城市地形圖數據庫管理系統設計研究

摘 要：本文基于筆者多年從事地圖資料管理的相關工作經驗，以面向地圖資料管理的數據庫系統設計為研究對象，論文首先分析了地圖資料管理數據庫系統的功能要求，進而對系統結構和界面進行了設計，在此基礎上，筆者提出了面向地圖資料管理的算法模型，全文是筆者長期工作實踐基礎上的理論升華，相信對從事相關工作的同行能有所裨益。

關鍵詞：地圖資料管理 數據庫系統 設計

中圖分類號：TP3 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2013）05（a）-0015-02

大比例尺（1B500、1B1000）地形圖是城市土地管理、房產管理、城市規劃和市政建設等部門在工作中經常使用的資料。由于地形圖是分幅測繪的，這使得占地面積較大的大中城市擁有大量的圖幅，例如一個100 km2的中等城市就有1600幅1B500的地形圖，400幅1B1000的地形圖，給地形圖的查閱和使用帶來了很大的困難。數字化測圖技術在城市測量中的廣泛應用，為解決這一問題提供了條件，目前，一些城市規劃部門的測繪院或信息中心建立了城市基礎地理信息系統，為地形圖的查閱和使用提供了便利，但這個系統較為龐大，無論是建設還是使用都比較復雜，大大限制了它在其他部門的使用。鑒于此，本文基于數字地形圖的一些基本特點提出了建立地圖管理系統（Map Management System，MMS）。

在城市測量中廣泛使用的大比例尺數字化測圖技術，測繪的地形圖大都是以數字形式保存的，且具有以下3個基本的特點。

（1）地形圖都是按某個標準統一分幅的，每幅圖都用一個數據文件存儲，每幅圖的文件名或是以圖名命名、或是以圖號命名。

（2）同一比例尺的地形圖中，每幅圖的文件名都是唯一的。

（3）每幅圖都是按統一的標準將地形圖中的各要素分層存儲和顯示的，通常將圖廓整飾內容（即內圖廓以外的內容）與地形圖的內容分層存放。

根據數字地形圖的這些基本的存儲特點以及用戶查閱和使用地形圖的習慣方式，結合某市國土資源局的具體要求，本文研究設計和開發了地圖管理系統的方法，現將該系統的設計思想和開發方法總結如下。

1 系統功能設計

1.1 查詢功能

在使用地形圖的工作中，工作人員經常需要查閱。

（1）某個地點所在的地形圖幅及相鄰的地形圖幅。（2）覆蓋某個區域的地形圖幅。（3）穿越某條線路的地形圖幅。（4）覆蓋某條線路一側或兩側某個范圍（或緩沖區）內的地形圖幅。并將查詢結果自動拼接成一幅圖顯示出來。

基于用戶的這些需求，設計了如下的地圖查詢功能。

基本查詢功能：按照指定的點位或坐標顯示該點所在的地形圖幅以及附近被指定方向或范圍的地形圖幅；指定地名、顯示該地名所在的地形圖幅以及附近被指定方向或范圍的圖幅。

高級查詢功能：用任意多邊形指定區域、顯示該區域覆蓋的所有圖幅（含范圍線穿越的圖幅）；指定某條道路或河流，顯示該線狀地物穿越的所有圖幅以及該地物某個緩沖區內的所有圖幅。

查詢結果為單幅圖時，顯示圖廓，查詢結果為多幅圖的拼接圖時不顯示圖廓。

1.2 編輯功能

地形圖的查詢結果往往比實際需要的圖范圍大，需要將查詢結果按所需范圍線編輯成一幅整圖輸出，以便于設計或規劃。為此還需要開發以下自動裁剪地圖和自動繪制圖廓的編輯功能：自動裁減地圖：按指定的界線（可為任意多邊形），將界線內的地圖裁剪成一幅獨立的圖。自動繪制圖廓：在為獨立圖幅繪制圖廓時，自動繪制或標注坐標格網。

2 系統結構設計

考慮到一個單位內，不只一個部門使用地圖資料，可將系統的運行方式選擇為客戶端/服務器結構的網絡版，將所有的地形圖數據和系統所需的其他數據都放在服務器端，將服務器安置在數據的管理和維護部門，將客戶端即系統軟件安置在使用地形圖的各部門。系統內部的運行結構如圖1所示。

3 系統界面設計

系統界面由功能性菜單和系統索引圖兩部分構成。

（1）功能性菜單：分為下拉式菜單和按鈕菜單兩種；命令由常用的圖形處理命令和系統的功能命令兩部分組成。（2）系統索引圖：索引圖類似于城區小比例尺的旅游交通圖，以重要的地名、單位名和道路或河流等地物為主要內容。該圖可用大比例尺地形圖的分幅結合圖作背景（可顯示圖名），可使用戶對圖庫的總體情況一目了然。

索引圖主要用于用戶以圖形的方式表達自己的查詢位置、路線和范圍等要求，查詢參數如地圖比例尺、地名、單位名、方向和半徑等可通過功能命令的對話框輸入。索引圖顯示在初始窗口，查詢結果顯示在一個新的窗口。

4 系統開發方法

考慮到很多城市的數字地形圖都是采用基于AutoCAD開發的數字化測圖軟件測繪的，所以它們大都是以AutoCAD的格式保存的，加之，大多數用戶都是在AutoCAD下使用地形圖進行設計或規劃的。為了減輕系統開發和系統建庫的工作量，同時也是為了方便用戶的工作，選擇以AutoCAD為平臺，充分利用其多視圖窗口功能，開發該系統。系統也可嵌入用戶使用的AutoCAD下工作。

系統開發的基本思路：把地形圖幅看成圖像的像元，每個像元都是矩形的，其范圍就是對應圖幅的范圍，用其左下角坐標和圖幅的比例尺及標準的圖幅尺寸來確定，只是每個像元都有唯一的名稱，這個名稱就是對應圖幅的文件名。建立了地形圖幅的文件名和其左下角坐標的對應表，并在與地形圖同一個坐標系下制作系統索引圖后，把索引圖看成以圖幅為像元的圖像（但這個圖像是隱含的），把用戶的查詢點、地名所在點、線和區域看成矢量圖形，用矢量數據轉柵格數據的方法確定它們所在或覆蓋的圖幅文件名（如圖2所示，圖中的圖幅實際上是隱含的），然后在新的窗口下顯示或拼接顯示查詢結果即可。

圖2中左邊的折線穿越的圖幅名為32、22、23、24、34、35、25，右邊的區域覆蓋的圖幅名是7、8、9、16、17、18、19、20、27、28、29、30、37、38、39。

5 系統的建立與維護

5.1 系統的建立

本系統的建立不需要對所管理的地形圖作任何的加工或改動，只要作以下兩項工作即可。

（1）建立地圖索引表：即建立圖幅文件名與圖幅范圍對照表。針對不同比例尺的數字地形圖，按如下所示的方法分別建立《1∶500地形圖索引表》、《1∶1000地形圖索引表》和《1∶2000地形圖索引表》。

484500圖幅左下角的橫坐標；

328500圖幅左下角的縱坐標；

D：＼＼地形圖庫＼500＼方元.dwg圖幅的文件名及路徑；

485000

328500

D：＼＼地形圖庫＼＼500＼＼火車站.dwg。

（2）制作系統索引圖：參照所在城區的旅游交通圖，或直接將其矢量化后，以其為基礎進一步加工和完善來制作索引圖。索引圖應當充分反映城區內的重要地名、單位名稱、道路、河流和其他重要的參照物，便于用戶表達自己的查詢意圖；索引圖必須與系統所管理的大比例尺地形圖為同一坐標系，并應有一定的定位精度。

地圖索引表和系統索引圖可以不斷地擴充和更新。

5.2 維護功能

隨著城市日新月異的發展和變化，城市地形圖也在不斷的更新和增加，為了保持系統的現實性，需要對系統進行實時的更新和擴充。

（1）圖庫的更新：只要保持圖幅的分幅標準和同一幅圖的文件名不變，用新圖代替舊圖，或在索引表里更改圖幅的文件名即可；同時在索引圖上更新變化了的重要參照物。（2）圖庫的擴充：將擴充的新圖按圖庫的統一標準分幅、分層和命名，并按系統建立的方式將其入庫即可；同時在索引圖上添加或擴充新的重要參照物。若需要可建立歷史圖庫，進行歷史查詢。

6 結語

大中城市由于面積大，加之對地形圖的比例尺要求較大，所以地形圖圖幅量巨大，研究和開發地形圖管理系統對于提高各用圖部門的工作效率具有非常重要的意義。本文研究設計的地圖管理系統不對管理對象—— 數字地圖作任何加工和改動，系統建庫簡單容易，同時由于功能單一，使用非常簡單、靈活和方便，系統也可嵌入用戶使用的AutoCAD下工作。城市發展日新月異，如何有效地保存舊地形圖，并發揮它們的作用是需要進一步研究的問題。

參考文獻

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