中山市數字城市線劃圖空間數據庫的建設方法

申傳明，許文偉，曹永桃，李漢彬

（1.湖北省國土測繪院，湖北武漢430010；2.武漢金方圓信息技術有限公司，湖北武漢430074；3.中國石油天然氣股份有限公司西氣東輸管道分公司，湖北武漢430073）

中山市數字城市線劃圖空間數據庫的建設方法

申傳明1，許文偉2，曹永桃1，李漢彬3

（1.湖北省國土測繪院，湖北武漢430010；2.武漢金方圓信息技術有限公司，湖北武漢430074；3.中國石油天然氣股份有限公司西氣東輸管道分公司，湖北武漢430073）

通過闡述中山市數字城市線劃圖空間數據庫的建設過程以及建庫工作中的問題與解決方法，提出了一種實用的數字城市線劃圖空間數據庫的建設方法，建立了一套獨特高效的數據庫建設的技術體系。

數字城市；線劃圖；空間數據庫

“數字城市”是指將有關城市的信息，包括城市基礎設施、自然資源、社會資源、人文、經濟等各個方面的信息，以數字的形式進行獲取、存儲、管理和再現，并通過對這些信息的綜合分析和有效利用，為提高城市管理效率、節約資源、保護環境和城市可持續發展提供決策支持。“數字城市”的實質就是建立以地理空間信息為核心的信息服務與共享體系，避免重復建設，通過整合信息資源形成統一、標準的公共基礎數據庫，并通過統一數據管理平臺、數據發布平臺實現數據共享和信息服務。

數字城市線劃圖空間數據庫是“數字城市”的最核心部分，是在現有地形圖基礎上，通過加工整理而形成的地理要素分層存儲的矢量數據集。它可為城市建設規劃、土地資源管理、投資環境分析等各行業信息系統提供空間定位基礎。數字城市線劃圖空間數據庫的建設，就是把非GIS數字線劃圖整理成符合國家要求的GIS空間數據庫。非GIS數字線劃圖和線劃圖GIS空間數據庫，從圖形表象上看似乎沒有多大差別，其實GIS空間數據庫對數據的要求非常嚴格。GIS的數學理論基礎是點集拓撲學，把幾何圖形抽象為點、線、面，對其及相互關系有很嚴謹的定義，在此基礎上對世界進行建模。GIS空間數據庫是先把關系數據庫改造成對象數據庫，再在對象數據庫基礎上改造成GIS空間數據庫。GIS空間數據庫不僅對幾何圖形數據要求極高，對屬性數據也要求很高。由此，把非GIS的數字線劃圖整理成符合要求的GIS空間數據庫難度非常大。隨著“數字城市”的普及，探索一條快速有效地建設線劃圖GIS空間數據庫的路線是刻不容緩的。

目前，國內外對非GIS的線劃圖及GIS空間數據庫的研究都比較深入，但是對于跨接二者之間的橋梁深入研究的不多。一般的非GIS線劃圖主要是使用Auto-CAD軟件，該軟件的底層數學模型并不是GIS的數學模型，圖面貌似規范但實質非常混亂。ArcGIS是目前最成熟的GIS管理軟件，數據管理非常嚴謹但不太適合常規線劃圖生產。金方圓信息技術有限公司開發出自主平臺的GIS生產軟件AutoGID，軟件底層數學模型完全遵從OpenGIS的思想，在數據格式上最大限度地兼容AutoCAD數據，完全兼容ArcGIS的數據格式，在操作方式上同時最大限度兼容AutoCAD與ArcGIS的操作模式，并通過實際項目摸索出一套把非GIS的線劃圖整理成GIS數據的有效方法。本文以中山市數字城市線劃圖空間數據庫建設為例，闡述如何應用該技術將非GIS線劃圖整理成符合國家要求的GIS空間數據庫。

1 空間數據庫概述

1.1 數學基礎

中山市的平面坐標系統需要有2套：一套采用中山市統一坐標系，另一套采用1980西安坐標系。中山市的高程基準采用1985年國家高程坐標系。

1.2 要素分類

要素采用線分類法，要素類型按從屬關系依次分為4級：大類、中類、小類、子類。大類包括：定位基礎、水系、居民地及設施、交通、管線、境界與政區、地貌、土質與植被等8類；中類在上述各大類基礎上共劃分出46類；地名要素作為隱含類以特殊編碼方式在小類中具體體現。

1.3 要素編碼

要素的分類編碼結構是在大類、中類、小類和子類的基礎上添加圖形碼來描述要素的幾何特性，分類代碼統一采用 8位十進制數字碼表示，分別為按數字順序排列的大類、中類、小類、子類、圖形碼和細分碼。

1.4 要素分層及圖層屬性

1∶500、1∶1000、1∶2000比例尺基礎地理信息數據庫按照要素大類、要素類型（點、線、面、注記）進行分層。圖層大類共分為：定位基礎、水系、居民地及設施、交通、管線、境界與政區、地貌、土質與植被等8類；具體圖層在上述各大類基礎上共劃分出31層。1∶500、1∶1000、1∶2000比例尺基礎地理信息數據庫對應的采集數據的提交、數據建庫應按照此31層分類執行，可適當進行擴充。1∶500、1∶1 000、1∶2 000比例尺基礎地理信息數據庫各分類圖層屬性表的結構要求按照中山標準的規定。各分類圖層屬性表的結構說明采用通用字段的方式，分別從屬性項、屬性描述、數據類型和字段要求、屬性值域或示例、約束條件、備注等方面進行描述，用于存儲基本的表達信息，可根據需要擴充。

2 空間數據庫建設過程

中山市地形線劃圖是滿足國家制圖規范的AutoCAD格式的圖形數據。首先，基于AutoCAD二次開發了一套預處理軟件，擴展了AutoCAD的分層模式，通過代碼映射模板與分層模板直接在AutoCAD中按照項目要求對各要素的代碼批量賦值，并對各要素自動分層。再通過AutoGID軟件對AutoCAD數據進行數據轉換，按照GIS的要求對要素按點、線、面、注記再次進行分層。在轉換過程中同時解決AutoCAD特有圖形的處理問題，如曲線離散、塊處理等。此時，數據基本上符合GIS的要求，并同時保證了數據及圖面的無損。然后，應用AutoGID的圖形與屬性的檢查處理功能對圖形與屬性進行初步檢查與處理，并完成構面工作。最后，通過數據庫結構映射模板將數據無損導入ArcGIS中，形成符合項目要求結構的數據庫，通過基于ArcGIS二次開發的軟件，再次對空間數據及其相互關系進行檢查與處理，具體流程如圖1所示。

1）在 AutoCAD環境中運用嵌入式開發模式編寫的軟件，對AutoCAD數據進行地物代碼賦值并按數據庫標準自動歸層，如圖2所示。

2）在武漢金方圓信息技術有限公司開發的AutoGID軟件中導入CAD數據 (見圖3、圖4)。

3）在AutoGID環境中，對每一層數據按照相應的規范要求操作、處理。對折線進行共點檢查、重點檢查、打折檢查、重復地物檢查等處理操作。

4）在AutoGID環境中，對道路、房屋、水系等按規范標準規定構面的地物進行構面及面狀地物檢查與處理工作。

圖1 中山市基礎地理信息數據建庫流程圖

圖2 CAD數據賦碼歸層

圖3 AutoGID界面

圖4 AutoCAD格式轉換界面

5）在AutoGID環境中，處理完成數據后，按照數據庫標準批量導出shp文件，如圖5所示。

圖5 批量導出空間數據庫

6）對shp文件進行坐標轉換，主要是將中山市統一坐標系按照規則轉換為西安80坐標系 (見圖6)。

圖6 基于ArcGIS的坐標轉換

7）在ArcGIS環境中將shp文件導入基于ArcSDE的空間數據庫，并對要素的圖形和屬性及其相互關聯進行檢查與處理。

3 建庫過程中遇到問題及技術創新

在整個建庫過程中，充分發揮了AutoCAD、Auto-GID、ArcGIS3個軟件的特長，從而快速地完成了數據庫的建設。

1）由于 AutoCAD沒有屬性，所有信息都是圖面表達，導致要素代碼賦值與分層困難。我們通過在Auto-CAD中植入GIS的屬性與分層理念，借助AutoCAD中圖形閑置的特性值作為屬性，通過二次開發細化Auto-CAD的分層模式，從而達到與GIS同樣的分層效果；并直觀檢查錯誤，排除了代碼與分層隱患，為后面工作奠定了扎實的基礎。

2）在 AutoCAD完美圖面下隱藏著混亂的拓撲錯誤，為后面的數據處理及構面帶來了極大困難。為此，我們充分應用同名點的概念與技術解決了這一難題。在誤差允許范圍內的點我們認為是同名點，在 AutoGID軟件中通過共點檢查與處理同名點，從而解決線線關系錯誤。

3）充分應用2種編輯模式解決海量數據編輯的難題。AutoCAD、AutoGID軟件編輯時的數據放在內存中，編輯響應快但是數據量不能過大；ArcGIS編輯時的數據放在數據庫中，數據量大但編輯響應慢。我們通過合理組織數據讓這 2種編輯模式對同一數據源同時進行編輯，從而克服了海量數據的編輯困難。

4 結 語

目前，數字城市線劃圖空間數據庫建設有多種方法和途徑。以武漢金方圓信息技術有限公司開發的AutoGID前端數據采編系統為基礎的建庫方法具有操作便捷高效，數據轉換無損，數據檢查嚴謹，數據處理快速有效的特點。通過中山市數字城市線劃圖空間數據庫建設實際項目充分證實本文提出的方法在空間數據庫建設中是切實可行的。

[1] 龔健雅.數字城市的概念及實現策略[EB/OL].http://www. gisfo2rum.com，2001-01

[2] 馬佩勛，謝海波.數字城市的基本框架與關鍵技術研究[J].長沙民政職業技術學院學報，2009，16：121-122

[3] 杜云芳.談數字城市基礎地理信息數據庫建設[J].中國新技術新產品，2011（07）：47

[4] 杜靈通，韓秀麗.基于數字地球思想的數字城市研究[J].地理空間信息，2007，5(1):111-113

[5] 李社.基于數字城市的關鍵技術應用研究[J].地理空間信息，2008，6(2):59-62

[6] 李瑩.關于數字城市建設的思路與對策探究[J].理論導報，2011（2）：30

[7] GB/T13923-2006.基礎地理信息要素分類與代碼[S].

[8]GB/T20257.1-2007.國家基本比例尺地圖圖式第1部分：1∶500 1∶1 000 1∶2 000地形圖圖式[S].

[9] GB/T20258.1-2007.基礎地理信息要素數據字典第1部分：1∶500 1∶1 000 1∶2 000基礎地理信息要素數據字典[S].

[10]CH/T9008.1-2010.基礎地理信息數字產品1∶500 1∶1 000 1∶2 000數字線劃圖[S].

[11]GB/T17160-2008.1∶500 1∶1 000 1∶2 000地形圖數字化要求[S].

[12]GB/T18316-2008.數字測繪成果質量檢查與驗收[S].

[13]GB/T17941-2008.數字測繪成果質量要求[S].

[14]CH/T1005-2000.基礎地理信息數字產品數據文件命名規則[S].

[15]湖北省測繪局2011.10.數字城市地理空間框架建設1∶500、1∶1 000、1∶2 000數字線劃圖建庫數據暫行規定.

[16]中山市國土資源局2011.8.中山市1∶500 1∶1 000 1∶2 000基礎地理信息數據建庫規范[S].

Construction Method of Zhongshan Digital City Line Map Spatial Database

by SHEN Chuanming

Through the elaboration of Zhongshan digital city line map spatial database construction process as well as in the process of problems and solutions,this paper explored a practical digital city line map spatial database construction method,established a unique and efficient database construction technology system.

digital city，digital line map，spatial database

2012-07-23

P208

B

1672-4623(2012)06-0029-03

申傳明，碩士，高級工程師,注冊測繪師，主要從事測繪技術管理與應用。