分類別多尺度數據顯示方法初探

魏金明，趙向陽，張濤

(濟南市勘察測繪研究院，山東 濟南 250101)

1 引 言

隨著移動互聯網、物聯網、智慧城市、大數據等現代信息技術的發展，測繪地理信息數據的生成和獲取日益簡單，數據量激增，人類正逐步進入大數據時代。一個新的轉變正在進行，大數據將成為企業、社會和國家層面重要的戰略資源；數據成為有價值的公司資產、重要的經濟投入和新型商業模式的基石[1]。測繪地理信息數據是大數據的重要組成部分，人類活動中80%以上的信息與地理空間位置有關系；大數據熱力圖常依托于地理位置信息進行展示。隨著國家自然資源部的成立和省、市級自然資源行政管理部門的設立，測繪地理信息數據有了更加廣泛的外延。

測繪地理信息數據包括時空傳感器數據、影像數據、模擬數據和統計數據等，具有數據范圍廣、數據源多、數據類型復雜多樣的特性[2]。如何對多源、類型復雜、數據量巨大的數據進行有效的組織和管理，使其能快速顯示瀏覽，成為許多專家的研究方向。如余前佳等研究了自然資源部國家級云數據中心運維管理情況[3]；暢玉潔研究了大數據時代下的數據可視化方法[4]；占軍等研究了如何用oracle數據倉庫展示水利普查數據[5]；梅樹紅研究了大數據時代測繪地理信息檔案資源的建設與應用[6]等。專家們的研究多使用一種平臺對數據進行管理與顯示，未能統籌考慮數據的多軟件平臺顯示策略。

針對數據類型復雜多樣的特性，研究各類別數據最優的顯示軟件；針對數據范圍廣數據量大時數據瀏覽慢、顯示重疊的現象，分尺度對數據進行綜合取舍，形成多尺度分層地圖。本文以濟南市勘測院現有的勘測數據為研究對象，創建數據顯示庫表，將各類數據的數據格式、最優顯示軟件、最佳顯示尺度、顯示符號等信息寫入數據庫；根據數據庫記錄的信息，生成分類別多尺度地圖圖層和顯示配置文件；研發勘測資源一張圖平臺，以顯示配置文件驅動地圖圖層分尺度顯示，列出幾類主要數據顯示序列，達到二維、三維、多媒體數據的快速、關聯性瀏覽。

2 數據庫設計

數據庫設計是指對于一個給定的應用環境，構造最優的數據庫模式，建立數據庫及其應用系統，有效存儲數據，滿足用戶信息要求和處理要求[7]。數據庫設計包括概念設計、邏輯設計、物理設計等多個階段。本文主要介紹數據庫的選擇和庫表結構的設計。

2.1 數據庫選擇

當前常用的商用數據庫包括SQLServer、Oracle、DB2等，其對比情況如表1所示。

常用商用數據庫對比表 表1

鑒于測繪地理信息大數據類型復雜、數據量巨大，關系型數據庫難以有效支持，因此選用的商用關系型數據庫僅存放主要的基本數據。從表1的對比中發現，Oracle數據庫雖然價格貴，管理復雜；但其性能穩定，安全級別高，開發易；同時考慮對空間數據的支持，選用Oracle數據庫存儲基本數據。

2.2 庫表結構設計

庫表結構設計主要包括顯示庫表和基本數據庫表的設計。顯示庫表結構如表2所示。

顯示庫表記錄各類數據的顯示信息，用于生成顯示圖層和顯示配置文件。其中，“最佳顯示尺度”屬性值的填寫規則為：“最小尺度-最大尺度”，僅有最小尺度填寫“最小尺度-”，僅有最大尺度填寫“-最大尺度”。

基本數據庫表在保留原數據表結構的基礎上，增加“顯示尺度”“生存周期”兩個屬性字段，用于記錄數據的尺度特性和時間特性。“顯示尺度”“生存周期”屬性值的填寫規則如“最佳顯示尺度”。

顯示庫表結構 表2

3 數據處理

合理組織原始數據，通過數據處理流程，生成可快速瀏覽的分類別多尺度地圖。數據處理流程如圖1所示。

圖1數據處理流程圖

3.1 數據組織存儲

保留原始數據，作為最初版本進行備份。對原始數據進行數據分類、數據綜合取舍、數據關聯、數據顯示設置等處理后重新存儲。數據分類是將數據劃分為不同的類別，一個類別對應一個顯示圖層，一個原始數據可能生成不同的類別。數據綜合取舍是對某類數據，通過層次細節簡化LOD(Level of Detail)思想[8]，利用合并、取舍等縮編方法，在不同尺度下顯示不同的要素，用來實現圖層的多尺度顯示。數據關聯是將空間數據與非空間數據進行關聯，包括圖屬關聯、圖檔關聯等，通過添加外鍵的方式實現空間圖形與屬性、文檔、影音等數據的關聯。數據顯示設置是通過學習、調研、測試等方法，列出某類數據的最優顯示軟件、最佳顯示尺度、顯示符號庫等信息，并將其寫入數據顯示庫表，用于生成顯示圖層和顯示配置文件。數據處理是開放的過程，既可增加數據類別，也包括對現有類別的再處理。

將處理后數據分為主要數據和一般數據，主要數據作為基本數據存放于Oracle數據庫內，一般數據按原有存儲方式存放。為數據顯示需要，將數據分為空間數據與非空間數據，空間數據是數據顯示的主序列，非空間數據作為關聯信息與空間圖形相掛接。為將不同類別的多源數據在同一幅地圖內顯示，空間數據存儲前需進行坐標轉換處理，統一為CGCS2000國家大地坐標系。

3.2 顯示圖層

存儲后的數據通過符號化、圖層化等處理，生成顯示圖層。同一類數據，用不同軟件顯示時需要不同的符號庫，可生成不同的圖層文件。本文以ArcGIS軟件的符號庫和圖層文件為例進行介紹。

ArcGIS符號庫內包含點狀符號、線狀符號、面狀符號。點狀符號包括簡單符號、字符符號、箭頭符號、圖片符號、三維符號、三維簡單符號、三維字符符號；線狀符號包括實線、虛線、制圖線、點符號線、圖片組合線、三維實線、三維填充線；面狀符號包括單色填充、漸變色填充、制圖線填充、點狀符號填充、圖片填充、三維圖形填充。ArcGIS軟件提供了樣式管理器(StyleManager)創建符號庫，為顯示需要，創建了基礎地理信息符號庫、土地利用類別符號庫、管線符號庫、人防符號庫、國情普查符號庫等多項專用自定義符號庫。

ArcGIS圖層文件的數據格式為LYR，存儲了數據顯示的相關屬性，包括名稱、數據、符號化、標注、顯示比例尺范圍、表格關聯等。利用數據顯示庫表內記錄的顯示信息，可通過顯示軟件調用顯示符號庫自動生成顯示圖層。同一類數據可生成多尺度的多條顯示圖層。

3.3 分類別多尺度地圖

對顯示圖層進行尺度組合、信息標注、顯示驅動等處理，生成多尺度專題地圖和顯示驅動配置文件，進而建立分類別多尺度地圖序列。尺度組合是將顯示圖層按顯示尺度進行組合，形成全尺度顯示圖層；信息標注是將重要注記標注在專題地圖上；顯示驅動是生成某系列專題地圖的顯示驅動配置文件，用于顯示時調用不同的顯示軟件和顯示圖層。

一幅專題地圖由多個全尺度顯示圖層組成，在圖層組合過程中，通過軟件自帶的符號、注記壓蓋處理工具可自動消除地圖顯示時的壓蓋現象，但為了地圖顯示簡潔、美觀，仍需對其進行人工處理，進而優化顯示圖層。

4 數據顯示

研發勘測資源一張圖平臺，編寫數據顯示程序，以顯示配置文件為驅動，調用不同的顯示軟件、顯示圖層，分系列顯示各類數據。

4.1 數據顯示驅動

數據顯示配置文件以xml格式存放，記錄了顯示軟件、顯示尺度、顯示地圖、顯示范圍等顯示信息。數據顯示時，根據配置文件，調用顯示軟件和顯示地圖，顯示范圍和顯示尺度變化時，與顯示配置文件對比，觸動變化條件后，重新選擇顯示軟件和顯示地圖。具體的數據顯示驅動算法如圖2所示。

圖2數據顯示驅動算法

4.2 數據顯示系列

一張圖平臺內提供了多項數據顯示系列，本文以影像圖系列、電子地圖系列、國情覆蓋系列、經濟普查系列為例介紹其顯示策略。

勘測資源一張圖平臺內展示的是濟南全市域數據，所有數據的最小尺度比例尺都設定為 1∶1 000 000～1∶600 000。影像圖系列分為16個尺度，最大尺度比例尺設定為大于 1∶2 000并顯示實景三維模型，其他尺度顯示正射影像圖。電子地圖系列分為12個尺度，最大尺度比例尺設定為大于 1∶1 000并顯示真三維模型，其他尺度顯示線劃電子地圖。國情覆蓋系列分為8個尺度，最大尺度比例尺設定為大于 1∶2 000并顯示最細化的國情覆蓋數據，其他尺度顯示綜合取舍后的國情覆蓋數據。經濟普查系列以行政區劃級別分為“市-區-鄉鎮-村”4個尺度，最大尺度比例尺設定為大于 1∶5 000，各尺度顯示該行政區劃級別下的經濟普查統計信息，以分區統計圖表的方式展示。

4.3 地圖服務顯示和關聯信息查看

對于僅需要查看瀏覽的普通用戶，平臺發布了OGC標準下的WMTS(Web Map Tile Service)地圖服務，搭建了瀏覽網站，實現了數據的網絡化快速顯示。采用瀏覽網站的方式顯示數據，僅需要輸入網站網址，無須對顯示軟件進行要求。網站左側提供了地圖列表并可控制其是否顯示，地圖瀏覽視窗占據大幅界面并提供了放大、縮小、平移、量測、標注等基本工具。

對于專業用戶，可用顯示軟件瀏覽分類別多尺度地圖，還可查看數據的關聯信息。數據的關聯信息既包括屬性信息，也包括相關的文檔、語音、視頻等多媒體信息。數據的關聯關系可通過“宗地類不動產登記數據整合方法初探”文章內提到的圖屬關聯、圖文一體化等方法在數據處理過程中實現[9]。另外，專業用戶可根據需要查詢、統計相關信息，同時可組織、管理時空一體化數據與多尺度顯示圖層。

5 結 語

針對數據范圍廣、數據源多、類型復雜的濟南市勘測數據，在保留原始數據版本的基礎上，通過數據分類、數據綜合取舍、數據關聯、數據顯示設置等方法生成顯示圖層并將最優顯示軟件、最佳顯示尺度、顯示符號等信息寫入顯示庫表；通過尺度組合、信息標注、顯示驅動等方法生成分類別多尺度地圖和顯示配置文件；通過圖屬關聯、圖文一體化等方法實現數據與關聯屬性、關聯文檔、語音、視頻等信息的鏈接。研發勘測資源一張圖平臺，解決了尺度改變時顯示軟件切換和范圍改變時接邊處多源數據調用問題，針對專業用戶和普通用戶提供了平臺驅動顯示和網頁地圖服務顯示兩種顯示方式，實現了數據的快速顯示，進而達到二維、三維、多媒體數據的快速、關聯性查看的目的。與傳統顯示方法相比，可自動選擇最優顯示軟件，規范了各類數據顯示序列，能更好地展示和利用數據。

平臺在使用過程中，可很好地將當前收集到的勘測數據及關聯信息進行顯示。平臺開發過程中預留了擴展接口，可新增數據顯示類型。下一步，將重點研究大數據熱點圖顯示模式，將其與專業數據對比進而實現輔助決策的目的。