自主產權地圖數據庫系統搭建初探

劉濤，羅名海，吳熙，方鵬

(1.武漢市勘測設計研究院，湖北武漢 430022； 2.武漢大學，湖北 武漢 430079)

自主產權地圖數據庫系統搭建初探

劉濤1，2?，羅名海1，吳熙1，方鵬1

(1.武漢市勘測設計研究院，湖北武漢 430022； 2.武漢大學，湖北 武漢 430079)

地圖數據庫作為管理地理信息的一個專業系統，可以將地圖信息的采集、存貯、檢索、分析處理與圖形輸出等系統化，以便通過多功能的查詢檢索為不同的應用部門提供所需信息，通過多要素的綜合分析為管理機構提供可靠的決策方案。本文研究了地圖數據庫的簡單實現，在未借用任何第三方開發平臺的情況下，實現了目標索引、分類索引和柵格索引的建立，實現了屏幕點擊標示目標、開窗標示目標、分類碼檢索等基本功能，對研制自主知識產權GIS應用系統具有一定的意義。

地圖數據庫；地理信息系統；仿射變換

1 引 言

計算機在地圖數據處理中的應用，由簡單的圖形數字化、自動化制圖系統向綜合性的地理信息系統發展，從使用文件技術向使用數據庫技術發展。計算機技術與數據庫技術綜合應用于地理數據處理，需要解決一系列復雜的問題，地圖數據庫系統的研究與實現就是其中主要問題之一。地圖數據庫，一方面可以看做是軟件系統——地圖數據管理系統；另一方面也可以把它看做是地圖信息的載體——數字地圖。研究數據庫系統的目的就是要使數據存取系統化，而研究地圖數據庫系統的目的就是要把地圖信息的采集、存貯、檢索、分析處理與圖形輸出等系統化，以便通過多功能的查詢與檢索為不同的應用部門提供所需信息，通過多要素的綜合分析為管理機構提供可靠的決策依據。目前大多數GIS開發廠商提供的二次開發平臺，已經較好地解決了地圖數據庫方面的一些問題，能夠比較方便地搭建專業GIS應用系統。但所要付出的代價是系統建設費用昂貴，對于小型GIS應用系統的建設成本太高，而且無法獲得自主知識產權，在應用上受到一定限制。本文采用Visual C＋＋6.0作為開發工具，采用自定義數據結構，完全自主開發相關技術代碼，在地圖數據庫的一些關鍵技術上做了一些嘗試，對研制自主產權的小型GIS應用系統具有一定的意義。

2 系統框架

本系統是地圖數據庫的一個簡單的嘗試。它主要是將源數據建成地圖數據庫，完成各種檢索功能，并將地圖數據直觀地顯示出來。系統運行時，一般需要先導入源數據，然后由源數據創建地圖數據庫，或者直接打開數據庫。系統運行界面結果如圖1所示。

圖1 系統運行實例圖

系統運行窗口中，客戶區顯示地理信息，配有工具欄和屬性對話框。工具欄如圖2所示。

圖2 工具欄

通過工具欄，可以瀏覽地圖數據庫，創建地圖數據庫，選取地理對象。屬性對話框如圖3所示。

其中，屬性對話框將顯示被選取對象的ID、類型(以數字表示)及名稱。

圖4說明了系統中各種數據文件之間的關系。系統導入源數據，創建地圖數據庫，同時，系統也可直接打開地圖數據庫，從而完成各種數據庫操作。

圖3 屬性對話框

圖4 系統框架

3 地圖數據庫數據結構

地理空間中的地物在平面地圖上表現為點、線、面。所有的地理對象都和點相關，控制點、圖廓點、鐵路中轉站和碼頭就是一個地理點，鐵路、汽渡虛線、主要道路、河流、湖泊、居民地就是由一系列節點組成的路徑或圍成的區域。

(1)地理對象數據結構

所有的地理對象都由統一的對象數據結構表示，它分為幾何信息和屬性信息兩種，定義如下:

(2)柵格索引數據結構

為了利用柵格索引，我們建立相應數據結構如下:

(3)分類索引數據結構

分類索引所需相關數據結構如下:

點數據結構如下:

(4)數據文件組織結構

數據入庫后，將產生四個自定義數據文件，它們分別為:.hea、.dat、.cid、.grd。這四個文件都含有一個文件頭，其中指明了文件類別及所包含對象的數目。

.hea 存放沒個對象的相關信息，如類別、ID、名稱等。

.dat 存放組成對象的所有點坐標信息。

.cid 存放類型索引的相關信息。

.grd 存放柵格索引的相關信息。

對于.hea，首先是文件頭，然后是GeoObjectLib結構的順序存貯(見地理對象數據結構)，數據庫中其數據部分結構如下:

?

對于.dat，同樣，首先是文件頭(見點數據結構)，然后是以順序存儲的點坐標數據。

?

對于.cid，首先是文件頭，然后是信息頭和數據區。信息頭里有所有類的信息(見分類索引數據結構)，而數據區則是順序的將每種類型的對象的索引依次存貯。

信息頭如下:

?

接著是數據區:

1 a11，a12，a13…a1n2 a21，a22，a23…a2n…………n an1，an2，an3…ann

.grd文件和.cid相似，首先是文件頭，然后是信息頭(見分類索引數據結構)和數據區。信息頭里有所有格網信息，而數據區則是順序的將每個格網中的對象的索引依次存貯。

信息頭如下:

?

接著是數據區:

1 a11，a12，a13…a1n2 a21，a22，a23…a2n…………n an1，an2，an3…ann

源數據格式如下:

其中分類代碼第一個字符為1，表示線目標；為2，表示面目標，如:

其中，分類代碼說明如表1所示。

分類代碼 表1

4 地圖數據庫的實現

對于這個數據庫系統來說，它先要導入用戶自定義的數據(格式如上面所描述)，然后進行入庫操作，這樣才完成地圖數據庫的建立工作。

對于一源數據，一般首先要對其做坐標轉換，如仿射變換。利用仿射變換，將源數據所覆蓋的某一區域轉換為一指定的區域，如屏幕區域。這里，我們由4個控制點坐標得出仿射變換參數。而只要3個坐標點就得出仿射變換參數，所以從4個控制點中任選3個進行變換，具體如下:

源數據讀入后，系統就需要建立地圖數據庫。首先建立目標信息文件(.hea)和幾何數據文件(.dat)，然后建立柵格索引文件(.grd)和分類索引文件(.cid)。

對于柵格索引，這里默認為將整個區域分為64× 64的格網，這樣每個格網所對應的矩形區域坐標是可知的。按順序取出對象，考慮到處理的方便及速度，先求出對象的外接矩形，逐個的將這個外接矩形和格網矩形作運算，只要它們的交不為空，就認為這個對象和該格網有關系，從而將這個對象的索引存入到該柵格索引對應的目標對象集合里。柵格索引在用鼠標選取目標對象時可以加快選取速度。

而分類索引，默認為9類，系統逐個的檢查每個對象的類型碼，從而將它們的索引存儲到對應類的目標對象集合里。利用分類索引，可以實現多功能檢索。

5 結 語

地圖數據庫是地圖數據采集、處理、分析、應用的基礎。在科技迅猛發展的今天，很多機構與部門對地理信息都有迫切的需求，在時間上要求快速提供，在內容上要求綜合性和多方面性，在質量上要求所提供的信息具有足夠的精確性與現勢性，在形式上不僅需要數值的信息，往往更需要直觀的圖形。本系統在地圖數據庫的一些關鍵技術上只是做了一些簡單嘗試，還有很多技術問題需要做進一步的研究。

[1]毋河海.地圖數據庫系統[M].北京:測繪出版社，2002

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[3]艾廷華.城市地圖數據庫綜合的支撐數據模型與方法的研究[J].武漢大學學報(信息科學版)，2001，26(3):39～42

[4]林成明.城市地圖數據庫綜合的支撐數據模型與方法的研究[J].城市勘測，1998(3):1～2

[5]陳聲勇.關于城市基礎地圖數據庫若干問題的討論[J].城市勘測，2000(2):37～39

Primary Research on Cartographic Database System with Independent Intellectual Property Rights

LiuTao1，2，Luo MingHai1，Wu Xi1，Fang Peng1
(1.Wuhan Geotechnical Engineering and Surveying Institute，Wuhan 430022，China；2.Wuhan University，Wuhan 430079，China)

Cartographic database act as a professional information system of geography information management.It can make the process of mapping data gathering，storing，searching，analysising and map output systemmatically，provide information various department needed by multiple query and searching method，and provide reliable decision－making procept for govermor by analysis method.This paper introduces the realization of a simple cartographic database.The author completed the research independently without using any other third－party software，and the testing system accomplished target index，label index and grid index，finished some pivotal technology such as pickup by point on screen，pickup by windows on screen，query by sort code，ect.This paper also provide some experience for independent intellectual property rights GIS application.

Cartographic database；GIS；Affine transformation

1672－8262(2010)05－43－04

P208

B

2010—03—03

劉濤(1979—)，男，工程師，主要從事地理信息系統應用與開發等工作。