李靜蘭

(太原市勘察測繪研究院，山西太原 030002)

面向?qū)ο蟮幕A(chǔ)地理數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的設(shè)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(chǔ)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(wù)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(yīng)用帶來了不便。針對以上問題，本文提出了面向?qū)ο蟮幕A(chǔ)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的實現(xiàn)思路，闡述了相關(guān)設(shè)計及實際應(yīng)用。

面向?qū)ο?；基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)；地形圖；GIS數(shù)據(jù)

1 前 言

隨著機(jī)助制圖技術(shù)的日趨完善及地理信息技術(shù)的迅速發(fā)展，數(shù)字化的大比例地形圖除了承擔(dān)傳統(tǒng)紙質(zhì)地形圖的作用，滿足城市區(qū)域規(guī)劃、工程設(shè)計管理等服務(wù)外，還作為城市基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)源，廣泛應(yīng)用于各類地理信息系統(tǒng)。當(dāng)前，城市大比例尺基礎(chǔ)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(chǔ)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(wù)。

(2)尚未建立面向?qū)ο蟮臄?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(yīng)用的習(xí)慣。

為了解決上述問題，滿足地形圖和GIS數(shù)據(jù)的應(yīng)用要求，嘗試基于面向?qū)ο筮M(jìn)行基礎(chǔ)地理信息的圖庫一體化建庫、管理、應(yīng)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(dá)的內(nèi)容一致，都是表達(dá)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(dá)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(cè)重于客觀地理實體的數(shù)字景觀模型(DLM)的描述，不強(qiáng)調(diào)地理實體的符號化表示，這種信息分類適合計算機(jī)識別與運算。地形圖建立在面向機(jī)助制圖的數(shù)據(jù)模型上，其本質(zhì)是數(shù)字制圖模型(DCM)，強(qiáng)調(diào)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(dá)不完整或拓?fù)潢P(guān)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(guān)聯(lián)關(guān)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(jié)構(gòu)上，缺乏數(shù)據(jù)抽象能力。為了滿足數(shù)據(jù)組織與結(jié)構(gòu)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(yīng)用系統(tǒng)設(shè)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(biāo)組合排列集，每個目標(biāo)或?qū)ο蠖季哂形恢?、屬性和時間信息以及與其他對象的拓?fù)潢P(guān)系、語義關(guān)系等。人類對客觀世界的認(rèn)識是基于地理特征，而不是基于分層要素。

4 面向?qū)ο蟮乩硇畔⒄Z義設(shè)計

利用地形圖進(jìn)行基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)庫的建設(shè)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(yīng)GIS數(shù)據(jù)存儲、更新、應(yīng)用的管理方法。面向?qū)ο蟮幕A(chǔ)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(gòu)建一個直觀、結(jié)構(gòu)清晰、組織有序的空間數(shù)據(jù)管理體系。

4.1 面向?qū)ο蟮牡匦螆D數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)

數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)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(dá)，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(dá)空間對象的某種或多種屬性信息，如數(shù)量、質(zhì)量等特征，是地理實體屬性的一種圖形化表達(dá)。因此符號信息可以視作一種特殊屬性?！痘A(chǔ)地理信息要素分類與代碼GB/T 13923-2006》應(yīng)用了面向?qū)ο蟮牡乩硪胤诸惥幋a思想。但是該標(biāo)準(zhǔn)又不能滿足地形圖圖示符號的要求。因此，在標(biāo)準(zhǔn)6位編碼的基礎(chǔ)上擴(kuò)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(jìn)行分類分級，而最后2位因圖式符號表達(dá)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(yīng)用時，通過前6位編碼進(jìn)行面向地理要素的識別，當(dāng)?shù)匦螆D符號表達(dá)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(chǔ)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(guān)注數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確獲取。

地理信息分類具有極強(qiáng)的地理信息的結(jié)構(gòu)化表達(dá)能力，對GIS數(shù)據(jù)組織、數(shù)據(jù)模型設(shè)計以及大型GIS地學(xué)應(yīng)用系統(tǒng)的開發(fā)，尤其在GIS概念設(shè)計中具有極大的應(yīng)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(jìn)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(fù)地理要素的語義信息，在系統(tǒng)應(yīng)用層面實現(xiàn)由要素分類與要素對象構(gòu)建的邏輯管理體系，彌補(bǔ)GIS數(shù)據(jù)物理圖層存儲管理的不足。

5 面向?qū)ο蟮幕A(chǔ)地理數(shù)據(jù)庫的實現(xiàn)

5.1 面向?qū)ο蟮目傮w架構(gòu)

數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)采用Visual Studio 2005為基礎(chǔ)開發(fā)平臺，ArcEngine 9.3為GIS開發(fā)組件，采用客戶/服務(wù)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(kuò)展性，系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)分?jǐn)?shù)據(jù)層，邏輯層，界面層。數(shù)據(jù)層負(fù)責(zé)對數(shù)據(jù)庫的訪問，獲取目標(biāo)數(shù)據(jù)以及完成相關(guān)數(shù)據(jù)庫更新、刪除、插入等操作，邏輯層負(fù)責(zé)對系統(tǒng)業(yè)務(wù)的實現(xiàn)；界面層負(fù)責(zé)人機(jī)交互。

系統(tǒng)總體架構(gòu)如圖2所示:

圖2 系統(tǒng)總體架構(gòu)

5.2 面向?qū)ο蟮臄?shù)據(jù)組織

基礎(chǔ)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(jié)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(yīng)。各層屬性字段除包含數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的屬性字段外，還每個地理要素都具有唯一標(biāo)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?qū)ο蠊芾淼闹匾A(chǔ)。

圖3 DLG組織結(jié)構(gòu)

5.3 面向?qū)ο蟮臄?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(chǔ)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?qū)ο蟮臄?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(wù)要求。

圖4 地形圖符號化：前(左圖所示)，后(右圖所示)

5.4 面向?qū)ο蟮臄?shù)據(jù)轉(zhuǎn)換

按照面向?qū)ο蟮牡匦螆D數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，對已有地形圖數(shù)據(jù)進(jìn)行整理，需要解決的地理要素實體不完整、拓?fù)潢P(guān)系不正確、注記轉(zhuǎn)屬性等問題。為了實現(xiàn)這一目標(biāo)，引進(jìn)應(yīng)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(gòu)建數(shù)據(jù)模型，以數(shù)據(jù)庫為核心，構(gòu)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(jī)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(jī)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?qū)ο蟮牡匦螆D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(zhuǎn)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(zhuǎn)換。

5.5 面向?qū)ο蟮臄?shù)據(jù)更新

利用要素唯一標(biāo)識和時態(tài)信息，實現(xiàn)了面向?qū)ο髷?shù)據(jù)更新機(jī)制，僅對更新方案指定的更新要素類進(jìn)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(fù)及提取，如圖6所示。

圖5 面向?qū)ο蟮母路桨?/p>

圖6 歷史數(shù)據(jù)對比查看

6 結(jié) 語

本文將面向?qū)ο蟮乃枷胴灤┯跀?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(guān)問題，建立了面向?qū)ο蟮幕A(chǔ)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(wù)要求。

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首部《城市軌道交通工程監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》出臺

由北京城建勘測設(shè)計研究院主編的《城市軌道交通工程監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》，于2013年9月6日經(jīng)住建部批準(zhǔn)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(qiáng)制性條文，住建部要求必須嚴(yán)格執(zhí)行。該部規(guī)范是針對我國城市軌道交通建設(shè)行業(yè)監(jiān)控量測工作量身定制的首部國家標(biāo)準(zhǔn)。在軌道交通建設(shè)迅猛發(fā)展的今天，該規(guī)范的編制不僅填補(bǔ)了城市軌道交通建設(shè)監(jiān)控量測的空白，還為城市軌道交通建設(shè)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(shè)計研究院進(jìn)行了大量調(diào)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(shè)。該院在調(diào)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(shè)計、施工及管理經(jīng)驗與軌道交通建設(shè)的發(fā)展速度也不相適應(yīng)。用以指導(dǎo)城市軌道交通建設(shè)的國家規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)明顯不足，全國城市軌道建設(shè)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(biāo)準(zhǔn)的編制與頒發(fā)成為當(dāng)務(wù)之急。

北京城建勘測院編制《城市軌道交通工程監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》的想法一經(jīng)提出，既得到住建部的批準(zhǔn)并列入2012編制計劃。該院自2012年起，抽調(diào)本院知名專家和技術(shù)骨干，組織吸收全國部分勘測、設(shè)計、施工、設(shè)備、建設(shè)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(shè)原則及埋設(shè)要求、監(jiān)測周期及頻率、監(jiān)測數(shù)據(jù)預(yù)警；各監(jiān)測項目的監(jiān)測方法、監(jiān)測儀器設(shè)備及相應(yīng)的技術(shù)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(shè)過程中監(jiān)控量測設(shè)計與實施作出系統(tǒng)、明確規(guī)定。為城市軌道交通建設(shè)全過程提供準(zhǔn)確、及時的數(shù)據(jù)保障和預(yù)警提示，為確保城市軌道交通的安全設(shè)計、安全施工、安全運營，防止和減少軌道交通建設(shè)安全事故的發(fā)生提供規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)。

該規(guī)范受到專家一致好評。在審查中專家一致認(rèn)為:規(guī)范內(nèi)容完整，資料翔實，結(jié)構(gòu)合理，實用性可操作性強(qiáng)，不僅總結(jié)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(jìn)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(shù)指標(biāo)和要求，填補(bǔ)了我國城市軌道交通工程監(jiān)測國家標(biāo)準(zhǔn)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?！兑?guī)范》不僅滿足當(dāng)前我國城市軌道交通工程建設(shè)的需要，而且具有先進(jìn)性、前瞻性和創(chuàng)新性，達(dá)到了國內(nèi)領(lǐng)先水平。

該《規(guī)范》是北京城建勘測設(shè)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(wù)，及本單位相關(guān)信息化建設(shè)工作。