淺談GIS 技術在數字城市建設中的應用

曹 軍

（湖南省煤田地質局物探測量隊，湖南 株洲 412003）

實施數字城市建設，是新時代信息化城市建設的必然要求，是構建“數字中國”地理空間基礎框架的基石，是實現政府各部門資料共建共享的基礎，是服務公眾和經濟社會發展的重要平臺，可以提升城市規劃發展的科學性和促進城市發展的可持續性。近些年，隨著全國各地數字城市的建設，不僅提高了測繪地位和基礎測繪的作用，而且消除了信息孤島，促進了資源整合，極大地豐富了地理信息資源，也提高了資源利用率，減少了重復建設。

GIS 技術的發展為數字城市地理信息空間框架建設提供了重要的技術支持，并推動從數字城市向智慧城市發展。

1 數字城市建設簡介

數字城市建設是推動縣區測繪地理信息事業發展，實現測繪成果和信息資源共享的重要途徑。建設內容可簡要概括為“一庫一平臺多應用”，“一庫”即基礎地理信息數據庫，“一平臺”就是建設地理信息公共服務平臺，“多應用”是指基于地理信息公共服務平臺，面向政府和公眾服務的典型應用示范系統。

數字城市建設包括總體構架設計、支撐環境建設、數據層、服務層、應用系統幾個方面，通過整合地理信息資源，實現多源數據的統一，從而形成全域范圍內統一、規范、權威的地理信息數據庫。

2 GIS 技術的應用

2.1 GIS 技術簡介

GIS 技術是在計算機技術上發展起來的一種多學科交叉的地理信息處理技術，包括采集、存儲、管理、處理、分析等技術，被廣泛應用于國土、農林、水利、交通等多個部門。

2.2 地形數據入庫

地形數據包括1∶500DLG、1∶1 000DLG、1∶2 000DLG等不同比例尺和不同時間段的數據。地形數據的入庫整合是通過對現有的和采集獲取的各種地形數據進行檢查、處理和入庫，建立多形式的、多尺度的、現勢性強的基礎地理信息數據庫。

地形數據一般是通過南方CASS 軟件繪制，以CAD 圖形文件形式存儲的。因此地形數據入庫需要將CAD 格式轉為GIS 數據格式，利用ArcGIS 提供的功能可以進行CAD 到GIS 的數據格式轉換。

利用ArcGIS 進行地形數據入庫流程如圖1 所示，首先需要根據數據整合標準和要求，創建文件地理數據庫或數據要素集，再對每個圖層進行字段設計，然后將CAD 圖形導入ArcGIS 中，并將南方CASS 要素編碼和屬性值一并轉入要素屬性中，再根據要素編碼將點線和注記要素分類分層，對照加入新的圖層中，并賦新的要素代碼值。因為CAD 中以點線形式表示地形地物，所以水域、房屋、道路、植被面等面狀要素需要重新構面。構面完成后需要進行冗余數據、微短線、微小面刪除等數據處理。數據處理完后需要構建拓撲規則，對圖形進行拓撲檢查，包括面疊蓋、線重疊、點重疊、線相交與自相交、線面重疊、面狀要素不閉合等，對拓撲錯誤的圖形進行修改。拓撲檢查完后，再對整個圖形進行質量檢查，包括地物編碼是否正確、分層是否規范、必填屬性是否完整、空間參考是否正確等，確定所有步驟均已修改完善后，完成數據最終入庫。

圖1 ArcGIS 地形數據入庫基本流程

2.3 電子地圖制作

電子地圖是在數字線劃圖、地名地址、其他專題數據等要素的基礎上，通過制圖綜合和符號化后，形成的生動的、可逐級縮放的地圖。電子地圖的制作包括符號庫設計、布局配置、數據處理、地圖配圖、發布服務、地圖切片等幾個步驟，見圖2。

圖2 電子地圖制作流程圖

1）符號庫設計。符號庫設計是在GIS 軟件中按照標準要求，設計符號的樣式、大小、顏色等，形成配圖符號庫。

2）布局配置。布局配置是設計地圖的整體布局、顯示內容和顯示級別，以及每一級別對應的比例尺。

3）數據處理。數據處理是在入庫數據成果中提取水系、交通、居民地、植被地貌、地名地址、行政區域界線等要素，通過數據規整，統一于數據庫標準，實現數據的有效管理與應用。利用制圖綜合的技術方法處理不同級別的圖形和顯示；還需要對道路進行編輯，檢查是否逐級連通；地名地址需要進行分級，便于不同級別顯示。

4）地圖配圖。遵循電子地圖相關標準，按照一定原則，根據地圖審美慣例對電子地圖進行配置，使各級配圖表示得當、清晰美觀。

5）服務發布。將配圖后的地圖文檔，通過GIS 基礎平臺的服務發布功能，將地圖數據發布成符合地理信息公共平臺服務類型要求的地圖數據服務。

6）地圖切片。切片將每個級別的矢量專題地圖切成很小的柵格地圖，然后以靜態方式通過web 顯示出來，用戶訪問的時候不用調用動態地圖，直接訪問切片即可，減輕服務器壓力，提高效率和執行速度。

2.4 影像掛圖編制

影像掛圖具有直觀可視性，通過疊加影像底圖和鐵路、公路、河流、境界、地名等要素，可以真實地反映制圖區域的地理位置、地形地貌等情況。正射影像掛圖編制根據具體的編制要求，是利用DOM 數據，通過設計地圖符號和成圖尺寸，統一比例尺和坐標系統，將要素按順序疊加，形成合理、美觀、實用的成果。

掛圖編制主要內容包括數據資料分析、版式版面設計、地理要素處理、正射影像處理、地名地址處理及地圖綜合處理。制作流程如圖3 所示。

圖3 影像掛圖制作流程圖

1）數據資料分析。分析需要使用的數據，主要有地名地址數據庫、道路數據、區域界線數據、正射影像圖等。

2）版式版面設計。設計內容主要是圖面內容、地圖標題、圖框樣式、圖示圖例、成圖比例尺、指北針、制圖單位、審圖號、制圖日期等。

3）地理要素處理。通過制圖綜合方法對道路、河流等要素進行處理，去小留大、去短留長、變彎為直，使圖面清楚美觀。

4）正射影像處理。正射影像處理主要包括檢查影像是否存在白斑或者拉花，進行影像拼接，調整到合適的分辨率，進行勻光勻色，按照行政區裁剪影像等步驟。

5）地名地址處理。由于設計和印刷尺寸的限制，地圖上不能表示所有地名，故需要選取重要的、具有指示意義的地名進行標注，主要包括行政區域名、重要單位、道路、河流、其他重要地名等。

6）地圖綜合處理。主要是把各個要素疊加到一起，通過調整點線面要素的圖層顯示順序和要素顏色，調整文字注記的大小和位置，添加版面設計內容，形成一幅完整的影像掛圖，最后輸出印刷。

7）質量檢查。對影像掛圖的要素使用情況、排版、開本、比例尺、保密性等進行檢查，不符合要求的要重新設計排版和編輯，直至滿足要求再輸出印刷。

3 總結與展望

GIS 技術的發展改變了傳統的測繪模式，引領新的測繪地理信息時代，為數字城市的建設打下了堅實的技術基礎，為智慧城市的建設奠定了基礎，尤其是WebGIS 和云計算的發展，實現了數據的采集、存儲、編輯、發布一體化流程，云端共享、權限控制，既提高了更新效率，又方便了公眾服務。

基于GIS 的時空信息云平臺一旦建立，可用于一切需要地圖服務的政府部門和公眾服務，開發者只需要申請接口調用，即可使用地圖服務，獲得地圖的同步更新。