基于屬性數(shù)據(jù)庫的地圖制圖編輯技術(shù)研究

摘 要:本文基于筆者多年從事地圖制圖的相關(guān)工作經(jīng)驗(yàn)，以屬性數(shù)據(jù)庫在地圖編輯中的應(yīng)用技術(shù)為研究對(duì)象，探討了制圖過程中連接屬性數(shù)據(jù)庫的必要性，內(nèi)涵以及方式方法，全文是筆者長(zhǎng)期工作實(shí)踐基礎(chǔ)上的理論升華，相信對(duì)從事相關(guān)工作的同行有著重要的參考價(jià)值和借鑒意義。

關(guān)鍵詞:屬性數(shù)據(jù)庫 地圖制圖 編輯 地理屬性

中圖分類號(hào):P28文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1674-098X(2011)04(b)-0089-02

屬性管理是GIS中一項(xiàng)非常成熟的技術(shù)，所有相關(guān)的GIS應(yīng)用都是建立在此之上的。但是由于地圖出版對(duì)圖形技術(shù)(也就是符號(hào)化技術(shù))的嚴(yán)格要求，目前地圖制圖軟件都是基于圖形或符號(hào)的基礎(chǔ)上的，基本沒有使用屬性管理技術(shù)和方法。如果在地圖制圖中借鑒GIS中屬性管理，就能使空間數(shù)據(jù)管理與制圖系統(tǒng)有機(jī)結(jié)合，開發(fā)出一種全新意義的地圖制圖系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)空間數(shù)據(jù)的采集、編輯、更新、地圖出版等多功能的一體化生產(chǎn)系統(tǒng)。

1 在制圖過程中連接屬性數(shù)據(jù)庫

在地圖數(shù)據(jù)庫中，空間數(shù)據(jù)按點(diǎn)、線、面分別進(jìn)行管理(存儲(chǔ))，一般包含四類信息，即定位坐標(biāo)、屬性信息、拓?fù)湫畔⒑偷孛畔ⅰＨ绻獙?shí)現(xiàn)空間數(shù)據(jù)的生產(chǎn)或更新則必須在地圖編輯完成以后，得到這四類信息以形成空間數(shù)據(jù)。我們知道地圖內(nèi)容的符號(hào)化是實(shí)現(xiàn)地圖編輯與出版的基礎(chǔ)，它必須由屬性信息確定所使用的符號(hào)，由定位坐標(biāo)確定其空間位置，利用拓?fù)湫畔⒖梢酝瓿蓞^(qū)域提取和面狀符號(hào)配置，地名信息完成注一記配置等。目前，商品化制圖軟件都能實(shí)現(xiàn)地圖的符號(hào)化生產(chǎn)，直接與印前系統(tǒng)相連，但是一旦地圖符號(hào)化以后，地圖要素所固有的地理信息都轉(zhuǎn)變成了圖形內(nèi)容，要素屬性不能根據(jù)地圖符號(hào)完整的讀取，不能把屬性信息從圖形中分離出來。例如公路，當(dāng)把路面性質(zhì)和里程注記布置到圖面上后，這些屬性說明注記就“脫離”了公路符號(hào)，它們之間不存在實(shí)際的聯(lián)系，這種圖形形式就再也不能恢復(fù)到符號(hào)化以前的空間數(shù)據(jù)形式。這樣的地圖數(shù)據(jù)(圖形文件)不是地理信息數(shù)據(jù)，也就不能作為空間數(shù)據(jù)生產(chǎn)或更新的基石。因此必須在地圖制圖過程中，設(shè)法存儲(chǔ)空間數(shù)據(jù)的屬性信息。

如果要存儲(chǔ)屬性信息，就必須在地圖制圖的過程中連接屬性數(shù)據(jù)庫，用它存放地圖要素各種地理屬性信息，地圖符號(hào)通過地址指針與之相應(yīng)記錄相連。只有這樣，經(jīng)地圖編輯修改后，地圖要素的屬性信息不會(huì)丟失，有希望進(jìn)行空間數(shù)據(jù)的生產(chǎn)或更新。其中地圖要素的空間坐標(biāo)可從作圖平面上獲取平面坐標(biāo)，再經(jīng)投影變換后得到;屬性信息從屬性數(shù)據(jù)庫中提取;拓?fù)湫畔⒖筛鶕?jù)地圖要素的屬性信息和定位坐標(biāo)重新建立而獲得。地名信息從圖上提取地名坐標(biāo)和地名屬性庫中提取地名屬性合并而成。因此從空間數(shù)據(jù)生產(chǎn)的意義上說，存儲(chǔ)地圖要素的屬性信息是問題的關(guān)鍵所在。由原始的空間數(shù)據(jù)經(jīng)過地圖符號(hào)化(包括要素符號(hào)化和屬性信息符號(hào)化)，符號(hào)化的同時(shí)在關(guān)系型數(shù)據(jù)庫中存儲(chǔ)了該要素的全部屬性信息，通過指針連接起地圖符號(hào)與屬性記錄的聯(lián)系。空間數(shù)據(jù)的提取是從地圖符號(hào)中提取坐標(biāo)，通過指針提取屬性信息，最終得到更新后的空間數(shù)據(jù)，這就是空間數(shù)據(jù)的生產(chǎn)過程。

2 地圖編輯從基于圖形、符號(hào)到基于地理屬性

在地圖制圖的過程中使用屬性數(shù)據(jù)庫管理要素屬性，可以實(shí)現(xiàn)地圖編輯從基于圖形、符號(hào)到基于地理屬性的飛躍。在目前的大部分地圖制圖軟件系統(tǒng)中，都是以地圖出版為目的不考慮空間數(shù)據(jù)獲取，因此地圖編輯是基于圖形和符號(hào)的，直接編輯地圖符號(hào)的圖形屬性，如顏色、線型、符號(hào)、線寬、層，注記則是直接修改它的字體、字大、顏色、字型等等。這種編輯不考慮所編輯要素的地理屬性，割斷了地理屬性與地圖符號(hào)的聯(lián)系。例如一條普通公路符號(hào)現(xiàn)在改為省級(jí)道路符號(hào)，在作業(yè)時(shí)要修改這條普通公路的線型、顏色、層。用戶直接面對(duì)是一系列的圖形控制，這種修改不是從地理屬性角度出發(fā)，操作起來就比較麻煩。

實(shí)際上，在確定了制圖要求和目的之后，地理屬性與地圖符號(hào)之間就建立了“固定”的聯(lián)系，這種聯(lián)系就定義在地圖符號(hào)化控制表中。如果地圖編輯環(huán)境連接了屬性數(shù)據(jù)庫，則屬性數(shù)據(jù)庫就能存儲(chǔ)地圖符號(hào)的各種屬性信息。如果要修改一個(gè)地圖要素，首先修改屬性庫中它的屬性信息，然后由要素編碼和屬性參數(shù)確定改變的符號(hào)，完成修改操作。比如道路的等級(jí)發(fā)生變化，則修改道路的等級(jí)信息后，就可實(shí)現(xiàn)道路符號(hào)的改變，這種改變是自動(dòng)完成的。

這樣，地圖符號(hào)都有地理屬性信息，地圖編輯的對(duì)象是地圖符號(hào)的要素編碼和屬性參數(shù)。通過這種方式對(duì)地圖要素進(jìn)行編輯修改簡(jiǎn)單、直觀，可大大的提高工作效率。

3 基于地理屬性的地圖編輯

由于地圖要素的多樣性和復(fù)雜性，使圖形符號(hào)與屬性記錄關(guān)系呈多樣性，這些關(guān)系在地圖編輯時(shí)分別起不同的作用。地圖文件中不是所有的要素都有地理屬性，例如地圖整飾的內(nèi)容，屬性說明注記，填充后的面狀符號(hào)等等。這些內(nèi)容沒有必要與屬性庫連接，因此含有屬性的內(nèi)容是整個(gè)地圖要素中的一個(gè)子集，針對(duì)地圖要素與屬性庫連接與否，編輯修改工具也相應(yīng)不同。地圖制圖的特殊性決定了地圖要素與屬性庫相連是單項(xiàng)的，而這種單項(xiàng)性又決定了地圖制圖必然是以圖形符號(hào)為主，屬性庫為輔的原則，即地圖圖形效果必須滿足地圖出版要求，屬性庫的內(nèi)容不需要與地圖符號(hào)一一對(duì)應(yīng)。

3.1 地圖編輯的三個(gè)層次

地圖編輯從操作的方法可以劃分成三個(gè)層次:基于圖形符號(hào)的編輯、基于地理屬性的編輯和基于制圖綜合的編輯。其中圖形符號(hào)編輯最為常用，在商品化圖形編輯軟件中使用。

基于地理屬性的編輯是我們討論的重點(diǎn)，它根據(jù)要素屬性，實(shí)現(xiàn)地圖的符號(hào)化。基于制圖綜合的編輯，由于在解決制圖綜合問題時(shí)必須提供相應(yīng)的“人機(jī)協(xié)同”的地圖編輯環(huán)境，這種編輯形式與前兩種明顯不同，并以前兩個(gè)層次作為它的基礎(chǔ)，形成“金字塔”地圖編輯結(jié)構(gòu)。 (基于制圖綜合的編輯這里不作研究)

在不考慮地圖綜合的情況下，前兩個(gè)層次的地圖編輯需要三大類功能工具:

(l)視口工具，包括視口的放大、縮小、開窗、漫游，分層控制顯示，參考網(wǎng)格等。

(2)圖形創(chuàng)建工具(創(chuàng)建各種圖形元素，如線、圖元、線串、曲線、形、復(fù)合線)，圖形修改工具(刪除、移動(dòng)、復(fù)制、去點(diǎn)、加點(diǎn)、移點(diǎn)等)，圖形屬性工具(修改顏色、層、寬度、線型，填充類型)，其它輔助工具(圍柵、拆散、量算等)。這類工具是符號(hào)制作的基本工具，也是編輯修改與屬性無關(guān)要素的工具。

(3)基于地理屬性的各種屬性編輯工具，這是針對(duì)地理屬性進(jìn)行編輯修改的工具。視口工具和圖形工具兩大類功能是各種己有商品化制圖軟件的基本功能，只是使用方法有差異，功能有強(qiáng)弱。如果只為完成地圖符號(hào)化和出版任務(wù)，這些已足夠了。但如果使地圖制圖與空間數(shù)據(jù)生產(chǎn)一體化，就必須有基于地理屬性的編輯管理工具。GIS類軟件可以完成空間數(shù)據(jù)獲取和更新的任務(wù)，但它們的圖形表現(xiàn)還不能滿足地圖出版的要求。因此一體化生產(chǎn)的關(guān)鍵問題就是能對(duì)地圖要素的屬性進(jìn)行編輯修改，在實(shí)現(xiàn)屬性修改的同時(shí)，依靠全符號(hào)化技術(shù)，使圖面上的符號(hào)也相應(yīng)發(fā)生改變。

3.2 一對(duì)一關(guān)系的應(yīng)用

一對(duì)一關(guān)系就是一個(gè)圖形符號(hào)對(duì)應(yīng)一個(gè)屬性庫記錄，是屬性連接的基本關(guān)系，屬性記錄中保存了相應(yīng)要素的地理信息。

如果要素的位置、形狀發(fā)生變化，則直接使用圖形編輯修改工具進(jìn)行修改，如果要素的屬性信息發(fā)生變化，則使用屬性編輯修改工具。如果采集新要素，則先確定屬性，再確定位置，通過符號(hào)化控制表布置符號(hào)。

由一一對(duì)應(yīng)關(guān)系可以派生出一對(duì)多、多對(duì)一、多對(duì)多三種關(guān)系。

3.3 一對(duì)多關(guān)系的應(yīng)用

一對(duì)多關(guān)系就是一個(gè)圖形元素與多個(gè)數(shù)據(jù)庫屬性記錄相連。例如，圈形居民地符號(hào)有兩個(gè)指針:指向圖形要素屬性表中的屬性記錄和指向地名屬性表中相應(yīng)的地名記錄。其目的是保持圖形要素與地名之間的聯(lián)系，通過地名指針最終實(shí)現(xiàn)地圖符號(hào)與地名建立聯(lián)系。一對(duì)多關(guān)系反映了地圖要素屬性的多樣化，這種關(guān)系也是GIS中最為常用的關(guān)系，某一要素可以通過連接的不同屬性表記錄反映出這一要素的多樣的屬性信息。

3.4 多對(duì)一關(guān)系的應(yīng)用

多對(duì)一關(guān)系是多個(gè)圖形符號(hào)指向一個(gè)數(shù)據(jù)屬性記錄，這種情況適用圖形符號(hào)的地理屬性完全相同的情況，以下幾種情況用到了多對(duì)一的關(guān)系。

(1)圖形符號(hào)的地理屬性完全一致。例如，一條河流分成幾段，每一段都有地理屬性，如果它們屬性完全相同，則可以共用一條屬性記錄。(2)逐字布置的地名注記。例如，河流名稱在地圖中是逐字布置，每個(gè)字都是一個(gè)獨(dú)立的圖形元素，但是為了最終提前數(shù)據(jù)時(shí)形成一個(gè)地名數(shù)據(jù)，因此每一個(gè)字要連接同一個(gè)地名屬性。(3)有地名屬性的居民地。地名本身與地名屬性表中一條記錄對(duì)應(yīng)，同時(shí)與之對(duì)應(yīng)的居民地符號(hào)也與這條記錄連接，這樣在數(shù)據(jù)提取時(shí)可以保持居民地的地名指針。

3.5 多對(duì)多關(guān)系的應(yīng)用

多對(duì)多的關(guān)系是由多對(duì)一關(guān)系和一對(duì)多關(guān)系演變而來，即多個(gè)圖形元素指向多個(gè)數(shù)據(jù)庫記錄。例如，國(guó)家行政區(qū)面域點(diǎn)，一個(gè)國(guó)家如果由幾個(gè)面組成，每個(gè)面都有屬性完全相同的面域點(diǎn)，即多個(gè)面域點(diǎn)指向同一屬性記錄，同時(shí)，每個(gè)面域點(diǎn)也指向同一地名屬性記錄，這種情況就可以看作是多對(duì)多關(guān)系。再如多個(gè)街區(qū)組成的居民地，每個(gè)街區(qū)都有一個(gè)面域點(diǎn)，所有面域點(diǎn)同時(shí)指向一個(gè)屬性表記錄，同時(shí)也指向一個(gè)地名記錄。

當(dāng)制圖人員掌握了地圖上各種要素與屬性表記錄關(guān)系后，就可充分利用這些關(guān)系進(jìn)行地圖編輯，能大大提高作業(yè)效率。例如，國(guó)家行政區(qū)面域點(diǎn)和街區(qū)面域點(diǎn)，每個(gè)都要連接兩個(gè)屬性記錄，如果一一的進(jìn)行，效率很低，可以先安全配置好一個(gè)面域點(diǎn)后，通過復(fù)制的方式完成其他區(qū)域面域點(diǎn)的布置。

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