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(dá)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(shí)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(biāo)準(zhǔn)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(shí)世界的抽象與表達(dá)，是以符號圖形等來對地理信息進(jìn)行可視化表達(dá)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(rèn)知目的的角度而言，地圖制圖則是力求對地理實(shí)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(jìn)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(dá)作為一種標(biāo)準(zhǔn)，得到各種技術(shù)的支持。但圖示表達(dá)具有一定的局限性，如難以表達(dá)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(dá)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(rèn)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(dá)的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，其作用達(dá)到了空間數(shù)據(jù)處理與地圖表達(dá)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(dá)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(gè)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(dá)到互補(bǔ)，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(diǎn)。

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(dá)數(shù)據(jù)。要素的地圖表達(dá)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(dá)

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

數(shù)據(jù)集由多個(gè)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(shí)，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(dá)

DLGM的要素可以表達(dá)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(biāo)準(zhǔn)的符號圖形。GKS標(biāo)準(zhǔn)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(kuò)展圖元(如圓、樣條曲線等)、圖形的屬性(色彩、線條粗細(xì)及其他外表)，規(guī)定了坐標(biāo)系統(tǒng)與變換。符號圖形總能按圖元進(jìn)行完整描述，使符號圖形在基本的輸入輸出設(shè)備上能實(shí)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(jià)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(dá)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(dá)，也可以把文字圖形轉(zhuǎn)換為多邊形表達(dá)。線狀符號用圖元表達(dá)，也可以給出線型，這樣，表達(dá)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(biāo)準(zhǔn)化組織推薦描述圖形正文標(biāo)準(zhǔn)的一個(gè)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(biāo)準(zhǔn)。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(dá)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(jìn)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(dú)立性

從DLGM要素表達(dá)可見，符號與幾何互不從屬。在生產(chǎn)DLGM時(shí)，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(dá);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(jìn)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(shí)現(xiàn)幾何、屬性及符號圖形數(shù)據(jù)的互查詢，借助SQL或擴(kuò)展的空間查詢語言提取要素的符號圖形，以達(dá)到電子地圖的使用效果。

4.符號描述的獨(dú)立性、公開性和可擴(kuò)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(kuò)充，添加其他有關(guān)生產(chǎn)、更新信息，如版本、時(shí)間等。

5.提供標(biāo)準(zhǔn)地圖與用戶地圖

DLGM的符號信息能夠形成標(biāo)準(zhǔn)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(jìn)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(gè)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(gè)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(shí)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(shí)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(jìn)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(dá)、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(shí)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(biāo)準(zhǔn)等問題還需要作進(jìn)一步的研究，其廣泛的應(yīng)用價(jià)值有待更進(jìn)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(jì)測繪業(yè)的支柱［J］.測繪通報(bào)，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(jì)與技術(shù)創(chuàng)新［J］.測繪學(xué)報(bào)，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(bào)，2002(S0):28－31.

［9］ 電子工業(yè)部.GB/T 9544—88信息處理系統(tǒng)計(jì)算機(jī)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。