新型基礎(chǔ)測(cè)繪大比例尺DLG圖庫(kù)一體化方法

陳 慶，戴 騰，牛建軍，劉 韜，王愛華

（1.湖北省測(cè)繪工程院，湖北 武漢 430074；2.山東省國(guó)土測(cè)繪院，山東 濟(jì)南 250000）

2015年6月國(guó)務(wù)院批復(fù)同意的《全國(guó)基礎(chǔ)測(cè)繪中長(zhǎng)期規(guī)劃綱要（2015—2030年）》提出，到2030年全面建成新型基礎(chǔ)測(cè)繪體系[1]。與傳統(tǒng)基礎(chǔ)測(cè)繪相比，新型基礎(chǔ)測(cè)繪的主要特征是聯(lián)動(dòng)更新、按需服務(wù)，其中聯(lián)動(dòng)更新首先要求在組織模式上有創(chuàng)新，主要表現(xiàn)為將原來(lái)按照大地測(cè)量、航空攝影測(cè)量、地圖制圖等工序的生產(chǎn)組織模式轉(zhuǎn)變?yōu)闇y(cè)繪技術(shù)一體化集成、國(guó)家和地方分工協(xié)同、測(cè)繪系統(tǒng)與專業(yè)部門信息共享協(xié)作等方式。

傳統(tǒng)基礎(chǔ)測(cè)繪DLG的生產(chǎn)采集和更新主要分為內(nèi)業(yè)航測(cè)成圖、外業(yè)調(diào)繪與補(bǔ)測(cè)、內(nèi)業(yè)整理編輯入庫(kù)3個(gè)步驟，通常在兩個(gè)甚至多個(gè)軟件中切換。常規(guī)的工藝流程為：首先在MapMatrix等航測(cè)軟件下立體采集，然后利用AutoCAD等制圖軟件出圖，最后利用Geoway或ArcGIS等入庫(kù)軟件編輯整理。該方法生產(chǎn)的制圖數(shù)據(jù)和入庫(kù)數(shù)據(jù)各成一套，常出現(xiàn)上游出圖數(shù)據(jù)發(fā)生變化后下游入庫(kù)數(shù)據(jù)未能及時(shí)更新與同步的問(wèn)題。為滿足“省級(jí)統(tǒng)籌、市縣協(xié)同、聯(lián)動(dòng)更新”的新型基礎(chǔ)測(cè)繪要求，湖北省開展了新型基礎(chǔ)測(cè)繪項(xiàng)目試點(diǎn)工作。試點(diǎn)生產(chǎn)組織模式建立的是大比例尺圖庫(kù)一體化的基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫(kù)，可按需隨時(shí)從基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫(kù)中提取數(shù)據(jù)制作可視化產(chǎn)品[2]。

1 圖庫(kù)一體化關(guān)鍵問(wèn)題研究

1.1 傳統(tǒng)圖庫(kù)數(shù)據(jù)不一致的原因分析

在測(cè)繪規(guī)范中，地形圖圖式是地形圖要素表達(dá)的規(guī)范指導(dǎo)，包括地圖符號(hào)、注記和圖廓整飾，是符號(hào)數(shù)據(jù)[3]；而《基礎(chǔ)地理信息要素?cái)?shù)據(jù)字典》（以下簡(jiǎn)稱《數(shù)據(jù)字典》）是地形圖入庫(kù)要素的規(guī)范指導(dǎo)，包括點(diǎn)、線、面及其之間的拓?fù)潢P(guān)系和屬性數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，用以指導(dǎo)基礎(chǔ)地理信息要素分類代碼與屬性表的編制，是非符號(hào)數(shù)據(jù)。由于二者的出發(fā)點(diǎn)不一致，因此符號(hào)數(shù)據(jù)與非符號(hào)數(shù)據(jù)不能全面有機(jī)的一一對(duì)照，導(dǎo)致傳統(tǒng)的建庫(kù)和制圖數(shù)據(jù)生產(chǎn)往往是圖庫(kù)分離的狀態(tài)，兩套數(shù)據(jù)對(duì)同一實(shí)體要素的定性和空間表達(dá)不一致，使用起來(lái)非常不便[4]。舉例說(shuō)明，大比例尺地形圖圖式中臺(tái)階的基本形態(tài)包括有邊臺(tái)階、無(wú)邊臺(tái)階和U型臺(tái)階3種，而《數(shù)據(jù)字典》只用一種面表示，即建庫(kù)數(shù)據(jù)是一種，而出圖數(shù)據(jù)需要多種（圖1）；又如機(jī)耕路符號(hào)化后一邊是虛線，另一邊是實(shí)線，而《數(shù)據(jù)字典》中對(duì)機(jī)耕路邊線的規(guī)定也只有一種邊線代碼（圖2）。由此可見，要實(shí)現(xiàn)圖庫(kù)數(shù)據(jù)統(tǒng)一，需解決二者之間的轉(zhuǎn)換問(wèn)題，即庫(kù)圖轉(zhuǎn)換既要符合GIS數(shù)據(jù)的特點(diǎn)，又要顧及到地形圖符號(hào)的表達(dá)。

圖1 臺(tái)階表示

圖2 機(jī)耕路表示

計(jì)算機(jī)軟件在制圖與建庫(kù)數(shù)據(jù)處理上的功能各有千秋。南方CASS與AutoCAD等常用的制圖軟件可快速美觀地對(duì)地形圖數(shù)據(jù)符號(hào)化，側(cè)重于數(shù)據(jù)出圖，但缺乏建庫(kù)數(shù)據(jù)（GIS數(shù)據(jù)）中點(diǎn)線面的存儲(chǔ)法則和拓?fù)潢P(guān)系的處理，要素屬性也無(wú)法充分記錄，不能滿足入庫(kù)的要求。然而，DLG數(shù)據(jù)入庫(kù)采用較多的Geoway平臺(tái)是一個(gè)專業(yè)的建庫(kù)數(shù)據(jù)處理平臺(tái)，數(shù)據(jù)編輯與檢查操作方便，可導(dǎo)出為通用的mdb格式[5]，生產(chǎn)規(guī)范的GIS數(shù)據(jù)，但導(dǎo)出的mdb數(shù)據(jù)無(wú)法方便地倒回平臺(tái)進(jìn)行數(shù)據(jù)更新和符號(hào)化；功能較強(qiáng)大的ArcGIS軟件則更加側(cè)重于GIS數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)與空間分析，卻在數(shù)據(jù)出圖方面不夠美觀和方便，空間編輯功能更適合處理海量數(shù)據(jù)[6]。由此可見，各類測(cè)繪軟件的功能限制也導(dǎo)致了DLG圖庫(kù)數(shù)據(jù)生產(chǎn)的分離，在實(shí)際生產(chǎn)中制圖數(shù)據(jù)生產(chǎn)往往是建庫(kù)數(shù)據(jù)生產(chǎn)的上游。

1.2 解決圖庫(kù)數(shù)據(jù)一致性的關(guān)鍵點(diǎn)

基于上述原因分析，本文圖庫(kù)一體化生產(chǎn)著重從兩個(gè)方面去解決問(wèn)題。

首先是改進(jìn)地理實(shí)體要素編碼。在傳統(tǒng)基礎(chǔ)地理要素編碼的基礎(chǔ)上，本文充分考慮了地理實(shí)體構(gòu)建和圖庫(kù)一體化，以傳統(tǒng)基礎(chǔ)測(cè)繪GB/T 13923-2006《基礎(chǔ)地理信息要素分類與代碼》為GB代碼基礎(chǔ)，以GB/T 20258.1-2019《基礎(chǔ)地理信息要素?cái)?shù)據(jù)字典第1部分：1∶500 1∶1 000 1∶2 000比例尺》為參考，以GB/T 20257.1-2017《國(guó)家基本比例尺地圖圖式第1部分：1∶500 1∶1 000 1∶2 000地形圖圖式》為主要要素依據(jù)，同時(shí)兼顧編碼設(shè)計(jì)的科學(xué)性、系統(tǒng)性、適用性、穩(wěn)定性和可擴(kuò)展性，最終制定了10位十進(jìn)制編碼的地理實(shí)體要素分類代碼，包括門類、大類、中類、小類、圖形碼和細(xì)分碼，如圖3所示。

圖3 地理實(shí)體要素分類代碼結(jié)構(gòu)

1）左起第一、二位為門類碼，根據(jù)地理實(shí)體要素的門類劃分，范圍為01～08。

2）左起第三、四位為大類碼，是在門類的基礎(chǔ)上細(xì)分形成的要素類，是已有各分類編碼體系的一級(jí)類編碼。

3）左起第五、六位為中類碼，是在大類的基礎(chǔ)上細(xì)分形成的要素類，是已有各分類編碼體系的二級(jí)類編碼，無(wú)此級(jí)別的，則補(bǔ)“0”。

4）左起第七、八位為小類碼，是在中類的基礎(chǔ)上細(xì)分形成的要素類，是已有各分類編碼體系的三級(jí)類編碼，如有四級(jí)類編碼，則將其并入三級(jí)類編碼中，無(wú)此級(jí)別的，則補(bǔ)“0”。

5）圖形碼采用一位數(shù)字碼，其中“0”表示注記，“1”表示點(diǎn)，“2”表示半依比例尺的線或中心線，“3”表示面，“4”表示邊線。

6）細(xì)分碼是對(duì)國(guó)標(biāo)代碼中子類碼的進(jìn)一步劃分，按1～9的順序添加，沒有細(xì)分類，則為“0”。

舉例說(shuō)明機(jī)耕路編碼解決符號(hào)數(shù)據(jù)與非符號(hào)數(shù)據(jù)統(tǒng)一的辦法。機(jī)耕路在基礎(chǔ)地理信息要素分類與代碼中的GB碼為440100，在《數(shù)據(jù)字典》中的參考代碼為4401004，按照擴(kuò)充的編碼規(guī)則，設(shè)計(jì)的入庫(kù)虛線邊線代碼為0404010041，實(shí)線邊線代碼為0404010042，即可解決建庫(kù)數(shù)據(jù)與制圖數(shù)據(jù)的一一對(duì)應(yīng)問(wèn)題。

其次，在計(jì)算機(jī)軟件方面，改進(jìn)了符號(hào)化程序，整合了建庫(kù)軟件功能，在立體測(cè)圖軟件下開發(fā)了入庫(kù)編輯功能，使得數(shù)據(jù)采集完成后不用更換軟件，可直接在平臺(tái)上完成建庫(kù)數(shù)據(jù)的生產(chǎn)（圖4）。某些復(fù)雜的地形圖符號(hào)，在過(guò)去計(jì)算機(jī)軟件中已形成通用骨架線或骨架面表達(dá)，如臺(tái)階在南方CASS軟件中，只需定位3個(gè)點(diǎn)即可完成普通臺(tái)階的繪制和符號(hào)化，這里需要記錄結(jié)點(diǎn)的順序，第一個(gè)點(diǎn)和第二個(gè)點(diǎn)決定臺(tái)階的寬度，第三個(gè)點(diǎn)表示臺(tái)階的長(zhǎng)度，最后入庫(kù)存儲(chǔ)的是面數(shù)據(jù)，面的長(zhǎng)與寬分別對(duì)應(yīng)臺(tái)階的長(zhǎng)與寬。當(dāng)計(jì)算機(jī)一次性無(wú)法將符號(hào)的各種情況表達(dá)全面時(shí)，可將編碼擴(kuò)展，如上述臺(tái)階繪制方法不能一次性包括U型臺(tái)階的表達(dá)，有邊臺(tái)階和無(wú)邊臺(tái)階也不能區(qū)分?！稊?shù)據(jù)字典》中臺(tái)階入庫(kù)代碼為3804043，按照地形圖圖式，結(jié)合計(jì)算機(jī)軟件功能分別擴(kuò)展細(xì)分碼也可解決臺(tái)階圖庫(kù)數(shù)據(jù)的一致性問(wèn)題。

圖4 定制化的編輯入庫(kù)功能

另外，有些要素?zé)o需符號(hào)化（如注記點(diǎn)），只需標(biāo)注注記；有些面要素符號(hào)化需記錄重要的變換點(diǎn)，如斜坡面的符號(hào)需記錄面的哪一條邊是斜坡。因此，可在通用屬性字段中給每個(gè)地理實(shí)體要素添加布爾型SYMBOL字段，用以表示是否符號(hào)化；可為復(fù)雜符號(hào)的面要素添加幾何變換點(diǎn)字段，再通過(guò)屬性字段配合來(lái)實(shí)現(xiàn)建庫(kù)數(shù)據(jù)的符號(hào)化。

2 大比例尺DLG圖庫(kù)一體化工藝流程

圖庫(kù)一體化生產(chǎn)需提前做好圖庫(kù)一體化模板方案[7]，包括地理實(shí)體要素編碼、符號(hào)化、屬性字段表等圖庫(kù)屬性，傳統(tǒng)測(cè)繪數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換還需制作轉(zhuǎn)換對(duì)照表。其主要流程為：①按照一體化模板立體采集符號(hào)化的地物地貌等要素，需制作DEM的，可直接提取編輯數(shù)據(jù)，并通過(guò)DEM糾正DOM；②將內(nèi)業(yè)采集的矢量數(shù)據(jù)疊加DOM底圖制作外業(yè)調(diào)繪底圖，并導(dǎo)入電子平板或打印紙質(zhì)地圖進(jìn)行外業(yè)調(diào)繪；③將外業(yè)調(diào)繪數(shù)據(jù)反饋至內(nèi)業(yè)立體采集平臺(tái)中，對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行編輯、融合、屬性錄入和拓?fù)潢P(guān)系處理，并進(jìn)行數(shù)據(jù)檢查得到圖庫(kù)一體化數(shù)據(jù)；④根據(jù)需要將圖庫(kù)一體化數(shù)據(jù)導(dǎo)出為通用數(shù)據(jù)庫(kù)mdb格式或udb格式的建庫(kù)數(shù)據(jù)，或按照出圖模版將圖庫(kù)一體化數(shù)據(jù)導(dǎo)出為dwg格式的制圖數(shù)據(jù)，如圖5所示。

圖5 圖庫(kù)一體化工藝流程圖

3 結(jié)語(yǔ)

基于航測(cè)軟件一體化采集方法制作的DLG數(shù)據(jù)，導(dǎo)出為mdb和udb格式數(shù)據(jù)分別進(jìn)入ArcGIS軟件和超圖平臺(tái)后，可無(wú)損逆轉(zhuǎn)重新讀取mdb數(shù)據(jù)符號(hào)化出圖或更新編輯，還可與傳統(tǒng)的CASS、AutoCAD制圖軟件在不改變其過(guò)去已有符號(hào)庫(kù)的基礎(chǔ)上（只需完善符號(hào)庫(kù)和對(duì)照表）進(jìn)行無(wú)縫對(duì)接，直接出圖。實(shí)驗(yàn)證明，圖庫(kù)一體化的數(shù)據(jù)采集與更新工藝流程，不僅保證了地形圖數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)的統(tǒng)一，而且極大地提高了DLG的更新效率和數(shù)據(jù)質(zhì)量。