城市空間數據多尺度綜合及高效分發關鍵技術研究
——以公交路線為例

趙艷珍，鄭生春，賴增先

(青島市勘察測繪研究院，山東青島 266032)

城市空間數據多尺度綜合及高效分發關鍵技術研究
——以公交路線為例

趙艷珍?，鄭生春，賴增先

(青島市勘察測繪研究院，山東青島 266032)

以城市空間公交路線的多尺度綜合及高效分發需求出發，提出采用基于規則的多尺度綜合方法和基于空間索引的高效并發訪問機制，并結合ArcSDE來進行實現，提高了信息應用的靈活性和信息共享性。

地圖綜合；公交路線；空間索引；ArcSDE

1 引 言

目前各城市都積累了很多包括基礎和專題的數據，如何利用這些數據源來實現數據的多種表達滿足各行業的需求，并解決好由此而帶來的更嚴峻的數據高效分發成為關鍵問題。面向應用驅動的城市地理空間信息的發展，已經轉向到面向數據驅動發展的階段，這就要求城市空間數據庫應該具有無縫的和無比例尺限制特點，能夠滿足從單一的數據源經過自動綜合到多尺度數據表達需求。

2 基于規則的城市公交線路多尺度綜合方法

基于綜合規則的地理數據綜合已經有較多的探究，比如Nickerson和Freeman[1]的基于規則的自動綜合系統MAPEX，提出了8個獨立于數據類型的參數以及基于各種數據類型的規則；Arm－strong提出制圖綜合所必需的三種知識:幾何知識(Geometrical Knowledge)、結構知識(Structural Knowledge)和操作知識(Procedural Knowledge)；Mustiere等將KRA模型應用到自動化制圖綜合中，利用人工智能推理機制提出制圖綜合。這些研究從普遍意義上探討地理數據綜合過程的綜合規則或綜合知識，為專題圖的制作提供了理論基礎。由于不同應用領域的專題圖在數據類型、綜合規則或綜合知識方面有較大不同，下面將以制作公交專題數據為例說明。

從空間信息角度看，道路與公交線路是密切相關但又有一定區別的兩類地理事物。公交線路的特征是:

(1)線路以道路為基礎，是道路的一種組織體系，也作為道路的一種屬性；

(2)線路具有動態性與可變性，而道路相對穩定；

(3)線路上的點有獨立含義，不能用結點代替；

(4)線路具有方向性；

(5)線路需要獨立量測；

(6)線路具有跨弧段性，即線路的分段與道路分段可以不一致。

根據上述特征，首先選定數據源:道路數據和公交站點數據。由于不改變道路數據的本身特征，因此制作公交路線的綜合規則將集中在屬性規則中。其一:公交站點屬性主要是提取線路號、弧段號。其二:將公交路線根據站點劃分為片段，片段屬性表將片段和道路數據中的弧段建立關聯記錄圖形信息；用路徑屬性表記錄線路。二表關聯，形成路徑的空間信息(圖形和屬性)表達。片段是弧段的邏輯劃分，一個片段可以是一個完整弧段或其中一部分，在片段屬性表中通過對應弧段的起止點百分位表達，由此建立片段與弧段關聯和量測。

將這些規則以表格的形式存儲在ArcSDE中，即實現了公交線路數據的制作。具體的處理過程如下:在包含道路和公交站點信息的基礎空間數據庫建好后，就形成了一個與圖形連接的弧段屬性表，通過表連結建立公交路線數據:

(1)建立公交站點屬性表，基本字段為站名和相關線路號，如表1所示。

公交站點屬性表 表1

(2)建立片段屬性表，基本字段有路徑號；弧段號，表示與路徑相關的弧段，用以連接弧段屬性表。片段始量測位置和片段止量測位置，用長度表示。片段始位置和片段止位置，用在弧段中的位置的百分比表示。片段內部號。片段用戶號等，如表2所示。

(3)建立路徑屬性表，基本字段為線路號和用戶編號如表3所示。

(4)表鏈接:把片段表與弧段表鏈接起來，如表4所示，片段表與線路表，線路表與站點表進行雙向鏈接。

(5)計算線路長度。

片段屬性表 表2

路徑屬性表 表3

道路弧段屬性表 表4

這樣制作組織的公交路線數據有以下特征:

(1)以道路圖形要素為基礎，同時保持道路數據的本身特性，保證數據的邏輯一致性，減少數據存儲冗余。

(2)線路保持獨立性。對于一條線路，其屬性和圖形應沒有其他非相關因素存在。如非本線路的事件不應當與本線路數據相關，使線路查詢、線路分析不受弧段劃分影響，如圖1所示，輸入起始車站，即可提供合理出行線路。

(3)線路能作為實體進行操作，包括查詢和分析。線路能動態修改，并且不影響弧段圖形數據。

(4)線路具有自身量測性質。

圖1 公交信息查詢界面

3 基于空間索引的城市公交線路高效并發訪問技術

空間索引機制一直是近年來研究的熱點和重點，形成了一批典型的支持空間索引的軟件，例如ESRI公司開發的ArcSDE。ArcSDE可以賦予三層空間索引網格，每個網格層都具有自己的格網大小。第一層網格為必需，它的格網尺寸最小；而第二和第三層可選，它們的網格可以通過設置為0使之無效。如果有效，第二層網格大小必須至少比第一層網格大三倍，而第三層網格大小也必須至少比第二層網格大三倍。格網的大小影響空間索引表的大小。設置空間索引在于尋找格網大小的平衡點——較小的格網會使每個要素對應較多的格網，也就需要空間索引表中的更多記錄。由于客戶端應用程序和空間數據的特征在各個系統之間差異很大，所以沒有單一的適合所有情形的空間索引，有時需要嘗試不同的格網大小和網格層次的配置。針對ArcSDE，將其引入到城市公交線路的并發訪問，還需要有針對性地進行一些修改，主要包括:

(1)考慮需要多少個網格層次，經常一個網格層次對一個要素類而言就是最好的解決方法，對于純點狀類型的要素類，使用一個網格層次，而且考慮增大格網大小?？臻g查詢一般處理點狀圖形要比其他類型快。

(2)根據具體應用建立空間索引。將應用程序窗口大小和空間索引網格大小相匹配。

(3)對于未知的或者變化的應用程序窗口，開始定義一個網格層次，格網大小為要素平均范圍大小的三倍。可以利用如下的查詢獲得要素的平均大小: select(avg(emaxx－eminx)＋avg(emaxy－eminy))/2 from f(whereis the layer number of the feature class)

(4)根據數據種類設計要素類，比如類型、幾何大小、和分布情況。有時精心設計的要素類會更加充分地提高空間查詢的性能。

(5)監視空間索引并根據空間索引的統計值優化空間索引網格大小。

4 結 論

空間信息的普遍應用性決定了GIS的應用領域將會愈來愈廣，處理的問題也會越來越復雜，社會對信息快速、準確和智能化處理的要求也越來越迫切。本文中基于規則制作了公交路線數據并結合ArcSDE解決了高效并發訪問問題，減少了數據冗余，并成功應用于青島市共享平臺建設中，提高了信息應用的靈活性，增強了信息共享性，使空間信息的應用能力極大擴展。

[1] NICKERSON，BRADFORD G，FREEMAN，et a1.Development of a rule based system for automatic map generalization [A].Proceedings of the Second Imitational Symposium on Spatial Data Handling[C].Washington，1986

[2] ARMSTRONG，MARC P.Knowledge classification and organization[A]BARBARA P Battlefield，ROBERT B McMaster，HER—BERT Freedman.Map Generalization:Making Rules forKnowledgeRepresentation[C].Longman. Scientific＆Technical Publications，UK，1991

[3] MUSTIERE Sebastien，ZUCKER Jean－Daniel，SAITTA Lorenza.Cartographic generalization as a combination of representing and abstracting knowledge[A].ACM GIS’99，Kansas City，MOUSA.1999 162～164

[4] Paul A.Longley，Michael F.Goodchild等.地理信息系統(上卷)－原理與技術.第二版[M].北京:電子工業出版社，2004

[5] 楊忠振，賈鵬，于濱.基于GIS的城市道路交通管理信息及交通資源分析系統[J].大連理工大學學報，2006，7: P550～555

[6] 馮鈞，朱躍龍，徐建峰.多專題多比例尺水系河網管理模型研究[J].水利學報，2007，11:P1371～1376

[7] 撒利偉，許五弟.公交網絡中路徑系統的表達和應用[J].西安建筑科技大學學報(自然科學版)2006(05)

Key Technology of a Rule－based Multi－scale Integrated Approach and a Kind of Space Index－based Visiting Mechanism in Basic Frame Data——for example:the city bus routes

Zhao YanZhen，Zheng ShengChun，Lai ZengXian
(Qingdao geotechnical investigation and surveying research institute，Qingdao 266032，China)

A rule－based multi－scale integrated approach and a kind of space index－based visiting mechanism are advised for the demands of multi－scale integration and efficient distribution in the city bus routes，and combined with ArcSDE for achieving flexible information application and information sharing.

comprehensive map；bus routes；space index；ArcSDE

1672－8262(2011)02－46－03

P208

B

2010—06—23

趙艷珍(1978—)，女，工程師，主要從事城市地理信息系統的數據制作和開發應用以及城市三維模型建設方面的工作。