武漢市系列比例尺地形圖要素分類編碼及數據庫標準的編制研究

何偉，嚴小平

(武漢市測繪研究院，湖北 武漢 430022)

1 引言

數據生產，標準先行。國家有關部門于上世紀90年代開始陸續制定了《國家基本比例尺地圖圖式》、《基礎地理信息要素數據字典》、《基礎地理信息要素分類與代碼》，近期又頒布了新版的《國家基本比例尺地圖圖式》、《基礎地理信息要素數據字典》及《基礎地理信息要素分類與代碼》，對地形圖要素的分類順序和分類方式做了調整，不斷統一規范了基礎地理信息的生產、建庫、管理和分發利用。但國家標準相對比較宏觀，需要結合城市特點進一步細化和完善。

當前，我國已進入全面建設小康社會、加快推進社會主義現代化建設的新的發展階段，測繪作為經濟社會發展和國防建設的一項基礎性工作，正面臨著社會需求結構、技術手段、消費層次和資源配置方式的深刻變化。地理信息資源戰略性短缺與社會各界日益增長的對地理信息需求之間的矛盾十分突出，加快信息化測繪體系建設、完善以基礎地理信息為核心的空間數據基礎設施已成為今后一段時間內中國測繪發展的首要任務。而信息化測繪體系的建立和空間數據基礎設施的完善的基礎就是需要建立一套規范的數據標準體系，其中系列比例尺地形圖數據標準體系又是該數據標準體系中最重要的組成部分之一。該標準體系的建立能夠更好地統一地理信息的生產和建庫，規范地理信息分類與編碼，建立數據采集、地圖縮編、數據建庫、數據分發的一體化數據流程，促進信息共享，為國民經濟的發展提供更好的服務保障體系。

2 標準編制依據及內容

《武漢市系列比例尺地形圖要素分類編碼及數據庫標準》在編制建設過程中，主要詳細規定了從數學基礎、數據內容到數據生產等三個方面的具體要求。

2.1 數學基礎

數學基礎是為準確描述基礎地理信息空間位置特征制定的數學法則，主要包括統一的空間參照系和地圖投影系統。該標準從平面坐標系統、高程系統、比例尺、投影和分幅五個方面對數學基礎提出了具體明確的要求。

武漢市位于中國的中部地區，東西距最大為134 km，南北距最大為155 km。目前武漢市城市規劃與國土管理所需要的地理數據均涉及較大比例尺范圍，主 要 包 括 1∶500、1∶2 000、1∶5 000 和1∶10 000，投影方式采用高斯－克呂格投影，地理位置處于3°分帶中的第38帶，中央子午線為東經114°。平面坐標在現階段暫采用1954年北京坐標系，根據國家相關規定，將逐步向2000國家大地坐標系過渡和轉換，高程基準使用的是1985國家高程基準。

為了易于圖幅管理和查詢，同時也為了滿足不同比例尺間地形圖數據縮編生產的便利，該標準中規定了在數據生產過程中對1∶5 000和1∶10 000數據采用40 cm×40 cm方格網分幅，1∶500和1∶2 000數據采用50 cm×50 cm方格網分幅。按此方法分幅，1幅1∶10 000地形圖由4幅 1∶5 000地形圖組成，1幅1∶5 000地形圖由 4幅 1∶2 000地形圖組成，1幅1∶2 000地形圖由 4幅 1∶1 000地形圖組成，1幅1∶1 000地形圖由4幅1∶500地形圖組成，系列比例尺地形圖間能夠形成完整的倍數關系。具體關系如圖1所示，圖中最小塊的斜線部分即為1∶500比例尺地形圖。

圖1 系列比例尺分幅關系示意圖

2.2 數據內容

標準中基本地形數據的內容必須有科學合理的范圍，需要以國家標準與行業規范為基礎，結合武漢市地形的具體情況共同制定。該標準中的數據內容主要對要素選取，編碼規則，數據庫結構設計及元數據四個部分進行說明。

(1)要素選取

該標準分別參照國家2006年發布的《國家基本比例尺地形圖圖式第二部分:1∶5 000 1∶10 000地形圖圖式》和2007年發布的《國家基本比例尺地圖圖式第一部分:1∶500、1∶1 000、1∶2 000地形圖圖式》的相關要求，結合武漢市的實際地形，按要素將基礎地理信息分為9大類:測量控制點數據、水系數據、居民點及設施數據、交通數據、管線數據、境界數據、地貌數據、植被與土質數據、注記，另外附加輔助要素和圖廓整飾兩個輔助類，并對每一類數據至少應當包括的內容提出了具體要求。

(2)編碼規則

要素編碼規則是系列比例尺地形圖數據庫建設的基礎，影響到系列比例尺數據之間的共享與交換。

要素編碼的基本原則包括:

①唯一性:在一個分類編碼標準中，編碼對象和編碼一一對應。

②合理性:編碼結構與分類體系相適應，同時融合相關國家標準。

③可擴充性:留有適當的后備容量，以適應不斷擴充的需要。

④科學性:編碼結構簡單，長度適中，以便節省機器存儲空間和減少代碼的差錯率，同時提高機器處理的效率。

⑤適用性:反映編碼對象的特點，有助記憶，便于填寫。

⑥規范性:在一個標準中，編碼的類型、結構和編寫格式必須統一。

⑦延續性:保證 1∶500、1∶2 000、1∶5 000到1∶10 000地形圖的要素編碼一致。

在該標準中要素編碼是按要素分類方式組織的，反映了地理要素間大小類的隸屬關系，可在同一比例尺中唯一確定該要素。要素編碼為6位數，分別由大類碼、二級大類碼、小類碼和擴展碼組成。擴展碼是后續要素擴充和調整的接口。具體編碼結構如圖2所示。

圖2 地理要素編碼結構圖

同時，增加要素標識碼用以區分多比例尺數據集成時各要素所代表的比例尺。該碼是以比例尺為基礎、結合圖式中要素大類和要素在大類中的排列順序而形成的七位碼。具體編碼結構如圖3所示。

圖3 地理要素標識碼編碼結構圖

對于系列比例尺地形要素的編碼保證要素編碼的一致性，采取倒金字塔的結構進行編碼，實現多源數據的一致性和連續性，例如在 1∶500，1∶1 000，1∶2 000的比例尺標準中亭的要素細分為不依比例尺的亭和依比例尺的亭，要素編碼分別為356010和356020;而在1∶5 000和1∶10 000的比例尺標準中由于比例尺的縮小，只保留亭一個要素，要素編碼為356000，能夠在不同比例尺之間保持良好的一致和連續性，提高不同比例尺數據間的互利用價值。不同比例尺間要素編碼結構關系具體如圖4所示。

圖4 系列比例尺要素編碼結構圖

(3)數據庫結構設計

數據庫結構包括兩層含義，即各地理要素屬于哪個數據層以及需要填寫哪些屬性字段。數據層的字段結構是該層中地理要素屬性字段的最小合集。

以制圖數據為主的數據庫建設受制于圖面信息含量的有限性，地理要素的屬性主要體現其基本信息，更多地將圖面注記內容納入其中。而以數據庫生產為主時，初始數據采集時可以通過屬性字段反映要素多種屬性，因此數據結構更復雜。一些不需要在圖面表示的專題內容就可以通過屬性信息來反映。例如在該標準的編制中，系列比例尺地形圖要素分類編碼表中就增加了要素屬性，規定了每個要素在數據建庫中需要填寫的屬性信息，同時，在系列比例尺地形圖數據庫結構設計中，以點線面三類要素為基礎規定屬性信息的字段類型、字段長度、描述以及填寫實例。具體如圖5和圖6所示，圖5表示的是在標準中規定了系列比例尺地形圖要素分類編碼表中的控制點層要素編碼及相關字段，其中要素屬性包括了FCODE，FNAME，名稱，高程，比高和等級等，有下劃線標識的是必填字段，而圖6則表示在標準中規定了測量控制點層以上各類屬性字段的填寫標準和填寫實例。

圖5 地形圖要素分類編碼表

圖6 地形圖數據庫結構設計表

(4)元數據

元數據是關于數據的數據。合理的元數據結構和內容有利于數據分發利用。該標準中規定各種數據成果的元數據結構設計都是以圖幅為單位，其內容涉及圖幅范圍、地理投影參數、航測資料以及數據分發相關的各種信息等。

2.3 生產過程

基礎地理信息數據不同于一般的工業產品，僅依靠對最終結果(產品)的檢驗或檢測難以確定其質量和可靠性，而生產過程方案的科學性直接影響或決定最終成果的可靠性。所以，該標準對基礎地理信息標準數據的生產過程進行了規范，建立了要素采集規則。建立要素采集規則要綜合考慮符號化特性和數據最終需要，將標準中要素的采集要求具體化。

要素符號庫設計是以各個生產平臺對不同幾何類型地物的符號化特點為基礎、參照國家圖式對符號大小和顏色的具體規定來共同制定的。例如圖式中要求對各種高壓電線符號按實際位置表示電桿，MicroStation支持這種線型，ArcGIS和AutoCAD平臺中不支持該類線型，只能將電桿均勻配置，因此高壓電線在各個符號庫中是不相同的，在MicroStation平臺中只需在符號庫中定義好線型即可，而在ArcGIS和AutoCAD平臺中的符號庫中高壓電線只能通過骨架線來定義，而具體的符號表示則需要在繪制過程中通過編寫程序來實現。

符號化的特點影響著要素采集規則的制定。建立要素采集規則要綜合考慮符號化特性和數據最終需要，將標準中要素的采集要求具體化。例如在國家標準中只規定了地面河流，而在本標準中把地面河流細分成單線河與雙線河，但是如何具體界定兩者呢?在本標準中將采集規則定為:河流圖上寬度大于0.5 mm的表示為面狀雙線河，小于0.5 mm的表示為單線河;雙線河按河流常水岸線采集，單線河按河流中心線采集。通過采集規則的制定，使圖式的要求條理化、實用化。

3 標準編制關鍵技術

3.1 數據標準建設綜合考慮制圖與數據建庫需要

在本標準的編制過程中，以國家新圖式和地理信息要素數據字典為基礎，將地形圖的數據生產和數據建庫很好的結合，形成了系列比例尺地形圖的要素分類編碼及數據庫標準，真正實現在一套標準中正確反映要素幾何形態、建立不同環境下要素采集規則、符號庫體系和數據庫結構。主要體現在本標準的研制建設共包含要素分類編碼設計、要素分層設計、數據庫結構設計以及圖幅元數據結構設計等4大類設計，而這4大類設計之間將制圖和數據建庫緊密地結合在一起，環環相扣。具體來說，系列比例尺地形圖的要素分類編碼設計規定了在制圖過程中要素標識碼，要素編碼，要素名稱，圖式圖例，幾何類型，顏色，數據庫圖層名，數據庫要素屬性，數據采集與指標選取等，要素分層設計規定了大類要素分類，層名和每層包含的內容，數據庫結構設計則包含了數據集名稱，層名，屬性項，字段類型，字段長度，描述和填寫實例，圖幅元數據庫結構設計包含了各類元數據的名稱，字段類型，字節數和內容。

3.2 統一了不同比例尺數據標準中的分幅規則

根據傳統的系列比例尺地形圖分幅規則，大比例尺地形圖采用矩形方格網分幅，中小比例尺數據采用經緯網分幅，這對于城市勘測單位進行跨比例尺數據的疊加和分析十分不便。因此在此標準的編制過程中創新性地提出了統一用方格網進行分幅的規則，規定對1∶5 000和1∶10 000數據采用40 cm×40 cm方格網矩形分幅，1∶500和1∶2 000采用 50 cm×50 cm方格網矩形分幅，確保了不同比例尺地形圖數據范圍存在固定的倍數關系，易于不同比例尺數據間的管理和查詢。但同時也存在一個問題，由于小比例尺的地形圖采用經緯度的梯形分幅，所以，對于更小比例尺的地形圖數據縮編生產，應采取一定的技術手段對矩形分幅進行裁剪以滿足梯形分幅的要求。

3.3 統一了不同比例尺中相同地物的要素編碼

要素編碼是地物在地形圖中的唯一標識，是要素類別歸屬的反映。統一要素編碼后，不同比例尺間相同編碼對應同類要素，使編碼體系和要素組織更清晰，能夠更好地將系列比例尺數據進行銜接，在后續數據縮編過程中不需要額外地進行要素映射即可投入生產，能夠更快捷地對數據進行更新維護。

3.4 國家相關標準與武漢市實際地形特點相結合

為了與國家相關標準保持一致，本標準按照國家相關標準的規定，將武漢市的地形要素統一分為9大類，按順序分別為測量控制點、水系、居民地及設施、交通、管線、境界、地貌、植被與土質、注記;同時在小類要素的編制過程中，又充分結合武漢市的實際地形特點，對部分要素符號進行了增減，就各類數據采集規則，技術指標等相關內容進行了細化和量化，形成了具有武漢市地方特色的統一的系列比例尺要素分類編碼及數據庫標準，更好地滿足了武漢市基礎地理數據的生產，增強了數據生產的可操作性。

4 小結

該標準的制定，從數據制圖與數據建庫兩個角度綜合對數據成果的具體要求進行了規定，形成了一套切實可用的生產作業規范，體現了武漢市的地方特色，滿足了相關部門對基礎地理數據的要求，對整合武漢市基礎地理信息資源，提高基礎地理信息的數據產品質量、豐富產品內容、推廣數據應用等方面能夠起到較大作用，滿足了日益增長的社會需求。

標準中的1∶5 000，1∶10 000比例尺部分已全面應用到武漢市“十一五”基礎測繪項目建設中，1∶5 000比例尺主要涉及郊區1 488 km2范圍的制圖數據生產，1∶10 000比例尺地形圖主要覆蓋了全市域約合8 549 km2的制圖數據和數據庫數據的生產，取得了良好的社會效益和經濟效益;而標準中的1∶500，1∶1 000，1∶2 000比例尺部分已全面應用到我市大比例尺基本地形數據生產中，為武漢市的國土管理和規劃提供了最基本的測繪保障。

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