覃 婕，王 成

（1.廣西航空遙感測(cè)繪院，廣西南寧530023；2.廣西第一測(cè)繪院，廣西南寧530023）

“數(shù)字北海”地理空間框架數(shù)據(jù)的組織方法

覃 婕1，王 成2

（1.廣西航空遙感測(cè)繪院，廣西南寧530023；2.廣西第一測(cè)繪院，廣西南寧530023）

針對(duì)目前“數(shù)字北海”地理空間框架建設(shè)中存在的問題，提出了地理空間框架混合數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)組織方法，給出了“數(shù)字北?！钡乩砜臻g框架數(shù)據(jù)的制作流程，對(duì)基礎(chǔ)空間數(shù)據(jù)和專題數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一組織，并實(shí)現(xiàn)了這些數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)一體化管理。

地理空間框架；數(shù)據(jù)組織；空間數(shù)據(jù)

“數(shù)字北?！钡乩砜臻g框架建設(shè)工程是國(guó)家測(cè)繪局2007年批復(fù)立項(xiàng)的項(xiàng)目（國(guó)測(cè)國(guó)字〔2007〕20號(hào)），項(xiàng)目納入“國(guó)家測(cè)繪局?jǐn)?shù)字區(qū)域地理空間框架建設(shè)示范工程”計(jì)劃，屬第二批試點(diǎn)城市。在建立數(shù)字城市的過程中，其地理空間框架數(shù)據(jù)具有多尺度、海量數(shù)據(jù)的特點(diǎn)，數(shù)據(jù)量十分巨大。北海作為一個(gè)中等規(guī)模的城市，在構(gòu)建北海市地理空間框架數(shù)據(jù)庫(kù)時(shí)，測(cè)區(qū)位于北海市市區(qū)，具體范圍為南珠大道往西直至海邊，面積約103 km2。項(xiàng)目工作內(nèi)容有：①外業(yè)調(diào)繪103 km2；②1∶2000比例尺航測(cè)成圖的地理實(shí)體數(shù)據(jù)；③1∶1000比例尺航測(cè)成圖以及成圖范圍內(nèi)的地理實(shí)體數(shù)據(jù)；④1∶500地形數(shù)據(jù)部分要素更新。

由于地理空間框架數(shù)據(jù)庫(kù)要求將所有數(shù)據(jù)入到庫(kù)中，并通過無縫拼接后進(jìn)行統(tǒng)一的管理使用，因此，如何妥善地組織和管理海量的數(shù)據(jù)是至關(guān)重要的。如果不能對(duì)大量數(shù)據(jù)進(jìn)行有效地組織和管理，則勢(shì)必會(huì)影響系統(tǒng)的反應(yīng)速度，甚至有可能會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)崩潰。因此，地理空間框架數(shù)據(jù)的組織和管理架起了地理空間框架數(shù)據(jù)從采集到應(yīng)用的橋梁，是充分發(fā)揮地理空間框架數(shù)據(jù)作用的重要途徑，也是地理空間框架數(shù)據(jù)庫(kù)成功開發(fā)和管理的重要環(huán)節(jié)之一[1]。本文就是在充分研究和分析了現(xiàn)行的2種數(shù)據(jù)組織方式的基礎(chǔ)上，通過多庫(kù)一體化的思想，以關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)為底層框架來構(gòu)建地理空間框架數(shù)據(jù)庫(kù)，在這個(gè)地理空間框架數(shù)據(jù)庫(kù)中針對(duì)地理空間框架數(shù)據(jù)類型繁多的特點(diǎn)分別組織管理。

1 地理空間框架數(shù)據(jù)

數(shù)字地理空間框架，主要由空間基準(zhǔn)框架和地理空間框架數(shù)據(jù)組成，其中空間數(shù)據(jù)是整個(gè)地理空間框架的命脈，它是GIS從設(shè)計(jì)開發(fā)到投入運(yùn)行的依據(jù)[2]。城市地理空間框架的建設(shè)快慢直接影響著數(shù)字城市的建設(shè)，因此，如何為城市各職能部門和各行業(yè)提供統(tǒng)一、實(shí)時(shí)、精確的基礎(chǔ)地理信息，是目前數(shù)字城市建設(shè)所要解決的基本問題。

地理空間框架數(shù)據(jù)主要包括3大類：基礎(chǔ)空間數(shù)據(jù)、各種專題數(shù)據(jù)和各種社會(huì)經(jīng)濟(jì)屬性數(shù)據(jù)。通常情況下，基礎(chǔ)空間數(shù)據(jù)主要包括的就是4D數(shù)據(jù)，即數(shù)字線劃圖、數(shù)字正射影像、數(shù)字高程模型、數(shù)字柵格地圖[3]。本文將主要針對(duì)前 2種類型進(jìn)行組織管理，即基于DLG的組織方法和基于DOM的組織方法。

2 地理空間框架數(shù)據(jù)的組織與管理

2.1 數(shù)字線劃數(shù)據(jù)

數(shù)字線劃地圖（DLG）是現(xiàn)有地形圖上基礎(chǔ)地理要素的矢量數(shù)據(jù)集。它保存的要素間空間關(guān)系和相關(guān)的屬性信息能夠進(jìn)行放大、漫游、查詢、檢查、量測(cè)、疊加等操作；數(shù)據(jù)量小，便于分層，能快速地生成專題地圖。DLG主要為空間查詢與空間分析等提供運(yùn)算的平臺(tái)，它本身也作為二維矢量圖是可視化成果之一。

就矢量數(shù)據(jù)而言，一般用戶主要關(guān)心應(yīng)用空間分析與出圖顯示。由于矢量數(shù)據(jù)經(jīng)過了分層處理，所以每一層只使用一種顏色和符號(hào)風(fēng)格，這樣無法滿足專題圖中復(fù)雜空間對(duì)象的表現(xiàn)需求；同時(shí)受這種局限的影響，許多依比例尺的點(diǎn)狀符號(hào)無法正確顯示[4]。因此，根據(jù)用戶需求在數(shù)字線劃地圖中建立了分析庫(kù)和成果輸出庫(kù)，針對(duì)兩庫(kù)數(shù)據(jù)的不同特點(diǎn)，本文將采用不同的方法進(jìn)行有效組織和管理。

1)分層處理。首先對(duì)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行分層處理。在GIS中，如何處理矢量數(shù)據(jù)之間的關(guān)系直接影響到對(duì)矢量數(shù)據(jù)的管理和分析。目前，矢量數(shù)據(jù)按照其類型分為點(diǎn)、線、面 3種基本類型，并且每一層中只能存儲(chǔ)一種數(shù)據(jù)類型。

《1∶500 1∶1000 1∶2000地形圖要素分類與代碼》(GB 14804-93)將地形要素分為9大類，在“數(shù)字北海”建設(shè)過程中，嚴(yán)格按照《1∶500 1∶1000 1∶2000地形圖圖式》規(guī)定，將在現(xiàn)有地形要素分類編碼的基礎(chǔ)上進(jìn)行適當(dāng)?shù)臄U(kuò)充。因此，綜合考慮“數(shù)字北?！钡乩砜臻g框架數(shù)據(jù)的特點(diǎn)，將空間要素信息進(jìn)行分層，部分分層信息見表1。

表1 城市空間要素信息分層表

“數(shù)字北?！钡乩砜臻g框架數(shù)據(jù)的地物要素主要有點(diǎn)、線、面以及注記4種幾何類型，并針對(duì)每一類地物要素的特點(diǎn)進(jìn)行了分層處理。首先明確分層所需要的關(guān)鍵字，然后按照制作的分層模版對(duì)照表對(duì)選定的關(guān)鍵字進(jìn)行分層與合并，將每一種小對(duì)象單獨(dú)為一層的數(shù)據(jù)合并為每一大類空間對(duì)象為一層的數(shù)據(jù)，并且每一層在數(shù)據(jù)庫(kù)中對(duì)應(yīng)一個(gè)空間要素表，它們是一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系，數(shù)據(jù)分別存放在相應(yīng)的數(shù)據(jù)表中。

2)無縫拼接。信息技術(shù)的進(jìn)步,數(shù)字地球的產(chǎn)生以及大量地理信息綜合分析、處理需求的快速增長(zhǎng),要求矢量數(shù)據(jù)的使用必須是無縫接邊，其實(shí)質(zhì)是將分層處理的圖幅統(tǒng)一錄入到分析庫(kù)中。

在實(shí)際生產(chǎn)中，大比例尺空間數(shù)據(jù)的生產(chǎn)主要是以圖幅(矩形分幅為主)為單位進(jìn)行，同時(shí)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)在水平方向上也是以圖幅為單位進(jìn)行組織的，于是就產(chǎn)生了圖幅與圖幅之間拼接的問題[5]?，F(xiàn)在一般采用2種接邊方式，分別是標(biāo)準(zhǔn)接邊和限差接邊：

①標(biāo)準(zhǔn)接邊：根據(jù)《大比例尺地形圖機(jī)助制圖規(guī)范》(GB 14912-94)的精度要求，圖幅接邊誤差不超過0.2mm。對(duì)于在0.2mm內(nèi)的所有超出圖幅或未與圖幅框接邊的數(shù)據(jù)以及相鄰圖幅在限差內(nèi)的同一圖層數(shù)據(jù)進(jìn)行接邊處理，其結(jié)果將記錄在錯(cuò)誤列表的中交由用戶實(shí)時(shí)查看。②限差接邊：即用戶可以直接輸入自己的限差值，應(yīng)當(dāng)注意的是限差值范圍在當(dāng)前標(biāo)準(zhǔn)限差的0～5倍之間。

目前，主要通過建立地形圖接圖表來完成對(duì)地圖的檢索、查詢和制圖。地形圖接圖表反映地形圖圖幅的范圍，如圖1所示，屬性表中記錄圖幅編號(hào)、圖名、最大最小坐標(biāo)(或經(jīng)緯度)及地圖的測(cè)繪單位和更新狀況等信息。

圖1 圖幅數(shù)據(jù)的無縫拼接

3)成果輸出數(shù)據(jù)。成果輸出時(shí)經(jīng)常出現(xiàn)底層符號(hào)不完整或者不匹配的情況，因此需要建立一個(gè)專門的成果輸出庫(kù)來滿足用戶對(duì)于制圖的需要。由于數(shù)據(jù)量大，因此使用分幅存儲(chǔ)，然后記錄每個(gè)圖幅的范圍和編號(hào)，建立格網(wǎng)索引。

首先，在數(shù)據(jù)庫(kù)中建立一張總表用來管理和記錄各圖幅的相關(guān)信息。對(duì)于每次新入庫(kù)的圖幅就會(huì)在此表中生成一條新記錄，同樣刪除圖幅也會(huì)將相應(yīng)的記錄從該表中移除。同時(shí)，直接將圖幅號(hào)作為圖幅數(shù)據(jù)表的表名，而圖幅號(hào)則又是根據(jù)該圖幅右下角坐標(biāo)值各取整數(shù)前4位后再四舍五入，將得到的數(shù)字按縱坐標(biāo)在前，橫坐標(biāo)在后拼接而成，制圖數(shù)據(jù)的分層如表2所示。

表2 制圖數(shù)據(jù)按類分層

2.2 數(shù)字正射影像數(shù)據(jù)

數(shù)字正射影像（DOM)，一般是帶有公里格網(wǎng)、圖廓內(nèi)/外整飾和注記的平面圖。DOM同時(shí)具有地圖幾何精度和影像特征，精度高、信息豐富、直觀真實(shí)、制作周期短，但數(shù)據(jù)量龐大。

數(shù)據(jù)分塊是海量影像數(shù)據(jù)組織與管理的關(guān)鍵。數(shù)據(jù)分塊提高了網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)的速度，提高了計(jì)算機(jī)內(nèi)存的運(yùn)算速度，便于對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行壓縮。因此對(duì)存儲(chǔ)的圖像數(shù)據(jù)采取對(duì)用戶透明的圖像分塊和重構(gòu)方法來組織數(shù)據(jù)。另外，在關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)中，以小的圖像塊作為記錄來對(duì)其進(jìn)行操作是非常適合的。數(shù)據(jù)塊的大小對(duì)圖像調(diào)度效率的影響是至關(guān)重要的，由于對(duì)于影像數(shù)據(jù)庫(kù)而言，數(shù)據(jù)的可視化是一個(gè)十分重要的應(yīng)用，因此影像的分塊主要考慮影像可視化的速度。

將大數(shù)據(jù)量的遙感影像分成相對(duì)數(shù)據(jù)量較小的多塊數(shù)據(jù)，再將這些數(shù)據(jù)塊進(jìn)行編號(hào)，建立索引。這樣，查詢數(shù)據(jù)時(shí)，無須逐行讀取，只要選擇相應(yīng)的數(shù)據(jù)塊，就可以快速查詢到所需數(shù)據(jù)。由于正射影像是帶有空間參考的，經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，格網(wǎng)索引非常適合于影像數(shù)據(jù)庫(kù)。由于在影像數(shù)據(jù)庫(kù)中數(shù)據(jù)是按照分塊的方式存儲(chǔ)的，而且數(shù)據(jù)塊的劃分是非常規(guī)則且相互沒有重疊，格網(wǎng)索引的建立和維護(hù)是相當(dāng)方便的。按照格網(wǎng)對(duì)圖像塊進(jìn)行編號(hào)，然后通過編號(hào)和數(shù)據(jù)塊的對(duì)應(yīng)關(guān)系來索引圖像塊。

3 “數(shù)字北?！钡乩砜臻g框架數(shù)據(jù)制作流程

地理實(shí)體數(shù)據(jù)按照《地理實(shí)體數(shù)據(jù)規(guī)范（試行稿-20100125版）》中的要求，利用Geoway FrameData框架數(shù)據(jù)處理軟件進(jìn)行整理、提取和賦屬性。

首先，在Geoway FrameData框架數(shù)據(jù)處理軟件中制作方案對(duì)照表文件，將GIS數(shù)據(jù)圖層方案與地理實(shí)體框架方案對(duì)應(yīng)。其次，將GIS數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換到地理實(shí)體框架圖層，重建拓?fù)?。利用Geoway FrameData軟件功能，依次對(duì)政區(qū)實(shí)體、境界實(shí)體、道路實(shí)體、鐵路實(shí)體、河流實(shí)體、院落實(shí)體、房屋實(shí)體進(jìn)行實(shí)體化處理。按地理實(shí)體數(shù)據(jù)的要求，將需要的屬性利用軟件批處理和人工添加的方式補(bǔ)充完整；屬性添加完畢后將進(jìn)行質(zhì)量檢查，利用軟件中的檢查模塊對(duì)圖形和屬性進(jìn)行質(zhì)量檢查，并對(duì)出現(xiàn)的錯(cuò)誤進(jìn)行修改。數(shù)據(jù)接邊，利用軟件建立接邊工程，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行接邊。最后，將數(shù)據(jù)合并成整塊，刪除冗余數(shù)據(jù)，檢查無誤后上交。

4 結(jié) 語

“數(shù)字北海”地理空間框架的建設(shè)將更好地促進(jìn)廣西測(cè)繪事業(yè)以及GIS技術(shù)在經(jīng)濟(jì)建設(shè)和社會(huì)發(fā)展中發(fā)揮先行保障和輔助決策作用。本文從地理空間框架中的數(shù)據(jù)入手，在充分研究和分析了現(xiàn)行的 2種數(shù)據(jù)組織方式的基礎(chǔ)上，通過多庫(kù)一體化的思想，以關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)為底層框架來構(gòu)建地理空間框架數(shù)據(jù)庫(kù)，在這個(gè)地理空間框架數(shù)據(jù)庫(kù)中針對(duì)地理空間框架數(shù)據(jù)類型繁多的特點(diǎn)分別組織管理，并給出了地理空間框架數(shù)據(jù)的制作流程，同時(shí)建立了相互間橫向的聯(lián)系，使數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)集成在一起，成為一個(gè)有機(jī)的整體，使它們共同為地理空間框架服務(wù)。在海量數(shù)據(jù)不斷堆積的今天，如何更好地組織這些數(shù)據(jù)使之轉(zhuǎn)化為有用的信息，從而為經(jīng)濟(jì)建設(shè)服務(wù)，成為當(dāng)今有待解決的問題。

[1] 陳軍，鄔倫.數(shù)字中國(guó)地理空間基礎(chǔ)框架[M].北京：科學(xué)出版社，2003

[2] 李琦，曾瀾，苗前軍，等.空間信息基礎(chǔ)設(shè)施與互操作[M].北京：科學(xué)出版社，2003

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[5] 李愛勤,龔健雅,李德仁.大型GIS地理數(shù)據(jù)庫(kù)的無縫組織[[J].武漢測(cè)繪科技大學(xué)學(xué)報(bào)，1998,23(1)：31-33

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[7] 馬榮華.大型GIS海量數(shù)據(jù)的無縫組織初步研究[J].遙感信息，2000(3)：74-76

Methods of Data Organization in Geo-spatial Framework of Digital Beihai City

by QIN Jie

On account of the problems existing in the digital geo-spatial framework construction of Beihai,data organization method of geospatial framework hybrid database was proposed in the paper.The production process of“digital Beihai”geo-spatial framework data was given,basic space data and specialized data was organized uniformly, and the integrated management of these data was achieved.

geo-spatial framework,organization of data,spatial data

2011-07-22

項(xiàng)目來源：國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目（41071294）；廣西科學(xué)基金資助項(xiàng)目（桂科基 0991023）；廣西區(qū)研究生科研創(chuàng)新項(xiàng)目（2010105960816M 19）。

P208

B

1672-4623(2012)03-0013-04

覃婕，碩士，主要從事測(cè)繪信息采集與數(shù)據(jù)編輯方面工作。