十 19, 2012 - file 技术及应用   comment No Comments

数字测图与GIS数据扩展的探讨

虽然航测、遥感等技术发展为空间数据获取带来了革命性的变化。特别是城市建设所需的大比例尺空间数据获取方面,但是空间数据采集、动态更新。野外实地测量地位还是不可动摇的为此,近几年的数字测图技术测图软件等发展比较迅速。同时,随着GIS发展,数字测图日益成为GIS重要的数据来源,许多数字测图的后期工程都要求建立GIS数据库。

由于目前的测图方法和绘图软件主要还是面向传统图形应用。但效果不佳。本文探索一种数据生产模式,数字测图成果与GIS数据要求还存在一定的差距。数字测图系统所提供的电子地图(包括地形图)与GIS数据之间的无缝接轨是当前亟待解决的难点问题之一。一方面我拥有大量的线划数据如DWG格式数据另一方面许多 GIS系统数据匮乏。虽然许多测图软件系统正在努力向成图、建库一体化靠拢。生产数字测图的同时生产GIS数据利用数字测图与GIS数据之间的关系进行一体化生产。

数字测图存在问题

与传统的模拟法测图相比。以全站仪等测绘仪器和计算机技术为支撑,随着各种技术发展。可以建立三维数据自动采集、传输、处理的测量数据处理系统。也就是说,数字制图是研究地球表面信息获取、处理、传输、存储及其表达的技术最终得到数字式和非数字式的地图产品。其主要应用在纸质地图生产和屏幕地图制图中,强调空间地理信息的传输和表达。由于受传统测图要求的影响,数字测图面临以下几点问题。

1、测站式测图方式(以地形图为例)

目前,这不仅大大减轻了测绘人员的劳动强度,大比例尺地形测绘一般采用全站仪以测站方式进行。而且大大提高了测量精度。但是该作业方式使得数据获取是围绕测站的可见区域进行,内业数据处理与图形绘制难免带有测站的影子。例如规则的四边形建筑物只需测出3个点,第4点可根据其几何特征在微机上完成(见图1还有一种常见的情况。对图形进行取舍,为满足出图美观。造成制图对象的逻辑完整性受到损坏,如当文字注记压盖某线条(如道路边线、等高线、房屋外框线)时,人为地断开线条。所以说,外业测绘就难以构建完整的地理要素。

2、数字测图绘制的指导思想(以地形图为例)

测绘人员以外业采集的数据为基础。比如在绘制一些复杂地物时,根据地形图图示、地理要素分类与代码和数据字典进行机助地形图绘制。这就造成了地形图的绘制模式是一种基于可视化的拼凑模式。会添加辅助线以增强其可视化的效果,如填充的房屋,内部的斜线是程序生成的辅助线这会使得许多要素无要素代码,造成分层混乱。

3、属性数据采集

属性数据非空间数据主要表示空间实体的定性(如名称、类型、特性)和定量(数据和等级)特征在一般的数字测图软件中。不需要属性数据库的支持(部分软件本身就没有属性库)属性数据通过注记或图形的颜色、线型、大小等方式来表达的这些内容一般直接通过图形可视化即可表达出来。

长期以来。即按照《图式》要求进行。但从建立地理信息系统的角度看,人们已经建立起了采集属性数据习惯。这些属性数据远远不能满足建立各种统计、分析模式的需要。没有空间数据库支持的情况下,即使采集了属性数据也不能很好地与实体的ID建立有效的关联。比如建筑物属性数据采集,图式》要求标注的内容也就是名称、材质、层数等,以上数据可以以图形或注记的形式表示出来,但该楼的竣工时间结构形式、用途、所属单位使用年限等数据却不可能在图面上进行表示,也是以往测量工作所忽视的若有意识地采集这些数据还需要测图软件系统的支持。否则,建立GIS属性库时,属性数据和空间数据对应关系也将是一项非常繁琐的工作。

测图软件与 GIS软件的冲突

数字测图的理论和应用已经比较成熟。能满足数字成图的需要例如清华山维、广州开思、南方CA SS北京威远图等。由于是针对地图制图,大多数的测绘软件基本完全实现了地图图式上的绘图要求。这些软件一般都提供了数字化仪采集、扫描矢量化、多种数据格式转换、地图投影变换、坐标变换、几何纠正、地图编辑,地图整饰、专题图制作和输出EPS等功能。此类软件操作性比较强,编辑功能强大,具有很好的地形图可视化的表达效果,但是忽视了空间数据生成和利用,没有考虑到数字地形图的进一步利用和向GIS转换。

目前在测绘行业中产生较大影响的国外GIS软件有Arc/Info和MapInfo等。由于GIS类软件具有强大的地理属性管理能力,国产GIS软件有 MapGISSuperMap和GeoStar等。因而它主要应用在空间数据获取和管理上。GIS类软件的中心目的不是地图生产,而是空间数据分析应用地图制图只是作为它输出部分的一种形式(GIS输出形式包括:屏幕显示、地图输出、打印输出、基于Intenet地图输出等)因此GIS中的地图制图功能要求较低,不需要达到地图正式出版的要求。也就造成了这两类软件难以避免的冲突:由于测图软件与GIS软件的侧重点和目的不同。

1、数据格式障碍。由于测图软件不具备GIS软件强大的分析功能。就需要数据转换,所以当对测图数据进行空间分析时。但是转换后的数据质量难以保证,如圆弧、曲线转换后会变形,空间数据属性会丢失等。

2、缺少拓扑信息。测图软件缺少生产拓扑信息的功能。如线段重复、多边形不闭合、多节点等问题。做图时难免产生一些人为错误。

3、数据供给现状。测图软件符号化强。作业人员定义了许多图块、线型、字体、填充图案,为了达到较好的可视化效果。这些数据格式在GIS环境下很难正确表达。当真正利用制图数据去建立空间数据库的时候,就必须删去制图要素(符号、线型和整饰等)修复结构化问题(悬挂、裂缝、互粘等)以及净化规范数据清除图块、冗余和垃圾,按国标分层、赋码等)然后才能进行结构化实施,进入GIS系统,建立空间数据库。但仅就第一步数据整理而言,就十分麻烦和枯燥,甚至是无从下手。

测图数据与GIS数据比较

测图数据和GIS空间数据相比较。也有不同的地方:二者作为现实世界的反映,既有相同的地方。均以现实中的地物地貌抽象出来的几何特征为基础,所以具有共同的几何形态。测图数据主要用于地图制图表达及地图出版,以信息传输为核心,侧重图形数据表达,以地图作为最终输出的产品,要求达到被人理解的程度;空间数据主要应用于地理空间分析,以信息处理为核心,侧重属性数据表达,以分析查询结果数据作为最后的输出形式,要求达到能够被计算机分析的程度。由于侧重点不同,二者在某些方面也表现出了差异。

1、形式与内容差异

测图数据符号化强、属性简单:GIS数据图形简单、属性完善。只有编码和属性。有拓扑;GIS数据中无符号、线型、填充区域的概念。

2、对象完整性差异

测图数据强调图形协调性。而GIS数据强调要素的完整性。如图3所示的河流、道路与桥梁的压盖断开关系,很多时候为了突出图形的效果而破坏了数据完整性。测图数据中,河流在桥梁处被断开,破坏了河流的完整性。

3、拓扑关系的表达差异

需要人的知识来解译、判识;而GIS数据中拓扑关系是生成的拓扑关系即为数据 地形图将拓扑关系寓于图形之中。

通过对测图数据与GIS数据比较可以看出。由于图纸的信息承载能力有限,测图数据空间信息、拓扑关系、属性信息在平面上的一种最大化集成。所以这种集成也是有局限的这种集成信息的应用需要阅图经验来分解,难以胜任GIS分析。测图数据与GIS数据关联密切,但它不是GIS数据替代品,所以说目前的制图生产方式,势必影响到空间信息的深层次应用。

测图数据与GIS数据一体化生产

回顾我国数字制图发展近十年的历史。对地图内容编辑修改之后输出感光胶片来生产纸质地图;另一方面,可以看到地图工作者紧紧围绕两项基本任务开展工作:一方面采用数字制图方法。也通过对地图内容采集获取空间数据得到数字地图。两者之间虽然关系紧密,其研究对象都是地理空间信息的获取和表达,但其间的差异也十分明显,所以这两项工作是单独进行的

由于GIS数据获取常采用数字化已有纸质地图的方法。要利用有关资料对地图内容进行更新以得到现势性较好的地图产品。地图制图与GIS数据生产一体化技术没有应用以前,因此所获取的GIS数据现势性较差。用这些数据进行地图生产必须对地图内容进行编辑修改。更新后的地图图形数据不能更新GIS数据这样就存在原有GIS数据和现有地图产品现势性不一致的矛盾。对于一些涉及全局范围(全国或者某一地区)地图生产作业任务来讲,不能容忍这种新的纸质地图与陈旧的GIS数据两层皮”局面存在要想得到内容相一致的两项成果(纸质地图和GIS数据现有的技术只能是分两步走,先做完一项再去做另一项,有两种流程:

以及建立拓扑关系等工作。

  • 如果先生产了纸质地图(地图数据不是GIS数据然后在此基础上要得到GIS数据则必须进行地图内容赋予属性、连接地名指针、面状要素放置面域点。
  • 如果先生产了GIS数据再要生产纸质地图。工作量很大。则需要把GIS数据符号化后重新编辑修改。

不管上述哪种流程。给实际应用带来了极大不便。只好放弃其中的一项,对作业单位来说工作量和难度都很大。所以在生产实际中经常出现有图没数据或有数据没图的情况;但是现在越来越多的数字化生产作业尤其是系列比例尺地形图的生产中,迫切希望在一个生产流程中同时得到两种成果,把地图制图与GIS数据生产结合起来,既有纸质地图成果又有GIS数据成果,实现了两者的一体化生产,这是数字制图发展到现阶段所反映出的客观规律和必然要求。

为了实现测图数据和GIS数据一体化生产。本文提出 GIS数据扩展模型的概念,利用两种数据相似性。即以地理要素为核心,采集既满足GIS数据要求的空间数据和属性数据又满足制图要求的符合《图式》规范的地图生产数据这就是扩展的GIS数据为了生产这种数据提高数据生产的易操作性,就需要设计一种新的数字测图软件,称为“图库一体化数字测图软件”该软件按照要素分类代码词典自动生成了GIS扩展数据这种数据还应满足其他方面的要求:

按照有关要求同时采集和录人属性;

  • 测量地形地貌的同时。
  • 基于要素完整性的地形可视化;
  • 基于图形的要素重构。例如道路中心线的生成,许多要素在地形图图式中是不存在需要基于地形图重构。根据道路边线进行的重构;可按照地形图、GIS要素、专题图等各种形式表达。
  • 多种图形的管理图形工程中。

有关GIS数据扩展模型和因篇幅所限。

图库一体化数字测图软件的详细内容本文不再赘述。

结束语

地图制图与GIS数据生产是测绘工作者现在和将来从事的两项最主要的任务。但是以目前的条件,这两项工作都需要投入大量的人力和物力。很难同时完成两项工作,即使依次实施,由于在实施时间上的差异,最终的纸质地图和GIS数据会出现许多的不一致。本文通过比较测图数据与GIS数据分析两者之间的差异和相似,引入GIS数据扩展模型的理念,提出图库一体化生产的模式。此模式必将大大节省生产成本,提高工作效率。

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