基于空間位置的屬性數(shù)據(jù)連接方法研究

張道軍,任 娜,劉越巖

(1.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)資源學(xué)院,湖北武漢 430074;2.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)地質(zhì)過(guò)程與礦產(chǎn)資源國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,湖北武漢 430074)

基于空間位置的屬性數(shù)據(jù)連接方法研究

張道軍1,2,任 娜1,劉越巖1

(1.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)資源學(xué)院,湖北武漢 430074;2.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)地質(zhì)過(guò)程與礦產(chǎn)資源國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,湖北武漢 430074)

目前我國(guó)存在大量紙介質(zhì)及圖屬分離管理的 CAD格式地圖,若能通過(guò)適當(dāng)?shù)姆椒▽?duì)其加以利用,將大大節(jié)約國(guó)土資源信息化成本。從 GIS空間分析角度著眼,系統(tǒng)地研究基于空間位置的屬性數(shù)據(jù)連接方法及其實(shí)現(xiàn),提出一套基于空間位置的點(diǎn)、線屬性連接算法,并以VisualBasic為集成開(kāi)發(fā)環(huán)境,結(jié)合中地公司提供的MapGIS二次開(kāi)發(fā)包,建立專用模塊,運(yùn)用于土地整理項(xiàng)目線狀規(guī)劃要素的屬性關(guān)聯(lián),實(shí)現(xiàn)工程量統(tǒng)計(jì)的批量化。

空間位置;數(shù)據(jù)錄入;批量;屬性連接;MapGIS;二次開(kāi)發(fā)

一、引 言

目前國(guó)土資源基礎(chǔ)信息大部分仍然處在紙介質(zhì)狀態(tài),信息化建設(shè)進(jìn)程緩慢,數(shù)字化信息積累不足是當(dāng)前國(guó)土資源信息化建設(shè)的瓶頸問(wèn)題。據(jù)統(tǒng)計(jì),我國(guó) 80%左右的縣級(jí)土地利用數(shù)據(jù)、城鎮(zhèn)地籍信息仍以紙介質(zhì)方式保存,全國(guó)地質(zhì)資料館中近9萬(wàn)份地質(zhì)資料只有不到 6%實(shí)現(xiàn)了數(shù)字化[1]。此外,我國(guó)存在大量 AutoCAD圖形格式的矢量地圖,由于 AutoCAD沒(méi)有完備的屬性數(shù)據(jù)庫(kù),很多屬性數(shù)據(jù)被直接表達(dá)在圖面上,亦不能完全滿足國(guó)土資源信息化的要求。與此同時(shí),隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展,人們對(duì)國(guó)土資源信息的需求不斷擴(kuò)大,基于 GIS建立各類土地?cái)?shù)據(jù)庫(kù)勢(shì)在必行。

GIS數(shù)據(jù)庫(kù)建設(shè)有 80%以上的費(fèi)用是花在數(shù)據(jù)的輸入上面[2-3],包括圖形數(shù)據(jù)的輸入、屬性數(shù)據(jù)的錄入及兩者的關(guān)聯(lián)。目前,圖形數(shù)據(jù)的輸入主要是依靠導(dǎo)入測(cè)量數(shù)據(jù)、屏幕跟蹤數(shù)字化,以及轉(zhuǎn)換其他非本系統(tǒng)圖形格式數(shù)據(jù)等方式得到[3]。大型 GIS平臺(tái)軟件都帶有數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換接口,但應(yīng)用中仍需要人為設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)換方法,文獻(xiàn) [4-6]對(duì)此展開(kāi)了研究。屬性數(shù)據(jù)的輸入方法主要有:①手工輸入方法;②交互輸入方法;③根據(jù)關(guān)鍵字進(jìn)行屬性連接的方法[2-3];④基于空間位置的屬性數(shù)據(jù)連接方法。顯然后兩種方法適用于批量的數(shù)據(jù)錄入。

二、基于空間位置屬性連接方法的基本思想

紙介質(zhì)地圖和 AutoCAD格式地圖的共同特點(diǎn)是屬性數(shù)據(jù)以文字格式標(biāo)注在圖面上。由于標(biāo)注文字與被標(biāo)注對(duì)象一般在空間上位置接近,可考慮用空間分析的辦法建立起它們的一一對(duì)應(yīng)關(guān)系,進(jìn)行屬性連接,從而實(shí)現(xiàn)屬性數(shù)據(jù)的批量獲取。

隨著 GIS數(shù)據(jù)采集規(guī)模的擴(kuò)大和更新速度的提高,人們對(duì) GIS屬性數(shù)據(jù)質(zhì)量的檢查和控制越來(lái)越重視[7]。遺憾的是,目前各大工具型 GIS軟件均沒(méi)有設(shè)置特定模塊以實(shí)現(xiàn)基于空間位置的屬性錄入。雖然有些應(yīng)用型 GIS軟件帶有此模塊,如MapGIS土地利用數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)軟件等,但是缺乏必要的檢測(cè)手段,無(wú)法評(píng)估屬性連接的數(shù)據(jù)的質(zhì)量,難以發(fā)現(xiàn)和控制錯(cuò)誤。雖然用戶也可以利用工具型 GIS軟件的空間分析模塊間接實(shí)現(xiàn)“基于空間位置的屬性數(shù)據(jù)連接”,但是比較繁瑣,沒(méi)有針對(duì)性。

本文以 Visual Basic為集成開(kāi)發(fā)環(huán)境,結(jié)合MapGIS二次開(kāi)發(fā)包所提供的功能組件和控件進(jìn)行二次開(kāi)發(fā),建立“基于空間位置的屬性數(shù)據(jù)連接”的專門模塊,實(shí)現(xiàn)空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)的快速、批量融合,并給屬性連接提供必要的評(píng)價(jià)和檢測(cè)措施。

本文以點(diǎn)和線的屬性連接為例進(jìn)行研究。

三、建立基于空間位置屬性連接模塊算法

空間分析是基于地理對(duì)象位置和形態(tài)特征的空間數(shù)據(jù)分析技術(shù),其目的在于提取和傳輸空間信息。空間信息可以分為空間位置、空間分布、空間形態(tài)等。空間位置關(guān)系是重要的空間關(guān)系,它是借助于空間坐標(biāo)系來(lái)傳遞的空間物體的個(gè)體定位信息[8-9]。本文基于空間位置的屬性數(shù)據(jù)連接方法借助于地理對(duì)象的空間位置來(lái)傳遞實(shí)體間的信息,其原理是:對(duì)于所有線對(duì)象,找到距離它最近的點(diǎn)對(duì)象,并計(jì)算出該點(diǎn)到該線之間的距離,然后將該點(diǎn)的特定屬性 (包括標(biāo)注內(nèi)容)、縱坐標(biāo)和橫坐標(biāo)及兩者距離等信息作為線對(duì)象的屬性記錄到線屬性表中去,從而實(shí)現(xiàn)基于空間位置的屬性數(shù)據(jù)連接。

1.點(diǎn)到直線段的距離算法實(shí)現(xiàn)

根據(jù)點(diǎn)到直線和點(diǎn)到線段距離的定義,很容易得到點(diǎn)到直線段歐氏距離的算法。

如圖 1所示,設(shè) A、B、P三點(diǎn)坐標(biāo)分別為 A(XA,YA)、B(XB,YB)、P(X0,Y0)。

圖 1 點(diǎn)線關(guān)系示意圖

則線段 PA、PB、AB的分別長(zhǎng)度為

否則

2.GIS中點(diǎn)到曲線距離的定義

GIS中每條曲線可以看作由若干結(jié)點(diǎn)首尾順次相連的直線段所組成的多段線,故可在式 (1)、式 (2)的基礎(chǔ)上,定義點(diǎn)到曲線距離

四、模塊建立基本過(guò)程

基于空間位置屬性連接模塊的建立,主要分為兩個(gè)階段:第一階段是建立空間數(shù)據(jù)庫(kù);第二階段是以 VisualBasic為集成開(kāi)發(fā)環(huán)境,利用MapGIS6.7二次開(kāi)發(fā)包 (SDK)提供的組件和控件進(jìn)行二次開(kāi)發(fā),建立基于空間位置屬性連接模塊。

該模塊主要包括圖形顯示編輯、屬性結(jié)構(gòu)操作、屬性數(shù)據(jù)操作 (包括批量的屬性連接)、屬性查詢等。

1.空間數(shù)據(jù)庫(kù)的建立過(guò)程

1)導(dǎo)出需要連接的點(diǎn)和線文件的MapGIS明碼格式點(diǎn)文件 (φ.wat)和線文件 (φ.wal)。

2)在 Excel中打開(kāi)文件,提取出有用信息。點(diǎn)信息提取相對(duì)簡(jiǎn)單,這里主要介紹線信息的提取。

在 Excel中打開(kāi)線明碼文件 (sheet(1)),并新建一個(gè)工作表單 (sheet(2))用于存放從 sheet(1)中提取的線上結(jié)點(diǎn)屬性。該過(guò)程通過(guò)如下宏代碼在Excel中實(shí)現(xiàn)

運(yùn)行結(jié)果如圖 2所示。

圖 2 線及線上結(jié)點(diǎn)屬性信息

3)創(chuàng)建 Access數(shù)據(jù)庫(kù),將需要進(jìn)行屬性連接的點(diǎn)文件及線文件通過(guò)上述明碼轉(zhuǎn)換過(guò)程,以數(shù)據(jù)表的形式存放在數(shù)據(jù)庫(kù)中。

2.以 VB為集成開(kāi)發(fā)環(huán)境,進(jìn)行MapGIS二次開(kāi)發(fā)

(1)模塊界面設(shè)計(jì)

選擇 Map GIS6.7二次開(kāi)發(fā)包 (SDK)所提供的Map GIS Bas Com1.dll、Map GISD sp Com.dll、MapGISLayer Com.dll、Map GIS Map Com.dll等組件和 Edit-View.ocx、Gis Att Edit.ocx、Att Stru Edit.ocx等控件。該模塊主要由登錄界面、模塊簡(jiǎn)介界面、屬性數(shù)據(jù)連接基本流程界面、基于空間位置屬性數(shù)據(jù)連接模塊主界面及屬性查詢對(duì)話框等組成。圖 3為基于空間位置屬性數(shù)據(jù)連接模塊主界面。

圖 3 基于空間位置屬性數(shù)據(jù)連接模塊主界面

(2)程序設(shè)計(jì)

顯示MapGIS點(diǎn)線圖形,以點(diǎn)為例

添加注記點(diǎn)的注釋、橫坐標(biāo)和縱坐標(biāo)屬性字段,以添加注釋字段為例

獲取注記點(diǎn)屬性,此處使用數(shù)據(jù)庫(kù)連接技術(shù),進(jìn)行注記點(diǎn)屬性數(shù)據(jù)的自動(dòng)化、批量輸入,以獲取第一條記錄的注記點(diǎn)注釋為例

獲取線上的每一個(gè)結(jié)點(diǎn)

結(jié)點(diǎn)屬性結(jié)構(gòu)的基本操作及屬性獲取與注記點(diǎn)類似。

屬性連接:主要是尋找每一條線的最近注記點(diǎn),并且計(jì)算出注記點(diǎn)到線的距離,從而將注記點(diǎn)到線的距離、線注記、注記點(diǎn)橫坐標(biāo)、注記點(diǎn)縱坐標(biāo)作為對(duì)象線的屬性記錄到其屬性中去,實(shí)現(xiàn)屬性數(shù)據(jù)連接。具體是根據(jù)點(diǎn)到曲線距離的算法設(shè)計(jì)代碼。

屬性查詢:指定特定對(duì)象線的實(shí)體號(hào)就可查詢到屬性連接信息。

五、案例分析

本案例的點(diǎn)、線文件選自某市土地整理項(xiàng)目規(guī)劃圖中的 MapGIS農(nóng)渠點(diǎn)文件和線文件,如圖 4所示。

圖 4 農(nóng)渠點(diǎn)、線工程文件

圖 5 農(nóng)渠點(diǎn)、線屬性連接圖

在土地整理規(guī)劃設(shè)計(jì)中,需在規(guī)劃圖中對(duì)路溝渠進(jìn)行編號(hào),以方便工程量統(tǒng)計(jì)和日后的施工。一個(gè)建設(shè)規(guī)模 666.67 hm2的土地整理項(xiàng)目,路溝渠總量就能達(dá)到 200多條,實(shí)際操作中,往往先在圖上按照自上而下、從左往右的順序順次編號(hào) (也就是標(biāo)注記點(diǎn)),然后再一條一條量算長(zhǎng)度,工作量很大。而如果用基于空間位置屬性連接的方法,則可以批量獲取路溝渠的標(biāo)注內(nèi)容,然后將路溝渠等線文件屬性導(dǎo)出,即可便捷地進(jìn)行各種統(tǒng)計(jì)。

圖 5為通過(guò)該模塊實(shí)現(xiàn)的農(nóng)渠屬性連接情況。從圖中可以看到,“線注記”字段已經(jīng)有了該線的標(biāo)注內(nèi)容,而“注記點(diǎn)到線的距離”字段則記錄了進(jìn)行連接的點(diǎn)與線之間的距離。如果用戶發(fā)現(xiàn)屬性連接后某條線的該值偏大,可以方便地進(jìn)行定位,查找原因。用戶也可以定義特定距離值作為閾值,只有小于該值時(shí)才進(jìn)行屬性連接。

六、結(jié)束語(yǔ)

試驗(yàn)表明,該模塊不僅提高了工作效率,簡(jiǎn)化了工作步驟,而且操作流程易于掌握,更便于結(jié)果檢查和質(zhì)量控制。

本研究尚存在一些問(wèn)題,今后的努力方向?yàn)?①直接通過(guò)數(shù)據(jù)庫(kù)讀取MapGIS點(diǎn)線文件的屬性;②對(duì)某些關(guān)鍵算法進(jìn)行優(yōu)化,比如建立更優(yōu)的空間點(diǎn)、線實(shí)體索引;③使界面更加友好,并增加相關(guān)的圖形編輯功能、數(shù)字化功能。

數(shù)據(jù)輸入是 GIS工程的重大內(nèi)容。然而針對(duì)數(shù)據(jù)錄入,目前的研究主要集中在數(shù)據(jù)格式的轉(zhuǎn)化,數(shù)字化技術(shù)等領(lǐng)域,而對(duì)于屬性數(shù)據(jù)的錄入方面研究較少。空間分析技術(shù)是 GIS的核心,從空間分析角度研究空間實(shí)體屬性的關(guān)聯(lián),對(duì)提高屬性數(shù)據(jù)的錄入速度、實(shí)現(xiàn)屬性數(shù)據(jù)的批量錄入以及增加屬性數(shù)據(jù)錄入手段,具有一定意義。

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Research on Method of the Attribute Data Link Based on Spatial Position

ZHANGDaojun,REN Na,L IU Yueyan

0494-0911(2011)02-0063-03

P208

B

2010-04-09

張道軍 (1985—),男,江蘇宿遷人,碩士生,研究方向?yàn)閲?guó)土資源信息化、土地利用規(guī)劃及數(shù)學(xué)地質(zhì)。