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)

施一軍

(南京市測(cè)繪勘察研究院有限公司，江蘇南京210005)

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)

施一軍

(南京市測(cè)繪勘察研究院有限公司，江蘇南京210005)

提出利用已有的多尺度GIS、DLG數(shù)據(jù)庫(kù)，以及遙感影像數(shù)據(jù)庫(kù)等多源數(shù)據(jù)，基于GIS技術(shù)建立地圖數(shù)據(jù)庫(kù)的構(gòu)想、原則和設(shè)計(jì)思路，并介紹其在實(shí)際工作中的應(yīng)用。

地圖數(shù)據(jù)庫(kù);GIS數(shù)據(jù)庫(kù);遙感影像庫(kù);概念設(shè)計(jì);邏輯設(shè)計(jì)

一、引 言

現(xiàn)代測(cè)繪的發(fā)展已進(jìn)入到了信息化時(shí)代，從國(guó)家到地方均在開展數(shù)據(jù)采集、整合、建庫(kù)和應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)等工作，旨在促進(jìn)地理信息資源的充分利用，使之能夠更直接、更廣泛地服務(wù)于經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的各個(gè)方面。而GIS特有的基于空間數(shù)據(jù)庫(kù)的表達(dá)、顯示和處理技術(shù)，也為地圖編制的數(shù)字表達(dá)、操作和顯示提供了成套方法。同時(shí)，作為地理信息要素的直觀表達(dá)，以及記錄地理信息的一種圖形語(yǔ)言形式，地圖可以從不同方面、不同專題系統(tǒng)地記錄和傳輸實(shí)體世界歷史的、現(xiàn)在的和規(guī)劃預(yù)測(cè)的地理景觀信息。因此，為了快速制作現(xiàn)勢(shì)的多比例尺地圖產(chǎn)品，利用GIS技術(shù)建立地圖數(shù)據(jù)庫(kù)是十分必要的，它是建立制圖信息系統(tǒng)的基礎(chǔ)，為地圖的快速編制和更新提供了現(xiàn)勢(shì)數(shù)據(jù)庫(kù)。

目前正在開展的“南京市基礎(chǔ)地形圖動(dòng)態(tài)維護(hù)”項(xiàng)目，能夠一年兩輪地動(dòng)態(tài)更新南京市DLG數(shù)據(jù)，從而保證了DLG及GIS數(shù)據(jù)庫(kù)的現(xiàn)勢(shì)性。同時(shí)，遙感影像圖基本上也能夠保證兩年的現(xiàn)勢(shì)性，這些都為地圖數(shù)據(jù)庫(kù)的建立及更新創(chuàng)造了極為有利的條件。

二、建立地圖數(shù)據(jù)庫(kù)的基本原則

建立地圖數(shù)據(jù)庫(kù)的基本原則主要包括以下幾點(diǎn)。

1)高效性:地圖數(shù)據(jù)庫(kù)建立的首要目的是為了提高生產(chǎn)效率，縮短成圖周期，以顯示出數(shù)字制圖較常規(guī)制圖在信息表達(dá)、傳輸、管理上的強(qiáng)大優(yōu)勢(shì)。

2)適應(yīng)性:地圖數(shù)據(jù)庫(kù)的設(shè)計(jì)須根據(jù)不同需要進(jìn)行分類、分級(jí)、分層設(shè)置。數(shù)據(jù)實(shí)行單獨(dú)分層管理，也可以實(shí)行疊加管理和動(dòng)態(tài)管理，為用戶的使用提供靈活性，即提供短時(shí)間內(nèi)調(diào)整地圖設(shè)計(jì)方案和表示方法的可能性，以充分提高地圖數(shù)據(jù)源(庫(kù))的適應(yīng)性，廣泛滿足不同專題地圖的制圖需求。

3)現(xiàn)勢(shì)性:地圖數(shù)據(jù)庫(kù)的建立需便于改動(dòng)和補(bǔ)充內(nèi)容，以提高地圖信息的現(xiàn)勢(shì)性。

4)實(shí)用性:地圖數(shù)據(jù)庫(kù)的建立應(yīng)有效地提高地圖應(yīng)用的廣度和深度，并實(shí)現(xiàn)圖上量算的自動(dòng)化、精確化，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)分析、評(píng)估和預(yù)測(cè)等功能。DTM還可以直接生成坡度圖、坡向圖等，以增強(qiáng)地圖的實(shí)用性。

5)客觀性:地圖數(shù)據(jù)庫(kù)的建立能減少由于制圖者的主觀性和隨意性而產(chǎn)生的誤差，并以翔實(shí)得當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)反映圖面地理信息，具有較強(qiáng)的客觀性，也便于實(shí)現(xiàn)制圖的概括與綜合。

三、地圖數(shù)據(jù)庫(kù)構(gòu)建

1.地圖數(shù)據(jù)庫(kù)概念設(shè)計(jì)

數(shù)據(jù)庫(kù)庫(kù)體內(nèi)容包括南京市范圍內(nèi)已經(jīng)建立完成的多比例尺現(xiàn)勢(shì)GIS數(shù)據(jù)庫(kù)、現(xiàn)勢(shì)遙感影像庫(kù)、地圖制作符號(hào)庫(kù)、素材庫(kù)等。其中，GIS數(shù)據(jù)庫(kù)又包括DLG數(shù)據(jù)、DRG數(shù)據(jù)、地名數(shù)據(jù)等，并且DLG數(shù)據(jù)和地名數(shù)據(jù)均為矢量數(shù)據(jù);遙感影像庫(kù)包括IKONOS衛(wèi)星影像、QuickBird衛(wèi)星影像、航攝正射影像DOM數(shù)據(jù)等;地圖制作符號(hào)庫(kù)存放的是Corel-DRAW格式的地圖常用符號(hào);素材庫(kù)存放的是地圖制作所需要的圖片、文字、簡(jiǎn)介、多媒體等內(nèi)容數(shù)據(jù)。GIS數(shù)據(jù)庫(kù)和遙感影像庫(kù)是地圖制作的數(shù)據(jù)源和基礎(chǔ)，它們的建立是在一定的標(biāo)準(zhǔn)下完成的，且需動(dòng)態(tài)更新。符號(hào)庫(kù)和素材庫(kù)的建立是地圖設(shè)計(jì)的輔助手段，可以為地圖制作者提供各類制圖素材。具體設(shè)計(jì)架構(gòu)圖如圖1所示。

圖1 地圖數(shù)據(jù)庫(kù)概念設(shè)計(jì)架構(gòu)圖

2.地圖數(shù)據(jù)庫(kù)邏輯設(shè)計(jì)

地圖數(shù)據(jù)庫(kù)是將空間數(shù)據(jù)(包括矢量、柵格、影像等)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DBMS中的表對(duì)應(yīng)，即每一個(gè)要素都對(duì)應(yīng)著表中的一個(gè)記錄。將數(shù)據(jù)按照數(shù)據(jù)集、數(shù)據(jù)區(qū)與數(shù)據(jù)層3個(gè)邏輯單元，面向不同比例尺、不同分辨率的地形圖、衛(wèi)星航空影像等多源、多尺度數(shù)據(jù)進(jìn)行組織與存儲(chǔ)。

(1)GIS地圖數(shù)據(jù)庫(kù)

主要利用現(xiàn)勢(shì)GIS數(shù)據(jù)庫(kù)中居民地、境界、交通、水系、植被等要素，通過GIS相關(guān)技術(shù)組織提取、綜合數(shù)據(jù)，制作符合地圖編制要求的GIS地圖數(shù)據(jù)庫(kù)。由于地圖數(shù)據(jù)在表現(xiàn)手法及層次感上比GIS、DLG數(shù)據(jù)更豐富，分層分級(jí)要求更高。因此，為滿足地圖制作而設(shè)計(jì)的GIS地圖數(shù)據(jù)庫(kù)，首先需要對(duì)要素進(jìn)行再處理、細(xì)化、分類，每一個(gè)要素均有唯一地物編碼，并有統(tǒng)一的坐標(biāo)系統(tǒng)相關(guān)聯(lián)，如道路要素，分為道路邊線層和道路中心線層，再按照道路等級(jí)細(xì)分為地鐵線、地鐵站點(diǎn)、高速公路、鐵路線、一級(jí)道路、二級(jí)道路、三級(jí)道路、四級(jí)道路、內(nèi)部道路及相應(yīng)注記等;以GIS數(shù)據(jù)庫(kù)為基礎(chǔ)構(gòu)建居民地專題要素?cái)?shù)據(jù)層，主要是按照功能和地圖關(guān)心的興趣點(diǎn)來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)，包括政府機(jī)關(guān)、省屬機(jī)關(guān)單位、市屬機(jī)關(guān)單位、街道辦事處、企事業(yè)單位、學(xué)校、醫(yī)院、商城、超市、餐飲、銀行、郵局等多類，各項(xiàng)分類均以代碼或者用途進(jìn)行區(qū)分，以便于查詢檢索。同時(shí)，每個(gè)分類還可以根據(jù)屬性再細(xì)分子類，具體設(shè)計(jì)如表1所示。

(2)遙感影像庫(kù)

包括DOM和DEM數(shù)據(jù)，其中DOM數(shù)據(jù)包括衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)和航攝數(shù)據(jù)。為了便于地圖后期制作，影像由TIF格式轉(zhuǎn)換為JPG格式，并按照分幅、分片、分區(qū)存儲(chǔ)，以便于后期制作影像圖集和影像掛圖等需要。

表1 地圖數(shù)據(jù)庫(kù)GIS數(shù)據(jù)邏輯設(shè)計(jì)

四、實(shí)際應(yīng)用

地圖數(shù)據(jù)庫(kù)是為編制某一特定比例尺地圖而建立的地圖原料倉(cāng)庫(kù)，其中包括無(wú)損GIS數(shù)據(jù)、影像數(shù)據(jù)等，以及為地圖制作而建立的豐富的符號(hào)庫(kù)和素材庫(kù)。地圖數(shù)據(jù)庫(kù)的建立為地圖制作的規(guī)范、系統(tǒng)、高效、現(xiàn)勢(shì)提供了依據(jù)。有了地圖數(shù)據(jù)庫(kù)，地圖表現(xiàn)的信息將更加豐富和完整，如需要表示碼頭，可以從數(shù)據(jù)庫(kù)中直接調(diào)取所有全市域的碼頭信息，再進(jìn)行編輯，這樣碼頭要素就不會(huì)有缺失，提高了正確性和完整性。它在實(shí)際地圖工作中的應(yīng)用主要包括以下幾方面。

1.地圖制作前期策劃設(shè)計(jì)

在地圖制作初期，按照設(shè)計(jì)思路首先需要確定制圖比例尺與開本大小，以及圖面需表現(xiàn)的各類制圖要素內(nèi)容。利用已有的地圖數(shù)據(jù)庫(kù)，可以任意截取所需范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)進(jìn)行試驗(yàn)，也可以很方便地打印出制圖效果，并通過直觀地判斷圖面的要素負(fù)載量，確定合適的制圖比例尺，方便了設(shè)計(jì)方案的推敲與調(diào)整，從而為地圖策劃設(shè)計(jì)提供了依據(jù)與便捷。

2.影像地圖制作

影像地圖制作，需利用遙感影像庫(kù)制作影像底圖，在GIS數(shù)據(jù)庫(kù)中應(yīng)用GIS技術(shù)提取相應(yīng)范圍內(nèi)的一定等級(jí)的水系面、道路中心線，完成對(duì)影像數(shù)據(jù)中水系和道路的重構(gòu)工作，接著分層提取相應(yīng)地物、道路、景點(diǎn)等注記，綜合取舍，分類、分色、分字體進(jìn)行標(biāo)注及符號(hào)化，從而快速完成影像地圖的編輯工作。

3.線劃地圖制作

首先根據(jù)編輯地圖的范圍大小，直接從地圖數(shù)據(jù)庫(kù)中裁切范圍內(nèi)的道路中心線、居民地面、水系面、境界面、綠地面、注記等要素，并根據(jù)地圖幅面的大小，確定地圖表達(dá)的比例尺;然后對(duì)地圖數(shù)據(jù)庫(kù)中的相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行自動(dòng)綜合取舍，包括路網(wǎng)抽稀、水系提取、居民地綜合、注記分級(jí)提取等;最后輸出數(shù)據(jù)至地圖編輯軟件中，再進(jìn)行精細(xì)分類、綜合取舍、符號(hào)化等設(shè)計(jì)制作。這樣的制作方式既保證了成圖現(xiàn)勢(shì)性和完整性，又縮短了成圖周期。

4.地圖要素更新

地圖的現(xiàn)勢(shì)性是編制地圖的首要原則，已完成的地圖需要適時(shí)進(jìn)行更新，更新的方法有兩種:①針對(duì)變化大的地區(qū)直接調(diào)用地圖數(shù)據(jù)庫(kù)中相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行重新編輯制作;② 對(duì)局部有變化的地區(qū)使用地圖數(shù)據(jù)庫(kù)中的相應(yīng)要素作為背景，對(duì)原數(shù)據(jù)進(jìn)行更新。

五、結(jié)束語(yǔ)

筆者以地圖數(shù)據(jù)庫(kù)為基礎(chǔ)，完成了《南京市影像地圖集》(主城篇、江寧篇、浦口篇、六合篇)共4本圖集的編印工作，現(xiàn)已出版發(fā)行;還完成了《南京市全圖》(全開)的編印，以及每年各類地圖作品的更新，切身體驗(yàn)了地圖數(shù)據(jù)庫(kù)在地圖制作中發(fā)揮的巨大作用。但是根據(jù)實(shí)際應(yīng)用中要求的不斷提高，后期還需繼續(xù)發(fā)揮GIS技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，完善地圖數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)容。同時(shí)，為了保證地圖數(shù)據(jù)庫(kù)的現(xiàn)勢(shì)性和完整性，還需要在數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、構(gòu)建流程等方面繼續(xù)進(jìn)行研究，以提高地圖制作的自動(dòng)化程度。此外，還需利用GIS技術(shù)在地圖編制與應(yīng)用方面的廣泛性和先進(jìn)性上作進(jìn)一步研究，以實(shí)現(xiàn)GIS與地圖的高度融合。

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The Design and Application of Spatial Database Construction Based on GIS Technology

SHI Yijun

0494-0911(2011)11-0071-03

P208

B

2011-09-21

施一軍(1970—)，女，江蘇南京人，高級(jí)工程師，主要從事測(cè)繪工程、地理信息系統(tǒng)與地圖的研究工作。