城市地形圖數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究

摘 要：本文基于筆者多年從事地圖資料管理的相關(guān)工作經(jīng)驗(yàn)，以面向地圖資料管理的數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)為研究對(duì)象，論文首先分析了地圖資料管理數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的功能要求，進(jìn)而對(duì)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和界面進(jìn)行了設(shè)計(jì)，在此基礎(chǔ)上，筆者提出了面向地圖資料管理的算法模型，全文是筆者長(zhǎng)期工作實(shí)踐基礎(chǔ)上的理論升華，相信對(duì)從事相關(guān)工作的同行能有所裨益。

關(guān)鍵詞：地圖資料管理 數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng) 設(shè)計(jì)

中圖分類(lèi)號(hào)：TP3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2013）05（a）-0015-02

大比例尺（1B500、1B1000）地形圖是城市土地管理、房產(chǎn)管理、城市規(guī)劃和市政建設(shè)等部門(mén)在工作中經(jīng)常使用的資料。由于地形圖是分幅測(cè)繪的，這使得占地面積較大的大中城市擁有大量的圖幅，例如一個(gè)100 km2的中等城市就有1600幅1B500的地形圖，400幅1B1000的地形圖，給地形圖的查閱和使用帶來(lái)了很大的困難。數(shù)字化測(cè)圖技術(shù)在城市測(cè)量中的廣泛應(yīng)用，為解決這一問(wèn)題提供了條件，目前，一些城市規(guī)劃部門(mén)的測(cè)繪院或信息中心建立了城市基礎(chǔ)地理信息系統(tǒng)，為地形圖的查閱和使用提供了便利，但這個(gè)系統(tǒng)較為龐大，無(wú)論是建設(shè)還是使用都比較復(fù)雜，大大限制了它在其他部門(mén)的使用。鑒于此，本文基于數(shù)字地形圖的一些基本特點(diǎn)提出了建立地圖管理系統(tǒng)（Map Management System，MMS）。

在城市測(cè)量中廣泛使用的大比例尺數(shù)字化測(cè)圖技術(shù)，測(cè)繪的地形圖大都是以數(shù)字形式保存的，且具有以下3個(gè)基本的特點(diǎn)。

（1）地形圖都是按某個(gè)標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一分幅的，每幅圖都用一個(gè)數(shù)據(jù)文件存儲(chǔ)，每幅圖的文件名或是以圖名命名、或是以圖號(hào)命名。

（2）同一比例尺的地形圖中，每幅圖的文件名都是唯一的。

（3）每幅圖都是按統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)將地形圖中的各要素分層存儲(chǔ)和顯示的，通常將圖廓整飾內(nèi)容（即內(nèi)圖廓以外的內(nèi)容）與地形圖的內(nèi)容分層存放。

根據(jù)數(shù)字地形圖的這些基本的存儲(chǔ)特點(diǎn)以及用戶查閱和使用地形圖的習(xí)慣方式，結(jié)合某市國(guó)土資源局的具體要求，本文研究設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)了地圖管理系統(tǒng)的方法，現(xiàn)將該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想和開(kāi)發(fā)方法總結(jié)如下。

1 系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

1.1 查詢功能

在使用地形圖的工作中，工作人員經(jīng)常需要查閱。

（1）某個(gè)地點(diǎn)所在的地形圖幅及相鄰的地形圖幅。（2）覆蓋某個(gè)區(qū)域的地形圖幅。（3）穿越某條線路的地形圖幅。（4）覆蓋某條線路一側(cè)或兩側(cè)某個(gè)范圍（或緩沖區(qū)）內(nèi)的地形圖幅。并將查詢結(jié)果自動(dòng)拼接成一幅圖顯示出來(lái)。

基于用戶的這些需求，設(shè)計(jì)了如下的地圖查詢功能。

基本查詢功能：按照指定的點(diǎn)位或坐標(biāo)顯示該點(diǎn)所在的地形圖幅以及附近被指定方向或范圍的地形圖幅；指定地名、顯示該地名所在的地形圖幅以及附近被指定方向或范圍的圖幅。

高級(jí)查詢功能：用任意多邊形指定區(qū)域、顯示該區(qū)域覆蓋的所有圖幅（含范圍線穿越的圖幅）；指定某條道路或河流，顯示該線狀地物穿越的所有圖幅以及該地物某個(gè)緩沖區(qū)內(nèi)的所有圖幅。

查詢結(jié)果為單幅圖時(shí)，顯示圖廓，查詢結(jié)果為多幅圖的拼接圖時(shí)不顯示圖廓。

1.2 編輯功能

地形圖的查詢結(jié)果往往比實(shí)際需要的圖范圍大，需要將查詢結(jié)果按所需范圍線編輯成一幅整圖輸出，以便于設(shè)計(jì)或規(guī)劃。為此還需要開(kāi)發(fā)以下自動(dòng)裁剪地圖和自動(dòng)繪制圖廓的編輯功能：自動(dòng)裁減地圖：按指定的界線（可為任意多邊形），將界線內(nèi)的地圖裁剪成一幅獨(dú)立的圖。自動(dòng)繪制圖廓：在為獨(dú)立圖幅繪制圖廓時(shí)，自動(dòng)繪制或標(biāo)注坐標(biāo)格網(wǎng)。

2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

考慮到一個(gè)單位內(nèi)，不只一個(gè)部門(mén)使用地圖資料，可將系統(tǒng)的運(yùn)行方式選擇為客戶端/服務(wù)器結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)版，將所有的地形圖數(shù)據(jù)和系統(tǒng)所需的其他數(shù)據(jù)都放在服務(wù)器端，將服務(wù)器安置在數(shù)據(jù)的管理和維護(hù)部門(mén)，將客戶端即系統(tǒng)軟件安置在使用地形圖的各部門(mén)。系統(tǒng)內(nèi)部的運(yùn)行結(jié)構(gòu)如圖1所示。

3 系統(tǒng)界面設(shè)計(jì)

系統(tǒng)界面由功能性菜單和系統(tǒng)索引圖兩部分構(gòu)成。

（1）功能性菜單：分為下拉式菜單和按鈕菜單兩種；命令由常用的圖形處理命令和系統(tǒng)的功能命令兩部分組成。（2）系統(tǒng)索引圖：索引圖類(lèi)似于城區(qū)小比例尺的旅游交通圖，以重要的地名、單位名和道路或河流等地物為主要內(nèi)容。該圖可用大比例尺地形圖的分幅結(jié)合圖作背景（可顯示圖名），可使用戶對(duì)圖庫(kù)的總體情況一目了然。

索引圖主要用于用戶以圖形的方式表達(dá)自己的查詢位置、路線和范圍等要求，查詢參數(shù)如地圖比例尺、地名、單位名、方向和半徑等可通過(guò)功能命令的對(duì)話框輸入。索引圖顯示在初始窗口，查詢結(jié)果顯示在一個(gè)新的窗口。

4 系統(tǒng)開(kāi)發(fā)方法

考慮到很多城市的數(shù)字地形圖都是采用基于AutoCAD開(kāi)發(fā)的數(shù)字化測(cè)圖軟件測(cè)繪的，所以它們大都是以AutoCAD的格式保存的，加之，大多數(shù)用戶都是在AutoCAD下使用地形圖進(jìn)行設(shè)計(jì)或規(guī)劃的。為了減輕系統(tǒng)開(kāi)發(fā)和系統(tǒng)建庫(kù)的工作量，同時(shí)也是為了方便用戶的工作，選擇以AutoCAD為平臺(tái)，充分利用其多視圖窗口功能，開(kāi)發(fā)該系統(tǒng)。系統(tǒng)也可嵌入用戶使用的AutoCAD下工作。

系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的基本思路：把地形圖幅看成圖像的像元，每個(gè)像元都是矩形的，其范圍就是對(duì)應(yīng)圖幅的范圍，用其左下角坐標(biāo)和圖幅的比例尺及標(biāo)準(zhǔn)的圖幅尺寸來(lái)確定，只是每個(gè)像元都有唯一的名稱，這個(gè)名稱就是對(duì)應(yīng)圖幅的文件名。建立了地形圖幅的文件名和其左下角坐標(biāo)的對(duì)應(yīng)表，并在與地形圖同一個(gè)坐標(biāo)系下制作系統(tǒng)索引圖后，把索引圖看成以圖幅為像元的圖像（但這個(gè)圖像是隱含的），把用戶的查詢點(diǎn)、地名所在點(diǎn)、線和區(qū)域看成矢量圖形，用矢量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)柵格數(shù)據(jù)的方法確定它們所在或覆蓋的圖幅文件名（如圖2所示，圖中的圖幅實(shí)際上是隱含的），然后在新的窗口下顯示或拼接顯示查詢結(jié)果即可。

圖2中左邊的折線穿越的圖幅名為32、22、23、24、34、35、25，右邊的區(qū)域覆蓋的圖幅名是7、8、9、16、17、18、19、20、27、28、29、30、37、38、39。

5 系統(tǒng)的建立與維護(hù)

5.1 系統(tǒng)的建立

本系統(tǒng)的建立不需要對(duì)所管理的地形圖作任何的加工或改動(dòng)，只要作以下兩項(xiàng)工作即可。

（1）建立地圖索引表：即建立圖幅文件名與圖幅范圍對(duì)照表。針對(duì)不同比例尺的數(shù)字地形圖，按如下所示的方法分別建立《1∶500地形圖索引表》、《1∶1000地形圖索引表》和《1∶2000地形圖索引表》。

484500圖幅左下角的橫坐標(biāo)；

328500圖幅左下角的縱坐標(biāo)；

D：＼＼地形圖庫(kù)＼500＼方元.dwg圖幅的文件名及路徑；

485000

328500

D：＼＼地形圖庫(kù)＼＼500＼＼火車(chē)站.dwg。

（2）制作系統(tǒng)索引圖：參照所在城區(qū)的旅游交通圖，或直接將其矢量化后，以其為基礎(chǔ)進(jìn)一步加工和完善來(lái)制作索引圖。索引圖應(yīng)當(dāng)充分反映城區(qū)內(nèi)的重要地名、單位名稱、道路、河流和其他重要的參照物，便于用戶表達(dá)自己的查詢意圖；索引圖必須與系統(tǒng)所管理的大比例尺地形圖為同一坐標(biāo)系，并應(yīng)有一定的定位精度。

地圖索引表和系統(tǒng)索引圖可以不斷地?cái)U(kuò)充和更新。

5.2 維護(hù)功能

隨著城市日新月異的發(fā)展和變化，城市地形圖也在不斷的更新和增加，為了保持系統(tǒng)的現(xiàn)實(shí)性，需要對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)的更新和擴(kuò)充。

（1）圖庫(kù)的更新：只要保持圖幅的分幅標(biāo)準(zhǔn)和同一幅圖的文件名不變，用新圖代替舊圖，或在索引表里更改圖幅的文件名即可；同時(shí)在索引圖上更新變化了的重要參照物。（2）圖庫(kù)的擴(kuò)充：將擴(kuò)充的新圖按圖庫(kù)的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)分幅、分層和命名，并按系統(tǒng)建立的方式將其入庫(kù)即可；同時(shí)在索引圖上添加或擴(kuò)充新的重要參照物。若需要可建立歷史圖庫(kù)，進(jìn)行歷史查詢。

6 結(jié)語(yǔ)

大中城市由于面積大，加之對(duì)地形圖的比例尺要求較大，所以地形圖圖幅量巨大，研究和開(kāi)發(fā)地形圖管理系統(tǒng)對(duì)于提高各用圖部門(mén)的工作效率具有非常重要的意義。本文研究設(shè)計(jì)的地圖管理系統(tǒng)不對(duì)管理對(duì)象—— 數(shù)字地圖作任何加工和改動(dòng)，系統(tǒng)建庫(kù)簡(jiǎn)單容易，同時(shí)由于功能單一，使用非常簡(jiǎn)單、靈活和方便，系統(tǒng)也可嵌入用戶使用的AutoCAD下工作。城市發(fā)展日新月異，如何有效地保存舊地形圖，并發(fā)揮它們的作用是需要進(jìn)一步研究的問(wèn)題。

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