面向對象的基礎地理數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)

李靜蘭

(太原市勘察測繪研究院，山西太原 030002)

面向對象的基礎地理數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)

李靜蘭?

(太原市勘察測繪研究院，山西太原 030002)

由于地形圖與GIS數(shù)據(jù)所依據(jù)的數(shù)據(jù)模型的差異，基于地形圖建立的基礎地理數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)往往不能同時滿足地形圖和GIS數(shù)據(jù)的服務要求。另外，直接面向圖層的數(shù)據(jù)管理模式，割裂了地理要素之間的自然聯(lián)系，給數(shù)據(jù)的管理應用帶來了不便。針對以上問題，本文提出了面向對象的基礎數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的實現(xiàn)思路，闡述了相關設計及實際應用。

面向對象；基礎地理數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)；地形圖；GIS數(shù)據(jù)

1 前 言

隨著機助制圖技術的日趨完善及地理信息技術的迅速發(fā)展，數(shù)字化的大比例地形圖除了承擔傳統(tǒng)紙質地形圖的作用，滿足城市區(qū)域規(guī)劃、工程設計管理等服務外，還作為城市基礎地理信息數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)源，廣泛應用于各類地理信息系統(tǒng)。當前，城市大比例尺基礎地理數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)存在以下的問題:

(1)尚未解決好地形圖與GIS數(shù)據(jù)的差異，無法利用統(tǒng)一的一套基礎地理數(shù)據(jù)庫滿足同時滿足地形圖和GIS數(shù)據(jù)的服務。

(2)尚未建立面向對象的數(shù)據(jù)管理體系，直接面向GIS數(shù)據(jù)的分層管理模型，不能充分反映地理實體的語義信息，不符合人們對地理信息獲取、管理、應用的習慣。

為了解決上述問題，滿足地形圖和GIS數(shù)據(jù)的應用要求，嘗試基于面向對象進行基礎地理信息的圖庫一體化建庫、管理、應用和動態(tài)更新。

2 地形圖和GIS數(shù)據(jù)差異分析

地形圖和GIS數(shù)據(jù)都可以看做是空間數(shù)據(jù)的載體，二者表達的內(nèi)容一致，都是表達特定區(qū)域自然-社會系統(tǒng)中各種地理事物和現(xiàn)象的空間分布規(guī)律。但是，二者所依據(jù)的數(shù)據(jù)模型不同，成果要求不同。

GIS數(shù)據(jù)以圖形表達空間對象的幾何特征(位置與形態(tài))，以數(shù)據(jù)庫表記錄空間對象的屬性信息，側重于客觀地理實體的數(shù)字景觀模型(DLM)的描述，不強調地理實體的符號化表示，這種信息分類適合計算機識別與運算。地形圖建立在面向機助制圖的數(shù)據(jù)模型上，其本質是數(shù)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，在很多方面不符合空間數(shù)據(jù)管理要求，具體表現(xiàn)如下:

(1)為了滿足圖面要求，地理實體對象表達不完整或拓撲關系受到破壞，如河流兩岸的加固陡坎隱含著河流的水涯線；文字注記壓蓋道路線時，人為地斷開線條。

(2)與GIS數(shù)據(jù)的屬性記錄方式不同，地理實體的屬性描述是通過文字注記實現(xiàn)的，割裂了屬性與地理實體關聯(lián)關系。

(3)為了不損失地形圖符號信息，將符號以實際的點、線、面形式存儲，造成大量冗余信息，同時難以區(qū)分制圖描述信息與地理實體信息。

3 基于GIS圖層的數(shù)據(jù)管理模式的不足

現(xiàn)有商業(yè)空間數(shù)據(jù)庫主要優(yōu)點在于能提供一致的、高效的數(shù)據(jù)庫存儲和檢索所依賴的物理結構上，缺乏數(shù)據(jù)抽象能力。為了滿足數(shù)據(jù)組織與結構的需求，空間數(shù)據(jù)庫采用的數(shù)據(jù)模型將客觀地理實體按形狀抽象為點、線、面，以圖層作為GIS空間數(shù)據(jù)的組織與處理單元。在GIS應用系統(tǒng)設計與實現(xiàn)時，將面向圖層的數(shù)據(jù)操作方式直接暴露給用戶。然而，地理空間是一個目標組合排列集，每個目標或對象都具有位置、屬性和時間信息以及與其他對象的拓撲關系、語義關系等。人類對客觀世界的認識是基于地理特征，而不是基于分層要素。

4 面向對象地理信息語義設計

利用地形圖進行基礎地理數(shù)據(jù)庫的建設與管理，并不是地形圖載體和管理手段的簡單改變，而是需要站在數(shù)字景觀模型的立場上重新審視完善地形圖的現(xiàn)有數(shù)據(jù)模型，提出適應GIS數(shù)據(jù)存儲、更新、應用的管理方法。面向對象的基礎地理數(shù)據(jù)庫是以地理要素對象為基本的存儲管理單元，消除了數(shù)據(jù)管理的分層概念，構建一個直觀、結構清晰、組織有序的空間數(shù)據(jù)管理體系。

4.1 面向對象的地形圖數(shù)據(jù)標準

數(shù)據(jù)標準包括要素分類與代碼、數(shù)據(jù)字典和圖式符號。

為了實現(xiàn)地形圖的對象化表達，將地形圖承載的地理信息分解為地理實體對象和符號。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(shù)量、質量等特征，是地理實體屬性的一種圖形化表達。因此符號信息可以視作一種特殊屬性。《基礎地理信息要素分類與代碼GB/T 13923-2006》應用了面向對象的地理要素分類編碼思想。但是該標準又不能滿足地形圖圖示符號的要求。因此，在標準6位編碼的基礎上擴展2位，將圖式符號作為一種屬性編入地理要素的分類中。以三角點為例，其分類代碼如圖1所示:

圖1 三角點分類代碼

編碼前6位按要素對象進行分類分級，而最后2位因圖式符號表達需要而區(qū)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(shù)據(jù)應用時，通過前6位編碼進行面向地理要素的識別，當?shù)匦螆D符號表達需要時，通過完整的8位編碼區(qū)分識別。

4.2 地理語義信息的作用

以圖層為空間數(shù)據(jù)的組織與處理單元可以大大提高基礎地理信息數(shù)據(jù)獲取分析效率，但是缺乏對地理要素語義的描述，不便于用戶對所關注數(shù)據(jù)的準確獲取。

地理信息分類具有極強的地理信息的結構化表達能力，對GIS數(shù)據(jù)組織、數(shù)據(jù)模型設計以及大型GIS地學應用系統(tǒng)的開發(fā)，尤其在GIS概念設計中具有極大的應用潛力。地理信息分類編碼的目的是用于對地理數(shù)據(jù)進行組織、建庫，以便于數(shù)據(jù)的集成分析與數(shù)據(jù)共享利用。通過對地理信息分類代碼的有效利用，恢復地理要素的語義信息，在系統(tǒng)應用層面實現(xiàn)由要素分類與要素對象構建的邏輯管理體系，彌補GIS數(shù)據(jù)物理圖層存儲管理的不足。

5 面向對象的基礎地理數(shù)據(jù)庫的實現(xiàn)

5.1 面向對象的總體架構

數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)采用Visual Studio 2005為基礎開發(fā)平臺，ArcEngine 9.3為GIS開發(fā)組件，采用客戶/服務器模式(Client/Server)。為了實現(xiàn)管理系統(tǒng)與數(shù)據(jù)庫間低耦合，提高系統(tǒng)良好的靈活性和擴展性，系統(tǒng)體系結構分數(shù)據(jù)層，邏輯層，界面層。數(shù)據(jù)層負責對數(shù)據(jù)庫的訪問，獲取目標數(shù)據(jù)以及完成相關數(shù)據(jù)庫更新、刪除、插入等操作，邏輯層負責對系統(tǒng)業(yè)務的實現(xiàn)；界面層負責人機交互。

系統(tǒng)總體架構如圖2所示:

圖2 系統(tǒng)總體架構

5.2 面向對象的數(shù)據(jù)組織

基礎地理數(shù)據(jù)庫主要包括為現(xiàn)勢數(shù)據(jù)庫、歷史數(shù)據(jù)庫、臨時工作數(shù)據(jù)庫、元數(shù)據(jù)庫。臨時工作數(shù)據(jù)庫在系統(tǒng)更新過程作為數(shù)據(jù)的臨時存儲空間。DLG采用矢量數(shù)據(jù)模型存儲，按比例尺組織為不同矢量數(shù)據(jù)集(如圖3所示)。采用要素大類結合幾何特征(點、線、面)作為分層原則，現(xiàn)勢數(shù)據(jù)庫、歷史數(shù)據(jù)庫與工作數(shù)據(jù)庫分層原則一致，一一對應。各層屬性字段除包含數(shù)據(jù)標準規(guī)定的屬性字段外，還每個地理要素都具有唯一標識(FeatureGUID)和一系列時態(tài)信息，要素創(chuàng)建時間(Crea-teTime)，要素修改時間(UpdateTime)。這些信息和要素分類代碼是實現(xiàn)系統(tǒng)面向對象管理的重要基礎。

圖3 DLG組織結構

5.3 面向對象的數(shù)據(jù)存儲

由于要素符號信息(圖形特征信息)封裝在特殊數(shù)據(jù)字段GraphicInfo中，基礎地理數(shù)據(jù)庫中不存儲任何為了滿足符號要求而存在的點、線、面信息，系統(tǒng)利用EPS符號化插件，就可實現(xiàn)基于數(shù)據(jù)庫的地形圖符號實時繪制(如圖4所示)。面向對象的數(shù)據(jù)存儲實現(xiàn)了圖庫一體化管理，同時滿足GIS數(shù)據(jù)與地形圖服務要求。

圖4 地形圖符號化：前(左圖所示)，后(右圖所示)

5.4 面向對象的數(shù)據(jù)轉換

按照面向對象的地形圖數(shù)據(jù)標準，對已有地形圖數(shù)據(jù)進行整理，需要解決的地理要素實體不完整、拓撲關系不正確、注記轉屬性等問題。為了實現(xiàn)這一目標，引進應用了清華山維地理信息工作站(EPS 2008)。該平臺從地理信息角度構建數(shù)據(jù)模型，以數(shù)據(jù)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(xiàn)了動態(tài)符號化機制，將地圖數(shù)據(jù)分解為圖形信息與符號信息。利用信息映射機制，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，形成面向對象的地形圖數(shù)據(jù)生產(chǎn)環(huán)境。數(shù)據(jù)改造完成后，利用EPS 2008提供的SDL/VBA開發(fā)接口，定制空間數(shù)據(jù)轉換環(huán)境，實現(xiàn)清華山維自有EDB格式，到ArcGIS桌面數(shù)據(jù)庫格式Personal GDB(PGDB)的轉換。

5.5 面向對象的數(shù)據(jù)更新

利用要素唯一標識和時態(tài)信息，實現(xiàn)了面向對象數(shù)據(jù)更新機制，僅對更新方案指定的更新要素類進行更新，如圖5所示。基于現(xiàn)勢數(shù)據(jù)庫、歷史數(shù)據(jù)庫，實現(xiàn)面向時間、更新工程的歷史數(shù)據(jù)查看、恢復及提取，如圖6所示。

圖5 面向對象的更新方案

圖6 歷史數(shù)據(jù)對比查看

6 結 語

本文將面向對象的思想貫穿于數(shù)據(jù)生產(chǎn)及管理的全過程，解決了現(xiàn)有城市大比例尺地形圖數(shù)據(jù)建庫管理的相關問題，建立了面向對象的基礎地理數(shù)據(jù)存儲及管理體系，滿足了地形圖及GIS數(shù)據(jù)服務要求。

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首部《城市軌道交通工程監(jiān)測技術規(guī)范》出臺

由北京城建勘測設計研究院主編的《城市軌道交通工程監(jiān)測技術規(guī)范》，于2013年9月6日經(jīng)住建部批準發(fā)布，(編號為GB50911-2013)，將于2014年5月1日起實施，其中部分為強制性條文，住建部要求必須嚴格執(zhí)行。該部規(guī)范是針對我國城市軌道交通建設行業(yè)監(jiān)控量測工作量身定制的首部國家標準。在軌道交通建設迅猛發(fā)展的今天，該規(guī)范的編制不僅填補了城市軌道交通建設監(jiān)控量測的空白，還為城市軌道交通建設安全健康發(fā)展提供了保證。

規(guī)范編制前，北京城建勘測設計研究院進行了大量調研工作。規(guī)范編制之初，全國已有25座城市共46條軌道交通線路正在建設。該院在調研中發(fā)現(xiàn)，不同地域的各種施工工法及工藝層出不窮，設計、施工及管理經(jīng)驗與軌道交通建設的發(fā)展速度也不相適應。用以指導城市軌道交通建設的國家規(guī)范、標準明顯不足，全國城市軌道建設單位對國家規(guī)范出臺的渴求尤為迫切。因此，城市軌道交通工程監(jiān)控量測國家標準的編制與頒發(fā)成為當務之急。

北京城建勘測院編制《城市軌道交通工程監(jiān)測技術規(guī)范》的想法一經(jīng)提出，既得到住建部的批準并列入2012編制計劃。該院自2012年起，抽調本院知名專家和技術骨干，組織吸收全國部分勘測、設計、施工、設備、建設單位和科研院所，在兩年時間中，致力于通過對軌道交通土建施工監(jiān)測的主要目的、監(jiān)測項目及內(nèi)容、測點布設原則及埋設要求、監(jiān)測周期及頻率、監(jiān)測數(shù)據(jù)預警；各監(jiān)測項目的監(jiān)測方法、監(jiān)測儀器設備及相應的技術要求；監(jiān)測成果報告的形式、內(nèi)容及格式、信息反饋的形式及流程等的研究，對城市軌道交通工程建設過程中監(jiān)控量測設計與實施作出系統(tǒng)、明確規(guī)定。為城市軌道交通建設全過程提供準確、及時的數(shù)據(jù)保障和預警提示，為確保城市軌道交通的安全設計、安全施工、安全運營，防止和減少軌道交通建設安全事故的發(fā)生提供規(guī)范標準。

該規(guī)范受到專家一致好評。在審查中專家一致認為:規(guī)范內(nèi)容完整，資料翔實，結構合理，實用性可操作性強，不僅總結了我國城市軌道交通工程監(jiān)測的實踐經(jīng)驗，同時也吸收了國內(nèi)外的先進科技成果，首次全面、系統(tǒng)地對城市軌道交通工程監(jiān)測全過程提出了具體的技術指標和要求，填補了我國城市軌道交通工程監(jiān)測國家標準的空白，對規(guī)范我國城市軌道交通工程監(jiān)測工作、保證工程安全具有重要作用。《規(guī)范》不僅滿足當前我國城市軌道交通工程建設的需要，而且具有先進性、前瞻性和創(chuàng)新性，達到了國內(nèi)領先水平。

該《規(guī)范》是北京城建勘測設計研究院繼《城市軌道交通巖土工程規(guī)范》、《城市軌道交通測量規(guī)范》后主編的第三部國家規(guī)范。

(來源:http://www.cki.com.cn)

Design and Realization of Fundamental Geographic Information M anagement System

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

Because of the difference between DLG and GIS data，the fundamental geographic information database based DLG can’t satisfy the need of DLG and GIS data at the same time.In addition，the datamanagementmethod directly face the data layer divides the nature relation of the geographic features and is not convenient to apply.Aim at the problems above，this paper provides the way to realize the object-oriented fundamental geographic information database，and describes the relative design and application.

object-oriented；fundamental geographic information database；DLG；GIS data

1672-8262(2013)05-36-04

P208.2

A

2013—01—31

李靜蘭(1978—)，女，工程師，主要從事數(shù)據(jù)管理、分發(fā)、服務，及本單位相關信息化建設工作。