淺談地圖制圖基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫建設(shè)

姚兵 劉曉

（江西省自然資源檔案館 江西南昌330025）

1 引言

地圖制圖自動化與智能化是當(dāng)前制圖領(lǐng)域研究的熱點問題，模板制圖是實現(xiàn)制圖自動化，提高制圖效率的一種手段[1]。近年來，隨著城市化進程的加快，原有的制圖成果數(shù)據(jù)現(xiàn)勢性無法滿足要求，為滿足地圖制圖的需求，建立江西省地圖制圖基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫勢在必行，預(yù)期成果主要包括基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫以及相關(guān)技術(shù)文檔等。它是利用數(shù)據(jù)庫、地理信息系統(tǒng)等技術(shù)完成地圖制圖矢量數(shù)據(jù)的對象化建模與集成建庫，建成基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫，實現(xiàn)我省國情監(jiān)測、地名普查、境界普查等現(xiàn)勢性強的成果數(shù)據(jù)的集成管理，為地圖制圖提供相關(guān)矢量數(shù)據(jù)源。

江西省地圖制圖基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫是基于Geodatabase 數(shù)據(jù)模型、對基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫進行統(tǒng)一設(shè)計，利用數(shù)據(jù)入庫檢查、處理與入庫工具軟件，對基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進行分層預(yù)處理、入庫前檢查、數(shù)據(jù)入庫等系列處理后，將基礎(chǔ)數(shù)據(jù)集中統(tǒng)一在關(guān)系型數(shù)據(jù)庫中存儲及管理，實現(xiàn)地圖制圖基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的集成管理、成果展示、更新維護和應(yīng)用服務(wù)等方面的功能[2]。

2 地圖制圖基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫建設(shè)流程

數(shù)據(jù)建庫流程主要包括資料收集分析、數(shù)據(jù)庫設(shè)計、數(shù)據(jù)分層預(yù)處理、數(shù)據(jù)入庫前檢查、數(shù)據(jù)入庫、建庫處理等。流程如圖1 所示。

圖1 流程圖

2.1 資料收集分析

（1） 江西省地理國情監(jiān)測成果數(shù)據(jù), 時點為2019 年6 月底，作為建庫的基礎(chǔ)資料，境界數(shù)據(jù)、人文景觀數(shù)據(jù)以此為準(zhǔn)，還作為小水系、道路的補充資料。

（2）收集的水系資料,作為建庫的基礎(chǔ)資料，水系名稱以水利資料為準(zhǔn)，江西省水系圖作為補充資料。

（3）以2010 年以前江西省5 萬DLG 數(shù)據(jù)作為建庫的原始資料，地形地貌數(shù)據(jù)、水系矢量數(shù)據(jù)以此為基礎(chǔ)資料，國情監(jiān)測數(shù)據(jù)、DOM 影像數(shù)據(jù)為作為補充資料。

（4）以2016 年12 月底江西省第二次全國地名普查成果數(shù)據(jù)作為建庫的基礎(chǔ)資料，自然村及行政駐地數(shù)據(jù)、道路及其附屬設(shè)施數(shù)據(jù)以此為準(zhǔn)，江西省各縣區(qū)的政區(qū)圖、DOM 影像數(shù)據(jù)作為補充資料。

（5）以2019 年6 月江西省GPS 道路成果數(shù)據(jù)作為公路等級、編號及名稱參考資料。

（6）江西省水系圖，作為參考資料。（7）江西省各縣區(qū)的政區(qū)圖，作為參考資料。（8）江西省各縣區(qū)的DOM，作為參考資料。

2.2 數(shù)據(jù)庫設(shè)計

2.2.1 數(shù)據(jù)分層模型

江西省地圖制圖基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫管理的數(shù)據(jù)主要是點狀要素、線狀要素以及面狀要素，其中，點狀要素、線狀要素與面狀要素兩兩之間相互獨立，又相互有關(guān)聯(lián)，存在著邏輯上位置關(guān)系。例如，火車站的點位與鐵路線之間存在共線包含關(guān)系。簡單說，數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)按相關(guān)的等級或類型統(tǒng)一分層存儲，分層的數(shù)據(jù)之間存在著一定的邏輯關(guān)系。

2.2.2 相關(guān)文檔數(shù)據(jù)模型

與江西省地圖制圖基礎(chǔ)數(shù)據(jù)及數(shù)據(jù)生產(chǎn)相關(guān)的技術(shù)文檔包括專業(yè)技術(shù)設(shè)計、相關(guān)技術(shù)規(guī)定、數(shù)據(jù)生產(chǎn)專業(yè)技術(shù)設(shè)計、數(shù)據(jù)庫技術(shù)設(shè)計方案、成果數(shù)據(jù)質(zhì)量檢查與驗收報告、技術(shù)總結(jié)等，相關(guān)文檔數(shù)據(jù)概念模型如圖2 所示。

圖2 相關(guān)文檔數(shù)據(jù)概念模型

2.2.3 數(shù)據(jù)庫邏輯設(shè)計

Oracle Spatial 將空間過程和操作直接轉(zhuǎn)移到數(shù)據(jù)庫內(nèi)核中，可提高數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)可伸縮性、安全性和性能。數(shù)據(jù)庫基于Oracle Spatial 下的GeoDatabase模型進行邏輯設(shè)計，使用SDO_GEOMETRY 類型字段存儲GIS 的空間數(shù)據(jù)，所有制圖基礎(chǔ)數(shù)據(jù)統(tǒng)一在2000 國家大地坐標(biāo)系、以度為單位的地理坐標(biāo)下建庫[3]。

矢量數(shù)據(jù)按數(shù)據(jù)集（Feature Dataset）和要素層（Feature Class）組織，要素層采用點、線、面表達。

2.2.4 數(shù)據(jù)庫物理設(shè)計

在邏輯設(shè)計基礎(chǔ)上，基于數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)量大、數(shù)據(jù)層多的特點，為提高數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)查詢?yōu)g覽分析效率，減少日后數(shù)據(jù)更新維護壓力，設(shè)計并確定基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫的物理存儲結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)庫存儲物理設(shè)計等方面內(nèi)容[4]?；A(chǔ)數(shù)據(jù)按矢量數(shù)據(jù)集（Feature Dataset）和要素層（Feature Class）進行存儲和組織，圖形數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù)庫中采用Geodatabase 的SHAPE 字段進行物理存儲，相應(yīng)屬性按照屬性字段進行物理存儲。矢量數(shù)據(jù)存儲記錄結(jié)構(gòu)由成果數(shù)據(jù)直接導(dǎo)入并刪除多余字段或添加必要字段后形成。

2.3 數(shù)據(jù)分層預(yù)處理

2.3.1 數(shù)據(jù)分析提取

根據(jù)數(shù)據(jù)庫設(shè)計方案，對已有資料分析，提取分層數(shù)據(jù)需現(xiàn)勢性最好的，采集精度更高，能滿足地圖制圖工作需要的成果數(shù)據(jù)。

（1）境界數(shù)據(jù)

矢量數(shù)據(jù)集名稱為境界，要素層包含省界、地市界、縣市區(qū)界以及鄉(xiāng)鎮(zhèn)界，以國情監(jiān)測成果數(shù)據(jù)為準(zhǔn)。

（2）自然村及行政駐地數(shù)據(jù)

矢量數(shù)據(jù)集名稱為自然村及行政駐地，要素層包含自然村、行政村、鄉(xiāng)級政府駐地、縣級政府駐地、市級政府駐地、省級政府駐地。

（3）水系及其附屬設(shè)施數(shù)據(jù)

矢量數(shù)據(jù)集名稱為水系及其附屬設(shè)施，要素層包含河流_線、河流_面、湖泊、水庫、電站。

（4）道路及其附屬設(shè)施數(shù)據(jù)

（1）經(jīng)銷商的信用以及財務(wù)狀況：詳細調(diào)查經(jīng)銷商的經(jīng)營理念、商業(yè)道德、誠信度、公共關(guān)系與社會責(zé)任；評估其資金實力(銀行存款、現(xiàn)金、股票、債券等)，可投入B公司產(chǎn)品的有效資金必須達到規(guī)定要求。

矢量數(shù)據(jù)集名稱為道路及其附屬設(shè)施，要素層包含城市道路、高速公路、國道、省道、縣道、鄉(xiāng)道、專用道路、鐵路、火車站、橋梁。

（5）人文景觀數(shù)據(jù)

矢量數(shù)據(jù)集名稱為人文景觀，要素層包含風(fēng)景名勝區(qū)、工業(yè)園區(qū)、森林公園、濕地公園、自然保護區(qū)。

（6）地形地貌數(shù)據(jù)

矢量數(shù)據(jù)集名稱為地形地貌，要素層包含山峰、山脈。

2.3.2 數(shù)據(jù)對象化處理

對矢量數(shù)據(jù)實體進行對象化處理，包括屬同一對象相同屬性的相鄰要素合并、以及對屬性掛接提取的矢量的同名矢量數(shù)據(jù)的甄別。

（1）同一實體對象相鄰要素合并

成果數(shù)據(jù)中一個地物對象可能對應(yīng)多個圖形要素，為方便對象化統(tǒng)計分析，需要將相鄰、屬性一致、屬于同一對象的要素合并為一個對象。

（2）同名矢量數(shù)據(jù)的甄別

對每一層源數(shù)據(jù)的要素提取，數(shù)據(jù)的核實檢查必不可少。以水庫數(shù)據(jù)為例，水庫名稱以水利資料提供為準(zhǔn)，矢量數(shù)據(jù)以5 萬DLG 為準(zhǔn)，根據(jù)屬性掛接，匹配到DLG 中同名的面狀水庫或許有很多，可能其中一個是與之對應(yīng)的矢量，但也可能一個都不是，尤其是多對多，屬性與矢量的對應(yīng)關(guān)系必須要注意甄別。

2.3.3 數(shù)據(jù)核實檢查

采取ARCGIS 軟件，通過人機交互方式核實，主要對路網(wǎng)、水網(wǎng)的連通性檢查，屬性賦值，單線水與面狀水的邏輯關(guān)系、面狀水與建筑物不相交檢查以及拓撲關(guān)系等檢查。

2.3.4 屬性結(jié)構(gòu)調(diào)整

根據(jù)地圖制圖的需求,進行保留、修改、刪除屬性字段以及對矢量編輯處理。例如公路LRDL 層，保留原國情監(jiān)測數(shù)據(jù)公路層的“全稱”、“類型”屬性字段，再將矢量數(shù)據(jù)按同一道路名稱融合處理。對多余的“車道數(shù)”、“鋪設(shè)材料”等屬性字段刪除，對等級道路改道，原道路降級處理的情況，可添加屬性字段說明。

2.3.4 數(shù)據(jù)更新完善

為了保持數(shù)據(jù)的真實性，需對數(shù)據(jù)更新完善，對有疑問之處，根據(jù)收集江西省水系圖、每年的行政區(qū)劃簡冊以及GPS 道路數(shù)據(jù)等相關(guān)資料，按照內(nèi)外業(yè)結(jié)合的作業(yè)方式去完善。

2.4 數(shù)據(jù)入庫前檢查

2.4.1 數(shù)據(jù)入庫前檢查內(nèi)容

（1）文件和結(jié)構(gòu)一致性：數(shù)據(jù)文件和目錄組織、數(shù)據(jù)集和圖層、屬性項。

（2）拓撲一致性：層內(nèi)、層間拓撲、網(wǎng)絡(luò)拓撲、要素與覆蓋一致性。

（3）其它邏輯一致性：屬性項值域、數(shù)據(jù)來源一致性、矢量數(shù)據(jù)共線共面一致性、元數(shù)據(jù)內(nèi)容與實際數(shù)據(jù)一致性。

（4）空間參考正確性：坐標(biāo)系基準(zhǔn)、高程基準(zhǔn)、投影。

（5）矢量數(shù)據(jù)接邊：包括省內(nèi)及省際接邊。

2.4.2 數(shù)據(jù)入庫前檢查要求（1）成果數(shù)據(jù)、元數(shù)據(jù)、技術(shù)文檔等文件齊全。

（2）各矢量要素層的坐標(biāo)系基準(zhǔn)、高程基準(zhǔn)、地圖投影等空間參考設(shè)置須符合數(shù)據(jù)相關(guān)技術(shù)規(guī)定要求。

（3）線狀要素不能有重疊線、獨立線、微短線、冗余節(jié)點、斷點、假結(jié)點、懸掛線以及自相交等。

（4）行政區(qū)劃界線層中界線要素是否與相應(yīng)級別行政區(qū)界線重疊。省級行政區(qū)、地、市、州級行政區(qū)、縣級行政區(qū)、鄉(xiāng)、鎮(zhèn)行政區(qū)下一級行政區(qū)面是上一級行政區(qū)面的嚴格剖分。

（5）點狀要素、線狀要素與面狀要素三者之間存在的邏輯關(guān)系是否合理。

2.5 數(shù)據(jù)入庫

數(shù)據(jù)入庫包括境界數(shù)據(jù)、自然村及行政駐地數(shù)據(jù)、水系及其附屬設(shè)施數(shù)據(jù)、道路及其附屬設(shè)施、人文景觀數(shù)據(jù)、地形地貌數(shù)據(jù)。

（1）建庫環(huán)境：ArcGIS 10.1、1 臺高性能服務(wù)器。

（2）創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)：創(chuàng)建各數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)，創(chuàng)建表空間和數(shù)據(jù)庫存儲文件，設(shè)置數(shù)據(jù)庫參數(shù)。

（3）數(shù)據(jù)入庫：將已完成分層預(yù)處理和入庫前檢查的各分層數(shù)據(jù)導(dǎo)入數(shù)據(jù)庫。

（4）建立數(shù)據(jù)庫索引：包括矢量數(shù)據(jù)索引、屬性索引。

2.6 建庫處理

數(shù)據(jù)入庫完成后，對數(shù)據(jù)庫中各層數(shù)據(jù)位置精度、屬性精度、邏輯一致性以及拓撲關(guān)系核查，各層要素疊加后應(yīng)保持協(xié)調(diào)一致；不同數(shù)據(jù)源的坐標(biāo)系不一致時，需進行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換統(tǒng)一坐標(biāo)系。

3 結(jié)束語

地圖制圖基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫建立是一項極其重要的工作，可減少很多重復(fù)數(shù)據(jù)整理工作，為地圖制圖提供現(xiàn)勢性強的底圖數(shù)據(jù)。建立地圖制圖基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫具有明顯的優(yōu)越性和良好的前景，只有不斷更新數(shù)據(jù)現(xiàn)勢性、改進地圖制圖編制技術(shù)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的集成管理、成果展示、更新維護和應(yīng)用服務(wù)等方面的功能，才能滿足地圖制圖的需求。

基于數(shù)據(jù)庫設(shè)計實現(xiàn)了數(shù)據(jù)編輯、轉(zhuǎn)換、入庫的一體化控制，通過設(shè)計要素表達規(guī)則和開發(fā)地圖制圖系統(tǒng)，實現(xiàn)了從數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)派生制圖數(shù)據(jù)，實現(xiàn)了入庫數(shù)據(jù)和制圖數(shù)據(jù)的一體化管理，避免了數(shù)據(jù)的重復(fù)建設(shè)[5]。