自主產(chǎn)權(quán)地圖數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)搭建初探

劉濤，羅名海，吳熙，方鵬

(1.武漢市勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，湖北武漢 430022； 2.武漢大學(xué)，湖北 武漢 430079)

自主產(chǎn)權(quán)地圖數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)搭建初探

劉濤1，2?，羅名海1，吳熙1，方鵬1

(1.武漢市勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，湖北武漢 430022； 2.武漢大學(xué)，湖北 武漢 430079)

地圖數(shù)據(jù)庫(kù)作為管理地理信息的一個(gè)專(zhuān)業(yè)系統(tǒng)，可以將地圖信息的采集、存貯、檢索、分析處理與圖形輸出等系統(tǒng)化，以便通過(guò)多功能的查詢(xún)檢索為不同的應(yīng)用部門(mén)提供所需信息，通過(guò)多要素的綜合分析為管理機(jī)構(gòu)提供可靠的決策方案。本文研究了地圖數(shù)據(jù)庫(kù)的簡(jiǎn)單實(shí)現(xiàn)，在未借用任何第三方開(kāi)發(fā)平臺(tái)的情況下，實(shí)現(xiàn)了目標(biāo)索引、分類(lèi)索引和柵格索引的建立，實(shí)現(xiàn)了屏幕點(diǎn)擊標(biāo)示目標(biāo)、開(kāi)窗標(biāo)示目標(biāo)、分類(lèi)碼檢索等基本功能，對(duì)研制自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)GIS應(yīng)用系統(tǒng)具有一定的意義。

地圖數(shù)據(jù)庫(kù)；地理信息系統(tǒng)；仿射變換

1 引 言

計(jì)算機(jī)在地圖數(shù)據(jù)處理中的應(yīng)用，由簡(jiǎn)單的圖形數(shù)字化、自動(dòng)化制圖系統(tǒng)向綜合性的地理信息系統(tǒng)發(fā)展，從使用文件技術(shù)向使用數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)發(fā)展。計(jì)算機(jī)技術(shù)與數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)綜合應(yīng)用于地理數(shù)據(jù)處理，需要解決一系列復(fù)雜的問(wèn)題，地圖數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的研究與實(shí)現(xiàn)就是其中主要問(wèn)題之一。地圖數(shù)據(jù)庫(kù)，一方面可以看做是軟件系統(tǒng)——地圖數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)；另一方面也可以把它看做是地圖信息的載體——數(shù)字地圖。研究數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的目的就是要使數(shù)據(jù)存取系統(tǒng)化，而研究地圖數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的目的就是要把地圖信息的采集、存貯、檢索、分析處理與圖形輸出等系統(tǒng)化，以便通過(guò)多功能的查詢(xún)與檢索為不同的應(yīng)用部門(mén)提供所需信息，通過(guò)多要素的綜合分析為管理機(jī)構(gòu)提供可靠的決策依據(jù)。目前大多數(shù)GIS開(kāi)發(fā)廠(chǎng)商提供的二次開(kāi)發(fā)平臺(tái)，已經(jīng)較好地解決了地圖數(shù)據(jù)庫(kù)方面的一些問(wèn)題，能夠比較方便地搭建專(zhuān)業(yè)GIS應(yīng)用系統(tǒng)。但所要付出的代價(jià)是系統(tǒng)建設(shè)費(fèi)用昂貴，對(duì)于小型GIS應(yīng)用系統(tǒng)的建設(shè)成本太高，而且無(wú)法獲得自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，在應(yīng)用上受到一定限制。本文采用Visual C＋＋6.0作為開(kāi)發(fā)工具，采用自定義數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，完全自主開(kāi)發(fā)相關(guān)技術(shù)代碼，在地圖數(shù)據(jù)庫(kù)的一些關(guān)鍵技術(shù)上做了一些嘗試，對(duì)研制自主產(chǎn)權(quán)的小型GIS應(yīng)用系統(tǒng)具有一定的意義。

2 系統(tǒng)框架

本系統(tǒng)是地圖數(shù)據(jù)庫(kù)的一個(gè)簡(jiǎn)單的嘗試。它主要是將源數(shù)據(jù)建成地圖數(shù)據(jù)庫(kù)，完成各種檢索功能，并將地圖數(shù)據(jù)直觀(guān)地顯示出來(lái)。系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，一般需要先導(dǎo)入源數(shù)據(jù)，然后由源數(shù)據(jù)創(chuàng)建地圖數(shù)據(jù)庫(kù)，或者直接打開(kāi)數(shù)據(jù)庫(kù)。系統(tǒng)運(yùn)行界面結(jié)果如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)運(yùn)行實(shí)例圖

系統(tǒng)運(yùn)行窗口中，客戶(hù)區(qū)顯示地理信息，配有工具欄和屬性對(duì)話(huà)框。工具欄如圖2所示。

圖2 工具欄

通過(guò)工具欄，可以瀏覽地圖數(shù)據(jù)庫(kù)，創(chuàng)建地圖數(shù)據(jù)庫(kù)，選取地理對(duì)象。屬性對(duì)話(huà)框如圖3所示。

其中，屬性對(duì)話(huà)框?qū)@示被選取對(duì)象的ID、類(lèi)型(以數(shù)字表示)及名稱(chēng)。

圖4說(shuō)明了系統(tǒng)中各種數(shù)據(jù)文件之間的關(guān)系。系統(tǒng)導(dǎo)入源數(shù)據(jù)，創(chuàng)建地圖數(shù)據(jù)庫(kù)，同時(shí)，系統(tǒng)也可直接打開(kāi)地圖數(shù)據(jù)庫(kù)，從而完成各種數(shù)據(jù)庫(kù)操作。

圖3 屬性對(duì)話(huà)框

圖4 系統(tǒng)框架

3 地圖數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

地理空間中的地物在平面地圖上表現(xiàn)為點(diǎn)、線(xiàn)、面。所有的地理對(duì)象都和點(diǎn)相關(guān)，控制點(diǎn)、圖廓點(diǎn)、鐵路中轉(zhuǎn)站和碼頭就是一個(gè)地理點(diǎn)，鐵路、汽渡虛線(xiàn)、主要道路、河流、湖泊、居民地就是由一系列節(jié)點(diǎn)組成的路徑或圍成的區(qū)域。

(1)地理對(duì)象數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

所有的地理對(duì)象都由統(tǒng)一的對(duì)象數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)表示，它分為幾何信息和屬性信息兩種，定義如下:

(2)柵格索引數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

為了利用柵格索引，我們建立相應(yīng)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)如下:

(3)分類(lèi)索引數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

分類(lèi)索引所需相關(guān)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)如下:

點(diǎn)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)如下:

(4)數(shù)據(jù)文件組織結(jié)構(gòu)

數(shù)據(jù)入庫(kù)后，將產(chǎn)生四個(gè)自定義數(shù)據(jù)文件，它們分別為:.hea、.dat、.cid、.grd。這四個(gè)文件都含有一個(gè)文件頭，其中指明了文件類(lèi)別及所包含對(duì)象的數(shù)目。

.hea 存放沒(méi)個(gè)對(duì)象的相關(guān)信息，如類(lèi)別、ID、名稱(chēng)等。

.dat 存放組成對(duì)象的所有點(diǎn)坐標(biāo)信息。

.cid 存放類(lèi)型索引的相關(guān)信息。

.grd 存放柵格索引的相關(guān)信息。

對(duì)于.hea，首先是文件頭，然后是GeoObjectLib結(jié)構(gòu)的順序存貯(見(jiàn)地理對(duì)象數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu))，數(shù)據(jù)庫(kù)中其數(shù)據(jù)部分結(jié)構(gòu)如下:

?

對(duì)于.dat，同樣，首先是文件頭(見(jiàn)點(diǎn)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu))，然后是以順序存儲(chǔ)的點(diǎn)坐標(biāo)數(shù)據(jù)。

?

對(duì)于.cid，首先是文件頭，然后是信息頭和數(shù)據(jù)區(qū)。信息頭里有所有類(lèi)的信息(見(jiàn)分類(lèi)索引數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu))，而數(shù)據(jù)區(qū)則是順序的將每種類(lèi)型的對(duì)象的索引依次存貯。

信息頭如下:

?

接著是數(shù)據(jù)區(qū):

1 a11，a12，a13…a1n2 a21，a22，a23…a2n…………n an1，an2，an3…ann

.grd文件和.cid相似，首先是文件頭，然后是信息頭(見(jiàn)分類(lèi)索引數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu))和數(shù)據(jù)區(qū)。信息頭里有所有格網(wǎng)信息，而數(shù)據(jù)區(qū)則是順序的將每個(gè)格網(wǎng)中的對(duì)象的索引依次存貯。

信息頭如下:

?

接著是數(shù)據(jù)區(qū):

1 a11，a12，a13…a1n2 a21，a22，a23…a2n…………n an1，an2，an3…ann

源數(shù)據(jù)格式如下:

其中分類(lèi)代碼第一個(gè)字符為1，表示線(xiàn)目標(biāo)；為2，表示面目標(biāo)，如:

其中，分類(lèi)代碼說(shuō)明如表1所示。

分類(lèi)代碼 表1

4 地圖數(shù)據(jù)庫(kù)的實(shí)現(xiàn)

對(duì)于這個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，它先要導(dǎo)入用戶(hù)自定義的數(shù)據(jù)(格式如上面所描述)，然后進(jìn)行入庫(kù)操作，這樣才完成地圖數(shù)據(jù)庫(kù)的建立工作。

對(duì)于一源數(shù)據(jù)，一般首先要對(duì)其做坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，如仿射變換。利用仿射變換，將源數(shù)據(jù)所覆蓋的某一區(qū)域轉(zhuǎn)換為一指定的區(qū)域，如屏幕區(qū)域。這里，我們由4個(gè)控制點(diǎn)坐標(biāo)得出仿射變換參數(shù)。而只要3個(gè)坐標(biāo)點(diǎn)就得出仿射變換參數(shù)，所以從4個(gè)控制點(diǎn)中任選3個(gè)進(jìn)行變換，具體如下:

源數(shù)據(jù)讀入后，系統(tǒng)就需要建立地圖數(shù)據(jù)庫(kù)。首先建立目標(biāo)信息文件(.hea)和幾何數(shù)據(jù)文件(.dat)，然后建立柵格索引文件(.grd)和分類(lèi)索引文件(.cid)。

對(duì)于柵格索引，這里默認(rèn)為將整個(gè)區(qū)域分為64× 64的格網(wǎng)，這樣每個(gè)格網(wǎng)所對(duì)應(yīng)的矩形區(qū)域坐標(biāo)是可知的。按順序取出對(duì)象，考慮到處理的方便及速度，先求出對(duì)象的外接矩形，逐個(gè)的將這個(gè)外接矩形和格網(wǎng)矩形作運(yùn)算，只要它們的交不為空，就認(rèn)為這個(gè)對(duì)象和該格網(wǎng)有關(guān)系，從而將這個(gè)對(duì)象的索引存入到該柵格索引對(duì)應(yīng)的目標(biāo)對(duì)象集合里。柵格索引在用鼠標(biāo)選取目標(biāo)對(duì)象時(shí)可以加快選取速度。

而分類(lèi)索引，默認(rèn)為9類(lèi)，系統(tǒng)逐個(gè)的檢查每個(gè)對(duì)象的類(lèi)型碼，從而將它們的索引存儲(chǔ)到對(duì)應(yīng)類(lèi)的目標(biāo)對(duì)象集合里。利用分類(lèi)索引，可以實(shí)現(xiàn)多功能檢索。

5 結(jié) 語(yǔ)

地圖數(shù)據(jù)庫(kù)是地圖數(shù)據(jù)采集、處理、分析、應(yīng)用的基礎(chǔ)。在科技迅猛發(fā)展的今天，很多機(jī)構(gòu)與部門(mén)對(duì)地理信息都有迫切的需求，在時(shí)間上要求快速提供，在內(nèi)容上要求綜合性和多方面性，在質(zhì)量上要求所提供的信息具有足夠的精確性與現(xiàn)勢(shì)性，在形式上不僅需要數(shù)值的信息，往往更需要直觀(guān)的圖形。本系統(tǒng)在地圖數(shù)據(jù)庫(kù)的一些關(guān)鍵技術(shù)上只是做了一些簡(jiǎn)單嘗試，還有很多技術(shù)問(wèn)題需要做進(jìn)一步的研究。

[1]毋河海.地圖數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)[M].北京:測(cè)繪出版社，2002

[2]吳金華，鄒逸江.數(shù)字地圖數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)模型的研究[J].華東地質(zhì)學(xué)院學(xué)報(bào)，2002，25(2):136～141

[3]艾廷華.城市地圖數(shù)據(jù)庫(kù)綜合的支撐數(shù)據(jù)模型與方法的研究[J].武漢大學(xué)學(xué)報(bào)(信息科學(xué)版)，2001，26(3):39～42

[4]林成明.城市地圖數(shù)據(jù)庫(kù)綜合的支撐數(shù)據(jù)模型與方法的研究[J].城市勘測(cè)，1998(3):1～2

[5]陳聲勇.關(guān)于城市基礎(chǔ)地圖數(shù)據(jù)庫(kù)若干問(wèn)題的討論[J].城市勘測(cè)，2000(2):37～39

Primary Research on Cartographic Database System with Independent Intellectual Property Rights

LiuTao1，2，Luo MingHai1，Wu Xi1，F(xiàn)ang Peng1
(1.Wuhan Geotechnical Engineering and Surveying Institute，Wuhan 430022，China；2.Wuhan University，Wuhan 430079，China)

Cartographic database act as a professional information system of geography information management.It can make the process of mapping data gathering，storing，searching，analysising and map output systemmatically，provide information various department needed by multiple query and searching method，and provide reliable decision－making procept for govermor by analysis method.This paper introduces the realization of a simple cartographic database.The author completed the research independently without using any other third－party software，and the testing system accomplished target index，label index and grid index，finished some pivotal technology such as pickup by point on screen，pickup by windows on screen，query by sort code，ect.This paper also provide some experience for independent intellectual property rights GIS application.

Cartographic database；GIS；Affine transformation

1672－8262(2010)05－43－04

P208

B

2010—03—03

劉濤(1979—)，男，工程師，主要從事地理信息系統(tǒng)應(yīng)用與開(kāi)發(fā)等工作。