邱祥峰

(廈門精圖信息技術(shù)有限公司，福建廈門361008)

電子地圖圖層視覺層次排序研究

邱祥峰

(廈門精圖信息技術(shù)有限公司，福建廈門361008)

電子地圖圖層視覺層次排序是長期困擾空間數(shù)據(jù)建庫和GIS開發(fā)人員的問題，傳統(tǒng)上還是以手工方式逐個配置，既難以重復使用，也不便管理。將分類學中的主分量分類法引入電子地圖圖層視覺層次排序中，建立簡單實用的數(shù)學模型，并通過應(yīng)用實例介紹其具體使用方法。

電子地圖;圖層;視覺層次;排序;主分量分類法

一、前 言

在對電子地圖進行建庫以及開發(fā)應(yīng)用中，電子地圖的展示是其中關(guān)鍵的一環(huán)。圖層結(jié)構(gòu)是最傳統(tǒng)的地圖組織方式，空間數(shù)據(jù)組織結(jié)構(gòu)采取按圖層組織的方法，即把同一種或幾種地圖要素的信息放到同一個圖層［1］。

電子地圖的展示是基于圖層的視覺層次來進行的。視覺層次(visual hierarchy)是指將三維效果或深度引入地圖的視覺設(shè)計開發(fā)過程。制圖者根據(jù)各個地圖要素在地圖用途中的重要程度將它們置于不同的視覺層次中，從而創(chuàng)建了視覺層次。最重要的要素應(yīng)放在最頂層并離讀圖者最近，最不重要的要素放在最底層［2］。在同一位置，只顯示可見的最上一個圖層的要素，在它之下的同一位置的所有圖層的要素將被忽略。

圖層按視覺層次排序后的顯示，在豐富和方便各類地圖表達的同時，也給GIS建庫和管理人員帶來長期困擾。一般的GIS應(yīng)用基本上都有幾十個圖層，在大型的企業(yè)級空間數(shù)據(jù)庫中，由于涉及各種類型、各種比例尺的空間基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫和業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)庫，其所管理的圖層動輒幾百個，對GIS建庫和開發(fā)人員來說，要給各類業(yè)務(wù)應(yīng)用配置出業(yè)務(wù)地圖并在日后進行維護，已經(jīng)相當困難，如果一旦業(yè)務(wù)發(fā)生變化時要添加、調(diào)整一些圖層或新配業(yè)務(wù)地圖，則更是令人煩惱。

如果要對電子地圖庫的各種圖層的排序進行有序的、可復用的管理，必須對各圖層進行分類和甄別，再進行層次排序。本文嘗試應(yīng)用分類學中的主分量分類法，分析其主要影響分量，進而對電子地圖圖層進行分類、評分和層次排序。

二、分類與主分量分類法

分類必須有被分類的對象，分類的對象是由許多被分類的實體所組成的集合。被分類的實體是分類的基本單位，稱為運算分類單位，簡稱分類單位(OTU)，由全部分類單位組成的集合稱為被分類群。分類還需要有分類的依據(jù)，分類的依據(jù)取決于被分類群中分類單位的性狀。所謂性狀，就是一個分類單位區(qū)分于其他分類單位的性質(zhì)、特征或?qū)傩浴７诸悊挝辉谀硞€性狀所具有的狀態(tài)稱為性狀狀態(tài)，簡稱為狀態(tài)。例如種子植物某一屬的分類，可以取該屬的種或變種為運算分類單位。如果以花的顏色作為分類性狀，花所具有的不同顏色就是性狀狀態(tài)。分類就是將被分類群中所有分類單位，依據(jù)它們的性狀狀態(tài)作出劃分或聚合。經(jīng)過分類獲得的分類單位集合，稱為分類群。

多元統(tǒng)計中主分量分析也應(yīng)用于分類。在分類問題中，眾多性狀具有相關(guān)性，在性狀為坐標的多維空間中如果能找到一個方向，并且性狀在該方向上反映的離差變化最大，沿此方向就確定了一個向量，稱為第一主分量，其次為第二、三、……主分量。這種方法猶如從多性狀的復雜事物中抓主要矛盾，利用抓主要矛盾的運算技巧，把一個多維的分類問題簡化為低維空間上的簡單問題，從而使分類問題迎刃而解。

三、圖層分類主分量

在圖層的眾多特性中，毫無疑問業(yè)務(wù)關(guān)聯(lián)性和數(shù)據(jù)類型是影響圖層層次排序最主要的兩個因素。對于與業(yè)務(wù)相關(guān)的地圖，其所有的圖層都可以簡單地分為業(yè)務(wù)圖層和背景圖層兩部分。通常用戶不會希望看到業(yè)務(wù)圖層被背景圖層覆蓋住而不可見，因此，圖層分類的第一主分量選擇業(yè)務(wù)關(guān)聯(lián)性，圖層分類的第二主分量選擇數(shù)據(jù)類型。圖層的數(shù)據(jù)類型包括矢量和柵格兩大類，其中矢量又分成點、線、面、體四種，由于體是由一組有相互公用邊的面組成，用于表示簡單的體狀要素或帶洞的體狀空間對象［3］，屬于一種特殊的面，因此圖層的數(shù)據(jù)類型可以歸納為點、線、面、柵格四種。由于柵格圖和面的壓疊性很明顯，一般來說，這兩類圖層都應(yīng)在下，而點、線圖層要在上。

即使按以上兩個主分量進行了分類，分類群的圖層還是太多，還需要在分類群中引進第三個分量，但這個分量很難有固定的設(shè)定，可以籠統(tǒng)地以“重要性”來稱呼，但在具體分類時可根據(jù)該分類群的具體對象再確定具體的特性，比如按比例尺大小、空間位置(如鐵路、道路、綠地、水系)等。

四、圖層分類層次排序方法

圖層的最終排序?qū)哟伟磮D層的層次排序得分而定，得分越大，層次排序就越后，也就是越在下面。圖層的層次排序得分為4位數(shù)，其數(shù)學模型如下

式中，i為圖層的順序流水號;LSVi為圖層層次的總得分;BRi為圖層的業(yè)務(wù)關(guān)聯(lián)得分(取值范圍為1～9);DTi為圖層的數(shù)據(jù)類型得分(取值范圍為1～9);IMi為圖層的重要性得分(取值范圍為1～99)。

業(yè)務(wù)關(guān)聯(lián)是圖層分類的第一主分量，包括二類四項，如表1所示。

表1 業(yè)務(wù)關(guān)聯(lián)分量的取值序列

數(shù)據(jù)類型是圖層分類的第二主分量，也包括二類四項，如表2所示。

表2 數(shù)據(jù)類型分量的取值序列

第三主分量是重要性，由于不同業(yè)務(wù)分類異常復雜，無法進行同一編碼，因此設(shè)置此分量得分為兩位數(shù)，便于靈活擴展成多個子分量，比如先按比例尺，再按空間層疊類型(如路在綠地上，綠地在水系上)。

五、通用排序與專題排序

在比較大型的GIS應(yīng)用中，由于要配置各種業(yè)務(wù)地圖，單純只作一種排序是無法適應(yīng)業(yè)務(wù)需求的，因此，應(yīng)采用兩種排序方法，一種是通用排序，整個空間數(shù)據(jù)庫只需作一個;另一種是專題排序，每個業(yè)務(wù)地圖作一個，實現(xiàn)通用與專題相結(jié)合。通用排序的目的是為整個空間數(shù)據(jù)庫進行常規(guī)的排序，識別出背景圖層和業(yè)務(wù)圖層，所有的業(yè)務(wù)圖層在業(yè)務(wù)關(guān)聯(lián)上都是同一類別，都屬于管理業(yè)務(wù)，進而排定最終層次;專題排序根據(jù)業(yè)務(wù)地圖的具體需求，分清背景圖層、參考業(yè)務(wù)圖層和管理圖層定制圖層排序?qū)哟?，其排序?qū)哟沃粚υ摌I(yè)務(wù)地圖有效。通用排序可以作為專題排序的基礎(chǔ)，提供專題排序初始的默認排序?qū)哟巍?/p>

六、圖層層次排序應(yīng)用實例

根據(jù)上面描述的方法，在某市國土資源管理系統(tǒng)建設(shè)中，應(yīng)用Excel電子表格，做一個簡單的實例，包括通用排序和一個專題排序。

該項目的空間數(shù)據(jù)包括29個圖層，建設(shè)用地管理地圖包括23個圖層。最終排序結(jié)果結(jié)果如表3、表4所示。

七、結(jié)束語

當前主流的國內(nèi)GIS平臺，基本都做到了在讀入圖層時根據(jù)數(shù)據(jù)類型，如點、線、面自動進行層次排序，但難以令人滿意，手動配置不僅需要花費大量的時間，而且難以進行管理和重用，對于大型的空間數(shù)據(jù)庫來說更是如此。本文應(yīng)用分類學中主分量分類法，結(jié)合實例，建立了電子地圖圖層層次排序的數(shù)學模型與使用方法，可以為空間數(shù)據(jù)建庫與GIS應(yīng)用開發(fā)提供參考。

表3 通用排序結(jié)果

表4 建設(shè)用地管理專題地圖排序結(jié)果

續(xù)表4

［1］田鑫，朱軍桃.電子地圖技術(shù)及其進展分析［J］.計算機與數(shù)字工程，2009(2):143-145

［2］CHANG K T.地理信息系統(tǒng)導論［M］.陳健飛，等譯.北京:科學出版社，2003.

［3］胡金星，潘懋.空間數(shù)據(jù)庫研究［J］.計算機工程與應(yīng)用，2002(3):11-20.

［4］萬岳武，趙勇，余鵬.城市框架電子地圖數(shù)據(jù)及其應(yīng)用［J］.北京測繪，2005(2):40-43.

［5］吳建中.淺議電子地圖的設(shè)計與表示內(nèi)容［J］.浙江測繪，2003(1):25-28.

［7］鄧敏，馬杭英.線與面目標間拓撲關(guān)系的層次表達方法［J］.測繪學報，2008，37(4):507-513.

Research on Visual Hierarchy Sorting of Electronic Map Layers

QIU Xiangfeng

0494-0911(2011)03-0052-04

P28

B

2010-09-10

邱祥峰(1972—)，男，福建永定人，碩士，高級工程師，主要從事地理信息系統(tǒng)應(yīng)用開發(fā)和空間數(shù)據(jù)庫建設(shè)工作。