地理空間數(shù)據(jù)模型數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換流程

王嘉嚇

(中南大學(xué)地球科學(xué)與信息物理學(xué)院)

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地理空間數(shù)據(jù)模型數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換流程

王嘉嚇

(中南大學(xué)地球科學(xué)與信息物理學(xué)院)

空間數(shù)據(jù)模型是空間數(shù)據(jù)建模的基礎(chǔ)，在地理信息研究中具有重要地位。對(duì)地理空間數(shù)據(jù)模型的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換流程進(jìn)行了分析，并探討了數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換過(guò)程的注意事項(xiàng)，供相關(guān)研究參考。

地理空間數(shù)據(jù)模型數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換流程

地理信息系統(tǒng)構(gòu)建的前提是數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的質(zhì)量直接影響數(shù)據(jù)庫(kù)的質(zhì)量?，F(xiàn)階段，普遍應(yīng)用CAD開(kāi)發(fā)的軟件進(jìn)行圖件繪制，從而易引起CAD數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換時(shí)出現(xiàn)格式方面的問(wèn)題，即便大多數(shù)軟件具備數(shù)據(jù)格式的轉(zhuǎn)換功能，然而由于CAD軟件在管理風(fēng)格、儲(chǔ)存數(shù)據(jù)、圖元定義方面與相關(guān)軟件存在顯著差異，導(dǎo)致數(shù)據(jù)格式的轉(zhuǎn)換效果不理想。

1　地理空間數(shù)據(jù)模型概述

為實(shí)現(xiàn)地理信息共享，確保不同平臺(tái)間數(shù)據(jù)能夠在統(tǒng)一接口中進(jìn)行操作，逐漸出現(xiàn)了諸多空間信息標(biāo)準(zhǔn)。其中，簡(jiǎn)單要素的規(guī)范也稱(chēng)為ISO19125規(guī)范，其主要對(duì)二維空間簡(jiǎn)單的要素對(duì)象進(jìn)行描述。相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中提出的地理標(biāo)識(shí)語(yǔ)言(GML)可對(duì)地理現(xiàn)象進(jìn)行描述，通常幾何部分(不規(guī)則三角網(wǎng)(TIN)與多點(diǎn)定義)描述需符合ISO19107規(guī)范及OGC規(guī)范。而在GML基礎(chǔ)上的WebMapTested互相操作項(xiàng)目，即Web要素服務(wù)主要通過(guò)OGC提供的HTTP協(xié)議空間的地理數(shù)據(jù)對(duì)操作接口進(jìn)行規(guī)范，便于客戶(hù)端從不同Web要素的服務(wù)中更新與檢索應(yīng)用GML編碼的地理空間數(shù)據(jù)。Web地圖服務(wù)是OGC圖表達(dá)的服務(wù)，應(yīng)用具備地理空間位置信息的數(shù)據(jù)制作地圖，可兼容PNG、GIF與JPEG格式圖像的文件，同時(shí)可接收XML、GML文件以及元數(shù)據(jù)文件?，F(xiàn)階段，SuperMap、ArcGIS、MapGIS等軟件屬于常用的GIS軟件平臺(tái)，其中，MapGIS軟件使用地理實(shí)體空間數(shù)據(jù)模型，可對(duì)復(fù)雜的非空間與空間特征進(jìn)行描述，該款軟件可在要素表達(dá)的前提下，對(duì)現(xiàn)實(shí)世界的地理實(shí)體進(jìn)行描述，而矢量數(shù)據(jù)需通過(guò)要素形式儲(chǔ)存于要素類(lèi)及要素集之中，每一個(gè)要素儲(chǔ)存于多個(gè)或一個(gè)幾何對(duì)象之中，并對(duì)離散要素形狀與要素進(jìn)行描述。SuperMap軟件是一款由北京超圖公司開(kāi)發(fā)的GIS軟件，通過(guò)數(shù)據(jù)集的形式對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行組織，矢量數(shù)據(jù)集的儲(chǔ)存空間則按照數(shù)據(jù)集類(lèi)型進(jìn)行區(qū)分，線數(shù)據(jù)集與點(diǎn)數(shù)據(jù)集分別對(duì)線、點(diǎn)進(jìn)行儲(chǔ)存，同時(shí)記錄各空間要素，并對(duì)空間屬性進(jìn)行記錄。

2　數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換流程

在某小區(qū)的規(guī)劃數(shù)據(jù)中，花壇是由面、點(diǎn)與線組成的集合。而在AutoCAD軟件中可將構(gòu)成花壇的一些面、點(diǎn)與線合并成一個(gè)花壇塊，而花壇塊可作為一個(gè)整體，并插入小區(qū)的指定位置。

(1)CAD軟件數(shù)據(jù)檢查。通過(guò)CAD軟件平臺(tái)，對(duì)數(shù)據(jù)編碼的正確性進(jìn)行檢查，整個(gè)檢查過(guò)程需嚴(yán)格根據(jù)相關(guān)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行，除對(duì)圖塊的插入比例與插入點(diǎn)進(jìn)行檢查外，還需檢查分層情況[1]。

(2)將SuperMap、ArcGIS、MapGIS軟件中的數(shù)據(jù)根據(jù)分層標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施分層，具體分層要求應(yīng)按實(shí)際需求確定。

(3)對(duì)數(shù)據(jù)分層的準(zhǔn)確性進(jìn)行檢查。依據(jù)CAD原圖，準(zhǔn)確判斷不同層數(shù)據(jù)，對(duì)于已繪制完畢的圖形，須及時(shí)更正，并將更正后的圖件剪切至正確的圖層中。

(4)自動(dòng)生成相應(yīng)的接圖表。應(yīng)用SuperMap、ArcGIS、MapGIS軟件，可同時(shí)自動(dòng)生成相應(yīng)的網(wǎng)格線，在此基礎(chǔ)上通過(guò)SuperMap、ArcGIS、MapGIS軟件的線數(shù)據(jù)集進(jìn)行拓?fù)涮幚聿⒔⒚鏀?shù)據(jù)集[2]。

(5)點(diǎn)狀圖形目標(biāo)處理。該過(guò)程無(wú)需進(jìn)行額外的處理，僅需使用正確符號(hào)與樣式便可實(shí)施處理。

(6)線狀圖形目標(biāo)處理。在現(xiàn)狀數(shù)據(jù)中實(shí)施線數(shù)據(jù)集的拓?fù)涮幚?，需去除重?fù)線條、弧段的求交、延伸長(zhǎng)懸線、冗余點(diǎn)、合并鄰近節(jié)點(diǎn)、懸線，并進(jìn)行假節(jié)點(diǎn)合并，對(duì)各層線狀數(shù)據(jù)實(shí)施合并處理，同時(shí)對(duì)接邊位置實(shí)施鄰近節(jié)點(diǎn)合并操作。

(7)面狀圖形目標(biāo)處理。①面狀植被處理，一些線狀植被閉合線，需實(shí)施線狀數(shù)據(jù)集的拓?fù)涮幚?，并建立面?shù)據(jù)集，繼而形成面狀植被；②面狀水系處理，線狀水系閉合線進(jìn)行線狀數(shù)據(jù)集的拓?fù)涮幚?，并建立面?shù)據(jù)集，從而構(gòu)成面狀水系；③面狀交通設(shè)施處理，線狀交通設(shè)施中的閉合線處理，需實(shí)施線數(shù)據(jù)集的拓?fù)涮幚?，并建立面?shù)據(jù)集，進(jìn)而構(gòu)成面狀交通網(wǎng)，線狀交通設(shè)施中閉合線的處理，需實(shí)施線數(shù)據(jù)集的拓?fù)涮幚恚⒔⒚鏀?shù)據(jù)集，構(gòu)成面狀交通網(wǎng)，應(yīng)嚴(yán)格根據(jù)街路實(shí)際情況對(duì)每條道路線進(jìn)行切割；④面狀公共設(shè)施處理，實(shí)施線數(shù)據(jù)集的拓?fù)涮幚?，建立面?shù)據(jù)集，在此基礎(chǔ)上構(gòu)成面狀公共設(shè)施結(jié)構(gòu)[3]。

3　幾何圖元組合方式

地理空間數(shù)據(jù)模型主要通過(guò)面、點(diǎn)、線來(lái)描述空間對(duì)象，在三維空間中加設(shè)體要素，因此數(shù)據(jù)模型中的幾何圖元種類(lèi)相對(duì)豐富。幾何對(duì)象類(lèi)主要包含面、點(diǎn)、曲線，并且?guī)缀螌?duì)象與空間參考系統(tǒng)具有相關(guān)性。但在一些簡(jiǎn)單要素的規(guī)范幾何模型中，線段的類(lèi)型僅包含直線，對(duì)于曲線的類(lèi)型描述(如復(fù)雜曲線、圓與橢圓等)則相對(duì)缺少。在ISO19107規(guī)范中提供了地理空間特征概念框架，可將真實(shí)世界現(xiàn)象抽象為與地理位置相關(guān)的一些要素。幾何圖元類(lèi)型包含三次樣條線圖、圓弧與凸度的圓弧等，在ArcGlS軟件幾何數(shù)據(jù)模型中，可將幾何對(duì)象分為2類(lèi)：①要素形狀幾何圖形，如面、點(diǎn)、線與多點(diǎn)；②各種形狀組成部分，如路徑與線段對(duì)象。曲線屬于幾何對(duì)象的組成部分，通常除包絡(luò)線、點(diǎn)與多點(diǎn)對(duì)象外，全部幾何對(duì)象都可作為曲線，而曲線有二維形狀與一維視圖幾何對(duì)象2種表達(dá)方式。線段對(duì)象是一維幾何形體對(duì)象，是由起點(diǎn)、終點(diǎn)、定義曲線的函數(shù)組成。線段對(duì)象可分為非線性和線性2類(lèi)，其中，線性主要包含直線段，非線性主要包含橢圓弧與圓弧。

目前，幾何圖元組合方式較多，主要包含同類(lèi)的幾何圖元組合(如多面、多點(diǎn)與多線)，此外還有其他類(lèi)型的幾何圖元組合。由于地理空間數(shù)據(jù)模型差異，各種平臺(tái)幾何圖元組合方式差異較大。在開(kāi)放地理空間信息聯(lián)盟(OGC)的數(shù)據(jù)模型中，幾何圖元類(lèi)型可分為面、點(diǎn)與線3類(lèi)，組合方式相對(duì)簡(jiǎn)單，點(diǎn)與點(diǎn)能夠組成多個(gè)點(diǎn)，線與線能夠組成多條線，面與面能夠組成多個(gè)面。由于線類(lèi)型相對(duì)單一，僅包含一種類(lèi)型的直線段，因此，多線代表多條直線段的組合。此外，在ISO19107規(guī)范數(shù)據(jù)模型中，有多面、多點(diǎn)與多線組合的方式。在ArcGIS軟件中的幾何圖元種類(lèi)相對(duì)較多，并且組合方式也多種多樣，點(diǎn)與點(diǎn)能夠組成其他的點(diǎn)。

4　數(shù)據(jù)集轉(zhuǎn)換

將CAD數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為SuperMap數(shù)據(jù)格式，該轉(zhuǎn)換過(guò)程的生成數(shù)據(jù)可分為2種類(lèi)型，主要包含簡(jiǎn)單數(shù)據(jù)集及復(fù)合數(shù)據(jù)集。其中，復(fù)合數(shù)據(jù)集能夠保存橢圓、點(diǎn)、弧、線、圓、文本與面等各種類(lèi)型空間對(duì)象，并且每一個(gè)空間對(duì)象都可單純保存著風(fēng)格，該儲(chǔ)存方式與CAD數(shù)據(jù)類(lèi)似，其轉(zhuǎn)換結(jié)果與原始數(shù)據(jù)的風(fēng)格較相似，簡(jiǎn)單數(shù)據(jù)集能夠?qū)︻?lèi)型進(jìn)行嚴(yán)格區(qū)分，主要包含面數(shù)據(jù)集、數(shù)據(jù)集以及線數(shù)據(jù)集，每一個(gè)空間對(duì)象不對(duì)風(fēng)格進(jìn)行保存，圖層和風(fēng)格互相對(duì)應(yīng)，即簡(jiǎn)單的數(shù)據(jù)集可區(qū)分開(kāi)可視化部分及空間數(shù)據(jù)的儲(chǔ)存部分，數(shù)據(jù)集僅可對(duì)空間信息進(jìn)行保存，而在可視化時(shí)，能夠設(shè)置與制作圖層風(fēng)格或?qū)ｎ}圖。在數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換過(guò)程中，可通過(guò)SuperMap軟件將原始的CAD數(shù)據(jù)根據(jù)文本、點(diǎn)、面與線等情況，嚴(yán)格劃分圖元，根據(jù)數(shù)據(jù)集自身情況進(jìn)行保存[4]。

通常情況下，在數(shù)據(jù)集轉(zhuǎn)換結(jié)果中，2種類(lèi)型的生成數(shù)據(jù)的特點(diǎn)有：①形成簡(jiǎn)單數(shù)據(jù)集，簡(jiǎn)單數(shù)據(jù)集無(wú)法對(duì)原始數(shù)據(jù)風(fēng)格進(jìn)行直接保存，需在后期的地圖配置中，重新設(shè)置地圖風(fēng)格，但其儲(chǔ)存對(duì)象均為ArcGIS、MapGIS軟件中簡(jiǎn)單的對(duì)象,此外，簡(jiǎn)單數(shù)據(jù)集中每一個(gè)空間對(duì)象都僅可對(duì)坐標(biāo)進(jìn)行保存，不對(duì)風(fēng)格進(jìn)行保存，因此轉(zhuǎn)換結(jié)果中，數(shù)據(jù)相對(duì)較小，因此同等數(shù)量的空間對(duì)象可通過(guò)簡(jiǎn)單數(shù)據(jù)的方式進(jìn)行保存，與復(fù)合數(shù)據(jù)保存方式相比，保存的數(shù)據(jù)量較小，且瀏覽速度較快；②形成復(fù)合數(shù)據(jù)集，可對(duì)原始數(shù)據(jù)風(fēng)格進(jìn)行保存，可將后期的地圖配置工作量減少，但由于存儲(chǔ)大量參數(shù)化的對(duì)象，易導(dǎo)致部分ArcGIS、MapGIS軟件功能(如空間查詢(xún)以及配準(zhǔn))的實(shí)現(xiàn)受到限制。并且在復(fù)合數(shù)據(jù)集中，每一個(gè)空間對(duì)象均存在單獨(dú)保存的風(fēng)格，因此在進(jìn)行結(jié)果轉(zhuǎn)換時(shí)，易加大數(shù)據(jù)量[5]。

5　結(jié)　語(yǔ)

目前常用的空間數(shù)據(jù)管理方式基本將關(guān)系型的數(shù)據(jù)當(dāng)作主體，在數(shù)據(jù)模型擴(kuò)展與中間件安裝的前提下，實(shí)現(xiàn)空間的數(shù)據(jù)管理與存儲(chǔ)。但由于中間件空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)相對(duì)封閉，導(dǎo)致空間數(shù)據(jù)操作對(duì)于特定軟件具有較強(qiáng)的依賴(lài)性。而在空間數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換過(guò)程中，可降低數(shù)據(jù)間的差異，進(jìn)而解決相應(yīng)的問(wèn)題。為此，本研究對(duì)地理空間數(shù)據(jù)模型的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、幾何圖元組合方式、數(shù)據(jù)集轉(zhuǎn)換的基本流程進(jìn)行了詳細(xì)分析，對(duì)于地理空間數(shù)據(jù)模型的研究有一定的借鑒價(jià)值。

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[2]馬世發(fā)，艾彬.基于地理模型與優(yōu)化的城市擴(kuò)張與生態(tài)保護(hù)二元空間協(xié)調(diào)優(yōu)化[J].生態(tài)學(xué)報(bào)，2015，12(17)：765-766.

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2016-06-07)

王嘉嚇(1996—)，男，410012 湖南省長(zhǎng)沙市。