空間數據組織與建庫研究
——以豐縣某地區為例

王玉婷

（南通創佳測繪咨詢有限公司，江蘇 南通 226001）

0 引言

自20 世紀70 年代以來，我國現代測繪科學技術由傳統測繪模式逐漸向數字化測繪模式發展。數字化測繪模式在理論水平、精準程度、應用范圍、工作效率方面取得了較大的進展，同時促進了其他行業的發展［1］。由于計算機技術和通信技術的快速發展，GIS正在向多樣化和分布式處理的方向邁進，并逐步進入開發、分析、評價、預測、決策及提高智能化功能的發展階段［2］。GIS、GPS、RS 三系統的集成及滿足實時、準實時要求的空間信息處理技術的廣泛應用，極大地加快了空間信息獲取、處理和更新的速度，提高測繪生產的質量和效率［3］。

空間數據是GIS 的核心內容，建立空間數據庫是GIS 建設中最重要、最基礎的工作［4］。Geodatabase 是一種以緊密耦合特性和行為為基礎的新型空間地理數據模型，能夠在一個公共模型框架下對GIS通常處理和表達的地理空間要素進行統一的描述。空間數據庫是隨著地理信息系統的開發和應用而發展起來的數據庫新技術，是地理信息系統的重要組成部分，是其他應用部分的前提和基礎［5］。

本研究以豐縣1：4 500 航空影像為基礎，基于VirtuoZo 軟件，通過對豐縣某地區的航空影像圖和地形圖進行內容選取、分類、地圖要素符號化、快速制圖和專題數據管理，利用IGS數字化測圖模塊繪制1：1 000線劃圖，并根據豐縣基礎地理數據特點，確定要素數據集、要素類、關系類、子類型、幾何網絡、拓撲關系等數據庫組成要素，并通過對應的表示方法表達。對數據進行相應的預處理并進行分類轉換，完成不同類型數據庫構成要素的分類導入構建，實現了豐縣某地區不同類型數據的有效處理與管理。

1 基于攝影測量的地理數據庫研究

攝影測量學是一門通過記錄、測量及解譯非接觸式傳感器系統得到的影像及其數字表達，來獲得自然物體及其環境的可靠信息的科學和技術［6］。主要內容有：物體影像信息的獲取，像片影像信息處理方法的研究，如何表達影像信息及影像信息在各種領域中的應用等。攝影測量學的發展經歷了模擬攝影測量和解析攝影測量階段，已經進入了數字攝影測量階段［7］。將數字攝影測量系統與地理信息系統相結合，促進了測繪生產過程的數字化和自動化，擺脫了冗雜的野外控制測量工作［8］。

2 數據采集與建庫準備

基于VirtuoZo 軟件，利用IGS 數字化測圖模塊成圖，并轉出至CAD 數據格式。將CAD 數據轉出至ArcMap 地理數據庫數據格式，對豐縣某地區數據進行預處理。IGS 即交互式數字影像測圖系統，是一種用計算機替代解析測圖儀、用數字影像替代模擬像片、用數字光標替代光學光標，在計算機上進行數字化測圖的作業方法。在正射影像上進行地物數據采集和編輯，從而生成數字測圖文件。本研究以豐縣1:4 500 航空影像為基礎，基于VirtuoZo軟件，利用IGS 數字化測圖模塊繪制1:1 000 線劃圖。該數據為豐縣某地區1:1 000 的CAD（*.dwg），如圖1 所示。參考比例設置為1:1 000，空間參考坐標系為WGS-84。

圖1 豐縣某地區CAD

3 地理數據庫的設計

3.1 數據庫設計的一般要求和原則

數據庫設計的實質是將地理空間實體以一定的組織方式在數據庫中加以表達的過程，也就是GIS地理實體建立數據模型的過程。數據庫設計要在需求分析階段分析用戶的需求，進行詳細的調查，主要包括信息需求、處理需求、安全性與完整性等三個方面。

3.2 地理數據庫建模

入庫數據為矢量數據。矢量數據包括部分基礎地理數據（房屋、植被、水系、道路等）。根據豐縣某地區的各類數據和Geodatabase 空間數據模型原理來進行數據庫建模。

3.3 系統數據庫的設計

3.3.1 要素集設計。要素數據集是要素的集合，主要用于存儲數據，包含要素集定義的約束和關系。該測區Geodatabase 數據庫模型主要有5 個要素集：房屋要素集、植被要素集、水系要素集、注記要素集、道路要素集。

3.3.2 要素類設計。要素類主要存儲矢量數據，既包含要素的幾何特征，也包含要素的屬性描述信息，是同類空間要素的集合。集合中的每個對象都具有相同的集合類型，如點狀、線狀或面狀，且具有相同的屬性類型。根據要素類的設計原則，對測區要素數據集進行分類。

3.3.3 子類型設計。子類型是要素類中具有相同屬性的要素的子集，表述要素類中基于屬性字段分組的記錄，可通過它們對數據進行分類。子類型通過創建編碼值來實現，每個整數值代表子類型中的一個要素。通過使用每個要素類的“屬性”對話框對子類型進行管理，可以定義子類型字段，添加新子類型、移除或修改現有子類型。

3.3.4 屬性域設計。屬性域表述屬性的取值范圍。如果要素類中的要素或表中的非空間對象已被分組為各個子類型，則可將不同的特性域分配給每個子類型。使用域可以針對特定字段限制可供選擇的值，從而有助于確保數據的完整性。屬性域設計見表1。

表1 屬性域設計

3.3.5 關系類設計。ArcGIS 中的地理對象之間存在各種各樣的關系，在地理數據庫中，事物之間的聯系使用關系類來表現。使用關系類有助于增強相關對象之間的引用完整性。建立關系類便可在修改對象時自動地更新其相關對象，可以減少額外的編輯操作。

在創建關系類時，需要指定是簡單關系類還是復合關系類。簡單關系可擁有一對一、一對多或多對多基數。復合關系在創建時始終為一對多的關系，但使用關系規則可以將其限制為一對一的關系。在測區要素集中可設計4 組關系類，均為簡單關系類的一對一基數。分別是房屋To 房屋注記、植被To 植被注記、水系To 水系注記、道路To 道路注記，關系類型設計如圖2所示。

圖2 關系類型設計

4 地理數據庫的建立

利用ArcCatalog，設置空間參考坐標系，依據設計方案完成對要素數據集、要素類、關系類、子類型、屬性域等數據庫組成要素的導入構建。創建拓撲關系，在地理數據庫中驗證和更好地表示要素。為使數據庫更形象化，需要對地理要素進行符號化，完成對豐縣某地區數據庫的構建。

4.1 空間參考坐標系的選擇

我國常用坐標系為北京54坐標系、西安80坐標系和WGS-84 地心坐標系。該測區位于我國東部，介于東經116°21'15″~116°52'03″、北緯34°24'25″~34°56'27″之間，選擇空間參考坐標系為WGS-84。

4.2 地理數據庫的建立

①要素集創建。利用ArcCatalog在地理數據庫中，選擇新建要素集。②要素類創建。新建要素類（New Feature Class）。選擇對象所對應的線要素（Line Features）。照此完成房屋、植被、水系、道路要素集中的要素類的創建。在ArcCatalog中創建要素類時，可指定要素類中所要包含的字段，以及字段屬性，如字段類型和可存儲在字段中的最大數據量。創建要素類時會自動創建這些必填字段，且無法刪除。必填字段也可能具有一些必要的屬性，OBJECTID 和Shape 為必填字段。③加載數據。右擊各要素集，加載由ArcGIS 根據不同數據類型提取的地理數據。④子類型創建。利用ArcCatalog添加子類型并為每個子類型的字段設置默認值和屬性域。⑤屬性域創建。創建新屬性域時，如果屬性域正被某個要素類使用，則無法對其進行刪除但可對其修改。⑥關系類創建。通過ArcCatalog 或“目錄”窗口中的工具可以在地理數據庫中創建簡單、復合和屬性關系類。ArcGIS 的關系類都是存儲在Geodatabase 中，該關系類的名稱為房屋To 房屋注記，源設置為房屋，目的設置為房屋注記。關系基數設置完后，便可以進行關系類的創建。

4.3 數據庫拓撲規則的添加

4.3.1 拓撲規則設計。拓撲是點、線和多邊形要素共享幾何的方式的排列布置。如果有重疊且共享相同坐標位置、邊界或節點的要素，地理數據庫拓撲可以更好地管理地理數據。拓撲的使用提供了一種對數據執行完整性檢查的機制，可以在地理數據庫中驗證和更好地表示要素，還可以使用拓撲為要素之間的多種空間關系建模。

Geodatabase 中拓撲的優點在于有更好的數據管理、更高的靈活性、更多的數據建模機會和更多的地圖圖層。根據豐縣某地區各要素的數據類型及特點，為各數據設置的拓撲規則見表2。

表2 豐縣某地區數據的拓撲規則

4.3.2 拓撲關系創建。在ArcCatalog 中，新建拓撲（New Topology），得到創建幾何網絡的向導。創建完拓撲后，要在創建拓撲的要素類對話框中選擇參與創建拓撲的要素類，根據表2 依次設置拓撲規則。房屋面與房屋面的拓撲規則為不能重疊（Must not overlay）。完成要素集、要素類、子類型、關系類、幾何網絡、拓撲等數據庫組成要素的分類導入構建后，即可完成建庫。

4.4 地理要素的符號化

符號化是對點、線、面等數據，在制圖工具中以不同的符號樣式進行表達，包含對要素的顏色、大小、形狀等屬性的設置。地圖生產流程中，要素符號化是至關重要的一環，直接決定了地圖產品的美觀及整體風格等。在對測區數據庫符號化后，增強了數據庫的美觀，使測區的要素更形象，同時方便后期電子地圖的制作。在ArcMap中加載數據層，對測區各要素進行符號化，符號化成果如圖3所示。

圖3 符號化成果

5 結語

通過研究豐縣某地區空間數據庫的組織與建庫，結論如下：①CAD軟件具有強大的制圖功能，但描述圖形關系的能力偏弱，不能很好地對數據進行空間分析。②Geodatabase 空間數據模型在數據存儲方面具有優勢，節省了數據存儲的空間，通過提取不同類型的數據文件，可以以不同的方式展現出來。不僅能夠存儲需要表達的基本圖形，還能夠存儲了表達其空間關系的數據，具有很強的空間分析功能。③在攝影測量學方面，利用航空影像為基礎，在VirtuoZo 軟件上成圖并導出為CAD 圖形文件，結合ArcGIS 軟件，對豐縣某地區空間數據的組織與建庫，是對Geodatabase 空間數據模型的有益探索。

現代測繪已經進入了信息化測繪時代，測繪與各個行業有著密切的聯系。隨著數據庫建設的不斷發展和完善，Geodatabase 數據模型也應不斷改善。基于Geodatabase模型的數據庫系統的設計與建庫，在今后的實踐活動中，還需更加精確、高效。要完善系統體制，充分發揮ArcGIS 軟件中各模塊的功能，使各系統軟件之間的運行更加高效流暢。