“黃河一張圖”建設(shè)研究

薄偉偉，高慶方，趙 芳

（黃河勘測(cè)規(guī)劃設(shè)計(jì)有限公司，河南 鄭州 450003）

0 引言

黃河水利委員會(huì)（以下簡(jiǎn)稱黃委）自 2001 年提出“三條黃河”建設(shè)理念以來，大力開展以“數(shù)字黃河”工程為主體的黃河水利信息化建設(shè)，積累了豐富多樣的數(shù)據(jù)和信息資源，治黃信息化的建設(shè)成果已在黃河流域規(guī)劃、科研和生產(chǎn)實(shí)踐中發(fā)揮了重要作用[1]。但是現(xiàn)有數(shù)據(jù)大多基于不同的項(xiàng)目或系統(tǒng)，面向不同的應(yīng)用部門，數(shù)據(jù)格式多樣，標(biāo)準(zhǔn)不一，導(dǎo)致大部分?jǐn)?shù)據(jù)資源各自獨(dú)立，相互之間不能訪問，數(shù)據(jù)不能充分發(fā)揮作用。

2016 年，黃委提出信息化建設(shè)“一個(gè)數(shù)據(jù)庫、一張圖服務(wù)、一站式登錄、一目了然的監(jiān)管、一竿子到底和一個(gè)單位管理”的“六個(gè)一”的工作要求，其中，“黃河一張圖”建設(shè)是“六個(gè)一”的重要基礎(chǔ)。

建設(shè)“黃河一張圖”，要依據(jù)統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，整合黃河流域基礎(chǔ)地理、水利基礎(chǔ)、治黃業(yè)務(wù)專題等數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)黃河地理信息資源的共享，在統(tǒng)一的界面上實(shí)現(xiàn)黃河流域地理信息的無縫瀏覽和信息查詢，提高黃河地理信息的應(yīng)用水平，為黃河的治理、開發(fā)、保護(hù)、管理提供準(zhǔn)確及可靠的地理信息支撐。

1 “黃河一張圖”建設(shè)流程

“黃河一張圖”建設(shè)流程為：按照統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范體系，整合現(xiàn)有數(shù)據(jù)資源，通過數(shù)據(jù)提取、格式轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)組織結(jié)構(gòu)重構(gòu)、坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換、質(zhì)量檢查等處理，建立黃河流域多尺度、多分辨率、多種類地理信息數(shù)據(jù)庫。在數(shù)據(jù)庫的基礎(chǔ)上采用 GIS、電子地圖制作、標(biāo)準(zhǔn)化服務(wù)聚合、數(shù)據(jù)傳輸?shù)认冗M(jìn)技術(shù)為黃河治理開發(fā)各項(xiàng)業(yè)務(wù)應(yīng)用提供“一張圖”和“一站式”地理信息服務(wù)。主要流程如圖1 所示。

2 “黃河一張圖”關(guān)鍵技術(shù)

2.1 多源異構(gòu)數(shù)據(jù)集成建庫

2.1.1 黃河地理數(shù)據(jù)現(xiàn)狀分析

黃河流域地理信息數(shù)據(jù)的現(xiàn)狀如下：

1）數(shù)據(jù)類型多樣，包括數(shù)字線劃地圖（DLG）、數(shù)字高程模型（DEM）、數(shù)字正射影像（DOM）、數(shù)字柵格地圖（DRG）等；

2）數(shù)據(jù)格式多樣，矢量數(shù)據(jù)格式有 AutoCAD的 dwg，ArcGIS 的 shape，geodatabase 和 coverage，MapGIS 的 wp，wl 和 wt，以及紙質(zhì)地圖和文檔格式等；

圖1 “黃河一張圖”建設(shè)流程

3）多比例尺，有覆蓋全流域的 1∶1000000 和1∶250000，黃河重要河道 1∶50000 和 1∶10000，重點(diǎn)工程 1∶2000 等多比例尺數(shù)據(jù)；

4）不同坐標(biāo)系，包括北京 54，西安 80 及CGCS 2000 不同參考橢球，以及高斯、蘭伯特投影等不同投影方式的坐標(biāo)系。

2.1.2 多源異構(gòu)數(shù)據(jù)集成整編

針對(duì)黃河流域地理信息現(xiàn)狀，為實(shí)現(xiàn)黃河地理信息數(shù)據(jù)的集成化管理，須按照黃河地理信息系列技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)現(xiàn)有多源數(shù)據(jù)進(jìn)行整合處理，本項(xiàng)目采用基于 FME（空間數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換處理系統(tǒng)）的流程化、標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)整編與入庫一體化技術(shù)，通過流程化建模、數(shù)據(jù)加工、格式轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)流程化、標(biāo)準(zhǔn)化的數(shù)據(jù)整編應(yīng)用，具體流程如圖2 所示。

2.1.3 數(shù)據(jù)集成模型

采用 RDBMS（關(guān)系數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)）和Geodatabase（地理空間數(shù)據(jù)庫）模型無縫組織多源、多時(shí)相空間數(shù)據(jù)，建立高效、有序、易用的大型空間地理數(shù)據(jù)庫。Geodatabase 數(shù)據(jù)模型是 ESRI對(duì)空間數(shù)據(jù)建模理論、方法及其實(shí)現(xiàn)技術(shù)的融合，作為大型空間地理數(shù)據(jù)庫的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)，能夠在同一數(shù)據(jù)庫中綜合管理矢量、柵格等多種類型的空間數(shù)據(jù)，支持空間數(shù)據(jù)的版本管理和多用戶并發(fā)操作。數(shù)據(jù)集成模型如圖3 所示。

圖2 多源數(shù)據(jù)整編流程

圖3 多源數(shù)據(jù)集成模型

2.2 水利數(shù)據(jù)模型設(shè)計(jì)

水利數(shù)據(jù)模型設(shè)計(jì)即水利地理實(shí)體設(shè)計(jì)，地理實(shí)體是描述現(xiàn)實(shí)世界中獨(dú)立存在的空間實(shí)體或現(xiàn)象，具有唯一的地理實(shí)體標(biāo)識(shí)。地理實(shí)體的基本屬性包括地理實(shí)體類碼、類名、代碼、名稱及位置標(biāo)志點(diǎn)等，地理實(shí)體由地理實(shí)體類碼和代碼 2 個(gè)屬性唯一確定，即地理實(shí)體標(biāo)識(shí)。通過地理實(shí)體標(biāo)識(shí)實(shí)現(xiàn)地理實(shí)體與相關(guān)社會(huì)經(jīng)濟(jì)、自然資源等各類專題信息的掛接，以及建立地理實(shí)體之間的關(guān)聯(lián)，從而實(shí)現(xiàn)空間、屬性、關(guān)系的一體化管理。

圖4 水利數(shù)據(jù)模型組織結(jié)構(gòu)

水利數(shù)據(jù)模型設(shè)計(jì)，應(yīng)使模型能滿足水利對(duì)象多尺度空間表達(dá)、多維度業(yè)務(wù)屬性、多重空間關(guān)系與時(shí)態(tài)特征的完整描述，使數(shù)據(jù)模型能適應(yīng)面向水利應(yīng)用的對(duì)象重組和過程的時(shí)態(tài)追蹤等多種應(yīng)用需要[2]，水利數(shù)據(jù)模型組織結(jié)構(gòu)如圖4 所示。

2.3 電子地圖設(shè)計(jì)與制作

電子地圖又稱數(shù)字地圖，通常將地圖數(shù)據(jù)以數(shù)字方式存儲(chǔ)并通過計(jì)算機(jī)系統(tǒng)處理后，最終在電子設(shè)備屏幕上顯示地圖數(shù)據(jù)信息[3]。電子地圖是傳統(tǒng)地圖與計(jì)算機(jī)、地理信息系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)相融合的產(chǎn)物，是地理信息的符號(hào)化表現(xiàn)。電子地圖不僅是數(shù)據(jù)展示的平臺(tái)，更是公眾信息查詢、分析的載體[4]?！包S河一張圖”建設(shè)需要實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一界面下黃河流域不同比例尺數(shù)據(jù)的無縫銜接和地圖瀏覽，改變以往查看不同的數(shù)據(jù)需要打開不同的應(yīng)用系統(tǒng)，而不同系統(tǒng)之間要素表達(dá)方式不同，影響數(shù)據(jù)使用效率的局面。

2.3.1 電子地圖分級(jí)設(shè)計(jì)

電子地圖的分級(jí)設(shè)計(jì)需要綜合考慮地圖范圍和顯示內(nèi)容，根據(jù)地圖表達(dá)需要和圖面負(fù)載，合理設(shè)計(jì)每一層顯示內(nèi)容和要素表達(dá)，保證跨級(jí)數(shù)據(jù)調(diào)用的平滑過渡，相鄰兩級(jí)地圖負(fù)載量的變化相對(duì)平緩[5]。根據(jù)黃河流域范圍及數(shù)據(jù)內(nèi)容，黃河流域電子地圖級(jí)別設(shè)計(jì)范圍為 6～17 級(jí)。地圖分級(jí)比例尺及相應(yīng)數(shù)據(jù)源如表1 所示。

2.3.2 多比例尺符號(hào)庫制作及符號(hào)與要素自適應(yīng)匹配

地圖符號(hào)是地圖的語言[6]，不同比例尺數(shù)據(jù)需要與之相應(yīng)的符號(hào)庫，本項(xiàng)目通過合理設(shè)計(jì)不同比例尺地圖符號(hào)，制作符號(hào)庫，并制定地圖符號(hào)與相應(yīng)比例尺要素的匹配策略，實(shí)現(xiàn)符號(hào)與地理數(shù)據(jù)的自動(dòng)匹配，大大提高了電子地圖制圖效率。多比例尺地圖符號(hào)庫如圖5 所示，要素與符號(hào)匹配過程如圖6 所示。

表1 地圖分級(jí)比例尺表

圖5 多比例尺符號(hào)庫

圖6 要素與符號(hào)自動(dòng)匹配過程

2.3.3 電子地圖制作

在黃河流域地理信息數(shù)據(jù)庫、實(shí)體庫及多比例尺符號(hào)庫的基礎(chǔ)上，采用空間可視化、地圖集成、三維建模等技術(shù)，制作矢量、地形、影像、三維場(chǎng)景等不同表現(xiàn)形式的電子地圖，從不同視角表達(dá)黃河流域自然地理及水利工程情況。不同表現(xiàn)形式的電子地圖如圖7 所示。

2.4 地圖服務(wù)發(fā)布

“黃河一張圖”地圖服務(wù)包括二維和三維電子地圖服務(wù)，二維電子地圖服務(wù)發(fā)布遵循 OGC（開放地理空間信息聯(lián)盟）標(biāo)準(zhǔn)，包括網(wǎng)絡(luò)地圖切片服務(wù)（WMTS）、網(wǎng)絡(luò)地圖服務(wù)（WMS）、網(wǎng)絡(luò)要素服務(wù)（WFS）和數(shù)據(jù)處理服務(wù)（WPS）等，為提高地圖訪問效率，通過合理組織電子地圖數(shù)據(jù)，并按照一定的規(guī)則切片，利用多級(jí)緩存技術(shù)實(shí)現(xiàn)二維地圖的快速響應(yīng)。三維地圖服務(wù)采用三維流漸進(jìn)壓縮傳輸技術(shù)提高用戶體驗(yàn)。

根據(jù)治黃不同業(yè)務(wù)需要，分別制作基礎(chǔ)底圖和專題地圖，并發(fā)布為地圖服務(wù)，各治黃業(yè)務(wù)應(yīng)用可根據(jù)需要，分別調(diào)用基礎(chǔ)和專業(yè)服務(wù)，聚合形成符合專業(yè)特點(diǎn)和應(yīng)用需求的特定地圖服務(wù)。

3 結(jié)語

“黃河一張圖”的建成，對(duì)有效開發(fā)利用黃河地理信息資源，解決地理信息數(shù)據(jù)和功能的重復(fù)開發(fā)現(xiàn)狀，實(shí)現(xiàn)信息化與治黃業(yè)務(wù)的深度融合具有重要意義。經(jīng)過初步探索和建設(shè)，“黃河一張圖”已完成部分黃河地理信息數(shù)據(jù)資源的整合、建庫和服務(wù)發(fā)布，已初步具備支撐黃委各業(yè)務(wù)部門需求的數(shù)據(jù)、功能和服務(wù)共享的能力，并已在多個(gè)業(yè)務(wù)系統(tǒng)建設(shè)中發(fā)揮重要作用。

但由于建設(shè)周期、數(shù)據(jù)資源、技術(shù)條件等因素，“黃河一張圖”建設(shè)還存在諸多問題和不足，下一步還需繼續(xù)在豐富“黃河一張圖”數(shù)據(jù)內(nèi)容，擴(kuò)展相關(guān)業(yè)務(wù)屬性，整合“天地圖”“水利一張圖”等數(shù)據(jù)和服務(wù)資源，黃河地理信息公共服務(wù)平臺(tái)開發(fā)建設(shè)等方面進(jìn)行進(jìn)一步的研究和探索。

圖7 多種視角電子地圖

參考文獻(xiàn)：

[1] 黃河水利委員會(huì).“數(shù)字黃河”工程規(guī)劃[M]. 鄭州：黃河水利出版社，2003: 12-18.

[2] 蔡陽，謝文君，付靜，等. 全國水利普查空間信息系統(tǒng)的若干關(guān)鍵技術(shù)[J]. 測(cè)繪學(xué)報(bào)，2015 (5): 585-588.

[3] 鄭振貴，馬洪兵，陳從華. 一種電子地圖要素和屬性的組織方式[J]. 地理信息世界，2017 (24): 51-55.

[4] 張曉輝，余海洋，陳鑫祥. 基于 ArcGIS 的省級(jí)政務(wù)電子地圖制作方法及關(guān)鍵技術(shù)探討[J]. 北京測(cè)繪，2017 (1):78-8.

[5] 國家測(cè)繪地理信息局. 地理信息公共服務(wù)平臺(tái)電子地圖數(shù)據(jù)規(guī)范：CH/Z 9011—2011[S]. 北京：測(cè)繪出版社，2011: 8-10.

[6] 覃麗仙，鄧蜀江. 基于國家基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)的電子地圖制作與應(yīng)用[J]. 測(cè)繪與空間地理信息，2017 (40): 95-97.