多尺度電子地圖數(shù)據(jù)庫建設(shè)

1、多尺度電子地圖數(shù)據(jù)庫建設(shè)【摘 要】隨著谷歌、百度、天地圖、搜狗、搜搜等電子地圖的上線，越來越多的軟件商熱衷于地圖服務(wù)。前臺網(wǎng)頁上的地圖分級顯示需要通過后臺服務(wù)器中地圖數(shù)據(jù)庫的搭建，來提供不同尺度、不同層次的空間展示。通過集成和組織多比例尺地圖數(shù)據(jù)，可以實現(xiàn)從小比例尺到大比例尺之間，小區(qū)域到大區(qū)域之間相互的地圖瀏覽?？梢?，隨著互聯(lián)網(wǎng)電子地圖的發(fā)展，多尺度電子地圖是成為電子地圖領(lǐng)域的研究熱點之一，而研究多尺度電子地圖數(shù)據(jù)庫的建設(shè)至關(guān)重要。因此，本文主要探討電子地圖中運用多尺度地圖數(shù)據(jù)來構(gòu)建電子地圖數(shù)據(jù)庫及電子地圖數(shù)據(jù)庫的概念設(shè)計、邏輯設(shè)計等方面的相關(guān)問題?！娟P(guān)鍵詞】電子地圖 多尺度 數(shù)據(jù)庫1引文在

2、計算機工業(yè)發(fā)展的推動下，地圖學也由傳統(tǒng)的手工制圖向機助制圖和地理信息系統(tǒng)發(fā)展。由于基本比例尺地理數(shù)據(jù)庫十分詳細、完整、精確地記錄著地形和地物目標的位置、屬性以及目標間的語義關(guān)系和空間拓撲關(guān)系。人們往往可以忽略比例尺的存在，但人們并不是時時處處都需要詳細的空間信息，人們需要用一定尺度來區(qū)分事物、認識事物。反映各種尺度地表信息的地圖是通過地圖綜合的方式得到的。計算機問世不久，以求達到用一種比例尺地圖數(shù)據(jù)自動綜合出多種比例尺的地圖數(shù)據(jù)供印刷出圖，同時又滿足GIS數(shù)據(jù)庫多級表現(xiàn)和分析等方面盡管已建立了許多規(guī)則，但地圖綜合的實際過程受到人為因素影響仍然很大。諸如一些實際運用的規(guī)則并沒有列到地圖規(guī)范中去，

3、一些尺度掌握并沒有完全量化某些地圖要素處理還有很大的隨機性。因此，能否用數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)庫管理的方式在大比例尺電子地圖數(shù)據(jù)庫基礎(chǔ)上增加多級比例尺描述信息以求達到單一比例尺電子地圖多級表現(xiàn)的目的，并可支持不同尺度描述是當下地理分析的需要1。2地圖數(shù)據(jù)庫的概念和建立地圖數(shù)據(jù)庫的基本原則2.1地圖數(shù)據(jù)庫的概念地圖數(shù)據(jù)庫有比例尺概念，它是為某一特定比例尺而建立的一個地圖成品倉庫。當需要提供多個比例尺的地圖應(yīng)用時，可以建立多個地圖數(shù)據(jù)，也可以在一個地圖數(shù)據(jù)庫中建立多個子地圖數(shù)據(jù)庫。地圖數(shù)據(jù)庫可以由地理信息系統(tǒng)來管理，也可以用專門的應(yīng)用系統(tǒng)來管理。通常，地圖數(shù)據(jù)庫可以采用簡單的文件管理模式，即一幅圖一個文件

4、。地圖數(shù)據(jù)庫中的地圖，具有圖形比例尺等特性。地圖數(shù)據(jù)庫管理的地圖產(chǎn)品是以相應(yīng)的圖式、規(guī)范為標準的，由于是電子產(chǎn)品，因此依然保留著電子地圖的各項特征，如可以分層管理，顯示或關(guān)閉指定的圖層、地理要素的編輯、顯示特征或印刷顏色等的變換、圖幅的拼接或裁切、無級的放大或縮?。ㄋ酗@示內(nèi)容的同等級縮放）、簡單的交互和測量等等。另外，地圖數(shù)據(jù)庫的更新也可以是對部分有變化的圖層的更新，這樣可以大大縮短電子地圖的更新周期。正常情況下，地圖數(shù)據(jù)庫應(yīng)該是地理信息系統(tǒng)的下游產(chǎn)品，它的更新依賴于空間數(shù)據(jù)庫的更新，而并非空間數(shù)據(jù)庫的上游數(shù)據(jù)源。它與空間數(shù)據(jù)庫的關(guān)系是單向的。地圖中存在的地理要素經(jīng)過了大量人為編輯、修改，這

5、些地理信息很可能已經(jīng)不是現(xiàn)實世界中真實的地理要素的反映2。2.2建立地圖數(shù)據(jù)庫的基本原則建立地圖數(shù)據(jù)庫的基本原則主要包括以下幾點。（1）高效性：地圖數(shù)據(jù)庫建立的首要目的是為了提高生產(chǎn)效率，縮短成圖周期，以顯示出數(shù)字制圖較常規(guī)制圖在信息表達、傳輸、管理上的強大優(yōu)勢。（2）適應(yīng)性：地圖數(shù)據(jù)庫的設(shè)計須根據(jù)不同需要進行分類、分級、分層設(shè)置。數(shù)據(jù)實行單獨分層管理，也可以實行疊加管理和動態(tài)管理，為用戶的使用提供靈活性，即提供短時間內(nèi)調(diào)整地圖設(shè)計方案和表示方法的可能性，以充分提高地圖數(shù)據(jù)源（庫）的適應(yīng)性，廣泛滿足不同專題地圖的制圖需求3。（3）現(xiàn)勢性：地圖數(shù)據(jù)庫的建立需便于改動和補充內(nèi)容，以提高地圖信息的現(xiàn)

6、勢性。（4）實用性：地圖數(shù)據(jù)庫的建立應(yīng)有效地提高地圖應(yīng)用的廣度和深度，并實現(xiàn)圖上量算的自動化、精確化，進而實現(xiàn)分析、評估和預測等功能，還可以直接生成坡度圖、坡向圖等，以增強地圖的實用性。（5）客觀性：地圖數(shù)據(jù)庫的建立能減少由于制圖者的主觀性和隨意性而產(chǎn)生的誤差，并以翔實得當?shù)臄?shù)據(jù)反映圖面地理信息，具有較強的客觀性，也便于實現(xiàn)制圖的概括與綜合。3多尺度電子地圖建庫流程多尺度地圖數(shù)據(jù)庫建設(shè)，主要經(jīng)過以下幾個過程：（1）要素分類：根據(jù)基礎(chǔ)地理信息要素分類與代碼（GB/T 139232006）進行地理要素的大類分類。（2）選擇比例尺：以國家的標準比例尺為準；同時根據(jù)實際情況，精簡比例尺（3）尺度分層：

7、如對于道路、綠地、水系，建立對應(yīng)的國家級、省級、地市級比例尺。（4）要素分級：根據(jù)數(shù)據(jù)源比例尺，對要素的顯示級別進行分級細化、顯示的內(nèi)容或要素需要逐級遞增，圖面承載的信息量也需由少到多。（5）要素編碼：在統(tǒng)一分類與編碼的框架體系下，對要素進行編碼。（6）質(zhì)量檢查：對數(shù)據(jù)進行空間、屬性、邏輯一致性方面的質(zhì)量檢查。（7）數(shù)據(jù)入庫：采用ArcSDE與Oracle管理方式，將數(shù)據(jù)入庫。4多尺度電子地圖數(shù)據(jù)庫構(gòu)建4.1數(shù)據(jù)庫概念設(shè)計數(shù)據(jù)庫庫體內(nèi)容包括研究區(qū)域范圍內(nèi)已經(jīng)建立完成的多比例尺現(xiàn)勢GIS數(shù)據(jù)庫、現(xiàn)勢遙感影像庫、地圖制作符號庫、素材庫等。其中，GIS數(shù)據(jù)庫又包括DLG數(shù)據(jù)、DRG數(shù)據(jù)、地名數(shù)據(jù)等，

8、并且DLG數(shù)據(jù)和地名數(shù)據(jù)均為矢量數(shù)據(jù)；遙感影像庫包括IKONOS衛(wèi)星影像、QuickBird衛(wèi)星影像、航攝正射影像DOM數(shù)據(jù)等；地圖制作符號庫存放的是Corel-DRAW格式的地圖常用符號；素材庫存放的是地圖制作所需要的圖片、文字、簡介、多媒體等內(nèi)容數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)庫和遙感影像庫是地圖制作的數(shù)據(jù)源和基礎(chǔ)，它們的建立是在一定的標準下完成的，且需動態(tài)更新、符號庫和素材庫的建立是地圖設(shè)計的輔助手段，可以為地圖制作者提供各類制圖素材，具體設(shè)計架構(gòu)。4.2地圖數(shù)據(jù)庫邏輯設(shè)計地圖數(shù)據(jù)庫是將空間數(shù)據(jù)（包括矢量、柵格、影像等）及其相關(guān)的屬性數(shù)據(jù)統(tǒng)一存放在標準的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)DBMS中，并且與DBMS中的表對應(yīng)，即每

9、一個要素都對應(yīng)著表中的一個記錄。將數(shù)據(jù)按照數(shù)據(jù)集、數(shù)據(jù)區(qū)與數(shù)據(jù)層3個邏輯單元，面向不同比例尺、不同分辨率的地形圖、衛(wèi)星航空影像等多源、多尺度數(shù)據(jù)進行組織與存儲。4.2.1 GIS地圖數(shù)據(jù)庫主要利用現(xiàn)勢GIS數(shù)據(jù)庫中居民地、境界、交通、水系、植被等要素，通過GIS相關(guān)技術(shù)組織提取、綜合數(shù)據(jù)，制作符合地圖編制要求的GIS地圖數(shù)據(jù)庫、由于地圖數(shù)據(jù)在表現(xiàn)手法及層次感上比GIS、DLG數(shù)據(jù)更豐富，分層分級要求更高。因此，為滿足地圖制作而設(shè)計的GIS地圖數(shù)據(jù)庫，首先需要對要素進行再處理、細化、分類，每一個要素均有唯一地物編碼，并有統(tǒng)一的坐標系統(tǒng)相關(guān)聯(lián)，如道路要素，分為道路邊線層和道路中心線層，再按照道路等

10、級細分為地鐵線、地鐵站點、高速公路、鐵路線、一級道路、二級道路、三級道路、四級道路、內(nèi)部道路及相應(yīng)注記等; 以GIS數(shù)據(jù)庫為基礎(chǔ)構(gòu)建居民地專題要素數(shù)據(jù)層，主要是按照功能和地圖關(guān)心的興趣點來進行設(shè)計，包括政府機關(guān)、省屬機關(guān)單位、市屬機關(guān)單位、街道辦事處、企事業(yè)單位、學校、醫(yī)院、商城、超市、餐飲、銀行、郵局等多類，各項分類均以代碼或者用途進行區(qū)分，以便于查詢檢索。同時，每個分類還可以根據(jù)屬性再細分子類。4.2.2遙感影像庫包括DOM和DEM數(shù)據(jù)，其中DOM數(shù)據(jù)包括衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)和航攝數(shù)據(jù)。為了便于地圖后期制作，影像由TIF格式轉(zhuǎn)換為JPG格式，并按照分幅、分片、分區(qū)存儲，以便于后期制作影像圖集和影像

11、掛圖的需要。4.3數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)存儲多尺度的地圖數(shù)據(jù)表達了同一區(qū)域下各種分辨率的空間信息，動態(tài)傳遞了整體到局部，主體到細部的連續(xù)性變化。在國家數(shù)字城市地理空間信息公共平臺的規(guī)范和標準體制下，以國家級、省級、地市級幾大級別來選取數(shù)據(jù)源的比例尺。筆者選用國家標準比例尺下的數(shù)據(jù)源。同時，由于實際的基礎(chǔ)設(shè)施及數(shù)據(jù)源獲取的技術(shù)水平的限制，一般只存儲幾個關(guān)鍵的比例尺數(shù)據(jù)集。對于國家級，比例尺般不小于1：10萬，不選取1:50萬、1:10萬數(shù)據(jù)集；對于省級，一般小于1:1萬；市縣級一般小于1:2000?？梢詫⑿”壤邽榭傮w框架，中比例尺疊套其中，大比例尺再疊套在最大層。地理數(shù)據(jù)的存儲結(jié)構(gòu)包含文件頭、索引區(qū)和數(shù)據(jù)

12、區(qū)，其中數(shù)據(jù)區(qū)中還包含圖層索引和圖層數(shù)據(jù)。用戶可以通過圖形分層技術(shù)，根據(jù)自己的需求或按照一定的標準對各種空間實體進行分層組合，將一張地圖分成不同圖層。采用這種分層存放的結(jié)構(gòu)，可以提高圖形的搜索速度，便于各種不同數(shù)據(jù)的靈活調(diào)用、更新和管理。圖層數(shù)據(jù)是基于空間實體和空間索引相結(jié)合的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。空間實體是地理圖形的抽象模型，主要包括點、線、面3種類型。任何點、線、面實體都可以用直角坐標點x，y來表示。點可以表示成一組坐標(x，y)，對于線和面，則均被表示成多組坐標(x1，y1;x2，y2;xn，yn)。空間索引是查詢空間實體的一種機制，通過空間索引，就能夠以盡量快的速度查詢到給定坐標范圍內(nèi)的空間實體及

13、其所對應(yīng)的數(shù)據(jù)。4.4數(shù)據(jù)更新與維護空間地圖數(shù)據(jù)庫更新問題是歷來專家們關(guān)注的問題。已有數(shù)據(jù)庫現(xiàn)勢性及數(shù)據(jù)質(zhì)量的保證需要綜合利用持續(xù)的數(shù)據(jù)源及實時數(shù)據(jù)更新機制保障，以避免其變成“死庫”，失去應(yīng)用價值。空間地圖數(shù)據(jù)庫更新主要采用基于多源數(shù)據(jù)（資料）更新。多源數(shù)據(jù)（資料）主要包括：紙質(zhì)地圖出版物、國家基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫、遙感和衛(wèi)星影像GPS數(shù)據(jù)、野外實測數(shù)據(jù)、其他資料。利用多源數(shù)據(jù)（資料）更新地圖的方法在許多文獻中已有闡述，讀者可查閱相關(guān)資料。多尺度空間地圖數(shù)據(jù)庫更新的有序開展還需要一套更新管理系統(tǒng)來支持。它相當于地圖數(shù)據(jù)庫更新日志。缺乏管理系統(tǒng)支持的地圖更新工作是無序的，不利于查漏補缺，易于造成待

14、更新內(nèi)容的遺漏5。地圖數(shù)據(jù)庫更新除空間數(shù)據(jù)的增加、刪除、修改外，空間數(shù)據(jù)重組和細分也是重要工作之一，是地圖數(shù)據(jù)庫空間數(shù)據(jù)多尺度化的重要步驟。線狀要素密度是影響空間數(shù)據(jù)多尺度表示的重要因素，細分線狀要素對實現(xiàn)多尺度地圖制圖、提高制圖效率具有舉足輕重的作用。中國地圖出版社將縣鄉(xiāng)道以下同一級道路分成3個子級，將單線河分成8個子級，將雙線河和湖泊分別分成5個子級。由于我國東西部地區(qū)地理條件及經(jīng)濟條件的差異，各要素密度差別較大，因此，東西部地區(qū)空間數(shù)據(jù)采用因地制宜的處理方式?？傊詰?yīng)用為目標，通過構(gòu)建規(guī)范更新流程和更新機制，分步驟分要素分階段完成地圖數(shù)據(jù)庫更新工作，才能建立一個可持續(xù)的地圖數(shù)據(jù)庫。5結(jié)

15、論在數(shù)據(jù)源以紙質(zhì)圖為主的時代，原始設(shè)計模式適應(yīng)地圖的制作，此設(shè)計模式也被眾多設(shè)計人員所推廣。而隨著信息技術(shù)的飛速發(fā)展，紙質(zhì)地圖逐漸被取代7。同時，相對而言，電子地圖的應(yīng)用范圍更加廣泛，品種更加齊全、功能更加強大，同時用戶對地圖的要求更高，地圖的制作應(yīng)該向模板化、風格化、快速化、智能化發(fā)展，因此多尺度電子地圖應(yīng)運而生。上文中簡單探討了多尺度電子數(shù)據(jù)庫建設(shè)方面的問題，不僅能夠解決重復建設(shè)、資金浪費等問題，且具有高效率、易維護、成果容易積累和良性的循環(huán)再生產(chǎn)能力。對推動空間信息資源開發(fā)利用進程，提高基礎(chǔ)空間信息資源的利用水平，具有十分重要的戰(zhàn)略意義。參考文獻1張中慧，單一比例尺電子地圖數(shù)據(jù)庫多尺度表現(xiàn)的研究J，三晉測繪，2001.2陳秀芳，淺議理信息系統(tǒng)與空間數(shù)據(jù)庫建設(shè)J，技術(shù)經(jīng)濟研究，200