武文忠，郭新成

(1.陜西測繪地理信息局，陜西西安710054;2.長安大學(xué)地質(zhì)工程與測繪學(xué)院，陜西西安710054)

國家基礎(chǔ)地理信息數(shù)字產(chǎn)品
——數(shù)字線劃地圖概述

武文忠1，郭新成2

(1.陜西測繪地理信息局，陜西西安710054;2.長安大學(xué)地質(zhì)工程與測繪學(xué)院，陜西西安710054)

將地圖表達數(shù)據(jù)作為產(chǎn)品，提出“數(shù)字線劃地圖”的概念，分析該產(chǎn)品具備的特征、地圖符號的描述規(guī)則與方法，給出該產(chǎn)品在對象關(guān)系數(shù)據(jù)庫下的管理模式、地圖出版的實現(xiàn)方式、數(shù)字線劃圖的地圖可視化使用途徑和產(chǎn)品更新方法。該產(chǎn)品經(jīng)過多年的生產(chǎn)、地圖出版使用及數(shù)據(jù)庫環(huán)境下的應(yīng)用，表明該產(chǎn)品能夠有效地得到生產(chǎn)，管理上能與目前的數(shù)字線劃圖管理模式兼容，使用面廣。該產(chǎn)品便于地理信息各類技術(shù)體系生產(chǎn)、管理及應(yīng)用。

數(shù)字線劃圖(DLG);地圖;數(shù)字產(chǎn)品;圖形描述

數(shù)字線劃圖(digital line graphs，DLG)是地形圖要素的矢量數(shù)據(jù)集，且保存要素間的空間關(guān)系和相關(guān)的屬性信息。DLG以其標準化、簡捷性、以及數(shù)據(jù)庫技術(shù)的支持成為國家空間數(shù)據(jù)基礎(chǔ)設(shè)施(NSDI)中最重要的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)［1］。

地圖是地理現(xiàn)實世界的抽象與表達，是以符號圖形等來對地理信息進行可視化表達的工具，在數(shù)字環(huán)境下即為數(shù)字地圖。從圖形信息的角度看，地圖是用具有一定組織的圖元描述的符號圖形數(shù)據(jù);從地圖視覺傳輸和認知目的的角度而言，地圖制圖則是力求對地理實體給出最佳的可視化效果。因此，地圖是規(guī)范的并且具有藝術(shù)性的可視產(chǎn)品［2］。

在基礎(chǔ)地理信息領(lǐng)域，DLG與地圖在一定程度上的統(tǒng)一引起各方面高度重視，如一體化生產(chǎn)、增量更新、相互協(xié)同使用等，并取得了進展［3］。但統(tǒng)一到何種程度，則沒有明確的結(jié)果。

從可視化角度看，圖示表達作為一種標準，得到各種技術(shù)的支持。但圖示表達具有一定的局限性，如難以表達復(fù)雜的地圖符號，忽略了復(fù)雜的地圖綜合處理等。地圖表達中，地圖符號與對應(yīng)的要素建立起關(guān)聯(lián)關(guān)系，可以認為地圖數(shù)據(jù)是DLG的可視化數(shù)據(jù)，即DLG具備了地圖表達的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，其作用達到了空間數(shù)據(jù)處理與地圖表達的統(tǒng)一。并且，地圖符號決定著地圖信息的傳輸效果，能克服圖示表達的不足［4－5］。

如果能將DLG與對應(yīng)的地圖數(shù)據(jù)集成為一個產(chǎn)品，在生產(chǎn)上有效降低成本，在更新上提高效率［6］，在使用上達到互補，在應(yīng)用環(huán)境下，發(fā)揮DLG、地圖最大的效益［7－8］，這正是本文提出“數(shù)字線劃地圖”產(chǎn)品的出發(fā)點。

一、數(shù)字線劃地圖

數(shù)字線劃地圖(digital line graphs and map，DLGM)，是地形圖要素的矢量數(shù)據(jù)集，并保存要素間的空間關(guān)系、要素相關(guān)的屬性信息、要素的地圖表達數(shù)據(jù)。要素的地圖表達數(shù)據(jù)的集合是地圖。

如果要素集用DMs表示，要素用DM表示，則產(chǎn)品的具體表述如下。

1.要素的數(shù)據(jù)集表達

數(shù)據(jù)集是由要素集合及其規(guī)則R構(gòu)成，其表達式為

數(shù)據(jù)集由多個要素構(gòu)成;R是要素之間的符號圖形的規(guī)則，該規(guī)則最基本的內(nèi)容是在構(gòu)成地圖時，規(guī)定要素符號的可視化優(yōu)先關(guān)系。規(guī)則越簡單，DLGM符號部分的使用也就越方便。

2.要素表達

DLGM的要素可以表達為

其中，G(geometry)為要素的幾何;A(attribute)為要素的屬性;S(symbol)為要素的符號，它是由符號圖形及可視化規(guī)則參數(shù)及其他描述信息構(gòu)成。具體內(nèi)容有:

1)基于圖形核心系統(tǒng)(GKS)標準的符號圖形。GKS標準規(guī)定了圖形的基本圖元(如折線、文字、填充區(qū)域、圖像陣列等)與擴展圖元(如圓、樣條曲線等)、圖形的屬性(色彩、線條粗細及其他外表)，規(guī)定了坐標系統(tǒng)與變換。符號圖形總能按圖元進行完整描述，使符號圖形在基本的輸入輸出設(shè)備上能實現(xiàn)正確的可視化［9］。

2)符號的說明信息。如符號的命名、編碼、要素類、層名、生產(chǎn)者等。

3)符號的可視化優(yōu)先級。即符號圖形在地圖可視化中的表現(xiàn)次序。

4)符號的輔助等價描述。地圖符號描述不具有唯一性，按照用途可給出多種表達方式，以適應(yīng)DLGM使用者的不同可視化要求。典型的如文字可按圖元的文字表達，也可以把文字圖形轉(zhuǎn)換為多邊形表達。線狀符號用圖元表達，也可以給出線型，這樣，表達的符號既能滿足一般需求，也能定制專門需求。

3.符號圖形的PostScript描述

PostScript(PS)是一種頁面圖形圖像及文本的描述語言，其豐富的圖形描述能力，以及對頁面描述的設(shè)備無關(guān)性，使PS語言成為國際標準化組織推薦描述圖形正文標準的一個主要參考語言。主要的圖形圖像系統(tǒng)(如地圖出版系統(tǒng))大都支持PS。

PS語言描述圖形符合GKS標準。地圖符號圖形、圖形屬性、地圖的其他非可視化信息可有效地用PS語言描述。這里用PS語言的正文描述符號圖形及其他視覺變量，用PS注解描述符號的其他信息。

二、DLGM的性質(zhì)與特征

DLGM在生產(chǎn)、管理和使用上具有以下特征。

1.要素幾何與符號的關(guān)聯(lián)性

從DLGM的要素表達可見，幾何與符號是要素構(gòu)成部分，在要素級上是關(guān)聯(lián)的。在生產(chǎn)中，可利用幾何、屬性按規(guī)則符號化，生成地圖符號;在使用上，要素的幾何、屬性和符號圖形可互操縱，如地圖數(shù)據(jù)可利用DLG數(shù)據(jù)進行查詢分析與更新;用符號圖形作為可視化數(shù)據(jù)，為產(chǎn)品使用中的交互活動提供地圖數(shù)據(jù)支持。

2.要素幾何與符號的獨立性

從DLGM要素表達可見，符號與幾何互不從屬。在生產(chǎn)DLGM時，允許地圖綜合處理而不影響幾何形狀;符號圖形可任意編輯，以得到高質(zhì)量的地圖表達;產(chǎn)品不需要其他輔助數(shù)據(jù)，如符號庫等支持;產(chǎn)品結(jié)構(gòu)簡捷。

3.數(shù)據(jù)庫的支持

對象關(guān)系數(shù)據(jù)庫是目前管理非規(guī)格化數(shù)據(jù)的常用形式，DLG大多以該類數(shù)據(jù)庫模式進行管理。DLGM也可以按這一模式管理，這樣管理的DLGM數(shù)據(jù)即為傳統(tǒng)意義上的地理信息庫，也即地圖數(shù)據(jù)庫。

在數(shù)據(jù)庫支持下的DLGM，可以方便地實現(xiàn)幾何、屬性及符號圖形數(shù)據(jù)的互查詢，借助SQL或擴展的空間查詢語言提取要素的符號圖形，以達到電子地圖的使用效果。

4.符號描述的獨立性、公開性和可擴展性

產(chǎn)品的符號描述具有與要素的幾何無關(guān)性，不需要符號庫或模板支持，因此，其地圖產(chǎn)品不需要可視環(huán)境的其他額外支持，保證了符號圖形數(shù)據(jù)在制作后的可視化不變性。

符號圖形描述在圖元級上的公開格式，與建模環(huán)境、應(yīng)用環(huán)境、更新環(huán)境無硬性關(guān)聯(lián)，便于建立模型、應(yīng)用數(shù)據(jù)、更新數(shù)據(jù)。

PS語言是公開的圖形描述語言，符號說明部分還可以擴充，添加其他有關(guān)生產(chǎn)、更新信息，如版本、時間等。

5.提供標準地圖與用戶地圖

DLGM的符號信息能夠形成標準的地圖，如果選取特定內(nèi)容，則能構(gòu)成滿足特殊用戶需要的用戶地圖。

三、DLGM的管理與應(yīng)用

DLGM可采用不同的方式進行管理。在目前流行技術(shù)環(huán)境下，一般采用對象關(guān)系數(shù)據(jù)庫管理形式，在不改變DLG數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)的情況下，符號圖形部分可在對象關(guān)系數(shù)據(jù)庫添加一個字段來管理。采用流式數(shù)據(jù)保存符號圖形的PS描述。

圖1是一個DLGM層的數(shù)據(jù)庫列表，其中SYMBOL字段為要素的符號描述信息。

圖1 符號數(shù)據(jù)的管理

DLGM產(chǎn)品在國家、城市和海洋基礎(chǔ)地理信息領(lǐng)域得到了生產(chǎn)與應(yīng)用，生產(chǎn)應(yīng)用情況說明如下:

1)從數(shù)據(jù)庫SYMBOL字段提取符號圖形，輸出地圖的EPS(用PostScript語言描述的一種圖形文件格式)制版數(shù)據(jù)。在不作額外處理的情況下，地圖輸出質(zhì)量合乎出版印刷要求。

2)在ArcGIS環(huán)境下，能方便地瀏覽地圖圖形。利用GIS的查詢及可視環(huán)境，以多種方式表現(xiàn)感興趣的地圖內(nèi)容，作為電子地圖使用。

3)符號圖形可轉(zhuǎn)換到其他格式，以適應(yīng)不同的可視環(huán)境。如轉(zhuǎn)換到SVG、XML等可在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下瀏覽的電子地圖格式，可以為公共服務(wù)平臺提供高質(zhì)量的地圖可視化數(shù)據(jù);轉(zhuǎn)換為DWG圖形格式，以適應(yīng)工程用圖的要求。

4)實現(xiàn)了數(shù)據(jù)同步增量更新。對數(shù)據(jù)庫管理的要素實現(xiàn)DLG與地圖要素的同步增、刪及處理，也可對要素的符號圖形進行局部修改處理。作業(yè)流程簡單，作業(yè)效率高，數(shù)據(jù)的一致性能得到有效保障。

四、結(jié)束語

經(jīng)過多年系列比例尺DLGM產(chǎn)品的生產(chǎn)，證明該產(chǎn)品是完全可行的，質(zhì)量符合DLG和地圖這兩種產(chǎn)品的質(zhì)量要求。對DLGM產(chǎn)品的應(yīng)用也表明該產(chǎn)品用途廣泛，優(yōu)勢顯著。

DLGM產(chǎn)品使得DLG與地圖數(shù)據(jù)的生產(chǎn)、管理、更新、應(yīng)用模式產(chǎn)生顯著變化;與傳統(tǒng)產(chǎn)品比較，其生產(chǎn)效率能得到有效提升，工藝流程得到簡化，DLG與地圖數(shù)據(jù)的一致性得到有效保證;DLGM在地圖表達、關(guān)聯(lián)性、開放性、安全性、數(shù)據(jù)庫管理等方面優(yōu)勢明顯;產(chǎn)品使DLG與地圖的同步更新、增量更新切實可行。

DLGM在國家空間數(shù)據(jù)基礎(chǔ)設(shè)施中具備替代DLG與地圖的性能，在可視環(huán)境下能發(fā)揮更大的效用，產(chǎn)品便于地理信息各類技術(shù)體系生產(chǎn)、管理及應(yīng)用。但是，DLGM的系列標準等問題還需要作進一步的研究，其廣泛的應(yīng)用價值有待更進一步的拓展。

［1］ United States Geological Survey.Standard for Digital Line Graphs［S］.［S.l.］: United States Geological Survey，1988.

［2］ 高俊.數(shù)字地圖，21世紀測繪業(yè)的支柱［J］.測繪通報，1999(10):2－6.

［3］ 陳軍，王東華，商瑤玲，等.國家1∶50 000數(shù)據(jù)庫更新工程總體設(shè)計與技術(shù)創(chuàng)新［J］.測繪學(xué)報，2010，39(1):7－10.

［4］ 李霖，許銘，尹章才，等.基于地圖的地理信息可視化現(xiàn)狀與發(fā)展［J］.測繪工程，2006(5):24－27.

［5］ HARDY P，KRESSMANN T.Cartography，Database and GIS:Not Enemies，but Allies!［C］∥22nd ICA Conference Proceedings.A Coru?a:［s.n.］，2005.

［6］ COOPER A K，PELED A.Incremental Updating and Versioning［C］∥The 20th International Cartographic Conference.Beijing:［s.n.］，2001.

［7］ DETTOR I G，PUPPO E.Designing a Library to Support Model Oriented Generalization［C］∥Proceedings 5th ACM Workshop on Advances in Geographic Information System.Washington D C:［s.n.］，1998.

［8］ 齊清文，池天河，陳華斌，等.地學(xué)信息產(chǎn)品的理論與技術(shù)研究［J］.地理學(xué)報，2002(S0):28－31.

［9］ 電子工業(yè)部.GB/T 9544—88信息處理系統(tǒng)計算機處理圖形圖形核心系統(tǒng)(GKS)的功能描述［S］.北京:［s.n.］，1988.

An Introduction to National Fundamental Geographic Information Digital Product——Digital Line Graphs and Map

WU Wenzhong，GUO Xincheng

0494－0911(2011)12－0061－03

P208

B

2011－08－12

武文忠(1963—)，男，山西河津人，高級工程師，主要從事測繪地理信息方面的管理與研究工作。