分析數(shù)字測圖與GIS數(shù)據(jù)之間的關(guān)系

　　張昊然

　　(遼寧省攝影測量與遙感院遼寧沈陽110034)

　　摘要：數(shù)字測圖日益成為GIS數(shù)據(jù)的重要來源，但是由于受到傳統(tǒng)測圖要求的影響，使得數(shù)字測圖不能很好地滿足GIS的要求。通過分析數(shù)字測圖與GIS數(shù)據(jù)在各個方面的差異，提出GIS數(shù)據(jù)擴展模型的概念，為圖庫一體化數(shù)字測圖軟件的實現(xiàn)奠定了基礎(chǔ)。

　　關(guān)鍵詞：數(shù)字測圖GIS數(shù)據(jù)擴展拓撲

　　一、前言

　　雖然航測、遙感等技術(shù)的發(fā)展為空間數(shù)據(jù)的獲取帶來了革命性的變化，但是在空間數(shù)據(jù)采集、動態(tài)更新，特別是在城市建設(shè)所需的大比例尺空間數(shù)據(jù)獲取方面，野外實地測量的地位還是不可動搖的。為此，近幾年的數(shù)字測圖技術(shù)、測圖軟件等發(fā)展比較迅速。同時，隨著GIS的發(fā)展，數(shù)字測圖日益成為GIS重要的數(shù)據(jù)來源，許多數(shù)字測圖的后期工程都要求建立GIS數(shù)據(jù)庫。

　　由于目前的測圖方法和繪圖軟件主要還是面向傳統(tǒng)圖形應(yīng)用，數(shù)字測圖成果與GIS數(shù)據(jù)要求還存在一定的差距。數(shù)字測圖系統(tǒng)所提供的電子數(shù)據(jù)與GIS數(shù)據(jù)之間的無縫接軌是當(dāng)前亟須解決的難點問題之一。一方面我們擁有大量的線劃數(shù)據(jù)(如DXF格式數(shù)據(jù))，另一方面許多GIS系統(tǒng)數(shù)據(jù)匾乏。為此，本文詳細分析了數(shù)字測圖與GIS數(shù)據(jù)之間的關(guān)系。

　　二、數(shù)字測圖存在的問題

　　數(shù)字制圖是研究地球表面信息獲取、處理、傳輸、存儲及其表達的技術(shù)，最終得到數(shù)字式和非數(shù)字式的地圖產(chǎn)品。其主要應(yīng)用在紙質(zhì)地圖生產(chǎn)和屏幕地圖制圖中，強調(diào)空間地理信息的傳輸和表達。由于受傳統(tǒng)測圖要求的影響，數(shù)字測圖面臨以下幾點問題。

　　1.測站式測圖方式

　　目前，大比例尺地形測繪一般采用全站儀以測站方式進行，這不僅大大減輕了測繪人員的勞動強度，而且大大提高了測量精度。但是該作業(yè)方式使得數(shù)據(jù)獲取是圍繞測站的可見區(qū)域進行，內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理與圖形繪制難免帶有測站的影子。例如規(guī)則的四邊形建筑物只需測出3個點，第4點可根據(jù)其幾何特征在微機上完成。所以說，外業(yè)測繪就難以構(gòu)建完整的地理要素。

　　2.數(shù)字測圖繪制的指導(dǎo)思想

　　測繪人員以外業(yè)采集的數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，根據(jù)地形圖圖示、地理要素分類與代碼和數(shù)據(jù)字典進行機助地形圖繪制。這就造成了地形圖的繪制模式是一種基于可視化的拼湊模式，這會使得許多要素?zé)o要素代碼，造成分層混亂。

　　3.屬性數(shù)據(jù)采集

　　屬性數(shù)據(jù)是非空間數(shù)據(jù)，主要表示空間實體的定性(如名稱、類型、特性)和定量(數(shù)據(jù)和等級)特征在一般的數(shù)字測圖軟件中，屬性數(shù)據(jù)是通過注記或圖形的顏色、線型、大小等方式來表達的，這些內(nèi)容一般直接通過圖形可視化即可表達出來，不需要屬性數(shù)據(jù)庫的支持(部分軟件本身就沒有屬性庫)。

　　長期以來，人們已經(jīng)建立起了采集屬性數(shù)據(jù)的習(xí)慣，即按照《圖式》要求進行。但從建立地理信息系統(tǒng)的角度看，這些屬性數(shù)據(jù)遠遠不能滿足建立各種統(tǒng)計、分析模式的需要。在沒有空間數(shù)據(jù)庫支持的情況下，即使采集了屬性數(shù)據(jù)，也不能很好地與實體的ID建立有效的關(guān)聯(lián)。

　　三、測圖軟件與GIS軟件的沖突

　　數(shù)字測圖的理論和應(yīng)用已經(jīng)比較成熟，大多數(shù)的測繪軟件基本完全實現(xiàn)了地圖圖式上的繪圖要求，能滿足數(shù)字成圖的需要例如清華山維、廣州開思、南方CASS等。由于是針對地圖制圖，這些軟件一般都提供了數(shù)字化儀采集、掃描矢量化、多種數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換、地圖投影變換、坐標(biāo)變換、幾何糾正、地圖編輯，地圖整飾、專題圖制作和輸出EPS等功能。此類軟件操作性比較強，編輯功能強大，具有很好的地形圖可視化的表達效果，但是忽視了空間數(shù)據(jù)的生成和利用，沒有考慮到數(shù)字地形圖的進一步利用和向GIS的轉(zhuǎn)換。

　　目前在測繪行業(yè)中產(chǎn)生較大影響的國外GIS軟件有Arc/Info和MapInfo等，國產(chǎn)GIS軟件有MapGIS，SuperMap和GeoStar等，由于GIS類軟件具有強大的地理屬性管理的能力，因而它們主要應(yīng)用在空間數(shù)據(jù)獲取和管理上。GIS類軟件的中心目的不是地圖生產(chǎn)，而是空間數(shù)據(jù)的分析應(yīng)用地圖制圖只是作為它輸出部分的一種形式(GIS輸出形式包括：屏幕顯示、地圖輸出、打印輸出、基于Intenet的地圖輸出等)。因此GIS中的地圖制圖功能要求較低，不需要達到地圖正式出版的要求。由于測圖軟件與GIS軟件的側(cè)重點和目的不同，也就造成了這兩類軟件難以避免的沖突：

　　1.數(shù)據(jù)格式障礙。由于測圖軟件不具備GIS軟件強大的分析功能，所以當(dāng)對測圖數(shù)據(jù)進行空間分析時，就需要數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，但是轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)質(zhì)量難以保證。

　　2.缺少拓撲信息。測圖軟件缺少生產(chǎn)拓撲信息的功能，做圖時難免產(chǎn)生一些人為錯誤，如線段重復(fù)、多邊形不閉合、多節(jié)點等問題。

　　3.數(shù)據(jù)供給現(xiàn)狀。測圖軟件符號化強，為了達到較好的可視化效果，作業(yè)人員定義了許多圖塊、線型、字體、填充圖案，這些數(shù)據(jù)格式在GIS環(huán)境下很難正確表達。當(dāng)真正利用制圖數(shù)據(jù)去建立空間數(shù)據(jù)庫的時候，就必須刪去制圖要素、修復(fù)結(jié)構(gòu)化問題(懸掛、裂縫、互粘等)以及凈化規(guī)范數(shù)據(jù)(清除圖塊、冗余和垃圾，按國標(biāo)分層、賦碼等)，然后才能進行結(jié)構(gòu)化實施，進入GIS系統(tǒng)，建立空間數(shù)據(jù)庫。但僅就第一步數(shù)據(jù)整理而言，就十分麻煩和枯燥，甚至是無從下手。

　　四、測圖數(shù)據(jù)與GIS數(shù)據(jù)的比較

　　測圖數(shù)據(jù)和GIS空間數(shù)據(jù)相比較，既有相同的地方，也有不同的地方：二者作為現(xiàn)實世界的反映，均以現(xiàn)實中的地物地貌抽象出來的幾何特征為基礎(chǔ)，所以具有共同的幾何形態(tài)。測圖數(shù)據(jù)主要用于地圖制圖表達及地圖出版，以信息傳輸為核心，側(cè)重圖形數(shù)據(jù)的表達，以地圖作為最終輸出的產(chǎn)品，要求達到被人理解的程度;空間數(shù)據(jù)主要應(yīng)用于地理空間分析，以信息處理為核心，側(cè)重屬性數(shù)據(jù)的表達，以分析查詢結(jié)果數(shù)據(jù)作為最后的輸出形式，要求達到能夠被計算機分析的程度。由于側(cè)重點不同，二者在某些方面也表現(xiàn)出了差異。

　　1.形式與內(nèi)容差異

　　測圖數(shù)據(jù)符號化強、屬性簡單;GIS數(shù)據(jù)圖形簡單、屬性完善，有拓撲;在GIS數(shù)據(jù)中無符號、線型、填充區(qū)域的概念，只有編碼和屬性。

　　2.對象完整性差異

　　測圖數(shù)據(jù)強調(diào)圖形協(xié)調(diào)性，很多時候為了突出圖形的效果而破壞了數(shù)據(jù)的完整性，而GIS數(shù)據(jù)強調(diào)要素的完整性。

　　3.拓撲關(guān)系的表達差異

　　地形圖將拓撲關(guān)系寓于圖形之中，需要人的知識來解譯、判識;而GIS數(shù)據(jù)中拓撲關(guān)系是生成的，拓撲關(guān)系即為數(shù)據(jù)。

　　通過對測圖數(shù)據(jù)與GIS數(shù)據(jù)的比較可以看出，測圖數(shù)據(jù)是空間信息、拓撲關(guān)系、屬性信息在平面上的一種最大化集成，由于圖紙的信息承載能力有限，所以這種集成也是有局限的，這種集成信息的應(yīng)用需要閱圖經(jīng)驗來分解，它難以勝任GIS分析。測圖數(shù)據(jù)與GIS數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)密切，但它不是GIS數(shù)據(jù)的替代品，所以說目前的制圖生產(chǎn)方式，勢必影響到空間信息的深層次應(yīng)用。

　　五、測圖數(shù)據(jù)與GIS數(shù)據(jù)一體化生產(chǎn)

　　回顧我國數(shù)字制圖發(fā)展近十年的歷史，我們可以看到，地圖工作者緊緊圍繞兩項基本任務(wù)開展工作：一方面采用數(shù)字制圖方法，在對地圖內(nèi)容編輯修改之后輸出感光膠片來生產(chǎn)紙質(zhì)地圖;另一方面，也通過對地圖內(nèi)容采集獲取空間數(shù)據(jù)，得到數(shù)字地圖。兩者之間雖然關(guān)系緊密，其研究對象都是地理空間信息的獲取和表達，但其間的差異也十分明顯，所以這兩項工作是單獨進行的。

　　由于GIS數(shù)據(jù)的獲取常采用數(shù)字化已有紙質(zhì)地圖的方法，因此所獲取的GIS數(shù)據(jù)現(xiàn)勢性較差。用這些數(shù)據(jù)進行地圖生產(chǎn)必須對地圖內(nèi)容進行編輯修改，要利用有關(guān)資料對地圖內(nèi)容進行更新以得到現(xiàn)勢性較好的地圖產(chǎn)品。在地圖制圖與GIS數(shù)據(jù)生產(chǎn)一體化技術(shù)沒有應(yīng)用以前，更新后的地圖圖形數(shù)據(jù)不能更新GIS數(shù)據(jù)，這樣就存在原有GIS數(shù)據(jù)和現(xiàn)有地圖產(chǎn)品現(xiàn)勢性不一致的矛盾。對于一些涉及全局范圍的地圖生產(chǎn)作業(yè)任務(wù)來講，是不能容忍這種新的紙質(zhì)地圖與陳舊的GIS數(shù)據(jù)“兩層皮”的局面存在的。要想得到內(nèi)容相一致的兩項成果(紙質(zhì)地圖和GIS數(shù)據(jù))，現(xiàn)有的技術(shù)只能是分兩步走，先做完一項再去做另一項，有兩種流程：

　　1.如果先生產(chǎn)了紙質(zhì)地圖(地圖數(shù)據(jù)不是GIS數(shù)據(jù))，然后在此基礎(chǔ)上要得到GIS數(shù)據(jù)，則必須進行地圖內(nèi)容賦予屬性、連接地名指針、面狀要素放置面域點，以及建立拓撲關(guān)系等工作。

　　2.如果先生產(chǎn)了GIS數(shù)據(jù)，再要生產(chǎn)紙質(zhì)地圖，則需要把GIS數(shù)據(jù)符號化后重新編輯修改，工作量很大。

　　不管上述哪種流程，對作業(yè)單位來說工作量和難度都很大，給實際應(yīng)用帶來了極大不便。只好放棄其中的一項，所以在生產(chǎn)實際中經(jīng)常出現(xiàn)有圖沒數(shù)據(jù)或有數(shù)據(jù)沒圖的情況;但是現(xiàn)在越來越多的數(shù)字化生產(chǎn)作業(yè)，尤其是在系列比例尺地形圖的生產(chǎn)中，迫切希望在一個生產(chǎn)流程中同時得到兩種成果，把地圖制圖與GIS數(shù)據(jù)生產(chǎn)結(jié)合起來，既有紙質(zhì)地圖成果又有GIS數(shù)據(jù)成果，實現(xiàn)了兩者的一體化生產(chǎn)，這是數(shù)字制圖發(fā)展到現(xiàn)階段所反映出的客觀規(guī)律和必然要求。

　　六、結(jié)束語

　　地圖制圖與GIS數(shù)據(jù)生產(chǎn)是測繪工作者現(xiàn)在和將來從事的兩項最主要的任務(wù)，這兩項工作都需要投入大量的人力和物力，但是以目前的條件，很難同時完成兩項工作，即使依次實施，由于在實施時間上的差異，最終的紙質(zhì)地圖和GIS數(shù)據(jù)會出現(xiàn)許多的不一致。本文通過比較測圖數(shù)據(jù)與GIS數(shù)據(jù)，分析兩者之間的差異和相似，提出圖庫一體化生產(chǎn)的模式。此模式必將大大節(jié)省生產(chǎn)成本，提高工作效率。

　　參考文獻：

　　1.邊馥苓GIS地理信息系統(tǒng)的原理和方法1996

　　2.樊紅ARC/INFO地理信息系統(tǒng)1996

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