地理空間數據模型數據轉換流程

王嘉嚇

(中南大學地球科學與信息物理學院)

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地理空間數據模型數據轉換流程

王嘉嚇

(中南大學地球科學與信息物理學院)

空間數據模型是空間數據建模的基礎，在地理信息研究中具有重要地位。對地理空間數據模型的數據轉換流程進行了分析，并探討了數據轉換過程的注意事項，供相關研究參考。

地理空間數據模型數據轉換流程

地理信息系統構建的前提是數據轉換，數據轉換的質量直接影響數據庫的質量。現階段，普遍應用CAD開發的軟件進行圖件繪制，從而易引起CAD數據轉換時出現格式方面的問題，即便大多數軟件具備數據格式的轉換功能，然而由于CAD軟件在管理風格、儲存數據、圖元定義方面與相關軟件存在顯著差異，導致數據格式的轉換效果不理想。

1　地理空間數據模型概述

為實現地理信息共享，確保不同平臺間數據能夠在統一接口中進行操作，逐漸出現了諸多空間信息標準。其中，簡單要素的規范也稱為ISO19125規范，其主要對二維空間簡單的要素對象進行描述。相關標準中提出的地理標識語言(GML)可對地理現象進行描述，通常幾何部分(不規則三角網(TIN)與多點定義)描述需符合ISO19107規范及OGC規范。而在GML基礎上的WebMapTested互相操作項目，即Web要素服務主要通過OGC提供的HTTP協議空間的地理數據對操作接口進行規范，便于客戶端從不同Web要素的服務中更新與檢索應用GML編碼的地理空間數據。Web地圖服務是OGC圖表達的服務，應用具備地理空間位置信息的數據制作地圖，可兼容PNG、GIF與JPEG格式圖像的文件，同時可接收XML、GML文件以及元數據文件。現階段，SuperMap、ArcGIS、MapGIS等軟件屬于常用的GIS軟件平臺，其中，MapGIS軟件使用地理實體空間數據模型，可對復雜的非空間與空間特征進行描述，該款軟件可在要素表達的前提下，對現實世界的地理實體進行描述，而矢量數據需通過要素形式儲存于要素類及要素集之中，每一個要素儲存于多個或一個幾何對象之中，并對離散要素形狀與要素進行描述。SuperMap軟件是一款由北京超圖公司開發的GIS軟件，通過數據集的形式對數據進行組織，矢量數據集的儲存空間則按照數據集類型進行區分，線數據集與點數據集分別對線、點進行儲存，同時記錄各空間要素，并對空間屬性進行記錄。

2　數據轉換流程

在某小區的規劃數據中，花壇是由面、點與線組成的集合。而在AutoCAD軟件中可將構成花壇的一些面、點與線合并成一個花壇塊，而花壇塊可作為一個整體，并插入小區的指定位置。

(1)CAD軟件數據檢查。通過CAD軟件平臺，對數據編碼的正確性進行檢查，整個檢查過程需嚴格根據相關國家標準進行，除對圖塊的插入比例與插入點進行檢查外，還需檢查分層情況[1]。

(2)將SuperMap、ArcGIS、MapGIS軟件中的數據根據分層標準實施分層，具體分層要求應按實際需求確定。

(3)對數據分層的準確性進行檢查。依據CAD原圖，準確判斷不同層數據，對于已繪制完畢的圖形，須及時更正，并將更正后的圖件剪切至正確的圖層中。

(4)自動生成相應的接圖表。應用SuperMap、ArcGIS、MapGIS軟件，可同時自動生成相應的網格線，在此基礎上通過SuperMap、ArcGIS、MapGIS軟件的線數據集進行拓撲處理并建立面數據集[2]。

(5)點狀圖形目標處理。該過程無需進行額外的處理，僅需使用正確符號與樣式便可實施處理。

(6)線狀圖形目標處理。在現狀數據中實施線數據集的拓撲處理，需去除重復線條、弧段的求交、延伸長懸線、冗余點、合并鄰近節點、懸線，并進行假節點合并，對各層線狀數據實施合并處理，同時對接邊位置實施鄰近節點合并操作。

(7)面狀圖形目標處理。①面狀植被處理，一些線狀植被閉合線，需實施線狀數據集的拓撲處理，并建立面數據集，繼而形成面狀植被；②面狀水系處理，線狀水系閉合線進行線狀數據集的拓撲處理，并建立面數據集，從而構成面狀水系；③面狀交通設施處理，線狀交通設施中的閉合線處理，需實施線數據集的拓撲處理，并建立面數據集，進而構成面狀交通網，線狀交通設施中閉合線的處理，需實施線數據集的拓撲處理，并建立面數據集，構成面狀交通網，應嚴格根據街路實際情況對每條道路線進行切割；④面狀公共設施處理，實施線數據集的拓撲處理，建立面數據集，在此基礎上構成面狀公共設施結構[3]。

3　幾何圖元組合方式

地理空間數據模型主要通過面、點、線來描述空間對象，在三維空間中加設體要素，因此數據模型中的幾何圖元種類相對豐富。幾何對象類主要包含面、點、曲線，并且幾何對象與空間參考系統具有相關性。但在一些簡單要素的規范幾何模型中，線段的類型僅包含直線，對于曲線的類型描述(如復雜曲線、圓與橢圓等)則相對缺少。在ISO19107規范中提供了地理空間特征概念框架，可將真實世界現象抽象為與地理位置相關的一些要素。幾何圖元類型包含三次樣條線圖、圓弧與凸度的圓弧等，在ArcGlS軟件幾何數據模型中，可將幾何對象分為2類：①要素形狀幾何圖形，如面、點、線與多點；②各種形狀組成部分，如路徑與線段對象。曲線屬于幾何對象的組成部分，通常除包絡線、點與多點對象外，全部幾何對象都可作為曲線，而曲線有二維形狀與一維視圖幾何對象2種表達方式。線段對象是一維幾何形體對象，是由起點、終點、定義曲線的函數組成。線段對象可分為非線性和線性2類，其中，線性主要包含直線段，非線性主要包含橢圓弧與圓弧。

目前，幾何圖元組合方式較多，主要包含同類的幾何圖元組合(如多面、多點與多線)，此外還有其他類型的幾何圖元組合。由于地理空間數據模型差異，各種平臺幾何圖元組合方式差異較大。在開放地理空間信息聯盟(OGC)的數據模型中，幾何圖元類型可分為面、點與線3類，組合方式相對簡單，點與點能夠組成多個點，線與線能夠組成多條線，面與面能夠組成多個面。由于線類型相對單一，僅包含一種類型的直線段，因此，多線代表多條直線段的組合。此外，在ISO19107規范數據模型中，有多面、多點與多線組合的方式。在ArcGIS軟件中的幾何圖元種類相對較多，并且組合方式也多種多樣，點與點能夠組成其他的點。

4　數據集轉換

將CAD數據轉換為SuperMap數據格式，該轉換過程的生成數據可分為2種類型，主要包含簡單數據集及復合數據集。其中，復合數據集能夠保存橢圓、點、弧、線、圓、文本與面等各種類型空間對象，并且每一個空間對象都可單純保存著風格，該儲存方式與CAD數據類似，其轉換結果與原始數據的風格較相似，簡單數據集能夠對類型進行嚴格區分，主要包含面數據集、數據集以及線數據集，每一個空間對象不對風格進行保存，圖層和風格互相對應，即簡單的數據集可區分開可視化部分及空間數據的儲存部分，數據集僅可對空間信息進行保存，而在可視化時，能夠設置與制作圖層風格或專題圖。在數據轉換過程中，可通過SuperMap軟件將原始的CAD數據根據文本、點、面與線等情況，嚴格劃分圖元，根據數據集自身情況進行保存[4]。

通常情況下，在數據集轉換結果中，2種類型的生成數據的特點有：①形成簡單數據集，簡單數據集無法對原始數據風格進行直接保存，需在后期的地圖配置中，重新設置地圖風格，但其儲存對象均為ArcGIS、MapGIS軟件中簡單的對象,此外，簡單數據集中每一個空間對象都僅可對坐標進行保存，不對風格進行保存，因此轉換結果中，數據相對較小，因此同等數量的空間對象可通過簡單數據的方式進行保存，與復合數據保存方式相比，保存的數據量較小，且瀏覽速度較快；②形成復合數據集，可對原始數據風格進行保存，可將后期的地圖配置工作量減少，但由于存儲大量參數化的對象，易導致部分ArcGIS、MapGIS軟件功能(如空間查詢以及配準)的實現受到限制。并且在復合數據集中，每一個空間對象均存在單獨保存的風格，因此在進行結果轉換時，易加大數據量[5]。

5　結　語

目前常用的空間數據管理方式基本將關系型的數據當作主體，在數據模型擴展與中間件安裝的前提下，實現空間的數據管理與存儲。但由于中間件空間數據結構相對封閉，導致空間數據操作對于特定軟件具有較強的依賴性。而在空間數據轉換過程中，可降低數據間的差異，進而解決相應的問題。為此，本研究對地理空間數據模型的數據轉換、幾何圖元組合方式、數據集轉換的基本流程進行了詳細分析，對于地理空間數據模型的研究有一定的借鑒價值。

[1]黃秋蘭，唐咸艷，周紅霞.四種空間回歸模型在疾病空間數據影響因素篩選中的比較研究[J].中國衛生統計，2013，14(3)：213-214.

[2]馬世發，艾彬.基于地理模型與優化的城市擴張與生態保護二元空間協調優化[J].生態學報，2015，12(17)：765-766.

[3]劉貴文，王麗娟.城市住房價格影響因素及其空間規律研究——基于地理加權回歸模型的實證分析[J].技術經濟與管理研究，2013，21(9)：23-25.

[4]蔡樂，王紅燕，任啟龍.山西省縣域經濟發展影響因素的空間異質性研究——基于地理加權回歸(GWR)模型[J].資源開發與市場，2014，21(2)：11-14.

[5]陳文新，劉冬，孫善祥.我國區域物流發展時空差異及收斂性研究——基于地理加權空間計量模型的實證分析[J].工業技術經濟，2016，24(2)：66-67.

2016-06-07)

王嘉嚇(1996—)，男，410012 湖南省長沙市。