武漢市系列比例尺地形圖要素分類編碼及數(shù)據(jù)庫標準的編制研究

何偉，嚴小平

(武漢市測繪研究院，湖北 武漢 430022)

1 引言

數(shù)據(jù)生產(chǎn)，標準先行。國家有關(guān)部門于上世紀90年代開始陸續(xù)制定了《國家基本比例尺地圖圖式》、《基礎(chǔ)地理信息要素數(shù)據(jù)字典》、《基礎(chǔ)地理信息要素分類與代碼》，近期又頒布了新版的《國家基本比例尺地圖圖式》、《基礎(chǔ)地理信息要素數(shù)據(jù)字典》及《基礎(chǔ)地理信息要素分類與代碼》，對地形圖要素的分類順序和分類方式做了調(diào)整，不斷統(tǒng)一規(guī)范了基礎(chǔ)地理信息的生產(chǎn)、建庫、管理和分發(fā)利用。但國家標準相對比較宏觀，需要結(jié)合城市特點進一步細化和完善。

當前，我國已進入全面建設(shè)小康社會、加快推進社會主義現(xiàn)代化建設(shè)的新的發(fā)展階段，測繪作為經(jīng)濟社會發(fā)展和國防建設(shè)的一項基礎(chǔ)性工作，正面臨著社會需求結(jié)構(gòu)、技術(shù)手段、消費層次和資源配置方式的深刻變化。地理信息資源戰(zhàn)略性短缺與社會各界日益增長的對地理信息需求之間的矛盾十分突出，加快信息化測繪體系建設(shè)、完善以基礎(chǔ)地理信息為核心的空間數(shù)據(jù)基礎(chǔ)設(shè)施已成為今后一段時間內(nèi)中國測繪發(fā)展的首要任務。而信息化測繪體系的建立和空間數(shù)據(jù)基礎(chǔ)設(shè)施的完善的基礎(chǔ)就是需要建立一套規(guī)范的數(shù)據(jù)標準體系，其中系列比例尺地形圖數(shù)據(jù)標準體系又是該數(shù)據(jù)標準體系中最重要的組成部分之一。該標準體系的建立能夠更好地統(tǒng)一地理信息的生產(chǎn)和建庫，規(guī)范地理信息分類與編碼，建立數(shù)據(jù)采集、地圖縮編、數(shù)據(jù)建庫、數(shù)據(jù)分發(fā)的一體化數(shù)據(jù)流程，促進信息共享，為國民經(jīng)濟的發(fā)展提供更好的服務保障體系。

2 標準編制依據(jù)及內(nèi)容

《武漢市系列比例尺地形圖要素分類編碼及數(shù)據(jù)庫標準》在編制建設(shè)過程中，主要詳細規(guī)定了從數(shù)學基礎(chǔ)、數(shù)據(jù)內(nèi)容到數(shù)據(jù)生產(chǎn)等三個方面的具體要求。

2.1 數(shù)學基礎(chǔ)

數(shù)學基礎(chǔ)是為準確描述基礎(chǔ)地理信息空間位置特征制定的數(shù)學法則，主要包括統(tǒng)一的空間參照系和地圖投影系統(tǒng)。該標準從平面坐標系統(tǒng)、高程系統(tǒng)、比例尺、投影和分幅五個方面對數(shù)學基礎(chǔ)提出了具體明確的要求。

武漢市位于中國的中部地區(qū)，東西距最大為134 km，南北距最大為155 km。目前武漢市城市規(guī)劃與國土管理所需要的地理數(shù)據(jù)均涉及較大比例尺范圍，主 要 包 括 1∶500、1∶2 000、1∶5 000 和1∶10 000，投影方式采用高斯－克呂格投影，地理位置處于3°分帶中的第38帶，中央子午線為東經(jīng)114°。平面坐標在現(xiàn)階段暫采用1954年北京坐標系，根據(jù)國家相關(guān)規(guī)定，將逐步向2000國家大地坐標系過渡和轉(zhuǎn)換，高程基準使用的是1985國家高程基準。

為了易于圖幅管理和查詢，同時也為了滿足不同比例尺間地形圖數(shù)據(jù)縮編生產(chǎn)的便利，該標準中規(guī)定了在數(shù)據(jù)生產(chǎn)過程中對1∶5 000和1∶10 000數(shù)據(jù)采用40 cm×40 cm方格網(wǎng)分幅，1∶500和1∶2 000數(shù)據(jù)采用50 cm×50 cm方格網(wǎng)分幅。按此方法分幅，1幅1∶10 000地形圖由4幅 1∶5 000地形圖組成，1幅1∶5 000地形圖由 4幅 1∶2 000地形圖組成，1幅1∶2 000地形圖由 4幅 1∶1 000地形圖組成，1幅1∶1 000地形圖由4幅1∶500地形圖組成，系列比例尺地形圖間能夠形成完整的倍數(shù)關(guān)系。具體關(guān)系如圖1所示，圖中最小塊的斜線部分即為1∶500比例尺地形圖。

圖1 系列比例尺分幅關(guān)系示意圖

2.2 數(shù)據(jù)內(nèi)容

標準中基本地形數(shù)據(jù)的內(nèi)容必須有科學合理的范圍，需要以國家標準與行業(yè)規(guī)范為基礎(chǔ)，結(jié)合武漢市地形的具體情況共同制定。該標準中的數(shù)據(jù)內(nèi)容主要對要素選取，編碼規(guī)則，數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)設(shè)計及元數(shù)據(jù)四個部分進行說明。

(1)要素選取

該標準分別參照國家2006年發(fā)布的《國家基本比例尺地形圖圖式第二部分:1∶5 000 1∶10 000地形圖圖式》和2007年發(fā)布的《國家基本比例尺地圖圖式第一部分:1∶500、1∶1 000、1∶2 000地形圖圖式》的相關(guān)要求，結(jié)合武漢市的實際地形，按要素將基礎(chǔ)地理信息分為9大類:測量控制點數(shù)據(jù)、水系數(shù)據(jù)、居民點及設(shè)施數(shù)據(jù)、交通數(shù)據(jù)、管線數(shù)據(jù)、境界數(shù)據(jù)、地貌數(shù)據(jù)、植被與土質(zhì)數(shù)據(jù)、注記，另外附加輔助要素和圖廓整飾兩個輔助類，并對每一類數(shù)據(jù)至少應當包括的內(nèi)容提出了具體要求。

(2)編碼規(guī)則

要素編碼規(guī)則是系列比例尺地形圖數(shù)據(jù)庫建設(shè)的基礎(chǔ)，影響到系列比例尺數(shù)據(jù)之間的共享與交換。

要素編碼的基本原則包括:

①唯一性:在一個分類編碼標準中，編碼對象和編碼一一對應。

②合理性:編碼結(jié)構(gòu)與分類體系相適應，同時融合相關(guān)國家標準。

③可擴充性:留有適當?shù)暮髠淙萘浚赃m應不斷擴充的需要。

④科學性:編碼結(jié)構(gòu)簡單，長度適中，以便節(jié)省機器存儲空間和減少代碼的差錯率，同時提高機器處理的效率。

⑤適用性:反映編碼對象的特點，有助記憶，便于填寫。

⑥規(guī)范性:在一個標準中，編碼的類型、結(jié)構(gòu)和編寫格式必須統(tǒng)一。

⑦延續(xù)性:保證 1∶500、1∶2 000、1∶5 000到1∶10 000地形圖的要素編碼一致。

在該標準中要素編碼是按要素分類方式組織的，反映了地理要素間大小類的隸屬關(guān)系，可在同一比例尺中唯一確定該要素。要素編碼為6位數(shù)，分別由大類碼、二級大類碼、小類碼和擴展碼組成。擴展碼是后續(xù)要素擴充和調(diào)整的接口。具體編碼結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 地理要素編碼結(jié)構(gòu)圖

同時，增加要素標識碼用以區(qū)分多比例尺數(shù)據(jù)集成時各要素所代表的比例尺。該碼是以比例尺為基礎(chǔ)、結(jié)合圖式中要素大類和要素在大類中的排列順序而形成的七位碼。具體編碼結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 地理要素標識碼編碼結(jié)構(gòu)圖

對于系列比例尺地形要素的編碼保證要素編碼的一致性，采取倒金字塔的結(jié)構(gòu)進行編碼，實現(xiàn)多源數(shù)據(jù)的一致性和連續(xù)性，例如在 1∶500，1∶1 000，1∶2 000的比例尺標準中亭的要素細分為不依比例尺的亭和依比例尺的亭，要素編碼分別為356010和356020;而在1∶5 000和1∶10 000的比例尺標準中由于比例尺的縮小，只保留亭一個要素，要素編碼為356000，能夠在不同比例尺之間保持良好的一致和連續(xù)性，提高不同比例尺數(shù)據(jù)間的互利用價值。不同比例尺間要素編碼結(jié)構(gòu)關(guān)系具體如圖4所示。

圖4 系列比例尺要素編碼結(jié)構(gòu)圖

(3)數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)設(shè)計

數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)包括兩層含義，即各地理要素屬于哪個數(shù)據(jù)層以及需要填寫哪些屬性字段。數(shù)據(jù)層的字段結(jié)構(gòu)是該層中地理要素屬性字段的最小合集。

以制圖數(shù)據(jù)為主的數(shù)據(jù)庫建設(shè)受制于圖面信息含量的有限性，地理要素的屬性主要體現(xiàn)其基本信息，更多地將圖面注記內(nèi)容納入其中。而以數(shù)據(jù)庫生產(chǎn)為主時，初始數(shù)據(jù)采集時可以通過屬性字段反映要素多種屬性，因此數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)更復雜。一些不需要在圖面表示的專題內(nèi)容就可以通過屬性信息來反映。例如在該標準的編制中，系列比例尺地形圖要素分類編碼表中就增加了要素屬性，規(guī)定了每個要素在數(shù)據(jù)建庫中需要填寫的屬性信息，同時，在系列比例尺地形圖數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)設(shè)計中，以點線面三類要素為基礎(chǔ)規(guī)定屬性信息的字段類型、字段長度、描述以及填寫實例。具體如圖5和圖6所示，圖5表示的是在標準中規(guī)定了系列比例尺地形圖要素分類編碼表中的控制點層要素編碼及相關(guān)字段，其中要素屬性包括了FCODE，F(xiàn)NAME，名稱，高程，比高和等級等，有下劃線標識的是必填字段，而圖6則表示在標準中規(guī)定了測量控制點層以上各類屬性字段的填寫標準和填寫實例。

圖5 地形圖要素分類編碼表

圖6 地形圖數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)設(shè)計表

(4)元數(shù)據(jù)

元數(shù)據(jù)是關(guān)于數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)。合理的元數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和內(nèi)容有利于數(shù)據(jù)分發(fā)利用。該標準中規(guī)定各種數(shù)據(jù)成果的元數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計都是以圖幅為單位，其內(nèi)容涉及圖幅范圍、地理投影參數(shù)、航測資料以及數(shù)據(jù)分發(fā)相關(guān)的各種信息等。

2.3 生產(chǎn)過程

基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)不同于一般的工業(yè)產(chǎn)品，僅依靠對最終結(jié)果(產(chǎn)品)的檢驗或檢測難以確定其質(zhì)量和可靠性，而生產(chǎn)過程方案的科學性直接影響或決定最終成果的可靠性。所以，該標準對基礎(chǔ)地理信息標準數(shù)據(jù)的生產(chǎn)過程進行了規(guī)范，建立了要素采集規(guī)則。建立要素采集規(guī)則要綜合考慮符號化特性和數(shù)據(jù)最終需要，將標準中要素的采集要求具體化。

要素符號庫設(shè)計是以各個生產(chǎn)平臺對不同幾何類型地物的符號化特點為基礎(chǔ)、參照國家圖式對符號大小和顏色的具體規(guī)定來共同制定的。例如圖式中要求對各種高壓電線符號按實際位置表示電桿，MicroStation支持這種線型，ArcGIS和AutoCAD平臺中不支持該類線型，只能將電桿均勻配置，因此高壓電線在各個符號庫中是不相同的，在MicroStation平臺中只需在符號庫中定義好線型即可，而在ArcGIS和AutoCAD平臺中的符號庫中高壓電線只能通過骨架線來定義，而具體的符號表示則需要在繪制過程中通過編寫程序來實現(xiàn)。

符號化的特點影響著要素采集規(guī)則的制定。建立要素采集規(guī)則要綜合考慮符號化特性和數(shù)據(jù)最終需要，將標準中要素的采集要求具體化。例如在國家標準中只規(guī)定了地面河流，而在本標準中把地面河流細分成單線河與雙線河，但是如何具體界定兩者呢?在本標準中將采集規(guī)則定為:河流圖上寬度大于0.5 mm的表示為面狀雙線河，小于0.5 mm的表示為單線河;雙線河按河流常水岸線采集，單線河按河流中心線采集。通過采集規(guī)則的制定，使圖式的要求條理化、實用化。

3 標準編制關(guān)鍵技術(shù)

3.1 數(shù)據(jù)標準建設(shè)綜合考慮制圖與數(shù)據(jù)建庫需要

在本標準的編制過程中，以國家新圖式和地理信息要素數(shù)據(jù)字典為基礎(chǔ)，將地形圖的數(shù)據(jù)生產(chǎn)和數(shù)據(jù)建庫很好的結(jié)合，形成了系列比例尺地形圖的要素分類編碼及數(shù)據(jù)庫標準，真正實現(xiàn)在一套標準中正確反映要素幾何形態(tài)、建立不同環(huán)境下要素采集規(guī)則、符號庫體系和數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)。主要體現(xiàn)在本標準的研制建設(shè)共包含要素分類編碼設(shè)計、要素分層設(shè)計、數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)設(shè)計以及圖幅元數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計等4大類設(shè)計，而這4大類設(shè)計之間將制圖和數(shù)據(jù)建庫緊密地結(jié)合在一起，環(huán)環(huán)相扣。具體來說，系列比例尺地形圖的要素分類編碼設(shè)計規(guī)定了在制圖過程中要素標識碼，要素編碼，要素名稱，圖式圖例，幾何類型，顏色，數(shù)據(jù)庫圖層名，數(shù)據(jù)庫要素屬性，數(shù)據(jù)采集與指標選取等，要素分層設(shè)計規(guī)定了大類要素分類，層名和每層包含的內(nèi)容，數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)設(shè)計則包含了數(shù)據(jù)集名稱，層名，屬性項，字段類型，字段長度，描述和填寫實例，圖幅元數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)設(shè)計包含了各類元數(shù)據(jù)的名稱，字段類型，字節(jié)數(shù)和內(nèi)容。

3.2 統(tǒng)一了不同比例尺數(shù)據(jù)標準中的分幅規(guī)則

根據(jù)傳統(tǒng)的系列比例尺地形圖分幅規(guī)則，大比例尺地形圖采用矩形方格網(wǎng)分幅，中小比例尺數(shù)據(jù)采用經(jīng)緯網(wǎng)分幅，這對于城市勘測單位進行跨比例尺數(shù)據(jù)的疊加和分析十分不便。因此在此標準的編制過程中創(chuàng)新性地提出了統(tǒng)一用方格網(wǎng)進行分幅的規(guī)則，規(guī)定對1∶5 000和1∶10 000數(shù)據(jù)采用40 cm×40 cm方格網(wǎng)矩形分幅，1∶500和1∶2 000采用 50 cm×50 cm方格網(wǎng)矩形分幅，確保了不同比例尺地形圖數(shù)據(jù)范圍存在固定的倍數(shù)關(guān)系，易于不同比例尺數(shù)據(jù)間的管理和查詢。但同時也存在一個問題，由于小比例尺的地形圖采用經(jīng)緯度的梯形分幅，所以，對于更小比例尺的地形圖數(shù)據(jù)縮編生產(chǎn)，應采取一定的技術(shù)手段對矩形分幅進行裁剪以滿足梯形分幅的要求。

3.3 統(tǒng)一了不同比例尺中相同地物的要素編碼

要素編碼是地物在地形圖中的唯一標識，是要素類別歸屬的反映。統(tǒng)一要素編碼后，不同比例尺間相同編碼對應同類要素，使編碼體系和要素組織更清晰，能夠更好地將系列比例尺數(shù)據(jù)進行銜接，在后續(xù)數(shù)據(jù)縮編過程中不需要額外地進行要素映射即可投入生產(chǎn)，能夠更快捷地對數(shù)據(jù)進行更新維護。

3.4 國家相關(guān)標準與武漢市實際地形特點相結(jié)合

為了與國家相關(guān)標準保持一致，本標準按照國家相關(guān)標準的規(guī)定，將武漢市的地形要素統(tǒng)一分為9大類，按順序分別為測量控制點、水系、居民地及設(shè)施、交通、管線、境界、地貌、植被與土質(zhì)、注記;同時在小類要素的編制過程中，又充分結(jié)合武漢市的實際地形特點，對部分要素符號進行了增減，就各類數(shù)據(jù)采集規(guī)則，技術(shù)指標等相關(guān)內(nèi)容進行了細化和量化，形成了具有武漢市地方特色的統(tǒng)一的系列比例尺要素分類編碼及數(shù)據(jù)庫標準，更好地滿足了武漢市基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)的生產(chǎn)，增強了數(shù)據(jù)生產(chǎn)的可操作性。

4 小結(jié)

該標準的制定，從數(shù)據(jù)制圖與數(shù)據(jù)建庫兩個角度綜合對數(shù)據(jù)成果的具體要求進行了規(guī)定，形成了一套切實可用的生產(chǎn)作業(yè)規(guī)范，體現(xiàn)了武漢市的地方特色，滿足了相關(guān)部門對基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)的要求，對整合武漢市基礎(chǔ)地理信息資源，提高基礎(chǔ)地理信息的數(shù)據(jù)產(chǎn)品質(zhì)量、豐富產(chǎn)品內(nèi)容、推廣數(shù)據(jù)應用等方面能夠起到較大作用，滿足了日益增長的社會需求。

標準中的1∶5 000，1∶10 000比例尺部分已全面應用到武漢市“十一五”基礎(chǔ)測繪項目建設(shè)中，1∶5 000比例尺主要涉及郊區(qū)1 488 km2范圍的制圖數(shù)據(jù)生產(chǎn)，1∶10 000比例尺地形圖主要覆蓋了全市域約合8 549 km2的制圖數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)的生產(chǎn)，取得了良好的社會效益和經(jīng)濟效益;而標準中的1∶500，1∶1 000，1∶2 000比例尺部分已全面應用到我市大比例尺基本地形數(shù)據(jù)生產(chǎn)中，為武漢市的國土管理和規(guī)劃提供了最基本的測繪保障。

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