Ma p GIS地理信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)集成與數(shù)據(jù)優(yōu)化處理方法的應(yīng)用

魏 瑋

（甘肅省基礎(chǔ)地理信息中心，甘肅 蘭州730000）

0.引言

伴隨著網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)和大數(shù)據(jù)技術(shù)的發(fā)展，地理信息系統(tǒng)的應(yīng)用范圍越來(lái)越廣，并在地理信息的存儲(chǔ)與分析中至關(guān)重要。系統(tǒng)以地理空間數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，能夠?qū)Ａ繑?shù)據(jù)進(jìn)行集成處理。MapGIS平臺(tái)中，各類信息數(shù)據(jù)量巨大，這時(shí)需要采用一種信息整合辦法，再對(duì)整合之后的信息展開(kāi)優(yōu)化處理。

1.MapGIS地理信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)集成

1.1 MapGIS地理信息系統(tǒng)的應(yīng)用功能

分析MapGIS系統(tǒng)的應(yīng)用功能，主要如下：

（1）數(shù)據(jù)輸入功能。在建立數(shù)據(jù)庫(kù)時(shí)需要將采集到的數(shù)據(jù)導(dǎo)入其中，MapGIS系統(tǒng)支持?jǐn)?shù)據(jù)快速輸入，可將不同類型的地理空間數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)為數(shù)字化數(shù)據(jù)，并以快捷的方式轉(zhuǎn)化數(shù)據(jù)、導(dǎo)入數(shù)據(jù)，從而為信息的優(yōu)化處理提供便利條件。

（2）數(shù)據(jù)管理與應(yīng)用功能。數(shù)據(jù)庫(kù)是依靠屬性與空間系統(tǒng)來(lái)管理，在MapGIS系統(tǒng)的屬性管理中包含文件比例尺和坐標(biāo)系等參數(shù)，經(jīng)過(guò)MapGIS系統(tǒng)的“投影轉(zhuǎn)換”功能，或者修改地圖參數(shù)設(shè)置達(dá)到數(shù)據(jù)管理目的。空間管理功能可對(duì)外掛數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)鏈接，提高數(shù)據(jù)細(xì)節(jié)管理效果。

（3）數(shù)據(jù)信息處理功能。轉(zhuǎn)換空間數(shù)據(jù)并導(dǎo)入MapGIS系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)后，將數(shù)據(jù)利用MapGIS軟件進(jìn)行編輯與校正，保證數(shù)據(jù)輸出沒(méi)有誤差。[1]

MapGIS軟件支持?jǐn)?shù)據(jù)分布式計(jì)算、分布式空間信息分發(fā)與共享、網(wǎng)絡(luò)化空間信息服務(wù)，能夠支持海量、分布式的國(guó)家空間基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)。軟件創(chuàng)建了國(guó)土空間大數(shù)據(jù)中心，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)元數(shù)據(jù)管理和日志管理，并依靠云技術(shù)搭建了MapGIS自然資源和規(guī)劃電子政務(wù)云平臺(tái)。MapGIS屬于GIS平臺(tái)，以矢量數(shù)據(jù)為平臺(tái)主體，通過(guò)無(wú)拓?fù)涫噶恐卫砜臻g數(shù)據(jù)。MapGIS在個(gè)人電腦桌面上有著較為廣闊的市場(chǎng)發(fā)展空間，這是因?yàn)镸apGIS在空間數(shù)據(jù)庫(kù)的分化和治理方面具有操作簡(jiǎn)單的優(yōu)勢(shì)，同時(shí)平臺(tái)擁有桌面制圖功能，使得空間分化效果比GIS空間分化效果更好。MapGIS程序主菜單。（如圖1所示）在MapGIS功能方面，平臺(tái)可進(jìn)行圖庫(kù)和圖幅操作，支持圖庫(kù)建立、圖庫(kù)修改和圖庫(kù)漫游，可提供圖幅輸入、顯示與修改功能，方便使用者隨時(shí)調(diào)取圖幅。MapGIS是自主可控且具有國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力的國(guó)產(chǎn)GIS軟件，其在涉及地理空間信息的行業(yè)和領(lǐng)域有著很廣泛和深入地應(yīng)用，適合地質(zhì)礦產(chǎn)、土地、林業(yè)、測(cè)繪、電力等行業(yè)領(lǐng)域的地質(zhì)制圖。軟件創(chuàng)建了城市地質(zhì)大數(shù)據(jù)平臺(tái)，其中包含城市地質(zhì)一張圖、地質(zhì)云門(mén)戶兩方面系統(tǒng)，完成了對(duì)地質(zhì)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的查詢，支持?jǐn)?shù)據(jù)的實(shí)時(shí)共享。城市地質(zhì)一張圖中包含了BIM、傾斜攝影、地形，地下鉆孔、屬性、地質(zhì)結(jié)構(gòu)模型等三維地質(zhì)數(shù)據(jù)信息，平臺(tái)可對(duì)信息進(jìn)行一體化展示和查詢。地質(zhì)云門(mén)戶中包含地質(zhì)資料、地質(zhì)科普、門(mén)戶配置等內(nèi)容，實(shí)現(xiàn)了地礦數(shù)據(jù)的統(tǒng)一管理和分布式存儲(chǔ)。

1.2 空間數(shù)據(jù)庫(kù)集成平臺(tái)的應(yīng)用

圖1 MapGIS國(guó)土空間大數(shù)據(jù)中心

結(jié)合GIS信息特征，對(duì)空間數(shù)據(jù)庫(kù)平臺(tái)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。建立多個(gè)元數(shù)據(jù)記錄，讓每個(gè)數(shù)據(jù)與空間數(shù)據(jù)庫(kù)相互對(duì)應(yīng)，再對(duì)各節(jié)點(diǎn)形成元數(shù)據(jù)庫(kù)，使其與空間數(shù)據(jù)集保持相互對(duì)應(yīng)的關(guān)系。數(shù)據(jù)庫(kù)節(jié)點(diǎn)可保持本地?cái)?shù)據(jù)庫(kù)與元數(shù)據(jù)庫(kù)相互一致。平臺(tái)保存元數(shù)據(jù)庫(kù)副本，并維持和節(jié)點(diǎn)元數(shù)據(jù)庫(kù)之間的動(dòng)態(tài)化連接關(guān)系。元數(shù)據(jù)庫(kù)可以對(duì)信息加以詳細(xì)描述，統(tǒng)一管理整個(gè)MapGIS系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)，從而產(chǎn)生GIS數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)。將其作為參考條件，使數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)的數(shù)據(jù)得以集成，為保持MapGIS系統(tǒng)的獨(dú)立性，應(yīng)建立與元數(shù)據(jù)庫(kù)相互對(duì)應(yīng)的系統(tǒng)。

批量導(dǎo)出點(diǎn)位置坐標(biāo)時(shí)，讀出多點(diǎn)位置坐標(biāo)到表格，如果圖1中有著大量采樣點(diǎn)分布，想要批量導(dǎo)出坐標(biāo)，可采用以下方式：進(jìn)入投影轉(zhuǎn)換模塊，編輯文件屬性結(jié)構(gòu)，增加X(jué)和Y字段，選擇雙精度型和浮點(diǎn)型字段，設(shè)置坐標(biāo)小數(shù)位數(shù)。

將點(diǎn)位置轉(zhuǎn)為屬性，選擇坐標(biāo)X和Y對(duì)應(yīng)的字段進(jìn)行轉(zhuǎn)換。利用MapGIS中的文件轉(zhuǎn)換模塊，裝入文件，在輸出選單下選“輸出MapGIS明碼格式”。用記事本打開(kāi)“*.WAT”格式的文件，將所有數(shù)據(jù)全部復(fù)制粘貼到WORD文檔內(nèi)，再用上文所述的方法將其轉(zhuǎn)換到Excel表格內(nèi)。

2.MapGIS地理信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)優(yōu)化處理方法

2.1 對(duì)GIS數(shù)據(jù)的優(yōu)化處理

2.1.1 拓?fù)潢P(guān)系與數(shù)據(jù)更新

將地理空間數(shù)據(jù)輸入MapGIS，操作人員需要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行不定時(shí)修改，以便及時(shí)改正錯(cuò)誤數(shù)據(jù)，提升數(shù)據(jù)精確性。在修改地理空間數(shù)據(jù)時(shí)，拓?fù)潢P(guān)系會(huì)發(fā)生變化，其更新速度也會(huì)對(duì)空間數(shù)據(jù)編輯效率產(chǎn)生影響。拓?fù)潢P(guān)系的應(yīng)用將關(guān)系到數(shù)據(jù)編碼錄入、存儲(chǔ)管理、空間分析等工作，使用冗余數(shù)據(jù)能夠展現(xiàn)拓?fù)潢P(guān)系數(shù)據(jù)，計(jì)算幾何數(shù)據(jù)可推動(dòng)拓?fù)潢P(guān)系的構(gòu)建。拓?fù)潢P(guān)系數(shù)據(jù)越明確，數(shù)據(jù)更新所消耗的時(shí)間也就越多，處理難度也就越低。

2.1.2 拓?fù)潢P(guān)系局部數(shù)據(jù)更新方式

對(duì)于拓?fù)潢P(guān)系的數(shù)據(jù)更新方式，主要有以下幾種：

（1）弧段編輯。其中包含刪除弧、連接弧、分裂弧以及添加弧。刪除弧就是隨機(jī)刪除一條弧，從而引發(fā)拓?fù)潢P(guān)系更新；添加弧是添加一條新的弧，該弧不會(huì)與其他弧分裂；連接弧指某節(jié)點(diǎn)和兩條弧相連時(shí)，能夠連為一條，中間節(jié)點(diǎn)可刪去；分裂弧就是在弧中間處加節(jié)點(diǎn)，一條弧變?yōu)閮蓷l。常見(jiàn)的拓?fù)潢P(guān)系主要包含多邊形和點(diǎn)線拓?fù)鋬煞N，編輯弧段時(shí)，拓?fù)潢P(guān)系主要包含邊形和點(diǎn)線兩種拓?fù)淝闆r。

（2）節(jié)點(diǎn)編輯。關(guān)于節(jié)點(diǎn)編輯的拓?fù)涓?，?jié)點(diǎn)編輯主要擁有三種方式，即添加、刪除、擬合。節(jié)點(diǎn)添加主要有兩方面情況：一方面，添加節(jié)點(diǎn)在弧中點(diǎn)位置，節(jié)點(diǎn)添加后拓?fù)涓潞突》至岩恢?；另一方面，添加?jié)點(diǎn)位置不在弧上，可在設(shè)定位置建立新節(jié)點(diǎn)相關(guān)數(shù)據(jù)。刪除節(jié)點(diǎn)時(shí)，如果不刪除節(jié)點(diǎn)和被刪除節(jié)點(diǎn)相連的弧，而只刪除節(jié)點(diǎn)，那么拓?fù)涓戮团c連接弧一樣。如果同時(shí)刪除節(jié)點(diǎn)和連接的弧，這時(shí)應(yīng)添加節(jié)點(diǎn)，并將連接弧刪除。擬合節(jié)點(diǎn)就是將兩個(gè)以上的節(jié)點(diǎn)組合為一個(gè)節(jié)點(diǎn)，擬合操作時(shí)應(yīng)提前設(shè)定擬合閾值，確保節(jié)點(diǎn)間距離處于一定范圍。

（3）多邊形編輯。針對(duì)多邊形編輯的拓?fù)涓虏僮髦饕譃樗姆N方式，（如表1所示）。合并時(shí)只有多邊形相鄰時(shí)才能操作，添加多邊形時(shí)可以采用添加弧的方式進(jìn)行，刪除多邊形時(shí)可合并多邊形，以此達(dá)到拓?fù)涓履康摹2]

表1多邊形與弧的對(duì)應(yīng)關(guān)系

2.2 對(duì)地質(zhì)制圖中的數(shù)據(jù)處理

將MapGIS系統(tǒng)用于地質(zhì)制圖中，應(yīng)注意以下操作要點(diǎn)：

（1）明確MapGIS系統(tǒng)的匯編要求。專題圖件包含專題與地理兩大要素，在匯編圖形時(shí)應(yīng)綜合二者，根據(jù)地質(zhì)條件、地形情況，以此作為制圖依據(jù)，按照國(guó)家地形編繪標(biāo)準(zhǔn)展開(kāi)綜合治理。MapGIS系統(tǒng)支持不同投影的轉(zhuǎn)換，我國(guó)主要有北京54坐標(biāo)系、西安80坐標(biāo)系兩種。如果地形圖的坐標(biāo)系不同，應(yīng)提前利用MapGIS系統(tǒng)完成坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換。

（2）掃描原圖并校正數(shù)據(jù)、使用MapGIS系統(tǒng)和掃描儀進(jìn)行原圖掃描，直接掃描編繪符合地形特征的原圖，再將經(jīng)過(guò)掃描的原圖以“格柵”的方式保存于文件夾內(nèi)。掃描時(shí)應(yīng)保證原圖與地形圖精度，提高掃描效率，保存LIFF格式文件。

（3）圖形矢量化。應(yīng)用MapGIS系統(tǒng)，依靠系統(tǒng)所提供的圖形處理功能，在對(duì)圖像進(jìn)行處理與矢量化前，對(duì)圖像信息分類整理，設(shè)置和同比例尺相同的圖層。比如根據(jù)不同圖形明確標(biāo)準(zhǔn)位置，這樣做能夠?yàn)榻酉聛?lái)的圖像矢量化處理奠定基礎(chǔ)。地形圖像信息編輯與矢量化處理前，應(yīng)按照?qǐng)D形內(nèi)的點(diǎn)線建立圖例版文件，應(yīng)用MapGIS系統(tǒng)設(shè)置圖元參數(shù)，提高參數(shù)值的真實(shí)性和準(zhǔn)確性。以不同比例尺地形圖像為參考依據(jù)，輸入?yún)?shù)前需要在MapGIS系統(tǒng)設(shè)置圖例，防止進(jìn)入MapGIS系統(tǒng)菜單后重新修改參數(shù)，從而提高M(jìn)apGIS系統(tǒng)工作效率。

矢量空間分析子系統(tǒng)是MapGIS的一個(gè)重要組成部分，采用空間疊加方法和屬性分析方法查詢地理數(shù)據(jù)，并得到以下功能：

數(shù)據(jù)分析功能向使用者提供了數(shù)據(jù)地形模型的分析和檢索功能，支持坡度與坡向分析、流域分析、趨勢(shì)面分析以及分水嶺分析。屬性數(shù)據(jù)分析功能包含單屬性統(tǒng)計(jì)和累計(jì)直方圖分析、雙屬性累計(jì)直方圖和頻率直方圖分析。綜合查詢檢索功能主要分為空間查詢與屬性查詢，其應(yīng)用方式靈活方便，可對(duì)數(shù)據(jù)展開(kāi)隨意查詢。結(jié)果輸出功能能夠?qū)apGIS分析得到的結(jié)果采用圖形或者報(bào)表的形式輸出，從而達(dá)到圖文并茂的效果，數(shù)據(jù)觀看也能夠更加直觀。中地?cái)?shù)碼GIS軟件作為國(guó)內(nèi)自主生產(chǎn)的可控GIS平臺(tái)，采用新一代芯片3A4000，與華為云STACK進(jìn)行了兼容性認(rèn)證，科學(xué)搭建了MapGIS智慧城市云平臺(tái)，推動(dòng)了軟件在智能計(jì)算和人工領(lǐng)域內(nèi)的合作應(yīng)用，使地質(zhì)制圖數(shù)據(jù)處理效果更佳良好。以甘肅省某地區(qū)的可視礦床資源量估算為例，基于MapGIS軟件平臺(tái)，使用DTM模塊與輸入編輯子系統(tǒng)內(nèi)的功能展開(kāi)礦床資源量的計(jì)算。首先，為礦床地形等高線屬性賦值，得出計(jì)算范圍的實(shí)際面積；其次，對(duì)賦值后的等高線網(wǎng)格化，使其轉(zhuǎn)為文件；最后，在模型中點(diǎn)擊并裁剪出規(guī)則網(wǎng)裁剪，計(jì)算該范圍下的文件。應(yīng)用蓄積量和表面積計(jì)算得出礦塊體積，計(jì)算礦塊平均厚度，計(jì)算礦塊體積。點(diǎn)擊高程點(diǎn)標(biāo)注制圖，選擇輸出標(biāo)注到屬性字段，保存文件即可。

2.3 結(jié)合Excel制作資源儲(chǔ)量估算圖

以往的資源儲(chǔ)量估算圖在制作時(shí)容易出現(xiàn)錯(cuò)誤，應(yīng)用MapGIS系統(tǒng)，結(jié)合Excel可以更好地進(jìn)行數(shù)據(jù)的優(yōu)化處理。具體應(yīng)用方式如下：

（1）生成圖框。手工繪圖時(shí)需要打好網(wǎng)格再作圖，然后按照網(wǎng)格繪制圖形，以此減少誤差。應(yīng)用MapGIS后，可以利用計(jì)算機(jī)生成圖框，再將圖配入圖框內(nèi)，最后進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理。MapGIS系統(tǒng)主要提供了經(jīng)緯網(wǎng)和公里網(wǎng)兩種圖框，數(shù)據(jù)處理與核實(shí)時(shí)需要用到公里網(wǎng)圖框，打開(kāi)系統(tǒng)投影變換模塊、鍵盤(pán)生成矩形圖框，按照需要填入?yún)?shù)即可。

（2）拐點(diǎn)投影和坐標(biāo)轉(zhuǎn)換。將已知坐標(biāo)點(diǎn)投影在圖上，再進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換。以礦權(quán)范圍坐標(biāo)為例，將拐點(diǎn)坐標(biāo)投影在圖上能夠確定面積，通過(guò)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換確定經(jīng)緯度的具體位置。

MapGIS系統(tǒng)具有投影變換模塊功能，用戶可以將一個(gè)點(diǎn)的坐標(biāo)投影在相應(yīng)比例尺圖上。

在MapGIS中的坐標(biāo)表示：

橫坐標(biāo)x=高斯坐標(biāo)Y（比例尺分母/1000）

縱坐標(biāo)y＝高斯坐標(biāo)X（比例尺分母/1000）

例如：高斯坐標(biāo)，即X=2764650 Y=35,400,500，將高斯坐標(biāo)投影在比例尺1∶5000的圖上，經(jīng)過(guò)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，該圖上的坐標(biāo)X=80100；Y=552930。

將大地坐標(biāo)轉(zhuǎn)為經(jīng)緯度坐標(biāo)。在文本文件中輸入大地坐標(biāo)數(shù)據(jù)，原始的大地坐標(biāo)Y—8位和X—7位如：31,560,000，4,503,500；將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化經(jīng)緯度坐標(biāo)Y—6位，X—7位，顯示如下：560,000，4,503,500。結(jié)果（如表2所示）：

打開(kāi)MapGIS，啟動(dòng)坐標(biāo)投影變形程序，軟件“指定數(shù)據(jù)起始位置”中出現(xiàn)“560,000，4,503,500”的文本文檔，按行讀取數(shù)據(jù)，X→Y順序，生成點(diǎn)，點(diǎn)擊確定。

表2坐標(biāo)轉(zhuǎn)換結(jié)果

3.結(jié)束語(yǔ)

總而言之，隨著MapGIS地理信息系統(tǒng)的優(yōu)化與完善，系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)不斷更新，用戶在應(yīng)用MapGIS系統(tǒng)時(shí)將會(huì)面臨更多類型的數(shù)據(jù)。傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理平臺(tái)比較落后，數(shù)據(jù)處理方式不夠先進(jìn)，基于元數(shù)據(jù)建立GIS數(shù)據(jù)集成平臺(tái)，應(yīng)用MapGIS系統(tǒng)進(jìn)行拓?fù)潢P(guān)系的局部更新，從而采用新的組合方式完成對(duì)復(fù)雜編輯操作的數(shù)據(jù)拓?fù)涓隆?/p>