電子地圖圖層視覺層次排序研究

邱祥峰

(廈門精圖信息技術有限公司，福建廈門361008)

電子地圖圖層視覺層次排序研究

邱祥峰

(廈門精圖信息技術有限公司，福建廈門361008)

電子地圖圖層視覺層次排序是長期困擾空間數據建庫和GIS開發人員的問題，傳統上還是以手工方式逐個配置，既難以重復使用，也不便管理。將分類學中的主分量分類法引入電子地圖圖層視覺層次排序中，建立簡單實用的數學模型，并通過應用實例介紹其具體使用方法。

電子地圖;圖層;視覺層次;排序;主分量分類法

一、前 言

在對電子地圖進行建庫以及開發應用中，電子地圖的展示是其中關鍵的一環。圖層結構是最傳統的地圖組織方式，空間數據組織結構采取按圖層組織的方法，即把同一種或幾種地圖要素的信息放到同一個圖層［1］。

電子地圖的展示是基于圖層的視覺層次來進行的。視覺層次(visual hierarchy)是指將三維效果或深度引入地圖的視覺設計開發過程。制圖者根據各個地圖要素在地圖用途中的重要程度將它們置于不同的視覺層次中，從而創建了視覺層次。最重要的要素應放在最頂層并離讀圖者最近，最不重要的要素放在最底層［2］。在同一位置，只顯示可見的最上一個圖層的要素，在它之下的同一位置的所有圖層的要素將被忽略。

圖層按視覺層次排序后的顯示，在豐富和方便各類地圖表達的同時，也給GIS建庫和管理人員帶來長期困擾。一般的GIS應用基本上都有幾十個圖層，在大型的企業級空間數據庫中，由于涉及各種類型、各種比例尺的空間基礎數據庫和業務數據庫，其所管理的圖層動輒幾百個，對GIS建庫和開發人員來說，要給各類業務應用配置出業務地圖并在日后進行維護，已經相當困難，如果一旦業務發生變化時要添加、調整一些圖層或新配業務地圖，則更是令人煩惱。

如果要對電子地圖庫的各種圖層的排序進行有序的、可復用的管理，必須對各圖層進行分類和甄別，再進行層次排序。本文嘗試應用分類學中的主分量分類法，分析其主要影響分量，進而對電子地圖圖層進行分類、評分和層次排序。

二、分類與主分量分類法

分類必須有被分類的對象，分類的對象是由許多被分類的實體所組成的集合。被分類的實體是分類的基本單位，稱為運算分類單位，簡稱分類單位(OTU)，由全部分類單位組成的集合稱為被分類群。分類還需要有分類的依據，分類的依據取決于被分類群中分類單位的性狀。所謂性狀，就是一個分類單位區分于其他分類單位的性質、特征或屬性。分類單位在某個性狀所具有的狀態稱為性狀狀態，簡稱為狀態。例如種子植物某一屬的分類，可以取該屬的種或變種為運算分類單位。如果以花的顏色作為分類性狀，花所具有的不同顏色就是性狀狀態。分類就是將被分類群中所有分類單位，依據它們的性狀狀態作出劃分或聚合。經過分類獲得的分類單位集合，稱為分類群。

多元統計中主分量分析也應用于分類。在分類問題中，眾多性狀具有相關性，在性狀為坐標的多維空間中如果能找到一個方向，并且性狀在該方向上反映的離差變化最大，沿此方向就確定了一個向量，稱為第一主分量，其次為第二、三、……主分量。這種方法猶如從多性狀的復雜事物中抓主要矛盾，利用抓主要矛盾的運算技巧，把一個多維的分類問題簡化為低維空間上的簡單問題，從而使分類問題迎刃而解。

三、圖層分類主分量

在圖層的眾多特性中，毫無疑問業務關聯性和數據類型是影響圖層層次排序最主要的兩個因素。對于與業務相關的地圖，其所有的圖層都可以簡單地分為業務圖層和背景圖層兩部分。通常用戶不會希望看到業務圖層被背景圖層覆蓋住而不可見，因此，圖層分類的第一主分量選擇業務關聯性，圖層分類的第二主分量選擇數據類型。圖層的數據類型包括矢量和柵格兩大類，其中矢量又分成點、線、面、體四種，由于體是由一組有相互公用邊的面組成，用于表示簡單的體狀要素或帶洞的體狀空間對象［3］，屬于一種特殊的面，因此圖層的數據類型可以歸納為點、線、面、柵格四種。由于柵格圖和面的壓疊性很明顯，一般來說，這兩類圖層都應在下，而點、線圖層要在上。

即使按以上兩個主分量進行了分類，分類群的圖層還是太多，還需要在分類群中引進第三個分量，但這個分量很難有固定的設定，可以籠統地以“重要性”來稱呼，但在具體分類時可根據該分類群的具體對象再確定具體的特性，比如按比例尺大小、空間位置(如鐵路、道路、綠地、水系)等。

四、圖層分類層次排序方法

圖層的最終排序層次按圖層的層次排序得分而定，得分越大，層次排序就越后，也就是越在下面。圖層的層次排序得分為4位數，其數學模型如下

式中，i為圖層的順序流水號;LSVi為圖層層次的總得分;BRi為圖層的業務關聯得分(取值范圍為1～9);DTi為圖層的數據類型得分(取值范圍為1～9);IMi為圖層的重要性得分(取值范圍為1～99)。

業務關聯是圖層分類的第一主分量，包括二類四項，如表1所示。

表1 業務關聯分量的取值序列

數據類型是圖層分類的第二主分量，也包括二類四項，如表2所示。

表2 數據類型分量的取值序列

第三主分量是重要性，由于不同業務分類異常復雜，無法進行同一編碼，因此設置此分量得分為兩位數，便于靈活擴展成多個子分量，比如先按比例尺，再按空間層疊類型(如路在綠地上，綠地在水系上)。

五、通用排序與專題排序

在比較大型的GIS應用中，由于要配置各種業務地圖，單純只作一種排序是無法適應業務需求的，因此，應采用兩種排序方法，一種是通用排序，整個空間數據庫只需作一個;另一種是專題排序，每個業務地圖作一個，實現通用與專題相結合。通用排序的目的是為整個空間數據庫進行常規的排序，識別出背景圖層和業務圖層，所有的業務圖層在業務關聯上都是同一類別，都屬于管理業務，進而排定最終層次;專題排序根據業務地圖的具體需求，分清背景圖層、參考業務圖層和管理圖層定制圖層排序層次，其排序層次只對該業務地圖有效。通用排序可以作為專題排序的基礎，提供專題排序初始的默認排序層次。

六、圖層層次排序應用實例

根據上面描述的方法，在某市國土資源管理系統建設中，應用Excel電子表格，做一個簡單的實例，包括通用排序和一個專題排序。

該項目的空間數據包括29個圖層，建設用地管理地圖包括23個圖層。最終排序結果結果如表3、表4所示。

七、結束語

當前主流的國內GIS平臺，基本都做到了在讀入圖層時根據數據類型，如點、線、面自動進行層次排序，但難以令人滿意，手動配置不僅需要花費大量的時間，而且難以進行管理和重用，對于大型的空間數據庫來說更是如此。本文應用分類學中主分量分類法，結合實例，建立了電子地圖圖層層次排序的數學模型與使用方法，可以為空間數據建庫與GIS應用開發提供參考。

表3 通用排序結果

表4 建設用地管理專題地圖排序結果

續表4

［1］田鑫，朱軍桃.電子地圖技術及其進展分析［J］.計算機與數字工程，2009(2):143-145

［2］CHANG K T.地理信息系統導論［M］.陳健飛，等譯.北京:科學出版社，2003.

［3］胡金星，潘懋.空間數據庫研究［J］.計算機工程與應用，2002(3):11-20.

［4］萬岳武，趙勇，余鵬.城市框架電子地圖數據及其應用［J］.北京測繪，2005(2):40-43.

［5］吳建中.淺議電子地圖的設計與表示內容［J］.浙江測繪，2003(1):25-28.

［7］鄧敏，馬杭英.線與面目標間拓撲關系的層次表達方法［J］.測繪學報，2008，37(4):507-513.

Research on Visual Hierarchy Sorting of Electronic Map Layers

QIU Xiangfeng

0494-0911(2011)03-0052-04

P28

B

2010-09-10

邱祥峰(1972—)，男，福建永定人，碩士，高級工程師，主要從事地理信息系統應用開發和空間數據庫建設工作。