圖庫(kù)一體化技術(shù)研究

摘 要：對(duì)在用的基礎(chǔ)測(cè)繪軟件和現(xiàn)有基礎(chǔ)測(cè)繪成果分析得出，現(xiàn)有DWG格式制圖數(shù)據(jù)成果中相當(dāng)一部分已經(jīng)包含了GIS數(shù)據(jù)，只是沒有存儲(chǔ)為通用的GIS數(shù)據(jù)格式，通過改變其他數(shù)據(jù)表示和組成方式可以讓所有的制圖數(shù)據(jù)均包含GIS數(shù)據(jù)。提出一種圖庫(kù)一體化技術(shù)，即，通過一種圖形信息化技術(shù)把制圖數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換存入數(shù)據(jù)庫(kù)，滿足日常的空間數(shù)據(jù)管理需求，通過一種信息圖形化技術(shù)再把出庫(kù)數(shù)據(jù)“還原”成入庫(kù)前的數(shù)據(jù)，以一種無損的、可逆的方式把制圖數(shù)據(jù)、GIS數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)庫(kù)管理等融為一體。該技術(shù)能夠充分利用現(xiàn)有的制圖數(shù)據(jù)成果建立GIS數(shù)據(jù)庫(kù)滿足當(dāng)前空間數(shù)據(jù)管理和GIS應(yīng)用需求，并能輸出滿足國(guó)標(biāo)圖式的制圖數(shù)據(jù)。

關(guān)鍵詞：制圖數(shù)據(jù) GIS數(shù)據(jù) 圖形信息化 信息圖形化 圖庫(kù)一體化

中圖分類號(hào)：P28 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2013）05（c）-0038-02

天津市測(cè)繪院于1998年引入廣州開思軟件后，迅速推動(dòng)了AutoCAD軟件在內(nèi)外業(yè)的應(yīng)用，使AutoCAD軟件逐步成為主要的測(cè)繪采集編輯基礎(chǔ)平臺(tái)軟件。2009年啟動(dòng)開發(fā)的《天津市基礎(chǔ)地理信息采集編輯軟件》（以后簡(jiǎn)稱采編軟件）一期目標(biāo)已基本實(shí)現(xiàn)，即替代開思軟件。目前，在天津市測(cè)繪院積累了大量的基于AutoCAD軟件的開發(fā)經(jīng)驗(yàn)和成果，并積累了大量的DWG格式數(shù)據(jù)成果，其中1∶500和1∶2000符合《數(shù)據(jù)字典要求》。

開思軟件是以插入點(diǎn)、骨架線、框架線、范圍線等具有定位作用的要素（該類要素簡(jiǎn)稱為特征要素，見圖1）組織各部分符號(hào)的空間關(guān)系，以此來表示一個(gè)完整的地物。現(xiàn)有的CAD制圖數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換GIS數(shù)據(jù)的基本流程是提取定位點(diǎn)（塊）、簡(jiǎn)單線、骨架線、框架線、閉合范圍線等存儲(chǔ)為GIS格式的點(diǎn)、線、面，然后添加屬性，有些地物需要拓?fù)錁?gòu)面，這也是轉(zhuǎn)換難度所在。也就是說現(xiàn)有的CAD制圖數(shù)據(jù)中，相當(dāng)部分已具備GIS數(shù)據(jù)特性只是存儲(chǔ)格式不同而已，這就是利用信息圖形化技術(shù)（城市勘測(cè)，2011年第4期）實(shí)現(xiàn)制圖數(shù)據(jù)和GIS數(shù)據(jù)一體化的理論基礎(chǔ)。

1 現(xiàn)有軟件和數(shù)據(jù)不足

開思軟件設(shè)計(jì)的骨架線、框架線主要目的是支持繪圖函數(shù)繪制符號(hào)，開思軟件在早期只關(guān)注圖面編輯。隨著數(shù)字化測(cè)繪技術(shù)完善和提高，對(duì)數(shù)據(jù)有了更高的要求，開思開始注重?cái)?shù)據(jù)質(zhì)量，把地物的屬性以擴(kuò)展屬性的方式記錄到特征要素上，也引入了關(guān)聯(lián)，但受當(dāng)時(shí)AutoCAD平臺(tái)限制，沒有利用拓?fù)涮岣邤?shù)據(jù)質(zhì)量和生產(chǎn)效率。靠句柄關(guān)聯(lián)沒有很好的解決地物的完整性問題。

《采編軟件》基本沿襲了開思軟件的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和操作習(xí)慣，已經(jīng)替代開思成為天津市測(cè)繪院基礎(chǔ)測(cè)繪軟件。雖然《采編軟件》在關(guān)聯(lián)關(guān)系、繪圖工具、編輯工具等若干方面有了改進(jìn)和完善，還有很多創(chuàng)新點(diǎn)，但《采編軟件》以開思的替代品為目的設(shè)計(jì)，因此并沒有賦予進(jìn)一步的開發(fā)、設(shè)計(jì)需求。目前，《采編軟件》涉及到了保存圖形的編輯信息，但仍然還有很多工作要做；《采編軟件》和開思軟件一樣，在采編功能和數(shù)據(jù)格式方面，基本沒有針對(duì)數(shù)據(jù)建庫(kù)的需要做特殊的設(shè)計(jì)。

開思軟件和《采編軟件》，最大的優(yōu)點(diǎn)是遵循了《國(guó)家基本比例尺地圖圖式》，最大的缺陷是沒有解決數(shù)據(jù)建庫(kù)問題。我們通過對(duì)“一邊有墻的棚房”數(shù)據(jù)分解看現(xiàn)有數(shù)據(jù)的構(gòu)成（見圖2）。

以“一邊有墻的棚房”為例，從圖2中可以看出，有些數(shù)據(jù)已經(jīng)包含了制圖數(shù)據(jù)，即滿足《國(guó)家基本比例尺地圖圖式》；還包含了GIS數(shù)據(jù)特性，即從圖形（Geometry）和屬性（Attribute）上已經(jīng)滿足了GIS數(shù)據(jù)要求，只是沒有存儲(chǔ)為通用的GIS數(shù)據(jù)格式。也就是說，一個(gè)地物，或單幅圖，或一個(gè)分區(qū)內(nèi)，即在一個(gè)DWG文件內(nèi)，已經(jīng)包含了制圖數(shù)據(jù)和GIS數(shù)據(jù)。當(dāng)然，并不是所有地物都像“一邊有墻的棚房”一樣包含了制圖數(shù)據(jù)和GIS數(shù)據(jù)，我們可以對(duì)其進(jìn)行數(shù)據(jù)分解或改變其構(gòu)成，使其也能包含制圖數(shù)據(jù)和GIS數(shù)據(jù)。

2 圖庫(kù)一體化技術(shù)

2.1 圖庫(kù)一體化概念

圖，是指制圖數(shù)據(jù)，也可以是一個(gè)制圖數(shù)據(jù)文件；庫(kù)，是指GIS數(shù)據(jù)庫(kù)，也可以是GIS數(shù)據(jù)。圖庫(kù)一體化是指，把一套制圖數(shù)據(jù)，通過圖形信息化技術(shù)把制圖符號(hào)信息按“信息化規(guī)則”記錄到特征要素上，圖形信息化的成果是帶有符號(hào)信息和屬性信息的點(diǎn)、線、面，即帶有符號(hào)信息的“GIS數(shù)據(jù)”；帶符號(hào)信息的“GIS數(shù)據(jù)”入庫(kù)，滿足日?？臻g數(shù)據(jù)管理需求；出庫(kù)的數(shù)據(jù)通過信息圖形化技術(shù)還原成“入庫(kù)前”的數(shù)據(jù)等一系列技術(shù)流程。

2.2 圖庫(kù)一體化技術(shù)流程

圖庫(kù)一體化技術(shù)流程包括如下5個(gè)重要模塊（見圖3）。

（1）圖形信息化。把符號(hào)要素信息以一種格式記錄存儲(chǔ)到特征要素上，作為“圖形信息”；部分復(fù)雜地物，人工編輯的符號(hào)要素過多且復(fù)雜，信息存儲(chǔ)難度大，將部分符號(hào)經(jīng)處理后，作為“圖形信息”的輔助要素。

（2）信息數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換入庫(kù)。將DWG格式的圖形信息化成果轉(zhuǎn)換成（GIS）預(yù)定的格式存儲(chǔ)在Oracle數(shù)據(jù)庫(kù)中。

（3）空間數(shù)據(jù)庫(kù)管理。利用Oracle Spatial開發(fā)數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)，提供查詢提取、裁切分發(fā)、入庫(kù)合并等若干服務(wù)?？臻g數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)入庫(kù)、出庫(kù)模塊。

（4）數(shù)據(jù)出庫(kù)。根據(jù)需求范圍線裁切空間數(shù)據(jù)，輸出DWG格式數(shù)據(jù)。

（5）信息圖形化，信息圖形化模塊從數(shù)據(jù)字典數(shù)據(jù)庫(kù)提取制圖參數(shù)，把信息數(shù)據(jù)中的“圖形信息”還原成入庫(kù)之前的符號(hào)（塊、線型、線寬、字體、字高、顏色、圖層等若干參數(shù)），即DWG格式的數(shù)據(jù)（如同入庫(kù)前的DWG數(shù)據(jù)成果）。

2.3 圖庫(kù)一體化解決的問題

（1）還原滿足國(guó)標(biāo)圖式的符號(hào)。制圖數(shù)據(jù)的重要性在于其完全滿足《國(guó)家基本比例尺地圖圖式》，但不容易建庫(kù)；圖庫(kù)一體化的重要意義在于在無損制圖符號(hào)信息的條件下轉(zhuǎn)換進(jìn)入GIS數(shù)據(jù)庫(kù)，并且出庫(kù)后，能還原出制圖數(shù)據(jù)原貌。

（2）一套數(shù)據(jù)建庫(kù)。制圖數(shù)據(jù)與GIS數(shù)據(jù)一體化，即只維護(hù)一套信息數(shù)據(jù)，用信息數(shù)據(jù)建庫(kù)。充分應(yīng)用CAD的制圖功能和GIS的空間管理功能，有效的解決現(xiàn)有基礎(chǔ)數(shù)據(jù)建庫(kù)問題，能將DWG格式的數(shù)據(jù)無損的存入數(shù)據(jù)庫(kù)，數(shù)據(jù)庫(kù)能提供GIS數(shù)據(jù)分析和管理的各種服務(wù)，數(shù)據(jù)庫(kù)輸出的數(shù)據(jù)能夠無損的還原成入庫(kù)前的DWG格式數(shù)據(jù)（包括線型、圖層、注記、關(guān)聯(lián)等所有圖形信息）。

（3）為自動(dòng)縮編保存必要的編輯及符號(hào)信息。自動(dòng)縮編，尤其是自動(dòng)制圖綜合是需要參考制圖信息的，即圖面表示的合理性。目前制圖綜合還是一個(gè)世界難題，但保留必要的制圖信息供未來進(jìn)一步的開發(fā)是很有必要的。

（4）GIS數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)提取?，F(xiàn)有的作業(yè)模式是通過制圖數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換GIS數(shù)據(jù)，但時(shí)常會(huì)因?yàn)閿?shù)據(jù)質(zhì)量，出現(xiàn)這樣或那樣的問題。即使是個(gè)別地物轉(zhuǎn)換失敗，需要手動(dòng)處理，也最終未能實(shí)現(xiàn)制圖數(shù)據(jù)到GIS數(shù)據(jù)的自動(dòng)轉(zhuǎn)換。圖庫(kù)一體化的數(shù)據(jù)庫(kù)中已經(jīng)包含了GIS數(shù)據(jù)，則可實(shí)時(shí)提取GIS數(shù)據(jù)。

3 圖形信息化和信息圖形化

3.1 圖形信息化

圖形信息化是信息圖形化的基礎(chǔ)，是圖庫(kù)一體化的關(guān)鍵技術(shù)。地物的哪些符號(hào)需要作為信息保存，是需要判斷的。地物的符號(hào)信息提取與記錄是圖形信息化的關(guān)鍵技術(shù)，這個(gè)過程叫做圖形信息化。準(zhǔn)確記錄關(guān)鍵信息，以一種易讀的方式存儲(chǔ)，占用最小的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間，是圖形信息化的基本原則。

需要保存的信息，基本可以概括為人工編輯的成果信息，或者叫側(cè)重形象思維的圖形信息。例如，用戶為了滿足圖面需求編輯過的注記字高、注記位置，線狀符號(hào)交匯處理等信息。能根據(jù)編碼從數(shù)據(jù)字典數(shù)據(jù)庫(kù)中提取的信息如線型、線寬、符號(hào)塊、圖層、顏色均不記錄，繪圖函數(shù)能自動(dòng)生成的圖形符號(hào)信息也不保存。以“開采的依比例尺通風(fēng)平峒洞口”為例（見圖4），要記錄的圖形信息包括，性質(zhì)注記“煤”的插入點(diǎn)和字體，名稱注記“大同”的插入點(diǎn)和字體（字高通過字體名稱反算）。外圍符號(hào)邊線、中間的符號(hào)均可通過繪圖函數(shù)繪制，不記錄。

“開采的依比例尺通風(fēng)平峒洞口”的圖形信息化之后的屬性信息如下：

注冊(cè)程序名稱：Map_Info

1000：1320203109

1000：開采的依比例尺平峒洞口

1000：大同

1000：煤

1000：進(jìn)水

3.2 信息圖形化

信息圖形化，顧名思義，是用信息圖形化模塊讀取存儲(chǔ)在特征要素上的符號(hào)信息或?qū)傩孕畔ⅲ罁?jù)編碼從數(shù)據(jù)字典數(shù)據(jù)庫(kù)中提取特定符號(hào)化參數(shù)，還原符號(hào)?？梢姡畔D形化技術(shù)是數(shù)據(jù)庫(kù)中的信息數(shù)據(jù)出庫(kù)還原成入庫(kù)前的數(shù)據(jù)，即符號(hào)化成滿足《國(guó)家基本比例尺地圖圖式》的關(guān)鍵技術(shù)。 特征要素的選擇，參見《數(shù)據(jù)字典》的“幾何表示”。

信息圖形化有三個(gè)重要應(yīng)用：（1）符號(hào)、注記相關(guān)屬性被編輯，例如房屋層數(shù)（XData）被編輯，觸發(fā)注記“G5”被自動(dòng)修改成“G6”。（2）特征要素被編輯，例如圖3中骨架線節(jié)點(diǎn)移動(dòng)，觸發(fā)重繪符號(hào)。（3）數(shù)據(jù)出庫(kù)，還原成制圖數(shù)據(jù)與GIS數(shù)據(jù)一體的“入庫(kù)前的”數(shù)據(jù)。其中（1）讀取的是記錄在特征要素上的屬性信息，不是圖形信息。

地物的多樣性導(dǎo)致繪圖函數(shù)的復(fù)雜性。根據(jù)國(guó)標(biāo)編碼和地物的具體繪制方式可以有效的將地物歸類，抽象出相對(duì)通用的繪圖函數(shù)，而信息圖形化模塊則根據(jù)國(guó)標(biāo)編碼調(diào)用相應(yīng)的繪圖函數(shù)。在實(shí)際應(yīng)用中，有的地物只需要還原注記，有的地物只需要還原符號(hào)，有的地物兩者均需要還原。

4 技術(shù)可行性

圖庫(kù)一體化軟件包括圖形信息化、轉(zhuǎn)換入庫(kù)、空間數(shù)據(jù)管理、轉(zhuǎn)換出庫(kù)、信息圖形化五大模塊。目前從技術(shù)可行性角度開發(fā)了實(shí)驗(yàn)版的軟件。軟件能夠?qū)崿F(xiàn)，將兩片按單元管理的地形圖（全要素）分別圖形信息化，轉(zhuǎn)換入庫(kù)；入庫(kù)后的數(shù)據(jù)支持裁切、出庫(kù)；出庫(kù)的信息數(shù)據(jù)可被還原成如同入庫(kù)前的DWG格式成果數(shù)據(jù)。實(shí)驗(yàn)版軟件開發(fā)完成能說明圖庫(kù)一體化技術(shù)具有可行性，但距離工程應(yīng)用還有很長(zhǎng)的路。比如，需要完善各模塊與繪圖函數(shù)整合，圖形信息化和入庫(kù)時(shí)對(duì)一些欠標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)的包容性處理，空間數(shù)據(jù)管理方面的增量更新、Oracle等商業(yè)數(shù)據(jù)庫(kù)的管理等若干需要開發(fā)、完善的技術(shù)性問題，都需要投入大量的時(shí)間和人力。

5 結(jié)語(yǔ)

本文研究的基于圖形信息化和信息圖形化技術(shù)的圖庫(kù)一體化技術(shù)，能夠充分利用現(xiàn)有的制圖數(shù)據(jù)成果建立GIS數(shù)據(jù)庫(kù)滿足當(dāng)前空間數(shù)據(jù)管理和GIS應(yīng)用需求；在自動(dòng)符號(hào)化還是世界難題的當(dāng)下，解決了現(xiàn)行的GIS數(shù)據(jù)建庫(kù)不能輸出滿足國(guó)標(biāo)圖式的制圖數(shù)據(jù)的技術(shù)難題，尤其是繞開但解決了符號(hào)爭(zhēng)位和表面注記擺放等技術(shù)難題。

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