新型基礎測繪大比例尺DLG圖庫一體化方法

陳 慶，戴 騰，牛建軍，劉 韜，王愛華

（1.湖北省測繪工程院，湖北 武漢 430074；2.山東省國土測繪院，山東 濟南 250000）

2015年6月國務院批復同意的《全國基礎測繪中長期規劃綱要（2015—2030年）》提出，到2030年全面建成新型基礎測繪體系[1]。與傳統基礎測繪相比，新型基礎測繪的主要特征是聯動更新、按需服務，其中聯動更新首先要求在組織模式上有創新，主要表現為將原來按照大地測量、航空攝影測量、地圖制圖等工序的生產組織模式轉變為測繪技術一體化集成、國家和地方分工協同、測繪系統與專業部門信息共享協作等方式。

傳統基礎測繪DLG的生產采集和更新主要分為內業航測成圖、外業調繪與補測、內業整理編輯入庫3個步驟，通常在兩個甚至多個軟件中切換。常規的工藝流程為：首先在MapMatrix等航測軟件下立體采集，然后利用AutoCAD等制圖軟件出圖，最后利用Geoway或ArcGIS等入庫軟件編輯整理。該方法生產的制圖數據和入庫數據各成一套，常出現上游出圖數據發生變化后下游入庫數據未能及時更新與同步的問題。為滿足“省級統籌、市縣協同、聯動更新”的新型基礎測繪要求，湖北省開展了新型基礎測繪項目試點工作。試點生產組織模式建立的是大比例尺圖庫一體化的基礎地理信息數據庫，可按需隨時從基礎地理信息數據庫中提取數據制作可視化產品[2]。

1 圖庫一體化關鍵問題研究

1.1 傳統圖庫數據不一致的原因分析

在測繪規范中，地形圖圖式是地形圖要素表達的規范指導，包括地圖符號、注記和圖廓整飾，是符號數據[3]；而《基礎地理信息要素數據字典》（以下簡稱《數據字典》）是地形圖入庫要素的規范指導，包括點、線、面及其之間的拓撲關系和屬性數據結構，用以指導基礎地理信息要素分類代碼與屬性表的編制，是非符號數據。由于二者的出發點不一致，因此符號數據與非符號數據不能全面有機的一一對照，導致傳統的建庫和制圖數據生產往往是圖庫分離的狀態，兩套數據對同一實體要素的定性和空間表達不一致，使用起來非常不便[4]。舉例說明，大比例尺地形圖圖式中臺階的基本形態包括有邊臺階、無邊臺階和U型臺階3種，而《數據字典》只用一種面表示，即建庫數據是一種，而出圖數據需要多種（圖1）；又如機耕路符號化后一邊是虛線，另一邊是實線，而《數據字典》中對機耕路邊線的規定也只有一種邊線代碼（圖2）。由此可見，要實現圖庫數據統一，需解決二者之間的轉換問題，即庫圖轉換既要符合GIS數據的特點，又要顧及到地形圖符號的表達。

圖1 臺階表示

圖2 機耕路表示

計算機軟件在制圖與建庫數據處理上的功能各有千秋。南方CASS與AutoCAD等常用的制圖軟件可快速美觀地對地形圖數據符號化，側重于數據出圖，但缺乏建庫數據（GIS數據）中點線面的存儲法則和拓撲關系的處理，要素屬性也無法充分記錄，不能滿足入庫的要求。然而，DLG數據入庫采用較多的Geoway平臺是一個專業的建庫數據處理平臺，數據編輯與檢查操作方便，可導出為通用的mdb格式[5]，生產規范的GIS數據，但導出的mdb數據無法方便地倒回平臺進行數據更新和符號化；功能較強大的ArcGIS軟件則更加側重于GIS數據的存儲與空間分析，卻在數據出圖方面不夠美觀和方便，空間編輯功能更適合處理海量數據[6]。由此可見，各類測繪軟件的功能限制也導致了DLG圖庫數據生產的分離，在實際生產中制圖數據生產往往是建庫數據生產的上游。

1.2 解決圖庫數據一致性的關鍵點

基于上述原因分析，本文圖庫一體化生產著重從兩個方面去解決問題。

首先是改進地理實體要素編碼。在傳統基礎地理要素編碼的基礎上，本文充分考慮了地理實體構建和圖庫一體化，以傳統基礎測繪GB/T 13923-2006《基礎地理信息要素分類與代碼》為GB代碼基礎，以GB/T 20258.1-2019《基礎地理信息要素數據字典第1部分：1∶500 1∶1 000 1∶2 000比例尺》為參考，以GB/T 20257.1-2017《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》為主要要素依據，同時兼顧編碼設計的科學性、系統性、適用性、穩定性和可擴展性，最終制定了10位十進制編碼的地理實體要素分類代碼，包括門類、大類、中類、小類、圖形碼和細分碼，如圖3所示。

圖3 地理實體要素分類代碼結構

1）左起第一、二位為門類碼，根據地理實體要素的門類劃分，范圍為01～08。

2）左起第三、四位為大類碼，是在門類的基礎上細分形成的要素類，是已有各分類編碼體系的一級類編碼。

3）左起第五、六位為中類碼，是在大類的基礎上細分形成的要素類，是已有各分類編碼體系的二級類編碼，無此級別的，則補“0”。

4）左起第七、八位為小類碼，是在中類的基礎上細分形成的要素類，是已有各分類編碼體系的三級類編碼，如有四級類編碼，則將其并入三級類編碼中，無此級別的，則補“0”。

5）圖形碼采用一位數字碼，其中“0”表示注記，“1”表示點，“2”表示半依比例尺的線或中心線，“3”表示面，“4”表示邊線。

6）細分碼是對國標代碼中子類碼的進一步劃分，按1～9的順序添加，沒有細分類，則為“0”。

舉例說明機耕路編碼解決符號數據與非符號數據統一的辦法。機耕路在基礎地理信息要素分類與代碼中的GB碼為440100，在《數據字典》中的參考代碼為4401004，按照擴充的編碼規則，設計的入庫虛線邊線代碼為0404010041，實線邊線代碼為0404010042，即可解決建庫數據與制圖數據的一一對應問題。

其次，在計算機軟件方面，改進了符號化程序，整合了建庫軟件功能，在立體測圖軟件下開發了入庫編輯功能，使得數據采集完成后不用更換軟件，可直接在平臺上完成建庫數據的生產（圖4）。某些復雜的地形圖符號，在過去計算機軟件中已形成通用骨架線或骨架面表達，如臺階在南方CASS軟件中，只需定位3個點即可完成普通臺階的繪制和符號化，這里需要記錄結點的順序，第一個點和第二個點決定臺階的寬度，第三個點表示臺階的長度，最后入庫存儲的是面數據，面的長與寬分別對應臺階的長與寬。當計算機一次性無法將符號的各種情況表達全面時，可將編碼擴展，如上述臺階繪制方法不能一次性包括U型臺階的表達，有邊臺階和無邊臺階也不能區分。《數據字典》中臺階入庫代碼為3804043，按照地形圖圖式，結合計算機軟件功能分別擴展細分碼也可解決臺階圖庫數據的一致性問題。

圖4 定制化的編輯入庫功能

另外，有些要素無需符號化（如注記點），只需標注注記；有些面要素符號化需記錄重要的變換點，如斜坡面的符號需記錄面的哪一條邊是斜坡。因此，可在通用屬性字段中給每個地理實體要素添加布爾型SYMBOL字段，用以表示是否符號化；可為復雜符號的面要素添加幾何變換點字段，再通過屬性字段配合來實現建庫數據的符號化。

2 大比例尺DLG圖庫一體化工藝流程

圖庫一體化生產需提前做好圖庫一體化模板方案[7]，包括地理實體要素編碼、符號化、屬性字段表等圖庫屬性，傳統測繪數據的轉換還需制作轉換對照表。其主要流程為：①按照一體化模板立體采集符號化的地物地貌等要素，需制作DEM的，可直接提取編輯數據，并通過DEM糾正DOM；②將內業采集的矢量數據疊加DOM底圖制作外業調繪底圖，并導入電子平板或打印紙質地圖進行外業調繪；③將外業調繪數據反饋至內業立體采集平臺中，對原始數據進行編輯、融合、屬性錄入和拓撲關系處理，并進行數據檢查得到圖庫一體化數據；④根據需要將圖庫一體化數據導出為通用數據庫mdb格式或udb格式的建庫數據，或按照出圖模版將圖庫一體化數據導出為dwg格式的制圖數據，如圖5所示。

圖5 圖庫一體化工藝流程圖

3 結語

基于航測軟件一體化采集方法制作的DLG數據，導出為mdb和udb格式數據分別進入ArcGIS軟件和超圖平臺后，可無損逆轉重新讀取mdb數據符號化出圖或更新編輯，還可與傳統的CASS、AutoCAD制圖軟件在不改變其過去已有符號庫的基礎上（只需完善符號庫和對照表）進行無縫對接，直接出圖。實驗證明，圖庫一體化的數據采集與更新工藝流程，不僅保證了地形圖數據與數據庫數據的統一，而且極大地提高了DLG的更新效率和數據質量。