hào)化信息(圖形特征信息)封裝在特殊數(shù)據(jù)字段GraphicInfo中，該字段的數(shù)據(jù)類型為BLOB類型。當(dāng)制圖數(shù)據(jù)向空間數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換時(shí)，所有要素的符號(hào)化信息被無(wú)損轉(zhuǎn)換到空間數(shù)據(jù)庫(kù)中。因此在基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)中是以空間數(shù)據(jù)為主體的存儲(chǔ)和管理模式。

在數(shù)據(jù)的更新方面，系統(tǒng)基于FeatureGUID以及時(shí)態(tài)標(biāo)識(shí)符實(shí)現(xiàn)要素的增量更新、歷史數(shù)據(jù)追溯和恢復(fù)。

4.4 一體化生產(chǎn)流程

生產(chǎn)流程是由一系列的工作步驟聯(lián)系起來(lái)，環(huán)環(huán)相扣，相互影響和制約。

空間數(shù)據(jù)是以空間數(shù)據(jù)庫(kù)為數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的載體，是一種無(wú)縫的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和管理模式。而地圖數(shù)據(jù)長(zhǎng)期是在分幅的概念下進(jìn)行。地圖數(shù)據(jù)從生產(chǎn)任務(wù)下達(dá)、生產(chǎn)過程和最終的數(shù)據(jù)管理幾乎都是以圖幅為基本單位進(jìn)行?？梢姵嘶镜臄?shù)據(jù)模型和編輯平臺(tái)，制圖數(shù)據(jù)與空間數(shù)據(jù)一體化生產(chǎn)模式中必須包含合理的生產(chǎn)流程。

空間數(shù)據(jù)與制圖數(shù)據(jù)一體化生產(chǎn)模式的生產(chǎn)流程必須融入新的思想，即面向?qū)ο?，?shù)據(jù)生產(chǎn)的對(duì)象定位于任意獨(dú)立的地理要素對(duì)象。在數(shù)據(jù)生產(chǎn)環(huán)境中，需要克服長(zhǎng)期以來(lái)圖幅及符號(hào)對(duì)生產(chǎn)與管理人員的深刻影響。

首先使用基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)從基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)中，按數(shù)據(jù)生產(chǎn)區(qū)域提取數(shù)據(jù)，存儲(chǔ)為以Access數(shù)據(jù)庫(kù)文件為載體的Personal GDB。生產(chǎn)區(qū)域可以是任意空間范圍。雖然由于Access數(shù)據(jù)庫(kù)本身數(shù)據(jù)容量的制約，該空間范圍還是受一定限制，但是其突破了標(biāo)準(zhǔn)分幅的概念，是無(wú)縫的存儲(chǔ)數(shù)據(jù)到生產(chǎn)數(shù)據(jù)的過渡。在EPS2008地理信息工作站中使用該數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換腳本實(shí)現(xiàn)其自有數(shù)據(jù)格式EDB與Personal GDB之間的轉(zhuǎn)換。將區(qū)域數(shù)據(jù)調(diào)入到EPS2008中進(jìn)行數(shù)據(jù)生產(chǎn)。制圖數(shù)據(jù)生產(chǎn)完畢，進(jìn)行數(shù)據(jù)質(zhì)量檢查和要素完整性維護(hù)后，再將EPS數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為空間數(shù)據(jù)，提交基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)更新。數(shù)據(jù)生產(chǎn)更新流程如圖2所示。

圖2 地圖與空間數(shù)據(jù)一體化生產(chǎn)流程圖

圖2的生產(chǎn)流程實(shí)現(xiàn)了由制圖數(shù)據(jù)生產(chǎn)到空間數(shù)據(jù)提取轉(zhuǎn)換存儲(chǔ)，再由空間數(shù)據(jù)恢復(fù)為制圖數(shù)據(jù)進(jìn)入生產(chǎn)環(huán)節(jié)的全過程，如圖3所示。

圖3 制圖數(shù)據(jù)與空間數(shù)據(jù)一體化生產(chǎn)模式

5 結(jié) 語(yǔ)

本文所述地圖數(shù)據(jù)與空間數(shù)據(jù)一體化生產(chǎn)模式是基于長(zhǎng)期形成的面向地圖數(shù)據(jù)的生產(chǎn)模式，通過對(duì)數(shù)據(jù)模型、生產(chǎn)平臺(tái)、數(shù)據(jù)管理以及生產(chǎn)流程的調(diào)整和改造而實(shí)現(xiàn)的，是目前生產(chǎn)現(xiàn)狀的一種切實(shí)可行的實(shí)踐方式。

從學(xué)科研究而言，地圖數(shù)據(jù)與空間數(shù)據(jù)一體化生產(chǎn)應(yīng)采用由數(shù)字景觀模型到數(shù)字制圖模型轉(zhuǎn)換模式才是最佳的方式。但是受到相關(guān)理論研究和實(shí)際應(yīng)用的影響，該模式尚有許多難點(diǎn)未解決，如制圖綜合在數(shù)字景觀模型到數(shù)字制圖模型轉(zhuǎn)換過程中的理論研究與實(shí)際應(yīng)用。除此之外，商業(yè)軟件在空間模式和可視化表達(dá)方面所執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)的不統(tǒng)一，給數(shù)據(jù)生產(chǎn)模式的實(shí)現(xiàn)帶來(lái)了很多約束和限制?？臻g模式與可視化表達(dá)均屬于國(guó)家地理信息標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)范圍，但是目前還未形成相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。

在信息化測(cè)繪體系階段，緊跟信息技術(shù)的發(fā)展，測(cè)繪學(xué)科領(lǐng)域充滿活力，但是新技術(shù)的應(yīng)用不能代替科學(xué)的發(fā)展。在理論研究和生產(chǎn)服務(wù)領(lǐng)域，需要應(yīng)用系統(tǒng)工程的科學(xué)思想合理有效的發(fā)揮不同學(xué)科及眾多技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，將科學(xué)技術(shù)真正轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力。

[1] 肖計(jì)劃.地理信息生成與地圖制圖一體化概念模型研究[J].測(cè)繪工程，2007.12

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Realization of the Integrative Produce System for Map and Spatial Data

Li JingLan
(Taiyuan Institute of Surveying and Mapping，Taiyuan 030002，China)

With the development of geometric Information technology，the surveying department became an important part of geometric Information industry.In addition to mapping，it is another important major for a surveying department to produce the spatial data.This paper introduces the integrative produce system for map and spatial data based on the mapping produce system，including the data criterion，edition platform，data management and produce flow.

integrative produce system；data criterion；edition platform；data management；produce flow

1672－8262(2010)03－12－04

P208

B

2010—11—13

李靜蘭(1978—)，女，助理工程師，主要從事GIS技術(shù)應(yīng)用和測(cè)繪信息化建設(shè)。