（地图制图学与地理信息工程专业论文）城市基础地理信息系统建设的相关问题研究.pdf

摘要 摘要 国内外地理信息系统技术的发展已经里现出广阔的应用前景。但是城市各 种地理信息系统的建设仍存在着各自为政、各行其是的问题和头痛医头、脚痛 医脚的现象，从而非常有必要统一地进行规划和组织协调，建立城市基础地理 信息系统，科学、合理地统一管理标准不统一、种类繁多的基础地理信息数据， 以满足不同用户的社会化需求。目前我国很多城市都进行了城市基础地理信息 系统的建设，也取得了不少的研究成果。本文主要介绍了福建省某县基础地理 信息系统的建设实践，论述了以下具体内容： l i 介绍了城市基础地理信息系统建设的目的、意义以及当前国内外城市基 础地理信息系统建设的发展情况，提出了我国城市基础地理信息系统建设中存 在的一些需要解决的问题，并介绍了本文主要研究内容及其意义。还介绍了本 文的论文组织情况。 2 数据是系统的核心，也是系统建设中最艰巨的任务。阐述了福建省某县 基础地理信息系统所要管理的数据体系，并介绍了作者参与的部分数据( 包括 部分1 ：1 0 0 0 0 基础地形图、数字高程模型数据、元数据) 的生产过程以及得到 的数据结果。 3 阐述了空间数据质量评价的重要性，介绍了现有质量评价方法及其存在的 问题，并应用基于模糊综合评价方法的扫描矢量化地图产品( d l g ) 质量评价 模型进行了空间数据质量评价。 4 阐述了福建省某县基础地理信息系统的建设目标、系统设计原则、软件 平台选择和数据组织情况，并依据以上内容对系统总体结构和功能进行了设计， 还详细介绍了系统功能的实现情况。 关键词：城市基础地理信息系统，基础地理数据，模糊综合评价方法，数据组 织和管理 a b s t r a e t a b s t r a c t g e o g r a p h i c a li n f o r m a t i o ns y s t e m ( g i s ) h a sb e e nw i d e l yu s e da th o m ea n d a b r o a d h o w e v e r , t h e r ei sn oas p e c i f i cs t a n d a r di nt h eg i s sc o n s t r u c t i o nf o rc i t i e s t h e r e f o r e ，i ti sv e r yn e c e s s a r yt oe s t a b l i s ht h eu r b a nf u n d a m e n t a lg e o g r a p h i c i n f o r m a t i o ns y s t e m ( u f g ：s ) s oa st om a n a g et h ef u n d a m e n t a lg e o g r a p h i c a ld a t a e f f e c t i v e l ya n dp r o v i d ee v e r yd e p a r t m e n tw i t lf u l lc a t e r i n gs e r v i c e n o w a d a y s m a n y c i t i e sh a v ee s t a b l i s h e du f g i so ft h e i ro w n ，a n dg a i nm a n yr e s e a r c hp r o d u c t i o n s t h e d e s i g na n di m p l e m e mo ft h eu r b a nf u n d a m e n t a lg i sf o ro n ec i t ya r ed e s c r i b e di n t h i sp a p e r , a n de f f o r t sa r em a d ei nt h ef o l l o w i n gp o i n t s ： 1 t h ea i m sa n ds e n s ea n dd e v e l o p m e n to fu f g i sc o n s t r u c t i o na r ed e s c r i b e d ， a n dm a n yp r o b l e mi nt h ec o n s t r u c t i o na r er a i s e d a n dt h er e s e a r c hp o i n t s ，p u r p o s e a n dm a n a g e m e n to f t h i sp a p e ra r ei n t r o d u c e d 2 。d a t ai sn o to n l yt h ec o r eo ft h es y s t e m ，b u ta l s ot h em o s ta r d u o u st a s ki nt h e p r o c e s so fs y s t e me s t a b l i s h m e n t t h ed a t as y s t e mi nt h ec h a r g eo ft h eu r b a n f u n d a m e n t a lg i sf o ro n ec i t yi ss t a t e dh e r e i n ，a n dt h ep r o d u c i n gp r o c e s sa n dr e s u l t s o ft h ed a t at h ea u t h o rp a r t i c i p a t e di na r e i n t r o d u c e d ( i n c l u d i n gt h e 1 ：10 0 0 0 f u n d a m e n t a lm a p s ，d e md a t aa n d m e t a d a t a ) 3 - t h ei m p o r t a n c eo ft h es p a t i a ld a t aq u a l i t ye s t i m a t i o ni ss t a t e d t h ee x i s t i n g e s t i m a t i o nm e t h o d sa n dt h ep r o b l e m sa r ci n t r o d u c e da n dt h eq u a l i t ye v a l u a t i o nm o d e l o f d l ob a s e do nt h ef u z z yi n t e g r a t e de v a l u a t i o nm e t h o di su s e d 4 t h eo b j e c t , d e s i g n i n gp r i n c i p l e ，s e l e c t i o no fs o f t w a r ep l a t f o r ma n dt h ed a t a s t r u c t u r eo ft h eu r b a nf u n d a m e n t a lg i sf o ro n ec i t ya r ee x p o u n d e d ，a n dt h eo v e r a l l s t r u c t u r ea n df u n c t i o no ft h es y s t e ma r ed e s i g n e da c c o r d i n gt ot h ec o n t e n t sa b o v e f i n a l l y , t h er e a l i z a t i o no f t h es y s t e mf u n c t i o ni sa l s oi n t r o d u c e di nd e t a i l k e y w o r d s ：u r b a nf u n d a m e n t a lg e o g r a p h i ci n f o r m a t i o n s y s t e m ( u f g i s ) ， f u n d a m e n t a ls p a t i a ld a t a ，t h ef u z z yi n t e g r a t e de v a l u a t i o nm e t h o d ，d a t aa r r a n g e m e n t a n dm a n a g e m e n t i i 学位论文版权使用授权书 本人完全了解同济大学关于收集、保存、使用学位论文的规定， 同意如下各项内容：按照学校要求提交学位论文的印刷本和电子版 本；学校有权保存学位论文的印刷本和电子版，并采用影印、缩印、 扫描、数字化或其它手段保存论文；学校有权提供目录检索以及提供 本学位论文全文或者部分的阅览服务；学校有权按有关规定向国家有 关部门或者机构送交论文的复印件和电子版；在不以赢利为目的的前 提下，学校可以适当复制论文的部分或全部内容用于学术活动。 学位论文作者签名：撤 2 田6 年月廖日 经指导教师同意，本学位论文属于保密，在年解密后适用 本授权书。 指导教师签名：学位论文作者签名： 年 月日年 月日 同济大学学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，进行 研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本学位论文 的研究成果不包含任何他人创作的、已公开发表或者没有公开发表的 作品的内容。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集 体，均已在文中以明确方式标明。本学位论文原创性声明的法律责任 由本人承担。 签名：徽 2 p 0 6 年，月1 2 - 日 第1 章绪论 1 1 引言 第1 章绪论 城市是入类活动高度集中的区域，同时也是信息、物质高度集中的区域。 随着科学技术的进步和经济的发展，城市面临着新的挑战。信息技术的迅速发 展使信息系统在很多领域得到了广泛的应用，g i s 已经被成功地应用于许多学 科，如环境规划、财产管理和城市研究等。为了城市的现代化、生态平衡和持 续发展，城市的数据和信息越来越重要，城市地理信息系统的建设已是保持城 市地位的一项重要工作0 1 。从而，地理信息系统( g i s ) 作为一项崭新的技术在 各行各业得到广泛应用，全国不少规划、土地管理部门率先建立了面向规划管 理和土地管理的地理信息系统，创造了良好的社会效益和经济效益”3 。 但是，在地理信息系统建设取得重大成就的同时，地理信息系统建设仍存 在着各自为政、各行其是的问题和头痛医头、脚痛医脚的现象，缺乏统一的规 划和组织协调。例如，城市土地房产管理部门为掌握大量动态的、精确的土地 房产信息，就要建立土地房产产权产籍管理信息系统；规划部门根据规划管理 的需要，也要建设规划管理信息系统。这些系统之间的地理空间数据往往内容 重复，但数据分类、编码繁简程度差异很大，不仅难以兼容和共用，而且造成 的浪费十分臣大o ，。 城市基础地理信息系统是一个为城市规划、土地管理、市政设施管理、企 业与政府部门管理与决策服务的，以计算机网络为载体，g i s 软件为平台的应用 型技术系统。城市基础地理信息系统的主要内容是以数字地图及其它数据源为 基础空间数据、以空间信息和属性信息为资源，建立城市空间信息库，利用g i s 的数据管理、查询、统计、空间分析和数学分析模型等为城市发展提供技术支 持，为其它城市信息系统提供统一的地理空间数据框架，实现城市各信息系统 之间的空间数据共享，为最终建立“数字城市”奠定基础“。 虽然我国大部分城市的各种专业部门和机构都有各自的专业信息，但是对 于基础地理信息来说，基本上是相同的，所有这些部门都要用到，所以非常有 必要建立城市基础地理信息系统，科学、合理地统一管理这些标准不统一、种 第1 章绪论 类繁多的基础地理信息数据，以满足不同用户的社会化需求。 总之，国内外地理信息系统( g i s ) 技术的发展，呈现出广阔的应用前景。不 少城市都投入了大量的人力、物力、财力和技术力量来从事城市地理信息系统 的建设，城市地理信息系统是一个涵盖城市各个行业和领域的综合信息系统， 融合了电子、信息、网络、多媒体等技术。为了能够更好、更快地发挥出城市 地理信息系统的作用，提高城市的管理水平和决策能力，有必要对城市基础地 理信息系统进行研究”1 。 1 2 建立城市基础地理信息系统的目的和意义 从城市建设、规划以及城市各个职能部门的用图需要等方面考虑非常有 必要建立城市基础地理信息系统，建立城市基础地理信息系统有以下几个方面 的目的和意义”1 ： 1 完善测绘产品、提高测绘保障 随着信息技术在各行各业的应用，传统的图纸、表格等已越来越无法满足 生产和工作的需要。很多单位在进行计算机辅助设计、基础设施管理、资产管 理等信息系统建设时，迫切需要得到数字地形图等资料。一方面，测绘生产方 式正在进行革命性的转变，生产和供应数字资料是大势所趋；另一方面，城市 信息化建设需要提供数字化的地理信息。因此，建设基础地理信息系统的首要 目标是完善测绘产品体系和服务体系，以满足社会各界的需求“3 。 2 保持基础地理信息的现势性 应建立实用、先进的基础地理信息系统，对基础测绘资料进行科学而高效 的管理，提高数据生产、维护和服务的效率，保证数据的高质量和现势性。现 代城市笈展日新月异，对数据更新的速度和质量提出了更高的要求，通过地理 信息系统的建设来改进基础地理数据的更新方法缩短更新周期，使系统数据 保持现势性和准确性“。 3 建立城市基础地理信息系统以保证城市基础地理数据的一致性 投有建立城市基础地理信息系统的时候，城市里各个用图部门各自采集城 市基础数据，由于技术力量存在差异、财力投入不同，各个部门采集的基础地 理信息之间存在着不一致的情况，甚至存在矛盾，可能会引起一些不必要的麻 理信息之间存在着不一致的情况，甚至存在矛盾，可能会引起一些不必要的麻 烦和纠纷“1 。 第l 章绪论 4 建立城市基础地理信息系统以实现基础地理信息的共享 建立城市基础地理信息系统可以方便实现对基础数据的统一管理，实现规 范化和标准化，和网络联系起来可以实现基础地理信息的共享，各个部门可以 根据自己部门的特点对基础地理信息进行使用。 5 建立城市基础地理信息系统以减少重复投入 有了城市基础地理信息系统不同用户可以根据自己的情况选择使用基础 地理信息中的哪些内容、将自己工作的重点放到自己的专业信息上，而不需要 花太多的精力进行基础地理数据的采集“1 。 6 建立城市基础地理信息系统以促进城市的建设和发震 城市的建设和发展需要有合理的决策和支持，城市基础地理信息系统可以 和办公自动化、专家系统等组合起来，共同辅助决策者进行决策“1 。 1 。3 城市基础地理信息系统与其他系统的关系 城市基础地理信息系统和专题地理信息系统之间联系紧密，主要体现在以 下几个方面： l 城市基础地理信息系统是城市专题地理信息系统建立的前提和基础。 城市中的各个部门在建立各自的专题地理信息系统时都需要使用基础地理 信息，所以城市基础地理信息系统是城市专题地理信息系统建立的前提和基础。 2 城市基础地理信息系统的建设可以规范化基础数据的更新更好地建立 城市专题地理信息系统，更好地为各个专业部门服务。 有了城市基础地理信息系统，可以规范基础数据的更新，避免不必要的重 复采集和保证数据的一致性，从而为各个专业部门提供更准确可靠的基础地理 信息旧。 3 城市基础地理信息系统和城市专题地理信息系统是相互促进和相互影响 的。 城市基础地理信息系统和其它专题地理信息系统都是城市地理信息系统的 有机组成部分，因此城市基础地理信息系统和专题地理信息系统可以相互促进 发展，同时也更好地为实现整个城市的地理信息系统提供了保障，其关系可通 过图卜l 体现出来。 第1 章绪论 图卜1 城市基础地理信息系统和专题地理信息系统的关系 1 。4 国内外城市基础地理信息系统研究现状嗍 1 4 1 国外城市基础地理信息系统建设的发展现状 国外地理信息系统的起步较早，而且在理论和方法上比较成熟，因此在城市 基础地理信息系统的建设上也发展得较好。主要表现在以下几个方面： 1 基础地理信息的标准化问题解决得比较好 国外g i s 的发展要比国内早，而且g i s 的理论和方法也比较成熟，国外g i s 的显著特点就是基础数据比较标准，由于g i s 数据采集的方式比较多，很多先进 的方法和手段都用在g i s 的数据采集上，而且数据是g i s 的血液，因此很多国家 对g i s 的数据质量和标准进行严格的控制，以保证建立起来的g i s 系统具有较强 的现势性，国家制定了统一的规范和标准来实现标准化。 2 计算机水平的发展促进了g i s 的发展 由于g i s 是对数据进行采集、存储、处理和分析的计算机软、硬件系统， 因此g i s 的发展与计算机软、硬件的发展息息相关，国外的计算机发展起步较 早，计算机软件系统、数据库技术等是g i s 的强大后盾。园此为城市基础地理 信息系统的发展打下了良好的基础。 4 第l 章绪论 1 4 2 我国城市基础地理信息系统建设的现状和问题 我国城市基础地理信息系统的发展起步较晚，许多城市和地区的基础地理 信息系统的建设都存在着很多问题。另外由于很多部门和机关没有认识到城市 基础地理系统建设的重要性，因此很多城市虽然成立了基础地理信息中心，但 没有很好地发挥作用，主要存在以下几个方面的问题。 1 各个城市的基础地理信息建设发展不平餐 不同的城市和地区对于城市基础地理信息系统的建设的必要性和需求不一 样，发达城市和地区已经深刻地认识到了地理信息的重要性，因此加大力度和 投资，然而一些不发达城市和地区，由于自身经济实力和地理因素等原因，还 没有体会到城市基础地理信息管理的重要性，而且没有合适的部门来投资进行 城市基础地理信息系统的建设。因此在城市基础地理信息系统的建设上存在很 大的差异。 2 城市基础地理信息的数据质量不是很高 数据的好坏，直接影响着系统应用分析结果的可靠性和系统应用目标的真 正实现，而缺少数据质量保证的g i s 系统的分析结果，将无法得到用户的信任。 目前由于大部分城市在建设基础地理信息系统时是将原来的纸质地图进行数字 化、扫描矢量化等，原来的地图和现在的地图在进行叠加或匹配的时候，会有 精度不一致的情况，在某种程度上会对城市基础地理信息系统的建设产生影响。 3 城市基础地理信息系统建设的模式不是很合理 很多城市在建立城市基础地理信息系统的时候，错误地理解了城市基础地 理信息系统的内涵，只是将一幅一幅地图转换到计算机中进行存储和使用，简 单地将地图的表现形式进行了些变化，将原来的纸质地图以数字的形式保存 到计算机中，只是一种形式上的改变，没有做到“质”变。 4 城市基础地理信息系统建设比较盲目 在沿海和南方一些经济较发达的城市进行g i s 建设后，有一些城市比较盲 目地从事城市基础地理信息系统的建设，结果造成了极大的浪费和损失，有些 城市虽然建立了自己城市的基础地理信息系统，但是从来没有应用起来，因此 城市基础地理信息系统的建设还要充分考虑各个部门和层次的用图需要，综合 考虑，统一规划，才能更好地发挥出其作用。 总之，目前我国城市基础地理信息系统的发展同国外还有一定的差距，在 第1 章绪论 理论、方法和建设模式等方面还有很多事情要做，要真e 结合我国的国情- 有 效地开展城市基础地理信息系统的建设，促进城市基础地理信息系统的发展。 1 5 本文主要研究内容及意义 目前我国很多城市都进行了城市基础地理信息系统的建设，取得了不少的 研究成果，如文献 5 提出了新的基础地理信息分类与编码及地图分幅的方法 等。但还有很多方面需要做迸一步的研究。城市基础地理信息系统采用的数据 比例尺一般较大，因而数据质量对应用结果的影响更加明显，所以在数据质量 方面的要求更高，应保证入库的数据质量。各个城市在建立城市地理信息系统 的时候，采用了不同的分类和编码方法，导致了些矛盾和冲突，目前要素代 码的一致性一直没有得到有效的解决。此外，为了使数据生产单位有效地管理 和维护数据并便于用户查询检索有效的地理数据，应利用元数据来管理数据， 并建立元数据管理系统。另外，在城市基础地理信息系统建设方面还有很多问 题需要进行广泛和深入的研究，如多源数据库的组织和建设问题，多种专题数 据在进行叠加时，如何保证各种数据的唯一性问题。如何将其它的数据采集方 式和城市基础地理信息的更新有机地结合起来的问题等。 本文通过城市基础地理信息系统的建立实践，讨论了基础地理信息的生产 方法，运用科学、合理的空间数据质量评价方法进行了空间数据质量评价，完 成了城市基础地理信息系统和元数据管理系统的建立，以期为其他同类系统的 建设与应用起到参考与借鉴作用。 本文根据建立城市基础地理信息系统需要考虑的主要问题研究以下几个方 面的内容： 1 基础地理数据的生产：介绍本文城市基础地理信息系统建设所需基础地 理信息数据的生产流程和方法。 2 数据质量检查与控制；介绍现有的质量评价方法及其存在的问题，并对 模糊综合评价方法进行简单介绍，利用模糊综合评价方法，针对数字线划图进 行了科学合理的质量评价，对输入计算机的数据进行质量检查和纠正，衡量已 有矢量地图的质量，以确保系统的可靠性。 3 福建省某县基础地理信息系统的设计与实现：简单介绍该县基础地理信 息系统所要管理的基础地理信息数据，对该县基础地理信息系统进行结构设计 第1 章绪论 和功能设计，并编程实现各功能模块。 1 6 论文组织 本文介绍了福建省某县基础地理信息系统的数据体系，介绍了部分数据的 生产过程，提出了科学、合理的空间数据质量评价方法，并完成该县城市基础 地理信息系统的设计与实现，共分为五章。各章内容简介如下： 第1 章“绪论”。简要介绍了建立城市基础地理信息系统的目的、意义， 阐述了国内外城市基础地理信息系统的研究现状，并提出了本文研究的主要内 容和研究意义。 第2 章“数据体系”。介绍了福建省某县基础地理信息系统所要管理的基 础地理信息数据，_ 并详细阐述了作者参与的部分数据( 包括部分1 ：1 0 0 0 0 基础 地形图、数字高程模型数据、元数据) 的生产过程以及得到的数据结果。 第3 章“数据质量检查与控制”。介绍了数字地图产品现有质量评价方法 存在的问题和模糊质量评价方法的基本原理，并利用模糊综合评价的方法。针 对数字线划图进行了科学合理的质量评价。 第4 章“福建省某县基础地理信息系统的设计与实现”。简单介绍了该县 基础地理信息系统中地理信息数据的组织，以及该基础地理信息系统的结构设 计和功能设计情况，并示例了各功能模块的实现情况。 第5 章“结束语”。总结了本文的工作以及创新点，提出了本文没有考虑或 做得不完普的一些问题，介绍了接下来要做的工作，并对城市基础地理信息系 统的发展进行了展望。 1 7 本章小结 本章介绍了建立城市基础地理信息系统的目的和意义，阐述了国内外城市 基础地理信息系统的研究现状，并提出了本文研究的主要内容和研究意义，最 后给出了论文的结构。 第2 章数据体系 2 1 引言 第2 章数据体系 数据是系统的核一1 3 , ，也是系统建设中最艰巨的任务。福建省某县基础地理 信息系统的数据内容主要是空间位置数据，以及少量的属性数据，这些地理数 据是城市各部门在建立各个专业信息系统时的共享数据。少量的属性数据主要 是图上各要素的代码、高程及注记等，不涉及专业的属性数据。该系统的空间 基础数据内容主要包括1 ：5 0 0 城市基础地图数据、1 ：1 0 0 0 0 、1 ：2 5 0 0 0 、l ： 5 0 0 0 0 和1 ：1 0 0 0 0 0 基础地形图数据、控制测量成果数据和用于绘制等值线的数 字高程模型( d e m ) 数据等四大模块数据。另外，该系统的数据内容还包括了 用于说明以上空间基础数据的元数据，并建立了以上数据的元数据库，用元数 据将以上空间基础数据进行描述和管理，使用户能够更清楚地了解和使用数据。 本章主要介绍以上数据的生产过程，因为作者只参与了1 ：1 0 0 0 0 基础地形 图数据、用于绘制等值线的数字高程模型( d e m ) 数据和所有空间基础数据的 元数据的生产，所以这里只对这几部分数据的生产过程进行介绍。 2 21 ：1 0 0 0 0 基础地形图数据的生产 福建省某县域共涵盖7 9 幅1 ：1 0 0 0 0 基础地形图，该部分数据为矢量化的线 划图，其最终的数据格式为t a b ，其中有3 7 幅地形图是由已有的d w g 格式的 数据通过数据转换得到。另外的4 2 幅地形图是通过原图扫描数字化得到的。这 里只叙述这4 2 幅地形图的生产过程。 地形图扫描数字化作为基础地理信息数据的重要来源，已经成为地图数字 化的主流，其过程一般可分为原图的扫描、扫描栅格图像的纠正、纠正后栅格 图像的矢盘化、图形编辑与处理等步骤。这里4 2 幅地形图的生产也大致遵循 了此步骤。 1 制图底图扫描纸质地图得到的l ：1 0 0 0 0 数字栅格地形图，其变形控制 在3 以内。 加工底图基于以下两种坐标系统：( 1 ) 1 9 8 0 年西安坐标系高斯克吕格 第2 章擞据体系 投影，3 度分带，1 9 8 5 年国家高程基准；( 2 ) 1 9 5 4 黄海坐标系，高斯一克吕格 投影，3 度分带，1 9 8 5 年国家高程基准。矢量化过程中统一转换为第一种坐标 系统，高程单位为米。 2 加工平台。目前国内外数字化软件很多，如a u t o d e s k 公司的c a d o v e r l a y 、 e p s c a n 、m a p g i s 等优秀的矢量化软件。这里选择的是北京吉威数源软件开发有 限公司的g c o w a y 软件。 g e o w a y 数据加工套件是北京吉威数源软件开发有限公司继g e o s c a n 地图扫 描矢量化系统之后全新推出的用于地理空间数据处理的系列工具软件。它不仅 为4 d ( d l g 、d r - g 、d e m 、d o m ) 基础地理信息产品提供从数据采集、加工、 到产品制作和包装的全套生产软件，而且可以对现有各种形式的外部数据( 野 外、航测遥感、c a d g i s ) 进行增值加工，成果满足多层次的应用要求”1 。 3 生产流程。生产流程如图2 一l 所示： 第2 章数据体系 图2 - ii ：i 0 0 0 0 基础地形图生产流程 ( 1 ) 方案设计 作业方案( s c h ，s c h e m e ) 是规模化、规范亿作业的数据模板，定义图 层名称、层属属性和层属表现风格，在每一图层内定义地物类名称和地物类编 码( 地物类从属于确定的图层) 、( 地物) 类属属性和类属表现风格等。该项工 作实际上就是对空间基础数据进行分类和编码，以方便对基础数据的管理。另 外，在信息服务和数据共享时，往往借助于分类编码向用户提供所需的数据， 1 0 第2 章数据体系 不同系统间交换数据时，分类编码也是最重要的数据标记，是实现系统间数据 共享的重要基础。 目前，与城市基础地理信息分类编码相关的国家标准主要有l ；5 0 0 0 、1 ： 1 0 0 0 0 地形图图式( g b t5 7 9 1 - 9 3 ) 、1 ：5 0 0 0 、1 ：1 0 0 0 0 、l ：2 5 0 0 0 、1 ：5 0 0 0 0 、 1 ：i 0 0 0 0 0 地形图要素分类与代码( g b t1 5 6 6 0 - 1 9 9 5 ) 和国土基础信息数 据分类与代码( g b t1 3 9 2 3 9 2 ) 婷。1 ：5 0 0 0 、1 ：1 0 0 0 0 、l ：2 5 0 0 0 、1 ： 5 0 0 0 0 、1 ：1 0 0 0 0 0 地形图要素分类与代码采用线分类法，根据分类编码通用 原则，将地形要素共分为九个大类，并依次细分为小类、一级、和二级。分类 代码采用四位数字层次码组成，其结构如图2 2 所示，其中，大类码、小类码、 一级代码和二级代码分别用数字顺序排列。国土基础信息数据分类与代码亦 采用类似的分类法，分类代码由六位数字码组成，其结构如图2 - 3 所示，其中， 大类码、小类码、：一级代码和二级代码分别用数字顺序排列，识别位由用户自 行定义，以便于扩充，一般为0 。 图2 - 2图2 - 3 国土基础信息数据分类与代码在分类的系统性、合理性、可扩展性及 不受比例尺限制方面表现得更好一些，但是它与1 ：5 0 0 0 、1 ：1 0 0 0 0 地形图图 式不能完全匹配，而l ：5 0 0 0 、1 ：1 0 0 0 0 、l ：2 5 0 0 0 、l ：5 0 0 0 0 、l ：1 0 0 0 0 0 地形图要素分类与代码与1 ：5 0 0 0 、i ：i 0 0 0 0 地形图图式匹配得较好。所 以，选择1 ：5 0 0 0 、l ：1 0 0 0 0 、l ；2 5 0 0 0 、l ：5 0 0 0 0 、l ：1 0 0 0 0 0 地形图要素 分类与代码为福建省某县基础地理信息分类与编码的参考标准。 l ：5 0 0 0 、l ：1 0 0 0 0 、1 ：2 5 0 0 0 、l ：5 0 0 0 0 、i ：i 0 0 0 0 0 地形图要素分类 与代码将地形图要素分为测量控制点、居民地、工矿建( 构) 筑物及其他设 施、交通及附属设施、管线和垣栅、水系及附属设施、境界、地貌和土质、植 被等九大类。其代码为1 9 九个数字，详细描述如下表2 1 所示。 xil识别位 ii一一级代码 ；m l i 一级代码 i 小类码li大类码 li二级代码ll一级代码 i i 小类码ll大类码 第2 章数据体系 表2 - 1 地形信息大类码表 大类码名称 1测量控制点 z 居民地 3 工矿建( 构) 筑物及其他设施 4 交通及附属设施 5 臂线和坦栅 6 永系及附属设施 7 境界 8 地貌和土质 9 植被 但是1 ：5 0 0 0 、1 ：1 0 0 0 0 、1 ：2 5 0 0 0 、l ：5 0 0 0 0 、1 ：1 0 0 0 0 0 地形图要素 分类与代码只是对地形要素进行了分类和编码，对于注记、图廓和公里网格 则没有进行分类和编码，而注记、图廓和公里网格在数据采集和数据采集成果 中又是必不可少的。另外，基于后面生产数字高程模型( d e m ) 数据的考虑， 最好可以直接把等高线和高程点数据直接导出，因此，将地形图要素分为了1 3 个大类，以满足生产应用的需要。扩充后的分类表如表2 2 所示。 表2 2 福建省某县基础地形信息分类表 大类码名称 l 测量控制点 2 居民地 3 工矿企业 4 交通及其附属设施 5 管线及其附属设施 6水系 7境界 8 地貌与土质 9 植被 1 0 公共设施 l l 整饰 1 2注记 1 3等高线 ( 2 ) 底图的几何纠正和坐标配准 由于长期存放，温度、湿度等周围环境条件的影响会引起纸质地图的缩放、 旋转以及其它非线性变形，所以扫描后的底图也是有变形的，而且这种图纸的 第2 章数据体系 变形在图形编辑时是难以改正的。因此在坐标配准之前必须先进行纸质地图的 几何纠正。其实质就是：选择一定数量的已知理论坐标的控制点，并获得其在 底图上的坐标值，利用某种数学模型，用待定系数法求出底图坐标向理论坐标 转换的参数。然后求出图幅中网格上角点的理论坐标值，用于下面的坐标配准。 其实这个过程在o e o w a y 中是和对底图进行的几何纠正同时进行的。所以在对底 圈进行几何纠正的同时就进行了坐标配准。 在g e o w a y 中以矢量化任务新建工程并载入方案后就可以进行底图的几何 纠正和坐标配准。 ( 3 ) 矢量化采集作业 使用软件的线跟踪、边角提取等快速矢量化命令交互式采集底图中原有的 地物图形。在采集图形过程中运用“属性同步输入”或在采集后批量输入图形 属性。 ( 4 ) 图幅数字化质量检查 首先利用软件检查，然后再进行套合检查。g e o w a y 的质量控制可以对图形 的几何现象、地物的属性信息、拓扑构建结果以及各种矛盾数据进行检测和控 制。图形检测主要包括：自相交和打折、两线相交、公共边重复、悬挂点等。 属性检测主要用到的是等高线高程值的空值检测。另外还有等高线、编码检测、 重叠点检测等。套合检查是将矢量化后的矢量图和底图进行套合检查，对于要 素的错漏和要素间的关系等都可以从图面上很直观地表现出来。在质量检查中， 首先由生产人员自查，然后同组人员之间互查。在互查时制定质量检查项目表， 统一检查项目。然后根据检查结果对每幅数字线划图进行模糊综合质量评价， 取得其质量评价等级。具体评价方法和结果将在第三章中介绍。 ( 5 ) 坐标转换 每一幅地图都有一个坐标系，坐标系是电子化地图中的关键因素。坐标系 是空间数据的基准，也是地理信息系统的基础。建立地理信息系统的首要任务 是空闻地图数据的采集和地图数据的转换。空间物体的位置可以通过多种坐标 系来描述，由于途径不同，可能所使用的坐标系也不相同。1 。因为加工底图基于 1 9 8 0 年西安坐标系和1 9 5 4 黄海坐标系两种坐标系统，所以在进行图幅接边之前 要进行坐标转换。利用软件的“5 4 系- - 8 0 系的坐标转换”功能就可以完成此项 坐标转换工作。 ( 6 ) 图幅接边 第2 章数据体系 相邻两幅图所表示的地形应是连续的，而采集到的数据由于各种误差的影 响可能在接边边界处不连续，所以必须进行图幅的接边检查和修改。利用g e o w a y 的图幅接边功能可以方便的把相邻的图幅进行接边。首先新建一个接边工程。 数据源选择相邻的两幅图，在接边索引图中把其中的一幅图设置为主图，并且 以主图为基准生成接边线，按边线两侧一定范围内的属性相同的地物自动咬合 到边界上。然后可以在进行接边设置后，利用“自动接边”即可按照接边设置 进行自动接边。自动接边完成后，会将没有进行接边的悬挂接边点留在图上， 这时需再利用“手动接边”进行接边。 ( 7 ) 接边质量检查 利用套合检查的方法进行接边质量检查，并将检查结果填入图幅数字化质 量检查时制定的质量检查项目表中。 ( 8 ) 成果输出 因为拟在系统开发时选用m a p i n f o 作为g i s 系统平台，所以需将数据导出 为m a p i n f o 交换格式( 十m i f ) 。另外，为了生产数字高程模型( d e m ) 数据的 需要，将等高线地物类数据导出为m g e a s c i i 文件( t x t ) 。 2 3 数字高程模型( d e m ) 数据( g r d ) 的生产 在地球学和工程学中，d e m 已成为空间信息处理的一个重要的组成部分。 并且很长时间以来，g i s 方面的有关文献已对d e m 的相关问题进行了大量的研 究。g i s 利用d e m 来描述地形。可利用的原始数据点数量越大，越能更精确地 表达地形表面“”a 这里作者结合自己的实践，探讨了d e m 数据生产的相关问题。 1 数据源 在生产1 ：1 0 0 0 0 基础地形图数据的同时，导出了只有等高线地物类数据的 m g e a s c i i 文件( 术t x t ) ，是生产数字高程模型( d e m ) 数据的数据源。 2 数据生产环境 ( 1 ) 等高线数据文件格式转换程序( 自编) ： ( 2 ) g o l d e ns o i t w a r es u r f e r8 0 3 数据生产流程 ( 1 ) 利用等高线数据文件格式转换程序，将已有的m g ea s c i i 文件 ( 十t x t ) 中的坐标格式转换为x y z 格式。 第2 章数据体系 ( 2 ) 打开s u r f e r 8 0 ，并新建一个图形文档。 ( 3 ) 打开菜单g r i dd a t a ，在o p e n 对话框中选择x y z 格式的数据文 件。 ( 4 ) 在打开的“g r i dd a t a ”对话框进行以下参数的选择与设置( 其它参数 默认) ； 在“d a t ac o l u m n s ”中选择要进行g r i d 的网格数据( x 和y 坐标) 以及格 点上的值( z 列) ，这里我们不用选择，因只有3 列数据且它们的排列顺序已经 是x y z 了，如果是多列数据，则可以在下拉菜单中选择所需要的列数据； 接着，在“g r i d i n gm e t h o d ”中选择网格化方法一k r i g i n g 方法： 再点击o u t p u tg r i d f i l e “中的浏览按钮，在出现的保存文件的对话框中，选 择a s c i i 的g r d 文件类型，并输入要输出的文件名( 采用文件名形式：图幅 号g r d ) ； 。 然后在“g r i dl i n eg e o m e t r y ”中设置格网间距为2 0 米。 ( 5 ) 点击确定后，所需的g r d 文件就生成了。 4 关于参数与设置选择的说明 ( 1 ) 关于网格化方法和格网间距 网格化是指采用一定的格网化方法( 即数学模型) 对不规则分布的原始数 据点进行插值，生成在原始数据分布范围内规则间距的数据点分布。原始数据 的不规则分布，造成缺失数据的“空洞”。网格化则用外推或内插的算法填充了 这些“空洞”。网格化方法( c u i d d i n gm e t h o d ) 设定了采用网格化的方法，用不 同的网格化方法处理数据时会产生不同的结果。s u r f e r 8 0 内置有比较全面的网 格化方法，主要包括：i n v e r s e d i s t a n c e t oa p o w e r ( 反距离加权插值法) 、k r i g i n g ( 克立格法) 、m i n i m u mc u r v a t u r e ( 最小曲率法) 、m o d i f i e ds h e p a r d 。sm e t h o d ( 改 进谢别德法) 、n a t u r a ln e i g h b o r ( 自然邻点播值法) 、n e a r e s tn e i g h b o r ( 最近邻 点插值法) 、p o l y n o m i a lr e g r e s s i o n ( 多元回归法) 、r a d i a lb a s i sf u n c t i o n ( 径向 基函数法) 、t r i a n g u l a t i o n w i t h l i n e a r i n t e r p o l a t i o n ( 线性插值三角网法) 、m o v i n g a v e r a g e ( 移动平均法) 、l o c a lp o l y n o m i a l ( 局部多项式法) 等。 网格化插值的算法有许多种，但不论用哪种方法，如果希望通过插值加密 数据点，使一个粗糙的初始地形模型变成一个新的精确模型，那肯定是不现实 的。相反，原始模型经过插值计算得到的新模型总会有一定的变形，因为原始 数据点是实测的，而插值点有一定的插值误差。设计和选用适宜的插值算法是 第2 章数据体系 必要的，以使原始数据中包括的地理特征能够无明显损失地传递到内插计算的 数字高程模型中去3 。不同的网格化方法可以得到不同的网格文件，所以应当 选用最能代表自己数据特点的方法。这里在选择网格化方法时，考虑了原始数 据点数量的多寡、网格化速度、应使你的数据最接近实际情况和应使表现数据 的图形为最好等四个方面的因素。 从原始数据点数量的多寡进行考虑：因为每一幅图的原始数据点的数量都 一定大于1 0 0 0 ，属于大的数据量。在这种情况下，m i n i m u mc u r v a t u r e ( 最小曲 率法) 较快，网格足以代表原始数据特点，k r i g i n g ( 克立格法) 网格化较慢， 网格有足够的代表性。 m i n i m u mc u r v a t u r e ( 最小曲率法) 广泛用于地球科学。它试图在尽可能严 格地尊重数据的同时，生成尽可能圆滑的曲面。最小曲率法不是准确插值，是 典型的平滑插值。k r i g l n g ( 克立格法) 是一种在许多领域都很有用的地质统计 格网化方法。它的优点在于不仅考虑了各已知数据点的空间相关性，雨且在给 出待估计点的数值的同时，还能给出表示估计精度的方差。它试图表示隐含在 你的数据中的趋势，例如，高点会是沿一个脊连接，而不会产生等值线“牛眼” 效应的缺点，而且在插值点与取样点重合时，插值点的值就是样本点的值。这 里以某一图幅的a s c i i 的g r d 数据文件的生成为例，对m i n i m u mc u r v a t u r e ( 最 小曲率法) 和蹦g 洒g ( 克立格法) 的生成速度进行了比较，结果如表2 3 所示。 袭2 - 3m i n i m u mc u r v a t u r e 和k r i g i n g 的比较 格网间距 网格化方法 时间表面积s ( m )( s o c o i i d s ) 数据量 ( m 2 ) m i n i m u m c u r w m r c9 1 64 4 2 m3 2 0 5 2 7 0 5 2 6 1 0 k r i g t n g 4 0 3 84 4 2 m3 0 5 5 4 2 1 6 3 9 m i n i m u mc u r v a t u r c 2 1 3 9 1 1 l m3 0 6 1 5 0 1 6 0 5 2 0 k r i g m g 1 0 8 51 1 l m3 0 3 6 5 9 7 1 7 3 m i n i m u mc u r v a t t t m 0 5 3 5 0 7 k b3 0 1 0 7 8 0 4 4 6 3 0 k r i g i n g 5 5 15 0 6 k b3 0 1 7 7 8 5 5 3 5 另外，还对生成的试验数据进行了c o n t o u rm a p 和3 ds u r f a c em a p 的绘制试 验。结果表明，利用m i n i m u mc u r v a t u r