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空間數(shù)據(jù)組織與建庫研究
——以豐縣某地區(qū)為例

2024-01-19 13:00:06王玉婷
河南科技 2023年23期
關(guān)鍵詞:豐縣符號化要素

王玉婷

(南通創(chuàng)佳測繪咨詢有限公司,江蘇 南通 226001)

0 引言

自20 世紀(jì)70 年代以來,我國現(xiàn)代測繪科學(xué)技術(shù)由傳統(tǒng)測繪模式逐漸向數(shù)字化測繪模式發(fā)展。數(shù)字化測繪模式在理論水平、精準(zhǔn)程度、應(yīng)用范圍、工作效率方面取得了較大的進(jìn)展,同時(shí)促進(jìn)了其他行業(yè)的發(fā)展[1]。由于計(jì)算機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)的快速發(fā)展,GIS正在向多樣化和分布式處理的方向邁進(jìn),并逐步進(jìn)入開發(fā)、分析、評價(jià)、預(yù)測、決策及提高智能化功能的發(fā)展階段[2]。GIS、GPS、RS 三系統(tǒng)的集成及滿足實(shí)時(shí)、準(zhǔn)實(shí)時(shí)要求的空間信息處理技術(shù)的廣泛應(yīng)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(chǎn)的質(zhì)量和效率[3]。

空間數(shù)據(jù)是GIS 的核心內(nèi)容,建立空間數(shù)據(jù)庫是GIS 建設(shè)中最重要、最基礎(chǔ)的工作[4]。Geodatabase 是一種以緊密耦合特性和行為為基礎(chǔ)的新型空間地理數(shù)據(jù)模型,能夠在一個公共模型框架下對GIS通常處理和表達(dá)的地理空間要素進(jìn)行統(tǒng)一的描述??臻g數(shù)據(jù)庫是隨著地理信息系統(tǒng)的開發(fā)和應(yīng)用而發(fā)展起來的數(shù)據(jù)庫新技術(shù),是地理信息系統(tǒng)的重要組成部分,是其他應(yīng)用部分的前提和基礎(chǔ)[5]。

本研究以豐縣1:4 500 航空影像為基礎(chǔ),基于VirtuoZo 軟件,通過對豐縣某地區(qū)的航空影像圖和地形圖進(jìn)行內(nèi)容選取、分類、地圖要素符號化、快速制圖和專題數(shù)據(jù)管理,利用IGS數(shù)字化測圖模塊繪制1:1 000線劃圖,并根據(jù)豐縣基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)特點(diǎn),確定要素?cái)?shù)據(jù)集、要素類、關(guān)系類、子類型、幾何網(wǎng)絡(luò)、拓?fù)潢P(guān)系等數(shù)據(jù)庫組成要素,并通過對應(yīng)的表示方法表達(dá)。對數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)的預(yù)處理并進(jìn)行分類轉(zhuǎn)換,完成不同類型數(shù)據(jù)庫構(gòu)成要素的分類導(dǎo)入構(gòu)建,實(shí)現(xiàn)了豐縣某地區(qū)不同類型數(shù)據(jù)的有效處理與管理。

1 基于攝影測量的地理數(shù)據(jù)庫研究

攝影測量學(xué)是一門通過記錄、測量及解譯非接觸式傳感器系統(tǒng)得到的影像及其數(shù)字表達(dá),來獲得自然物體及其環(huán)境的可靠信息的科學(xué)和技術(shù)[6]。主要內(nèi)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(dá)影像信息及影像信息在各種領(lǐng)域中的應(yīng)用等。攝影測量學(xué)的發(fā)展經(jīng)歷了模擬攝影測量和解析攝影測量階段,已經(jīng)進(jìn)入了數(shù)字?jǐn)z影測量階段[7]。將數(shù)字?jǐn)z影測量系統(tǒng)與地理信息系統(tǒng)相結(jié)合,促進(jìn)了測繪生產(chǎn)過程的數(shù)字化和自動化,擺脫了冗雜的野外控制測量工作[8]。

2 數(shù)據(jù)采集與建庫準(zhǔn)備

基于VirtuoZo 軟件,利用IGS 數(shù)字化測圖模塊成圖,并轉(zhuǎn)出至CAD 數(shù)據(jù)格式。將CAD 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)出至ArcMap 地理數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)格式,對豐縣某地區(qū)數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理。IGS 即交互式數(shù)字影像測圖系統(tǒng),是一種用計(jì)算機(jī)替代解析測圖儀、用數(shù)字影像替代模擬像片、用數(shù)字光標(biāo)替代光學(xué)光標(biāo),在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行數(shù)字化測圖的作業(yè)方法。在正射影像上進(jìn)行地物數(shù)據(jù)采集和編輯,從而生成數(shù)字測圖文件。本研究以豐縣1:4 500 航空影像為基礎(chǔ),基于VirtuoZo軟件,利用IGS 數(shù)字化測圖模塊繪制1:1 000 線劃圖。該數(shù)據(jù)為豐縣某地區(qū)1:1 000 的CAD(*.dwg),如圖1 所示。參考比例設(shè)置為1:1 000,空間參考坐標(biāo)系為WGS-84。

圖1 豐縣某地區(qū)CAD

3 地理數(shù)據(jù)庫的設(shè)計(jì)

3.1 數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)的一般要求和原則

數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)的實(shí)質(zhì)是將地理空間實(shí)體以一定的組織方式在數(shù)據(jù)庫中加以表達(dá)的過程,也就是GIS地理實(shí)體建立數(shù)據(jù)模型的過程。數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)要在需求分析階段分析用戶的需求,進(jìn)行詳細(xì)的調(diào)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(shù)據(jù)庫建模

入庫數(shù)據(jù)為矢量數(shù)據(jù)。矢量數(shù)據(jù)包括部分基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)(房屋、植被、水系、道路等)。根據(jù)豐縣某地區(qū)的各類數(shù)據(jù)和Geodatabase 空間數(shù)據(jù)模型原理來進(jìn)行數(shù)據(jù)庫建模。

3.3 系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫的設(shè)計(jì)

3.3.1 要素集設(shè)計(jì)。要素?cái)?shù)據(jù)集是要素的集合,主要用于存儲數(shù)據(jù),包含要素集定義的約束和關(guān)系。該測區(qū)Geodatabase 數(shù)據(jù)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(shè)計(jì)。要素類主要存儲矢量數(shù)據(jù),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(diǎn)狀、線狀或面狀,且具有相同的屬性類型。根據(jù)要素類的設(shè)計(jì)原則,對測區(qū)要素?cái)?shù)據(jù)集進(jìn)行分類。

3.3.3 子類型設(shè)計(jì)。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(shù)據(jù)進(jìn)行分類。子類型通過創(chuàng)建編碼值來實(shí)現(xiàn),每個整數(shù)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?qū)ψ宇愋瓦M(jìn)行管理,可以定義子類型字段,添加新子類型、移除或修改現(xiàn)有子類型。

3.3.4 屬性域設(shè)計(jì)。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(shù)據(jù)的完整性。屬性域設(shè)計(jì)見表1。

表1 屬性域設(shè)計(jì)

3.3.5 關(guān)系類設(shè)計(jì)。ArcGIS 中的地理對象之間存在各種各樣的關(guān)系,在地理數(shù)據(jù)庫中,事物之間的聯(lián)系使用關(guān)系類來表現(xiàn)。使用關(guān)系類有助于增強(qiáng)相關(guān)對象之間的引用完整性。建立關(guān)系類便可在修改對象時(shí)自動地更新其相關(guān)對象,可以減少額外的編輯操作。

在創(chuàng)建關(guān)系類時(shí),需要指定是簡單關(guān)系類還是復(fù)合關(guān)系類。簡單關(guān)系可擁有一對一、一對多或多對多基數(shù)。復(fù)合關(guān)系在創(chuàng)建時(shí)始終為一對多的關(guān)系,但使用關(guān)系規(guī)則可以將其限制為一對一的關(guān)系。在測區(qū)要素集中可設(shè)計(jì)4 組關(guān)系類,均為簡單關(guān)系類的一對一基數(shù)。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(guān)系類型設(shè)計(jì)如圖2所示。

圖2 關(guān)系類型設(shè)計(jì)

4 地理數(shù)據(jù)庫的建立

利用ArcCatalog,設(shè)置空間參考坐標(biāo)系,依據(jù)設(shè)計(jì)方案完成對要素?cái)?shù)據(jù)集、要素類、關(guān)系類、子類型、屬性域等數(shù)據(jù)庫組成要素的導(dǎo)入構(gòu)建。創(chuàng)建拓?fù)潢P(guān)系,在地理數(shù)據(jù)庫中驗(yàn)證和更好地表示要素。為使數(shù)據(jù)庫更形象化,需要對地理要素進(jìn)行符號化,完成對豐縣某地區(qū)數(shù)據(jù)庫的構(gòu)建。

4.1 空間參考坐標(biāo)系的選擇

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

4.2 地理數(shù)據(jù)庫的建立

①要素集創(chuàng)建。利用ArcCatalog在地理數(shù)據(jù)庫中,選擇新建要素集。②要素類創(chuàng)建。新建要素類(New Feature Class)。選擇對象所對應(yīng)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(chuàng)建。在ArcCatalog中創(chuàng)建要素類時(shí),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(shù)據(jù)量。創(chuàng)建要素類時(shí)會自動創(chuàng)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(shù)據(jù)。右擊各要素集,加載由ArcGIS 根據(jù)不同數(shù)據(jù)類型提取的地理數(shù)據(jù)。④子類型創(chuàng)建。利用ArcCatalog添加子類型并為每個子類型的字段設(shè)置默認(rèn)值和屬性域。⑤屬性域創(chuàng)建。創(chuàng)建新屬性域時(shí),如果屬性域正被某個要素類使用,則無法對其進(jìn)行刪除但可對其修改。⑥關(guān)系類創(chuàng)建。通過ArcCatalog 或“目錄”窗口中的工具可以在地理數(shù)據(jù)庫中創(chuàng)建簡單、復(fù)合和屬性關(guān)系類。ArcGIS 的關(guān)系類都是存儲在Geodatabase 中,該關(guān)系類的名稱為房屋To 房屋注記,源設(shè)置為房屋,目的設(shè)置為房屋注記。關(guān)系基數(shù)設(shè)置完后,便可以進(jìn)行關(guān)系類的創(chuàng)建。

4.3 數(shù)據(jù)庫拓?fù)湟?guī)則的添加

4.3.1 拓?fù)湟?guī)則設(shè)計(jì)。拓?fù)涫屈c(diǎn)、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(biāo)位置、邊界或節(jié)點(diǎn)的要素,地理數(shù)據(jù)庫拓?fù)淇梢愿玫毓芾淼乩頂?shù)據(jù)。拓?fù)涞氖褂锰峁┝艘环N對數(shù)據(jù)執(zhí)行完整性檢查的機(jī)制,可以在地理數(shù)據(jù)庫中驗(yàn)證和更好地表示要素,還可以使用拓?fù)錇橐刂g的多種空間關(guān)系建模。

Geodatabase 中拓?fù)涞膬?yōu)點(diǎn)在于有更好的數(shù)據(jù)管理、更高的靈活性、更多的數(shù)據(jù)建模機(jī)會和更多的地圖圖層。根據(jù)豐縣某地區(qū)各要素的數(shù)據(jù)類型及特點(diǎn),為各數(shù)據(jù)設(shè)置的拓?fù)湟?guī)則見表2。

表2 豐縣某地區(qū)數(shù)據(jù)的拓?fù)湟?guī)則

4.3.2 拓?fù)潢P(guān)系創(chuàng)建。在ArcCatalog 中,新建拓?fù)洌∟ew Topology),得到創(chuàng)建幾何網(wǎng)絡(luò)的向?qū)?。?chuàng)建完拓?fù)浜?,要在?chuàng)建拓?fù)涞囊仡悓υ捒蛑羞x擇參與創(chuàng)建拓?fù)涞囊仡悾鶕?jù)表2 依次設(shè)置拓?fù)湟?guī)則。房屋面與房屋面的拓?fù)湟?guī)則為不能重疊(Must not overlay)。完成要素集、要素類、子類型、關(guān)系類、幾何網(wǎng)絡(luò)、拓?fù)涞葦?shù)據(jù)庫組成要素的分類導(dǎo)入構(gòu)建后,即可完成建庫。

4.4 地理要素的符號化

符號化是對點(diǎn)、線、面等數(shù)據(jù),在制圖工具中以不同的符號樣式進(jìn)行表達(dá),包含對要素的顏色、大小、形狀等屬性的設(shè)置。地圖生產(chǎn)流程中,要素符號化是至關(guān)重要的一環(huán),直接決定了地圖產(chǎn)品的美觀及整體風(fēng)格等。在對測區(qū)數(shù)據(jù)庫符號化后,增強(qiáng)了數(shù)據(jù)庫的美觀,使測區(qū)的要素更形象,同時(shí)方便后期電子地圖的制作。在ArcMap中加載數(shù)據(jù)層,對測區(qū)各要素進(jìn)行符號化,符號化成果如圖3所示。

圖3 符號化成果

5 結(jié)語

通過研究豐縣某地區(qū)空間數(shù)據(jù)庫的組織與建庫,結(jié)論如下:①CAD軟件具有強(qiáng)大的制圖功能,但描述圖形關(guān)系的能力偏弱,不能很好地對數(shù)據(jù)進(jìn)行空間分析。②Geodatabase 空間數(shù)據(jù)模型在數(shù)據(jù)存儲方面具有優(yōu)勢,節(jié)省了數(shù)據(jù)存儲的空間,通過提取不同類型的數(shù)據(jù)文件,可以以不同的方式展現(xiàn)出來。不僅能夠存儲需要表達(dá)的基本圖形,還能夠存儲了表達(dá)其空間關(guān)系的數(shù)據(jù),具有很強(qiáng)的空間分析功能。③在攝影測量學(xué)方面,利用航空影像為基礎(chǔ),在VirtuoZo 軟件上成圖并導(dǎo)出為CAD 圖形文件,結(jié)合ArcGIS 軟件,對豐縣某地區(qū)空間數(shù)據(jù)的組織與建庫,是對Geodatabase 空間數(shù)據(jù)模型的有益探索。

現(xiàn)代測繪已經(jīng)進(jìn)入了信息化測繪時(shí)代,測繪與各個行業(yè)有著密切的聯(lián)系。隨著數(shù)據(jù)庫建設(shè)的不斷發(fā)展和完善,Geodatabase 數(shù)據(jù)模型也應(yīng)不斷改善?;贕eodatabase模型的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與建庫,在今后的實(shí)踐活動中,還需更加精確、高效。要完善系統(tǒng)體制,充分發(fā)揮ArcGIS 軟件中各模塊的功能,使各系統(tǒng)軟件之間的運(yùn)行更加高效流暢。

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