地圖數據與空間數據一體化生產模式的實現

李靜蘭

(太原市勘察測繪研究院，山西太原 030002)

地圖數據與空間數據一體化生產模式的實現

李靜蘭?

(太原市勘察測繪研究院，山西太原 030002)

隨著地理信息技術快速發展，測繪部門已經成為了地理信息產業中重要的組成部分，空間數據生產成為測繪部門除地圖制圖以外的另一主要任務。本文介紹了基于測繪部門現有的制圖數據生產體系上所實現的地圖數據與空間數據一體化生產模式，從數據標準、生產平臺、數據管理及生產流程等方面進行了相關論述。

一體化生產系統；數據準則；編輯平臺；數據管理；生產流程

1 引 言

地圖數據與空間數據生產一體化是DLG生產的同時兼顧空間數據的生產，在一個生產流程中同時得到地圖數據和空間數據兩種產品，起到事半功倍的作用。隨著地理信息數據標準和地圖制圖全數字化生產的不斷完善，地圖數據與空間數據生產一體化已經具備實現的條件。

一體化生產模式研究的對象是地圖與空間數據，二者的生產既有相似性又有差異性，相似性是一體化生產的基礎，差異性是造成兩者不同的主要矛盾，找出矛盾并解決矛盾就能把兩者結合起來。

2 制圖數據與空間數據的差異

空間數據庫和地圖都可以看做是空間數據的載體，對同一區域而言，二者表達的內容是完全一致的，都是表達特定區域自然－社會系統中各種地理事物和現象的空間分布規律，只是表現的形式不同。但是，由于制圖數據與空間數據面向的對象不同，其要求又有高下之分。

地圖是通過地圖語言——符號系統表示圖形；是經過取舍和概括的圖形(廖克，2003)。在地圖語言中，最重要的是地圖符號及其符號系統，制圖者通過運用地圖符號把制圖對象表現在地圖上，而用圖者通過認識地圖符號來認識制圖對象。因此，制圖數據是簡單的幾何模擬，著重外在的表現，關注的是最終成圖的質量，即成圖的精度、顏色與搭配、線型和符號的規范化、圖面的美觀程度以及整飾的質量等。制圖數據的生產是建立在面向機助制圖的數據模型上，其本質是數字制圖模型(DCM)，強調制圖要素的符號化表示，以圖形符號為主要操作對象。

空間數據則是更高層次的空間建模，強調內在的聯系。在空間數據庫中，地物之間的拓撲關系是通過嚴密的數學邏輯規則建立的，不精確的東西就不可能得到正確的識別。空間數據側重于客觀地理實體的數字景觀模型(DLM)的描述。地理信息系統不強調物理特征符號化表示，利用要素屬性編碼進行控制，因此以屬性編碼為主。

3 生產模式的分析

地圖和空間數據可以相互轉換，但是由于前述兩種數據之間的差異，會造成二者轉換過程存在一定的問題。

(1)地圖數據向空間數據轉換

描述空間實體一般要包括三種基本信息:語義信息、量度信息和關系結構信息。語義信息表明實體的類型，度量信息用于描述實體的形狀和位置等幾何信息，關系結構信息用于描述一個實體與其他實體的聯系。要素編碼是空間數據的語義描述模型，描述要素的分類、分級；要素的質量特征、數量特征和其他附屬信息歸為要素的屬性數據，在屬性數據的數據項中描述；要素的空間分布特征和空間相互關系歸為要素的空間幾何數據，在數據體中描述。因此，在地圖數據向空間數據轉換時，其數據結構內部質量可能不滿足空間數據要求。

(2)空間數據向地圖數據的轉換

地圖信息具有明確的信息數量和信息質量。通常把地圖信息劃分為直接信息和間接信息。來自現有特性和圖形的信息稱為直接信息，直接信息包含位置、注記、語義和顏色四種信息；不是來自符號本身，而是通過要素的分布和組合來反映、要通過間接的分析來取得的信息稱為間接信息。

因此地圖信息不能從空間數據轉換回來，這就意味著利用空間數據生成滿足要求的符號化地圖產品，必須通過其他途徑，如地圖編輯，來實現合理的地圖信息補充。

從生產目標來看，空間數據比制圖數據的數據內部質量要求更廣泛和嚴密，而地圖數據比空間數據具有更豐富的數據表達形式。如果通過地圖符號化方法將制圖數據分解為空間數據與符號化信息，則只需強化制圖數據內部數據質量則可以在生產制圖數據過程中同時得到空間數據。

4 一體化生產模式的實現

通過前述對地圖數據與空間數據的數據模型及生產模式的分析，我們明確了實現一體化生產模式幾個工作步驟，如下:

(1)強化制圖數據內部數據質量，建立面向制圖與空間數據的數據標準；

(2)建立基于符號化的數據生產平臺；

(3)建立適應生產目標的數據管理與生產流程。

4.1 數據標準

基礎地理信息數據標準包括要素分類與代碼、數據字典、圖式符號和數據組織。

數據字典面向空間數據生產要求對要素屬性信息及空間拓撲關系進行定義，圖式符號面向大比例尺地形圖數據生產要求進行的符號定義。而在數據組織方面，地圖數據以自然地理性質為組織分層原則，這一原則更符合人們認識地理信息的規律；空間數據以要素的幾何特征為基本的組織分層原則，這一原則是由空間數據庫數據結構的固有性質所決定。通過利用要素編碼實現地圖數據與空間數據的自由映射來解決二者在數據組織上的差異。

基礎地理信息數據標準最重要的部分是要素分類與代碼。

在實際生產應用中，需要將面向地理要素實體和面向圖式符號的分類編碼有機的結合在一起，通過編碼將DLM和DCM聯系和區分開。要素編碼為8位，前6位以面向地理要素對象為主體進行分類分級編碼，保持與《基礎地理信息要素分類與代碼》一致。編碼的最后兩位存儲DLM和DCM關聯信息，即存儲地理要素對象與其符號的關聯信息。圖式符號是一種制圖語言，用于表達空間對象的某種或多種屬性信息，如數量、質量等特征。因此，最后兩位的編碼雖然是對符號的區分，但也是對要素屬性的區分。

以“三角點”為例，其編碼如圖1所示。

圖1 三角點編碼示例

編碼前6位按要素對象進行分類分級，而最后兩位因圖式符號表達需要而區分為三角點、土堆上的三角點、小三角點及土堆上的小三角點。在空間數據應用時，通過前6位編碼進行面向地理要素的識別，當地圖表達需要的情況下，通過完整的8位編碼區分識別。

以上數據標準兼顧了空間數據與制圖數據不同的編碼原則，實現了DCM與DLM模型的聯系與區分，奠定了制圖數據與空間數據生產一體化生產模式的基礎。

4.2 數據生產平臺

清華山維地理信息工作站(EPS2008)從地理信息角度構建數據模型，以數據庫為核心，構建圖形與屬性共存的框架，融圖形與屬性于一體。同時實現了動態符號化機制，將地圖數據分解為圖形信息與符號化信息。在實際生產環節，充分利用該平臺的信息映射機制，將要素分類編碼、要素組織分層、要素屬性及符號定義封裝在平臺模板中，形成特定的制圖數據生產環境。

在從制圖數據到空間數據轉換過程中，利用EPS2008提供的SDL/VBA開發接口，定制空間數據轉換環境。在數據轉換環境中實現以下幾個目標:

(1)空間數據基本信息的設置，如空間參考、數據精度；

(2)定義制圖數據到空間數據的圖層對照關系；

流行性乙型腦炎(epidemic encephalitis type B)是由日本乙型腦炎病毒(Japanese Encephalitis Virus, JEV)引起的一種蟲媒性人獸共患傳染病[1]。人和多種動物均可感染本病，以豬群感染最為普遍[1]。病豬多引起非化膿性腦炎，病人最主要特征是中樞神經系統受害而出現意識障礙、驚厥等神經癥狀[2]。本病被世界衛生組織列為需要重點控制的傳染病。

(3)定義輸出屬性字段的對照關系。

4.3 數據管理系統

為了配合空間數據生產體系的建立，太原市勘察測繪研究院啟動基礎地理數據庫管理系統項目。該系統定義為院內的數據生產管理系統，除提供了空間數據存儲環境外，系統還需實現一體化生產中相關的管理功能。

空間數據庫實現以任意地理要素為對象的數據管理模式。該數據庫系統包括空間數據庫管理模塊、基礎地理數據入庫模塊、基礎地理數據管理模塊、基礎地理數據服務模塊和平臺管理模塊，共五個功能模塊。數據庫系統采用Orcale10g和ArcSDE 9.3為空間數據存儲和管理載體。

地理要素通過FeatureGUID進行識別，該標識符由計算機系統自動創建并保持其唯一性。在空間數據結構設計時，除基本的要素屬性字段外，還使用創建時間和更新時間進行要素時態的標識，實現歷史數據的管理。要素的唯一標識符和時態標識均由數據生產平臺維護。在EPS2008地理信息工作站環境下，任意地理要素的符號都是基于計算機自動符號化機制實現，符號化信息(圖形特征信息)封裝在特殊數據字段GraphicInfo中，該字段的數據類型為BLOB類型。當制圖數據向空間數據轉換時，所有要素的符號化信息被無損轉換到空間數據庫中。因此在基礎數據庫管理系統中是以空間數據為主體的存儲和管理模式。

在數據的更新方面，系統基于FeatureGUID以及時態標識符實現要素的增量更新、歷史數據追溯和恢復。

4.4 一體化生產流程

生產流程是由一系列的工作步驟聯系起來，環環相扣，相互影響和制約。

空間數據是以空間數據庫為數據存儲的載體，是一種無縫的數據存儲和管理模式。而地圖數據長期是在分幅的概念下進行。地圖數據從生產任務下達、生產過程和最終的數據管理幾乎都是以圖幅為基本單位進行。可見除了基本的數據模型和編輯平臺，制圖數據與空間數據一體化生產模式中必須包含合理的生產流程。

空間數據與制圖數據一體化生產模式的生產流程必須融入新的思想，即面向對象，數據生產的對象定位于任意獨立的地理要素對象。在數據生產環境中，需要克服長期以來圖幅及符號對生產與管理人員的深刻影響。

首先使用基礎地理數據庫管理系統從基礎數據庫中，按數據生產區域提取數據，存儲為以Access數據庫文件為載體的Personal GDB。生產區域可以是任意空間范圍。雖然由于Access數據庫本身數據容量的制約，該空間范圍還是受一定限制，但是其突破了標準分幅的概念，是無縫的存儲數據到生產數據的過渡。在EPS2008地理信息工作站中使用該數據轉換腳本實現其自有數據格式EDB與Personal GDB之間的轉換。將區域數據調入到EPS2008中進行數據生產。制圖數據生產完畢，進行數據質量檢查和要素完整性維護后，再將EPS數據轉換為空間數據，提交基礎地理數據庫管理系統進行數據更新。數據生產更新流程如圖2所示。

圖2 地圖與空間數據一體化生產流程圖

圖2的生產流程實現了由制圖數據生產到空間數據提取轉換存儲，再由空間數據恢復為制圖數據進入生產環節的全過程，如圖3所示。

圖3 制圖數據與空間數據一體化生產模式

5 結 語

本文所述地圖數據與空間數據一體化生產模式是基于長期形成的面向地圖數據的生產模式，通過對數據模型、生產平臺、數據管理以及生產流程的調整和改造而實現的，是目前生產現狀的一種切實可行的實踐方式。

從學科研究而言，地圖數據與空間數據一體化生產應采用由數字景觀模型到數字制圖模型轉換模式才是最佳的方式。但是受到相關理論研究和實際應用的影響，該模式尚有許多難點未解決，如制圖綜合在數字景觀模型到數字制圖模型轉換過程中的理論研究與實際應用。除此之外，商業軟件在空間模式和可視化表達方面所執行標準的不統一，給數據生產模式的實現帶來了很多約束和限制。空間模式與可視化表達均屬于國家地理信息標準體系建設范圍，但是目前還未形成相關標準。

在信息化測繪體系階段，緊跟信息技術的發展，測繪學科領域充滿活力，但是新技術的應用不能代替科學的發展。在理論研究和生產服務領域，需要應用系統工程的科學思想合理有效的發揮不同學科及眾多技術的優勢，將科學技術真正轉化為生產力。

[1] 肖計劃.地理信息生成與地圖制圖一體化概念模型研究[J].測繪工程，2007.12

[2] 焦健.制圖綜合與地理信息綜合鏈[J].地球信息科學，2003(6)

[3] 張雪松.一種面向多應用的大比例地形圖數據模型[J].武漢大學學報(信息科學版)，2004(2)

[4] 劉海研.地圖制圖與空間數據生產一體化理論和技術的研究[D].中國人民解放軍信息工程大學，2002

Realization of the Integrative Produce System for Map and Spatial Data

Li JingLan
(Taiyuan Institute of Surveying and Mapping，Taiyuan 030002，China)

With the development of geometric Information technology，the surveying department became an important part of geometric Information industry.In addition to mapping，it is another important major for a surveying department to produce the spatial data.This paper introduces the integrative produce system for map and spatial data based on the mapping produce system，including the data criterion，edition platform，data management and produce flow.

integrative produce system；data criterion；edition platform；data management；produce flow

1672－8262(2010)03－12－04

P208

B

2010—11—13

李靜蘭(1978—)，女，助理工程師，主要從事GIS技術應用和測繪信息化建設。