面向對象的基礎地理數據庫系統的設計與實現

李靜蘭

(太原市勘察測繪研究院，山西太原 030002)

面向對象的基礎地理數據庫系統的設計與實現

李靜蘭?

(太原市勘察測繪研究院，山西太原 030002)

由于地形圖與GIS數據所依據的數據模型的差異，基于地形圖建立的基礎地理數據庫系統往往不能同時滿足地形圖和GIS數據的服務要求。另外，直接面向圖層的數據管理模式，割裂了地理要素之間的自然聯系，給數據的管理應用帶來了不便。針對以上問題，本文提出了面向對象的基礎數據庫系統的實現思路，闡述了相關設計及實際應用。

面向對象；基礎地理數據庫系統；地形圖；GIS數據

1 前 言

隨著機助制圖技術的日趨完善及地理信息技術的迅速發展，數字化的大比例地形圖除了承擔傳統紙質地形圖的作用，滿足城市區域規劃、工程設計管理等服務外，還作為城市基礎地理信息數據庫的數據源，廣泛應用于各類地理信息系統。當前，城市大比例尺基礎地理數據庫系統存在以下的問題:

(1)尚未解決好地形圖與GIS數據的差異，無法利用統一的一套基礎地理數據庫滿足同時滿足地形圖和GIS數據的服務。

(2)尚未建立面向對象的數據管理體系，直接面向GIS數據的分層管理模型，不能充分反映地理實體的語義信息，不符合人們對地理信息獲取、管理、應用的習慣。

為了解決上述問題，滿足地形圖和GIS數據的應用要求，嘗試基于面向對象進行基礎地理信息的圖庫一體化建庫、管理、應用和動態更新。

2 地形圖和GIS數據差異分析

地形圖和GIS數據都可以看做是空間數據的載體，二者表達的內容一致，都是表達特定區域自然-社會系統中各種地理事物和現象的空間分布規律。但是，二者所依據的數據模型不同，成果要求不同。

GIS數據以圖形表達空間對象的幾何特征(位置與形態)，以數據庫表記錄空間對象的屬性信息，側重于客觀地理實體的數字景觀模型(DLM)的描述，不強調地理實體的符號化表示，這種信息分類適合計算機識別與運算。地形圖建立在面向機助制圖的數據模型上，其本質是數字制圖模型(DCM)，強調制圖要素的符號化表示，以圖形符號為主要操作對象，在很多方面不符合空間數據管理要求，具體表現如下:

(1)為了滿足圖面要求，地理實體對象表達不完整或拓撲關系受到破壞，如河流兩岸的加固陡坎隱含著河流的水涯線；文字注記壓蓋道路線時，人為地斷開線條。

(2)與GIS數據的屬性記錄方式不同，地理實體的屬性描述是通過文字注記實現的，割裂了屬性與地理實體關聯關系。

(3)為了不損失地形圖符號信息，將符號以實際的點、線、面形式存儲，造成大量冗余信息，同時難以區分制圖描述信息與地理實體信息。

3 基于GIS圖層的數據管理模式的不足

現有商業空間數據庫主要優點在于能提供一致的、高效的數據庫存儲和檢索所依賴的物理結構上，缺乏數據抽象能力。為了滿足數據組織與結構的需求，空間數據庫采用的數據模型將客觀地理實體按形狀抽象為點、線、面，以圖層作為GIS空間數據的組織與處理單元。在GIS應用系統設計與實現時，將面向圖層的數據操作方式直接暴露給用戶。然而，地理空間是一個目標組合排列集，每個目標或對象都具有位置、屬性和時間信息以及與其他對象的拓撲關系、語義關系等。人類對客觀世界的認識是基于地理特征，而不是基于分層要素。

4 面向對象地理信息語義設計

利用地形圖進行基礎地理數據庫的建設與管理，并不是地形圖載體和管理手段的簡單改變，而是需要站在數字景觀模型的立場上重新審視完善地形圖的現有數據模型，提出適應GIS數據存儲、更新、應用的管理方法。面向對象的基礎地理數據庫是以地理要素對象為基本的存儲管理單元，消除了數據管理的分層概念，構建一個直觀、結構清晰、組織有序的空間數據管理體系。

4.1 面向對象的地形圖數據標準

數據標準包括要素分類與代碼、數據字典和圖式符號。

為了實現地形圖的對象化表達，將地形圖承載的地理信息分解為地理實體對象和符號。圖式符號是一種制圖語言，用于表達空間對象的某種或多種屬性信息，如數量、質量等特征，是地理實體屬性的一種圖形化表達。因此符號信息可以視作一種特殊屬性。《基礎地理信息要素分類與代碼GB/T 13923-2006》應用了面向對象的地理要素分類編碼思想。但是該標準又不能滿足地形圖圖示符號的要求。因此，在標準6位編碼的基礎上擴展2位，將圖式符號作為一種屬性編入地理要素的分類中。以三角點為例，其分類代碼如圖1所示:

圖1 三角點分類代碼

編碼前6位按要素對象進行分類分級，而最后2位因圖式符號表達需要而區分為三角點、土堆上的三角點、小三角點及土堆上的小三角點。在空間數據應用時，通過前6位編碼進行面向地理要素的識別，當地形圖符號表達需要時，通過完整的8位編碼區分識別。

4.2 地理語義信息的作用

以圖層為空間數據的組織與處理單元可以大大提高基礎地理信息數據獲取分析效率，但是缺乏對地理要素語義的描述，不便于用戶對所關注數據的準確獲取。

地理信息分類具有極強的地理信息的結構化表達能力，對GIS數據組織、數據模型設計以及大型GIS地學應用系統的開發，尤其在GIS概念設計中具有極大的應用潛力。地理信息分類編碼的目的是用于對地理數據進行組織、建庫，以便于數據的集成分析與數據共享利用。通過對地理信息分類代碼的有效利用，恢復地理要素的語義信息，在系統應用層面實現由要素分類與要素對象構建的邏輯管理體系，彌補GIS數據物理圖層存儲管理的不足。

5 面向對象的基礎地理數據庫的實現

5.1 面向對象的總體架構

數據庫管理系統采用Visual Studio 2005為基礎開發平臺，ArcEngine 9.3為GIS開發組件，采用客戶/服務器模式(Client/Server)。為了實現管理系統與數據庫間低耦合，提高系統良好的靈活性和擴展性，系統體系結構分數據層，邏輯層，界面層。數據層負責對數據庫的訪問，獲取目標數據以及完成相關數據庫更新、刪除、插入等操作，邏輯層負責對系統業務的實現；界面層負責人機交互。

系統總體架構如圖2所示:

圖2 系統總體架構

5.2 面向對象的數據組織

基礎地理數據庫主要包括為現勢數據庫、歷史數據庫、臨時工作數據庫、元數據庫。臨時工作數據庫在系統更新過程作為數據的臨時存儲空間。DLG采用矢量數據模型存儲，按比例尺組織為不同矢量數據集(如圖3所示)。采用要素大類結合幾何特征(點、線、面)作為分層原則，現勢數據庫、歷史數據庫與工作數據庫分層原則一致，一一對應。各層屬性字段除包含數據標準規定的屬性字段外，還每個地理要素都具有唯一標識(FeatureGUID)和一系列時態信息，要素創建時間(Crea-teTime)，要素修改時間(UpdateTime)。這些信息和要素分類代碼是實現系統面向對象管理的重要基礎。

圖3 DLG組織結構

5.3 面向對象的數據存儲

由于要素符號信息(圖形特征信息)封裝在特殊數據字段GraphicInfo中，基礎地理數據庫中不存儲任何為了滿足符號要求而存在的點、線、面信息，系統利用EPS符號化插件，就可實現基于數據庫的地形圖符號實時繪制(如圖4所示)。面向對象的數據存儲實現了圖庫一體化管理，同時滿足GIS數據與地形圖服務要求。

圖4 地形圖符號化：前(左圖所示)，后(右圖所示)

5.4 面向對象的數據轉換

按照面向對象的地形圖數據標準，對已有地形圖數據進行整理，需要解決的地理要素實體不完整、拓撲關系不正確、注記轉屬性等問題。為了實現這一目標，引進應用了清華山維地理信息工作站(EPS 2008)。該平臺從地理信息角度構建數據模型，以數據庫為核心，構建圖形與屬性共存的框架，融圖形與屬性于一體。同時實現了動態符號化機制，將地圖數據分解為圖形信息與符號信息。利用信息映射機制，將要素分類編碼、要素組織分層、要素屬性及符號定義封裝在平臺模板中，形成面向對象的地形圖數據生產環境。數據改造完成后，利用EPS 2008提供的SDL/VBA開發接口，定制空間數據轉換環境，實現清華山維自有EDB格式，到ArcGIS桌面數據庫格式Personal GDB(PGDB)的轉換。

5.5 面向對象的數據更新

利用要素唯一標識和時態信息，實現了面向對象數據更新機制，僅對更新方案指定的更新要素類進行更新，如圖5所示。基于現勢數據庫、歷史數據庫，實現面向時間、更新工程的歷史數據查看、恢復及提取，如圖6所示。

圖5 面向對象的更新方案

圖6 歷史數據對比查看

6 結 語

本文將面向對象的思想貫穿于數據生產及管理的全過程，解決了現有城市大比例尺地形圖數據建庫管理的相關問題，建立了面向對象的基礎地理數據存儲及管理體系，滿足了地形圖及GIS數據服務要求。

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首部《城市軌道交通工程監測技術規范》出臺

由北京城建勘測設計研究院主編的《城市軌道交通工程監測技術規范》，于2013年9月6日經住建部批準發布，(編號為GB50911-2013)，將于2014年5月1日起實施，其中部分為強制性條文，住建部要求必須嚴格執行。該部規范是針對我國城市軌道交通建設行業監控量測工作量身定制的首部國家標準。在軌道交通建設迅猛發展的今天，該規范的編制不僅填補了城市軌道交通建設監控量測的空白，還為城市軌道交通建設安全健康發展提供了保證。

規范編制前，北京城建勘測設計研究院進行了大量調研工作。規范編制之初，全國已有25座城市共46條軌道交通線路正在建設。該院在調研中發現，不同地域的各種施工工法及工藝層出不窮，設計、施工及管理經驗與軌道交通建設的發展速度也不相適應。用以指導城市軌道交通建設的國家規范、標準明顯不足，全國城市軌道建設單位對國家規范出臺的渴求尤為迫切。因此，城市軌道交通工程監控量測國家標準的編制與頒發成為當務之急。

北京城建勘測院編制《城市軌道交通工程監測技術規范》的想法一經提出，既得到住建部的批準并列入2012編制計劃。該院自2012年起，抽調本院知名專家和技術骨干，組織吸收全國部分勘測、設計、施工、設備、建設單位和科研院所，在兩年時間中，致力于通過對軌道交通土建施工監測的主要目的、監測項目及內容、測點布設原則及埋設要求、監測周期及頻率、監測數據預警；各監測項目的監測方法、監測儀器設備及相應的技術要求；監測成果報告的形式、內容及格式、信息反饋的形式及流程等的研究，對城市軌道交通工程建設過程中監控量測設計與實施作出系統、明確規定。為城市軌道交通建設全過程提供準確、及時的數據保障和預警提示，為確保城市軌道交通的安全設計、安全施工、安全運營，防止和減少軌道交通建設安全事故的發生提供規范標準。

該規范受到專家一致好評。在審查中專家一致認為:規范內容完整，資料翔實，結構合理，實用性可操作性強，不僅總結了我國城市軌道交通工程監測的實踐經驗，同時也吸收了國內外的先進科技成果，首次全面、系統地對城市軌道交通工程監測全過程提出了具體的技術指標和要求，填補了我國城市軌道交通工程監測國家標準的空白，對規范我國城市軌道交通工程監測工作、保證工程安全具有重要作用。《規范》不僅滿足當前我國城市軌道交通工程建設的需要，而且具有先進性、前瞻性和創新性，達到了國內領先水平。

該《規范》是北京城建勘測設計研究院繼《城市軌道交通巖土工程規范》、《城市軌道交通測量規范》后主編的第三部國家規范。

(來源:http://www.cki.com.cn)

Design and Realization of Fundamental Geographic Information M anagement System

Li Jinglan
(Taiyuan Institute of Surveying and Mapping，Taiyuan 030002，China)

Because of the difference between DLG and GIS data，the fundamental geographic information database based DLG can’t satisfy the need of DLG and GIS data at the same time.In addition，the datamanagementmethod directly face the data layer divides the nature relation of the geographic features and is not convenient to apply.Aim at the problems above，this paper provides the way to realize the object-oriented fundamental geographic information database，and describes the relative design and application.

object-oriented；fundamental geographic information database；DLG；GIS data

1672-8262(2013)05-36-04

P208.2

A

2013—01—31

李靜蘭(1978—)，女，工程師，主要從事數據管理、分發、服務，及本單位相關信息化建設工作。