地理空间数据制作与显示技术论文

地理信息符号化是地理信息生产和应用时必须要实现的技术, 对地理信息处理和应用有较大的帮助作用。地理信息的符号化通常是指它的二维屏幕表达。利用丰富的地图符号和视觉变量, 在计算机屏幕上对各种地理信息进行直观和清晰的显示一直是数字制图和GIS的核心技术之一。本文就这方面的主要方法和实现技术进行深入讨论。

1 地理信息符号化方法

地理信息符号化的主要方法采用地图图形和符号对地理信息进行表示。众所周知, 地图图形是地图的语言, 它既表示了地理实体的形状、位置、结构和大小信息, 也表示了实体的类型、等级以及其他数量和质量特征。地图图形符号的设计和建立主要有三种方法, 即编程法、信息块法和交互设计法。

2 矢量数据处理

多源地理空间矢量数据集成和融合不是孤立的两个过程。集成是融合的基础, 融合是在垂直集成基础上进一步的发展。空间矢量数据集成和融合首现实现地物实体的分类分级、数据模型和几何位置的统一。集成和融合差异在于, 融合不仅仅是数据的集中, 而是要在集成的基础上, 从已有数据出发, 通过一定的方法匹配出同名实体, 抽取同名实体中更丰富的几何信息和属性信息, 合并后产生质量更高的新数据。

地理信息符号化控制技术是指地理信息符号化过程如何控制和实现的, 随着数字地图制图技术的不断发展, 地理信息符号化控制技术也在不断的发展和完善。目前可以通过三种方式来实现地理信息符号化过程的控制, 即程序控制方式, 基于控制文件的方式和基于关系数据库的控制方式。

2.1 程序控制方式

程序控制方式建立在图形符号编程法基础之上, 是一种内部控制方式, 它完全依赖于计算机程序, 在数字制图技术出现的初期被广泛使用。但是以这种方式实现的符号化控制可维护性差。一旦程序编写完毕, 所有的符号化控制都固定了, 当生产其他类型的地图时, 必须对控制符号化的源程序做出相应的调整或者重新编写, 这显然降低了系统的通用性, 不利于整个系统推广和应用。针对这样的问题, 地图工作者希望利用外部控制的方式来实现符号化的控制, 以降低对程序的依赖性, 因此基于控制文件的方式便产生了。

2.2 基于控制文件方式

基于控制文件方式是通过计算机程序对控制文件中的内容进行解释来完成对地图符号化的控制, 它是一种外部控制的方式。符号化控制文件的设计是依据地图要素编码的特点, 按照点、线、面要素归类并设置控制项, 主要包括要素编码对应的地图符号控制和相应的说明注记控制。这种方式与完全依靠程序来实现地图符号化控制相比, 便于维护, 通用性得到提高。如果需要增加或修改一种要素的符号化效果, 只需要增加或修改该要素的符号化控制项, 而不用修改源程序。针对不同类型的地图, 只需设计相应的控制文件, 就可以完成对地图符号化效果的控制。但这种方式也存在一些不足, 其控制项较多, 程序解释起来比较困难, 文件结构复杂, 在编辑符号化文件是容易出错等。

2.3 基于关系数据库的控制方式

运用数据库技术最直接的想法就是用数据库中的表来取代控制文件, 在数据入库时通过对符号化控制表中的符号化控制信息进行解释来完成对地图符号化的控制。在关系数据库中, 各种关系都是以数据库表的形式存在, 因此用数据库表来实现符号化控制是非常适合的。此外, 还可利用数据库在数据管理上的优势, 以及数据库自身的特点来保证符号化控制过程的正确性。从控制表自身来看, 在这种方式下, 符号化控制表较少, 表中的控制项相对简单, 共用的控制项均以字典表的形式出现, 控制表与字典之间利用关系数据库的主键与外键间的约束建立关联, 控制表结构简单明了, 表与表之间的逻辑关系清楚, 维护起来简单方便。

2.4 数据集成

通过数据集成将不同来源、不同格式、不同数学基础的多源矢量数据集成到统一的矢量数据融合平台中。目前, 实现多源数据集成的方法大致有三种, 即:数据格式转换方法、数据互操作方法、直接数据访问方法。我们采用直接数据访问法, 在一个融合平台中实现对其他软件数据格式的直接访问和多种数据格式的存取。直接数据访问不仅避免了繁的数据转换, 而且在一个GIS软件中访问某种软件的数据格式不要求用户拥有该数据格式的宿主软件, 更不需要该软件运行。因此, 直接数据访问提供了一种更为经济实用的多源数据集成模式。

2.5 关键技术和解决方案

所谓GIS数据和制图数据一体化建库, 就是建设一个DLG数据库, 既能满足GIS应用需求, 又能在需要时, 从建库数据中实时生成严格符合《图式》制图表达要求的符号化数据, 这对数据库维护和更新带来的好处是不言而喻的。

以往人们在考虑GIS数据符号化时, 常常就符号化而符号化, 在空间要素及其属性的点符号、线型、面填充、注记字体等方面的可视化表达技术方面考虑较多, 在空间要素间的复杂关系和矛盾处理方面考虑较少。因此, 解决简单符号化的方案较多, 而能真正实现基于GIS数据库的、能按《图式》要求严格符号化 (即GIS数据和制图数据一体化建库) 的实际解决方案还未看到。

根据我们的研究表明要彻底解决GIS数据和制图数据一体化建库问题, 必须从地理信息数据库设计、数据采集与处理、数据建库和数据分发服务的全过程着手, 仅仅只考虑某一个或部分过程都无法实现严格的一体化建库。同时要考虑尽量降低数据采集工作量, 提高海量地理信息矢量数据库的应用效率。

2.6 制定数据标准

包括制定数据分层、层结构、编码体系和数据采集规定等。以往的类似研究一直有个误区, 认为制图表达与数据采集过程关系不大, 只要按一定规律采集数据就能实现符号化。我们的研究开发表明, 由于我国《图式》的复杂性, 不考虑数据库设计和严格的数据采集规定, 只能实现简单的符号化。

数据分层既要顾及要素分类的客观性, 便于GIS应用, 同时又要根据《图式》要求和要素间的复杂关系考虑要素间压盖关系, 否则制图表达难以达到《图式》要求。其中还专门设计了辅助图层, 用于要素间非自然压盖和辅助制图要素的处理。例如一些宽度依比例尺的要素, GIS数据要求用面对象表达, 《图式》要求用线要素表达, 当这类要素与其他线要素相交时, 有些可以可以通过调整图层顺序实现压盖, 但有些情况就必须借助辅助要素才能实现压盖, 例如等高线穿越宽度依比例尺的斜坡就属于这种情况。

图层 (表) 字段设计也要考虑制图数据与GIS数据的差异, 例如类似不依比例尺房屋、小桥等的点要素为有向点, 表结构就必须为满足其制图表达设计一个方向属性字段, 再如道路中心线, 为了满足《图式》道路穿与宽度依比例尺的桥梁、拦水坝等要素时不显示的要求, 专门为其设计了是否显示的控制字段。类似的字段如果表结构设计时不考虑, 最终严密符合《图式》要求的制图表达难以实现。另外表结构设计还涉及后面提到的数据预处理, 涉及数据采集效率和建库后的应用效率。

数据采集规定主要指在一些特殊情况下, 为满足《图式》要求, 要素采集的方向、顺序和辅助要素采集等规定, 像陡坎、流向、不依比例尺桥梁等均为有向要素, 其采集方向需严格规定;像依比例尺坎下边线、单线冲沟最宽处短线、一些必须的压盖线或面等, 作为一体化建库需要的辅助要素, 必须规定采集方法、存放目的层。

3 结语

本文对地理信息符号化方法及其实现技术进行了认真讨论, 介绍了地图图形符号设计与生成的主要方法, 讨论了实现地理信息符号化过程的相关控制技术, 文章以点状要素、线状要素、面状要素为例, 重点对地理信息符号化的具体实现进行了详细分析, 给出了技术细节。论文的成果已在多个软件系统中得到应用, 取得了较好的实际应用效果。

摘要：讨论了矢量地理数据的空间基准的统一、分类分级的统一、数据模型的统一、数据集成、数据匹配、数据合并。发现了GIS数据与制图数据之间完整关系只有在数据按规则采集全面完成后才能充分表达和处理的规律, 为一体化建库打下了理论基础。

关键词：GIS数据,制图数据,空间要素间关系,分类分级,数据匹配,数据合并

参考文献

[1] 邬伦, 刘瑜, 等.地理信息系统——原理、方法和应用[M].北京:科学出版社, 2001:5, 95, 157.

[2] 周炤.数字制图中地图符号化控制技术研究与实践[D].郑州:解放军信息工程大学, 2007.

[3] 王家耀, 孙群, 等.地图学[M].郑州:解放军信息工程大学测绘学院教材, 2003.

[4] 吕华新, 李霖, 翟亮.电子地图中多尺度地图数据显示的研究[J].测绘信息与工程, 2005, 30 (6) .