海洋測(cè)繪數(shù)據(jù)建庫軟件的設(shè)計(jì)

錢 邁，南 勝，劉 文（浙江省河海測(cè)繪院，浙江 杭州 310008）

海洋測(cè)繪數(shù)據(jù)建庫軟件的設(shè)計(jì)

錢 邁，南 勝，劉 文
（浙江省河海測(cè)繪院，浙江 杭州 310008）

以海洋經(jīng)濟(jì)為契機(jī)，依托海洋測(cè)繪新技術(shù)，對(duì)海洋自然地理要素或地表人工設(shè)施的形狀、大小、空間位置及屬性等進(jìn)行測(cè)定、采集、表述，對(duì)獲取的數(shù)據(jù)、信息、成果進(jìn)行處理。就浙江省海洋測(cè)繪項(xiàng)目中所涉及的相關(guān)技術(shù)進(jìn)行研究，將相關(guān)新技術(shù)應(yīng)用于海洋測(cè)繪數(shù)據(jù)建庫軟件的開發(fā)，使成果資料具有GIS應(yīng)用功能，同時(shí)能顯著提高建庫效率。

海洋測(cè)繪；地理要素；數(shù)據(jù)規(guī)范；數(shù)據(jù)庫；軟件

1 問題的提出

海洋經(jīng)濟(jì)作為我國的發(fā)展新戰(zhàn)略，已在沿海省市開展，特別是浙江省。2011年2月25日，國務(wù)院正式批復(fù)了《浙江海洋經(jīng)濟(jì)發(fā)展示范區(qū)規(guī)劃》；2013年1月23日，國務(wù)院正式批復(fù)《浙江舟山群島新區(qū)發(fā)展規(guī)劃》。海洋測(cè)繪是先遣隊(duì)，是海洋經(jīng)濟(jì)發(fā)展的基礎(chǔ)保障。隨著海洋測(cè)繪成果的不斷遞增與積累，持續(xù)地服務(wù)于科研生產(chǎn)，發(fā)揮海洋測(cè)繪成果功能和附加值，成了信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)的熱點(diǎn)。

目前浙江省乃至全國，在GIS發(fā)展上，海洋測(cè)繪數(shù)據(jù)建庫仍處于瓶頸地帶，而海洋測(cè)繪軟件則更為稀缺。本文根據(jù)海洋地形分類與代碼的國家標(biāo)準(zhǔn)，采用多種編程語言，使測(cè)繪成果的數(shù)據(jù)、圖形既能滿足GIS入庫、顯示、分析的數(shù)據(jù)格式，又符合出版要求。以此實(shí)現(xiàn)海洋測(cè)繪數(shù)據(jù)的整編、以建庫為主的軟件設(shè)計(jì)。

2 軟件設(shè)計(jì)要求

海洋測(cè)繪數(shù)據(jù)建庫軟件的設(shè)計(jì)需要考慮多方面因素，以保證使用的有效性和普及性。主要有以下3個(gè)方面：

其一，數(shù)據(jù)的多元性。即在進(jìn)行海洋測(cè)繪時(shí)，考慮到“海陸坐標(biāo)系統(tǒng)和高程基準(zhǔn)的統(tǒng)一”[1]，所涉及的內(nèi)容不但有沿海的傳統(tǒng)地形測(cè)量數(shù)據(jù)，還有水運(yùn)工程、海道測(cè)量等相關(guān)水域數(shù)據(jù)，內(nèi)容包括各種不同數(shù)據(jù)格式的轉(zhuǎn)換，不同坐標(biāo)系統(tǒng)和高程的基準(zhǔn)轉(zhuǎn)換。由于數(shù)據(jù)的多元異構(gòu)性，需要進(jìn)行數(shù)據(jù)整編的規(guī)范設(shè)計(jì)。其二，屬性數(shù)據(jù)整編。即考慮到當(dāng)前數(shù)據(jù)的多元化應(yīng)用，數(shù)據(jù)成果必須能進(jìn)行屬性數(shù)據(jù)的處理，并能便于GIS系統(tǒng)的數(shù)據(jù)導(dǎo)入。其三，軟件的使用效果。即考慮到海洋經(jīng)濟(jì)所涉及的海洋測(cè)繪覆蓋范圍廣、涉及部門多，設(shè)計(jì)的軟件必須有一定的通用性，否則失去了存在的價(jià)值。

3 軟件設(shè)計(jì)要點(diǎn)

3.1 數(shù)據(jù)的規(guī)范設(shè)計(jì)

由于數(shù)據(jù)來源、數(shù)據(jù)格式、內(nèi)容表達(dá)方式等均不同，通過制定統(tǒng)一的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，保證地理數(shù)據(jù)的一致性和標(biāo)準(zhǔn)化。對(duì)已有的《海島（礁）地形要素?cái)?shù)據(jù)規(guī)定》（試行）以及浙江省DB33/T 81— 2010《基礎(chǔ)地理信息要素分類與圖形表達(dá)代碼》標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行分析，兩者都是在GB/T 13923 — 2006《基礎(chǔ)地理信息要素分類與代碼》的基礎(chǔ)上進(jìn)行擴(kuò)充[2]。結(jié)合海洋測(cè)繪實(shí)際情況，以GB/T 13923 — 2006為主，參照《基礎(chǔ)地理信息要素?cái)?shù)據(jù)字典》，按照編碼擴(kuò)充原則，進(jìn)行《河海地理要素分類與代碼》標(biāo)準(zhǔn)的制定。

分類代碼在國標(biāo)基礎(chǔ)上增加4位，共采用10位十進(jìn)制數(shù)字碼，按數(shù)字順序分別排列為大類碼、中類碼、小類碼、子類碼、要素分類碼、幾何特征碼和圖形特征碼，具體代碼結(jié)構(gòu)見圖1。

圖1 分類代碼結(jié)構(gòu)圖

通過要素分類與代碼，可以保證每個(gè)要素均編制一組唯一代碼，保證了存儲(chǔ)及交換的一致性。分析海洋測(cè)繪所涵蓋的要素，由2部分內(nèi)容組成：一是可與陸域要素表達(dá)要求一致的8大類要素；二是海洋地形測(cè)量中新增或細(xì)分的與海域相關(guān)的部分要素。新增的要素主要有灘涂、水運(yùn)設(shè)施、助航設(shè)施、管線、境界等，如蘆葦灘、浮船塢、引航站、海底管道等。

3.2 要素的屬性項(xiàng)設(shè)計(jì)

在數(shù)據(jù)處理中，考慮到GIS入庫的信息要求，除了對(duì)要素進(jìn)行分類外，還需對(duì)每個(gè)要素進(jìn)行屬性項(xiàng)的設(shè)計(jì)?！痘A(chǔ)地理信息要素?cái)?shù)據(jù)字典》已對(duì)相關(guān)要素的數(shù)據(jù)字典結(jié)構(gòu)和屬性進(jìn)行了描述，其中包含了要素的屬性表，分別從屬性名稱、屬性描述、數(shù)據(jù)類型和字段要求等方面進(jìn)行了描述[3]。本文結(jié)合海洋測(cè)繪的內(nèi)容，增加海域要素方面的屬性描述（見表1），表中要素名稱為水下高程點(diǎn)，要素分類代碼為7402000012，要素描述為水下高程點(diǎn)。

表1 水下高程點(diǎn)屬性表

3.3 軟件設(shè)計(jì)

以海洋測(cè)繪數(shù)據(jù)整編及建庫為主的軟件應(yīng)具備投入成本適宜、使用基礎(chǔ)廣泛、操作方便等特點(diǎn)。目前與測(cè)繪數(shù)據(jù)整編建庫相關(guān)的軟件較多，如MicroStation、AutoCAD、AutoCAD Map、MapGis、SuperMap等，其中，我國勘察設(shè)計(jì)領(lǐng)域使用最廣泛的是AutoCAD和以其為平臺(tái)的測(cè)繪軟件，如南方CASS軟件。當(dāng)前大多數(shù)地形數(shù)據(jù)是以AutoCAD為平臺(tái)的DWG格式。隨著AutoCAD版本的升級(jí)，提供了GIS方面的技術(shù)支持，能通過二次開發(fā)工具，進(jìn)行地形要素編碼、屬性數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和相關(guān)的拓?fù)溥\(yùn)算。

4 軟件功能的實(shí)現(xiàn)

軟件利用Visual Studio2010提供的面向?qū)ο蟮募砷_發(fā)環(huán)境，以新發(fā)布的AutoCAD2013為平臺(tái)，通過對(duì)應(yīng)的ObjectARX2013為二次開發(fā)工具，應(yīng)用C++和C Sharp兩種語言進(jìn)行開發(fā)。

4.1 軟件兼容性設(shè)計(jì)

市場(chǎng)上基于AutoCAD開發(fā)的軟件較多，為了保證本軟件的兼容性，拋棄了傳統(tǒng)啟動(dòng)模式（采用acad.rx、acaddoc. lsp等文件實(shí)現(xiàn)啟動(dòng)），轉(zhuǎn)而采用自設(shè)啟動(dòng)界面，通過COM啟動(dòng)AutoCAD，并執(zhí)行所需的初始化工作，初始界面只增加1個(gè)獨(dú)立菜單欄和1個(gè)獨(dú)立工具欄，保證原有平臺(tái)的工作環(huán)境不變，尊重工作者的原有使用習(xí)慣。軟件的主界面見圖2。

圖2 軟件的主界面圖

4.2 軟件的基本格式與功能

4.2.1 文件格式

測(cè)繪數(shù)據(jù)主要由各種測(cè)繪儀器提供，每種測(cè)繪儀器所采集的文件格式不同，海洋測(cè)繪專用的軟件，格式更是不一致。本軟件的數(shù)據(jù)文件采用ASCII明文格式的txt文件，此格式是最通用的文件格式，便于普及，也便于不同類型人員使用。如“1000.txt”數(shù)據(jù)可以多行，每行數(shù)據(jù)代表1個(gè)測(cè)量坐標(biāo)點(diǎn)，每行的數(shù)據(jù)定義“代碼 X Y Z”。其中“代碼”是每個(gè)測(cè)量點(diǎn)的編號(hào)，便于數(shù)據(jù)處理人員識(shí)別，“X Y Z”是測(cè)量意義上的坐標(biāo)和高程， X為縱坐標(biāo)，Y為橫坐標(biāo)，Z為高程值或水深值，各數(shù)據(jù)以空格符號(hào)分開。

4.2.2 圖式格式

根據(jù)實(shí)際工作需要，依據(jù)GB/T 20257.1 — 2007和GB/T 20257.2 — 2006《國家基本比例尺地圖圖式》系列的第1、第2部分進(jìn)行圖式設(shè)計(jì)，滿足1:500 ～ 1:10 000比例地圖的制作要求。設(shè)計(jì)1個(gè)可?？康某閷鲜矫姘鍋斫M織地形圖圖式，根據(jù)要素分類中的大類類別，在抽屜式面板中設(shè)計(jì)“測(cè)量控制點(diǎn)、水系、居民地及設(shè)施、交通、管線、境界與政區(qū)、地貌、土質(zhì)與植被8個(gè)欄目”[4]，根據(jù)每個(gè)大類所有的中類進(jìn)一步細(xì)分。

地形制圖時(shí)，可點(diǎn)選大類，展開小類，選擇具體的地物地貌類別（需要畫海岸線，可點(diǎn)選海洋要素），彈出形象而直觀的圖像平鋪菜單，從中選擇海岸線進(jìn)行繪制，其圖式符號(hào)欄見圖3。

圖3 圖式符號(hào)欄圖

4.2.3 地形制圖的功能

本軟件除了地圖制圖的一般功能外，還具備高斯坐標(biāo)正反算及不同帶換算、三角網(wǎng)及等高線自動(dòng)繪制、圖幅裁剪、不同線型轉(zhuǎn)換等功能。

4.3 軟件的建庫功能

4.3.1 數(shù)據(jù)的拓?fù)錂z查功能

要保證入庫數(shù)據(jù)的正確性，需要進(jìn)行一些必要的入庫前檢查，主要有微實(shí)體及重合實(shí)體剔除、多段線重合節(jié)點(diǎn)剔除、實(shí)體是否進(jìn)行要素代碼配置等。功能運(yùn)行時(shí)對(duì)相應(yīng)的數(shù)據(jù)進(jìn)行全圖監(jiān)測(cè)，并把查出的有問題的數(shù)據(jù)實(shí)體通過列表展示，用戶雙擊數(shù)據(jù)實(shí)體所在行，即可導(dǎo)航至實(shí)體所在位置，以進(jìn)一步檢查整編，檢測(cè)示例列表見圖4。

圖4 數(shù)據(jù)檢測(cè)示例圖

4.3.2 數(shù)據(jù)要素代碼及屬性配置

各軟件格式的數(shù)據(jù)入庫，均需進(jìn)行數(shù)據(jù)的代碼和屬性配置。用地形圖符號(hào)抽象表達(dá)時(shí)，可將地物分為點(diǎn)狀地物、線狀地物和面狀地物，與此對(duì)應(yīng)，本軟件以點(diǎn)、線、閉合線3種形式來處理。點(diǎn)狀地物以塊的形式表示，每種點(diǎn)狀地物均對(duì)應(yīng)1種塊，不同塊以不同的塊名稱進(jìn)行區(qū)分，因此在進(jìn)行點(diǎn)狀地物的代碼和屬性配置時(shí)，可以通過塊名進(jìn)行批量處理；線狀地物表達(dá)的要素類型多，情況較復(fù)雜，可以通過不同要素之間的線型、線寬、顏色、圖層進(jìn)行區(qū)分，進(jìn)而采取不同的方法；面狀地物主要根據(jù)線段是否閉合來判斷是否為面狀地物，再根據(jù)線的相關(guān)屬性進(jìn)行判別。根據(jù)以上3種地物類型，設(shè)計(jì)了不同的處理方法，主要功能菜單見圖5。進(jìn)行數(shù)據(jù)屬性賦值時(shí)，需要對(duì)海洋測(cè)繪所涉及的地物，根據(jù)要素代碼進(jìn)行羅列，便于操作。點(diǎn)擊菜單“圖形代碼列表”，顯示海洋測(cè)繪所涉及的地物要素清單（見圖6）。

圖5 地物的代碼及屬性賦值菜單圖

圖6 海洋測(cè)繪地物要素清單圖

經(jīng)過以上處理，地形數(shù)據(jù)都將配有自身的要素代碼和屬性數(shù)據(jù)，可用本軟件即時(shí)查看，修改要素的屬性數(shù)據(jù)（見圖7）。

圖7 地形要素的屬性顯示列表圖

4.3.3 數(shù)據(jù)以ArcGIS格式入庫

海洋測(cè)繪所建立的數(shù)據(jù)庫是ArcGIS格式的Geodatabase數(shù)據(jù)庫，地形數(shù)據(jù)經(jīng)過相關(guān)的檢查和屬性設(shè)置后，即可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)自動(dòng)入庫，入庫流程見圖8。

圖8 數(shù)據(jù)入庫流程圖

5 結(jié) 語

該海洋測(cè)繪專業(yè)數(shù)據(jù)建庫軟件，不但在《浙江省海洋測(cè)繪》項(xiàng)目中得到了很好的應(yīng)用，而且在《浙江省灘涂資源調(diào)查》項(xiàng)目中也得到了檢驗(yàn)，提高了建庫效率。通過近年來的不斷應(yīng)用與持續(xù)開發(fā)，“海洋測(cè)繪數(shù)據(jù)建庫”軟件可以適應(yīng)當(dāng)前我國海洋經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展、海洋測(cè)繪項(xiàng)目多、海洋測(cè)繪軟件少、數(shù)據(jù)格式繁多的狀況，提供了一套格式統(tǒng)一的解決方案。

[1] 王來生，鞠時(shí)光，郭鐵雄.大比例尺地形圖機(jī)助繪圖算法及程序[M].北京：測(cè)繪出版社，1992.

[2] 李志林，朱慶.數(shù)字高程模型[M].2版.武漢：武漢大學(xué)出版社，2003.

[3] 鄔倫.地理信息系統(tǒng)原理、方法和應(yīng)用[M].北京：科學(xué)出版社，2001.

[4] 全國地理信息標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì).GB/T 13923 — 2006基礎(chǔ)地理信息要素分類與代碼[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2006.

（責(zé)任編輯 黃 超）

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10.13641/j.cnki.33 - 1162/tv.2016.06.024

2015-04-08

錢 邁(1958 - )，男，高級(jí)工程師，大學(xué)本科，主要從事河海測(cè)繪及繪圖方面的工作。E-mail：qianmai@126.com