電子地圖中多尺度地圖數據庫的建設

李旭芳，徐敬仙，涂漢橋，丁 玲

(廈門精圖信息技術股份有限公司，福建廈門361000)

一、引 言

當前，互聯網電子地圖已成為熱門，也是人們出行前的必查工具。隨著谷歌、百度、天地圖、搜狗、搜搜等電子地圖的上線，越來越多的軟件商熱衷于地圖服務。前臺網頁上的地圖分級顯示需要通過后臺服務器中地圖數據庫的搭建，來提供不同尺度、不同層次的空間展示。筆者在參與《廈門衛星遙感應用開發創新平臺》項目中負責地圖數據庫的建設，通過多比例尺地圖數據集成及組織，實現從小比例尺到大比例尺之間、小區域到大區域之間相互的地圖瀏覽。本文主要探討了互聯網電子地圖中運用多尺度地圖數據來構建地圖數據庫，實現多尺度地圖表達。

二、數據源比例尺選擇

多尺度的地圖數據表達了同一區域下各種分辨率的空間信息，動態傳遞了整體到局部，主體到細部的連續性變化。在國家數字城市地理空間信息公共平臺的規范和標準體制下，以國家級、省級、地市級3大級別來選取數據源的比例尺。筆者選用國家標準比例尺下的數據源。同時，由于實際的基礎設施及數據源獲取的技術水平的限制，一般只存儲幾個關鍵的比例尺數據集：對于國家級，比例尺般不小于1∶10萬，不選取 1∶50 萬、1∶10 萬數據集;對于省級，一般小于1∶1萬;市縣級一般小于1∶2000。可以將小比例尺為總體框架，中比例尺疊套其中，大比例尺再疊套在最大層。

三、存儲組織

多尺度的地圖數據庫的建設，采用動靜結合的方式。基本地理要素大類分為8類：境界與政區、植被與土質、地貌、交通、水系、管線、居民地。這里的動態方式，是指針對不同要素(如水系)可以采用綜合派生多個表達目標。對于地貌，通過加載DEM暈渲和數字高程模型，即相當于地貌要素。靜態方式是指預先構建多個尺度的空間數據庫，將一類地圖數據要素多尺度地儲存在同一地圖數據庫中，將要素類型進行邏輯分類，通過標識圖層名稱來區分尺度。需要注意的是，各尺度地圖既有共用要素又有獨立要素。通過對要素屬性進行標識，從而實現從源比例尺到顯示比例尺、源級別到顯示級別的過渡。

四、建庫流程

多尺度地圖數據庫建設，主要經過以下幾個過程：

1)要素分類：根據《基礎地理信息要素分類與代碼》(GB/T 13923—2006)進行地理要素的大類分類。

2)選擇比例尺：以國家的標準比例尺為準;同時根據實際情況，精簡比例尺。

3)尺度分層：如對于道路、綠地、水系，建立對應的國家級、省級、地市級比例尺。

4)要素分級：根據數據源比例尺，對要素的顯示級別進行分級細化。顯示的內容或要素需要逐級遞增，圖面承載的信息量也需由少到多。

5)要素編碼：在統一分類與編碼的框架體系下，對要素進行編碼。

6)質量檢查：對數據進行空間、屬性、邏輯一致性方面的質量檢查。

7)數據入庫：采用ArcSDE與Oracle管理方式，將數據入庫。

五、關鍵技術

對于多尺度地圖顯示中，為了保證視覺信息量的變化趨于連貫性，在各個比例尺之間應增加一個過渡，即比例尺過渡。通過對地物要素進行標識，設置其分類編碼。同一類地物在不同尺度之間對應不同的編碼，以此為依據設置要素的顯示等級。對不同比例尺數據源，設置對應的顯示級別。比如1∶5萬比例尺的道路，其顯示級別分別是15和16;1∶2000比例尺的道路，則在18級以上顯示。瀏覽時，根據顯示等級首先在一個比例尺的數據庫中進行選取。當瀏覽到一定程度時，轉到下一個比例尺。以此類推，實現信息瀏覽的自然過渡(如圖1所示)。

圖1 比例尺選擇示意圖

六、圖層組織

搭建地圖數據庫，需要對要素圖層進行組織，首先預先集成各種尺度的空間數據。電子地圖主要分為矢量電子地圖、影像電子地圖、暈渲電子地圖。為展示這3種電子地圖，可以將后臺地圖數據庫分為矢量數據庫、影像數據庫、數字高程數據庫、數字柵格數據庫以及元數據庫，元數據庫中存儲空間數據的相關元數據信息。

其中，矢量庫將數據按照比例尺進行組織，虛擬地分為國家級、省級、市縣級，每個比例尺的矢量數據組成一個數據分庫(如圖2所示)。每個分庫中的要素按照要素類進行組織，并按照點、線、面劃分。如交通類要素，按比例尺劃分為不同數據層。將較小尺度(由較重要的道路構成)的數據集作為較大尺度(包括小路)數據集的子集。對于植被與土質，在小比例尺1∶100萬時地圖一般不進行顯示，因此沒有必要建對應尺度的數據集。

空間數據存儲組織方式采用按政區分塊存儲，其優點是管理方便，利于分塊保存、打開地圖;同時又能較好地保持空間對象的完整性。

圖2 地圖數據庫圖層組織示意圖

七、要素更新

多尺度的地圖數據庫的更新，首先要基于多源數據更新。其中多源數據主要包括：紙質地圖出版物、國家基礎地理信息數據庫、遙感和衛星影像、GPS數據、野外實測數據、其他資料。多源數據(資料)可信度由高到低為：遙感和衛星影像、GPS數據、野外實測數據、國家基礎地理信息數據庫、紙質地圖出版物、其他資料。從順序可以看出，人工參與度越少，資料可信度越高。

交通要素更新優先采用近期遙感和衛星影像資料，結合應用交通部門發布的信息和導航公司實測數據。水系要素更新優先采用多時期衛星影像資料。行政區劃要素更新依據各地政府發布的“紅頭”文件，再結合地圖數據庫數據和當地民政部門資料更新數據庫。

其次，多尺度地圖數據庫更新還要注意比例尺的銜接及過渡。采用更新級別，由高到低;更新比例尺，由小到大，一并更新。當更新高級別的圖層時，要同時更新低級別圖層。即當更新要素小比例尺圖層時，要對應更新比該比例尺大的圖層。如當更新了1∶100萬的國家注記圖層時，對應的1∶25萬、1∶5 萬、1∶1 萬、1∶5000、1∶2000、1∶500 比例尺的國家注記圖層也要對應更新。另外，應該采取要素不分割原則，更新時，保持要素不分割。如一條高速公路中的某段需要更新，應該整條高速公路作為一個要素整體進行更新。

大級別的要素與小級別的要素進行接邊，要保證要素之間的空間關系在不同抽象尺度層次下保持一致。

八、結束語

本文探討了在實踐過程中，多尺度地圖數據庫的整體建設過程，為前端的電子地圖展示提供強大的后臺數據組織，可以有效地提高電子地圖的存儲展示效率。地圖數據庫的建設，對于消除“數字鴻溝”、“信息孤島”等現象，解決重復建設、資金浪費等問題，推動空間信息資源開發利用進程，提高基礎空間信息資源的利用水平，具有十分重要的戰略意義。

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