（地图学与地理信息系统专业论文）基于矢量结构的空间数据转换模型构建与实现.pdf

华东师范大学2 0 0 2 缓硕士学位论文基于矢量结构的空间数据转换模型构建与实理 论文摘要 地形图是目前g i s 最重要的数据源。但测绘部门建立的地形图数据库多为 单纯的制图数据，虽然与g i s 数据一样是矢量结构，却无法直接输入g i s 以满 足应用需要。完全放弃这些制图数据重新按g i s 要求数字化建库无疑是很大的 浪费，因此实现基于矢量结构的制图数据向g i s 空间数据库的转换具有重要的 现实意义与经济价值。笔者对这方面的研究现状和动态进行了调查，认为制图 数据向g i s 数据的转换主要分为两类：一类是数据格式的转换，一类是数据语 义的转换。格式转换是基础，语义转换是核心。但目前语义转换还存在若干问 题，以至成为g i s 数据库建库的一大障碍。本文以模型分析理论为出发点，认 为制图数据向g i s 数据的转换实质是数据模型的变换。因此首先对这两种数据 模型的特征进行详缅的分析，然后针对两种模型的特点和差异构建了二者转挨 的概念模型和逻辑模型，并以龙岩项目为例，进行了实例应用，实践表明笔者 所构建的模型是成功的，可操作的。 论文共分6 章。第一章绪轮，说明选题背景、相关研究进展和介绍整个论 文的研究框架；第二章制图数据模型与g i s 数据模型特征分析。对制图数据模 型进行分析，阐明其模拟地图豹本质，然后将其与g i s 数据模型进行比较，分 析二者韵差异t 第三章转换模型的设计，首先从地圈内容构成出发，构建整个 制图数据向g i s 空间数据库转换的总体框架，然后以g i s 点、线、面要素为出 发点，构建各自的转换的概念模型。最后针对制图数据与g i s 数据的表现差异， 创建转换过程中主要处理功能的逻辑模型；第四章转换模型的实现，经过对g i s 软件的对比分析，选择a r c g i s 作为制图数据的转换平台，以a u t o c a d 地形图数 据为制图数据对象，在a r c g i s 的可视化建模工具m o d e l b u i l d e r 环境下进行具 体建模实现过程；第五章应用实例，以龙岩市基础地理信息数据库建库为例， 实践检验构建的模型，并与传统的转换模式进行对比；最后一章是结语包括 总结和展望。 本文从转换模型的构建与实现的角度研究制图数据向g i s 空间数据库的转 换而不仅仅局限于具体技术实现的细节。并且使用a r c g i s 的m o d e l b u i t d e r 空 间处理建模工具进行建模，不但简化了模型的构建与实现，还提高了转换整个 处理过程的效率。 关键词：制图数据模型，g i s 数据模型，模型转换，a u t o c a d ，a r c g i s m o d e l b u i i d e r 华东师范大学2 0 0 2 级硬士学位论文 基于矢量结构的空问数据转换模型构建与实珊 a b s t i 认c t t o p o g r a p h i cm a pi st h em o s tj m p o r t e n td a t as o u r c eo fg i s b u tm o s to f t o p o 乎a p h i c a lm a pd a t a b a s ep m d u db ys u r v e yd e p a r t m e n ti so n l yc x a r t o g r a p h i c d a t a , w h i c hi sv e c t o rd a t as t r u c t u r e , b u tc a n n o tb ei m p o r t e di n t og i sd i r e c t l yt om e e t o i su s i n g a b a n d o n i n gt h e s ec a r t o g r a p h i cd a t ae n t i r e l ya n dd i g i t i z i n gm a pi nt e r m o fg i sn e e d i n gi se x t r a v a g a n t s oi ti sr e a l i s t i c a l l ya n de c o n o m c i a l l yt ot r a n s f o r m c a r t o g r a p h i cd a t at og i ss p a t i a ld a t a b a s e 1 1 l ca u t h o ri n v e s t i g a t e dt h ea c t u a l i t ya n d t r e n d si nt h i sr e s p e c t ，a n dc o n c l u d e dt h a tt h e r ea r et w ok i n d so ft r a n s f o r mb e t w e e n c a r t o g r a p h i cd a t aa n dg i sd a t a , o n ei sf o r m a tc o n v e r s i o n ，t h eo l h e ri s s e m a n t i c i n f o r m a t i o nc o n v e r s i o n t h e r ea r es o m ep r o b l e m s i nt h es e m a n t i ci n f o r m a t i o n c o n v e r s i o n w h i c hb e c o m et h ed i 街c u r i e so fg i sd a t a b a s ec r e a t i o n i na u t h o r s o p i n i o n ，c o n v e r s i o nf r o me a r t o 伊a p h i cd a t at og i sd a t a b a s ei se s s e n t i a l l yd a t am o d e l c o n v e r s i o na c c o r d i n gt om o d e l i n ga n a l y s i s s ot h ep u r p o s eo ft h i sr e s e a r c hi st o c o n s t r u c ta n dr e a l i z ec o n v e r s i o nm o d e l sf r o mc a r t o g r a p h i cd a t at og i sd a t a b a s e t h e r ea l es i xc h a p t e r si nt h i st h e s i s t h ef i r s tc h a p t e ro fi n t r o d u c t i o ni l l u s t r a t e t h eb a c k g r o u n do ft h es u b j e c t ，p u r p o s eo ft h i sr e s e a r c h ，t h ea e t u a i t ya n dt r e n d si n t h i sr e s p e e ti nt h ew o r l d , t h em a i nc o n t e n ti n n o v a t i o n so fm yo w nr e s e a r c h t h e s e c o n dc h a p t e ro fa n a l y s i so f t h ec h a r a c t e r sb e t w e e nc d m ( c a r t o g r a p h i cd a t am o d e ) a n dg i sd a t am o d e le x p l a i n st h a tt h ed a t am o d e lo ft h ec a r t o g r a p h i cd a t ai s d e m ( d i g t t a lc a r t o g r a p h i cm o d e l ) w h i c he s s e n t i a l l yi sm a p p i n gm o d e l t h e nt h e a u t h o rc o n t r a s tc d ma n dg i sd a t am o d e l d e m o n s t r a t e sd i f f e r e n t sb e t w e e no ft h e m n l et h i r dc h a p t e ro fd e s i g n i n gt h et r a n s f o r mm o d e lc o n s t r u c t st h ec o n c e p t i v em o d e l a n dl o g i c a lm o d e l 1 1 1 ef o r t hc h a p t e ro f m o d e lr e a l i z i n gt e l l st h er e a l i z a t i o no f m o d e l b yu s eo fa r c g i sm o d e l b u i l d e r t h ef i 触c h a p t e ro fu s i n ge x a m p l ed e m o n s t r a t e st h e u s i n go ft r a n s f o r mm o d e l t h el a s tc h a p t e ro fc o n c l u s i o ns u m m a r i z e so fa l lo fa b o v e a n db r i n g sf o r w a r dw h a ti sg o i n gt od oa tn e x ts t e p t h e r ea r es o m ei n n o v a t i v er e a c t s ：c o n s t r u c tt r a n s f o r mm o d e li n s t e a do f e m b o d i e dt r a n s f o r mt e c h n i c ；u s i n ga r c g i sm o d e l b u i l d e rd e s i g n sa n dr e a l i z e sm o d e l c a l ls i m p l yt h ep r o c e s so f m o d e l i n ga n di m p r o v et h ee f f i c i e n c yo f p m s s i n g k e yw o r d ：c a r t o g r a p h i cd a t am o d e l ，t r a n s f o r mm o d e l ，a u t o c a d ，a r e g i s m o d e l b u i l d e r 鏖郝固硕士学位论文答辩委员会成员名单 姓名 职称 单位备注 梅安新教授华东师范大学主席 吴健平教授华东师范大学 应龙根教授华东师范大学 第五章应用实例4 6 5 i 课题背景+ 4 6 5 2 数据分析，4 6 5 3 制图数据的数据转换建库4 9 5 4 数据库的应用5 3 5 5 优势比较，5 4 第六章结语5 6 附录5 7 参考文献6 0 后记6 3 图索引 图1 1 实现制图数据与g i s 数据格式转换的编程模式2 图1 2 制图数据向g i s 数据转换的处理模式3 图1 3 论文研究框架图6 图2 1 地图语言的构成9 图2 2 地图语言结构9 图2 。3 符号要素与图形的关系。1 1 图2 4 复杂点状符号的组成和存储调用一1 1 图2 5 空间数据模型的三个层次1 3 图2 6 地图与g i s 对地理数据的表达差异1 4 图2 7 用于制图和空间数据库的抽象一1 5 图2 8c a d 和g i s 空间图形对比1 6 图2 9 半比例符号在c a d 和g i s 中的显示1 6 图2 1 0 制图数据目标不完整性。1 7 图2 1 l 空间图形局部放大显示1 8 图3 1 地图内容的构成1 9 图3 2 制图数据向g i s 空间数据库转换的总体框架2 0 图3 3 制图数据转换为空问数据库的基础数据和专题数据2 1 圈3 4 地理信息由制图数据向空间数据库转换的原理2 2 图3 5 独立点状符号和点状填充符号2 2 图3 6 点要素的转换模型2 3 图3 7 线要素的转换模型2 3 图3 8 面要素的转换模型2 3 华东师范大学2 0 0 2 擐硕士学位论文基于矢量结构的空间数据转换模型构建与实现 图3 9 地方坐标与国家坐标闯的变换2 4 图3 1 0 以格网面存储地图分幅的元数据例子2 5 图3 儿分类编码模型2 6 图3 1 2 拓扑多边形生成模型2 6 图3 1 3 属性转换模型一2 7 图4 1s t a g i n gg e o d a t a b a s e 结构图3 3 图4 2m o d e l b u i i d e r 空间处理建模3 5 图4 3 空间处理模型及其运行界面3 6 图4 4g e o p r o c e s s o r 的编程对象模型图3 6 图4 5 将复杂模型进行功能分解和组合3 8 图4 6 模型实现的技术思路一3 8 图4 7 要素属性表连接模型一：3 9 图4 8 图形要素分类输出模型一3 9 图4 9 。编码对照表：4 0 图4 1 0 根据编码对照表对图形数据进行编码的脚本程序片段4 1 图4 1 i 空间连接( s p a t i a lj o i n ) 功能对话框4 2 图4 1 2 m u s tn o th a v ed a n g l e ”拓扑规则建立和悬挂点、断线标识4 2 图4 1 3a r c g i s 的动态投影变换4 3 图4 1 4 在a r c g i s 中地方坐标系的定义一4 4 图4 1 5 空间参考定义后的数据显示情况4 4 图5 1 龙岩i ：5 0 0 c a d 地形图示例4 7 图5 2c a s s 5 0 的骨架线与辅助符号线一4 8 图5 3 龙岩城市房屋建筑g i s 示范数据库内容框架4 图5 5 针对建筑物标识转换为属性的处理模型的思路5 0 图5 7 龙岩坐标系的定义5 2 图5 8 利用网格存储地图元数据5 2 图5 9 利用q u i c k b i r d 遥感影象对房屋建筑数据进行更新5 3 图5 1 0 建筑物在a r c s c e n e 里的三维显示5 3 图5 1 1 由数据库生成的三维虚拟场景5 4 表索引 表2 1 地图符号传输的信息特征和视觉感受变量组合表9 表j 1 对c a d 格式转换要求2 9 v 华东师范大学2 0 0 2 缓硕士学位论文基于矢量结构的空问数据转换模型构建与实现 表4 2 常用g i s 软件的c a d 数据转换功能对比分析表3 0 表4 3p o i n t 、l i n e 、a r e a 要素的属性表结构3 3 表5 1 龙岩1 ：5 0 0c a d 地形图数据分层标准4 7 表5 2c a s s 5 0 地物编码表4 8 表6 3 编码表4 9 附表l “c a d d o c ”数据表结构5 7 附表2 “e n t i t y ”数据表结构5 7 附表3 “m s l i n k ”数据表结构5 8 附表4 “c a d l a y e r ”数据表结构5 8 附表5 “t x t p r o p 数据表结构5 8 附表6 “a t t r i b ”数据表结构5 9 附表7 “x 1 ) a t a ”数据表结构：5 9 y i 学位论文独创性声明 本人所呈交的学位论文是我在导师的指导下进行的研究工作及 取得的研究成果据我所知，除文中已经注明引用的内容外，本论文 不包含其他个人已经发表或撰写过的研究成果对本文的研究做出重 要贡献的个人和集体，均已在文中作了明确说明并表示谢意。 作者签名： 学位论文授权使用声明 本人完全了解华东师范大学有关保留、- 使用学位论文的规定，学 校有权保留学位论文并向国家主管部门或其指定机构送交论文的电 子版和纸质版有权将学位论文用于非赢利目的的少量复制并允许论 文进入学校图书馆被查阅有权将学位论文的内容编入有关数据库进 行检索有权将学位论文的标题和摘要汇编出版保密的学位论文在 解密后适用本规定 日期：丝堑：! ：2 学位论文作者签名：彦叩国 日期：兰堕鱼：乙 导师签名：辨砖镀 华东师范大学2 0 0 2 级硕士学位论文基于矢量结构的空间数据转换模型构建与实现 1 1 选题背景 第一章绪论 “数字地球”自1 9 9 8 年美国前副总统戈尔提出后，短短几年内就成了自“信 息高速公路”之后全球信息化的又一个热点，包括我国在内的众多国家纷纷开始 研究建立满足自身战略需要的“数字地球”体系。城市是人类文明的象征，是人 类社会物质和精神财富生产、结聚和传播的中心，在整个社会中的重要地位和作 用是不言而喻的。尤其是我国目前正在经历着一场深刻的城市化进程，城市建设 和发展迅速，人民生活质量飞速提高。同时我们又面临着生态恶化、土地浪费、 城市扩展对城市基础设掩的压力不断增加、交通拥挤、运输效率低下等问题。信 息化作为提高效率、节约资源和提高决策水平的工具，可以为城市规划、建设和 管理做出非常巨大的贡献。“数字城市”作为”数字地球”的重要组成部分，成 为社会和政府的关注焦点。“数字城市”的重要基础之一就是城市地理信息系统。 城市地理信息系统( u g i s ) 在城市空间基础设施管理、城市规划制定和实旌、城 市管理功能组织等方面发挥出重要作用，它是地理信息系统( g i s ) 的重要应用 领域。 数据是g i s 的血液，u g i s 涉及两类地理数据：一类是基础数据，包括城市基 础地图和用于反映地形、交通、水系、境界、房屋和人口等信息豹其他资料，它 们表示城市的基本面貌，并作为其它专题数据的背景或空间位的载体，这类数据 来自地形圈m ：一类是专题数据，即各种专业性韵城市地理数据，如城市规划、 地下管同、土地利用、环境污染等，它反映城市某一方面的专门内容，这类专题 数据来自相应的专题图：规划图、管网图等。因此城市大比例尺基本地形图是 u g i s 的最重要的数据源。而线划图件是目前城市基本地形图的最主要形式，从 数字线划图建库情况看，全国抽样调查表明，已建、正建和未建的比例分别为 2 7 、5 5 和1 8 9 6 ”。数字线划图是单纯的制图数据，测绘部门为了便于机助绘图， 多使用如a u t o c a d 之类的绘图软件，按“图上有什么就数字化什么”的原则建立 数字线划图数据库( 制图数据库) 但是这些单纯的制图数据不能直接输入像 a r c i n f 0 这样的地理信息系统中去。因为仅仅要去掉已数字化的各种非比例尺 和半比例尺图式符号而改为输入属性这一动作，就比重新按g i s 要求进行数字化 还要费时【”。因此，这种以机助制图为应用目的而建立的制图数据库，显然难以 满足g i s 专题信息提取、空间分析、数据挖掘与应用。但是建立这类制图数据库 耗费了大量的人力物力，完全放弃这些数据而重新按g i s 要求数字化建库无疑是 很大的浪费，因而实现制图数据向g i s 空间数据库的转换具有重要的现实意义与 经济价值。 华东师范大学2 0 0 2 擐硕士学位论文基于矢量结构的空间数据转换模型构建与实珊 i 2 相关研究进展 纵观国内外关于制图数据库向g i s 空间数据库转换的研究。主要集中在两方 面：一是对比研究制图数据与g i s 数据的差异，二是研究具体的转换技术。 对制图数据与g i s 数据进行比较研究是为了分析制图数据向g i s 空问数据库 转换的难点。由于机助制图系统多基于c a ) ( 计算机辅助设计) 平台二次开发( 如 a u t o c a d 、m i c r o s t a t i o n ) ，所以c a d 制图数据也就是成了制图数据的代称，对制 图数据与g i s 数据的比较研究便具体为c a d 制图数据与g i s 数据的对比研究。国 内这方面的文章颇多，如参考文献“帅”“。唧啪璐“。其中文献o ”的论述最为详 细，以c a d 与g i s 的目的不同为出发点分析制图数据与6 1 s 数据的具体区别，如 数据精度、处理对象、数据的动态更新、数据存储等方面。 同样，具体转换技术研究也主要集中于a u t o c d 制图数据向g i s 数据的转换。 该研究分为两类，一类是数据格式转换的编程开发，一类是数据语义的转换。 笔者对编程实现c a d 制图数据格式向特定g i s 数据格式转换的诸多研究的技 术路线进行归纳，总结出如下编程模式： 图1 1 实现制图数据与6 1 s 数据格式转换的编程模式 1 ) 在c a d 环境下进行二次开发，实现c a d 制图数据输出为g i s 数据。在这 种模式下，用户不需具体了解c a d 数据的存储格式，但需要知道6 1 s 的具体数据 存储格式，所以输出数据多为公开的g i s 交换格式，使用这种模式多为制图生产 者为机助制图系统开发g i s 数据接口“町1 ”。比如南方测绘仪器公司在a u t o c k d 2 0 0 2 上开发的“c a s s 5 0 数字化地形地籍成图系统”就采用这种开发模式，该系 统可以将其制作的c a d 地图数据输出为常用的g i s 数据交换格式，如m i f , s h a p e f i l e ie 0 0 等。 2 ) 在g i s 环境下进行二次开发，实现c a d 数据导入为g i s 数据。这种模式 与在c a d 环境下进行二次开发相反，用户需要熟悉的是c a d 数据的存储格式，所 以输入的制图数据多为d x f 等c a d 交换格式。g i s 应用和开发人员多采用这种模 2 华东师蓖大学2 0 0 2 级硕士学位论文 基于矢量结构的空间数据转换模型构建与实现 式进行c a d 数据导入。当然，商业g i s 平台软件均提供c a d 数据导入功能，但它 们不一定满足用户的需要。比如m a p l n f o 的“通用转换器”在导入d w g d x f 数据 时会丢失x d a t a 信息，数据库连接信息，线型信息等。a r c v i e w 在将d w g 数据导 入为s h a p e f i l e 数据时c a d 注记为转换为点要素数据并丢失字体、颜色等信息。 这时就需要用户在g i s 环境下自己编写c a d 数据导入功能以满足数据转换的需 要。比如使用m a p b a s i c 编程实现d x f 数据转入m a p l n f o 、舭编程实现d x f 数据 转入a r c i n f o 等伽。也有人对该模式进行了改造，引入中间数据格式，将c a d 数据先转换为作者自定义中间数据格式，然后再在 r c g i s 环境下对中间数据进 行读取并转入为g e o d a t a b a s e 姗。另一方面，如果需要在数据格式转换过程中进 行一些特殊的处理，以生成用户所需的特定结构的g i s 数据，比如线要素生成面、 去除某些不必要的图形信息等，也采用该模式进行编程开发。比如有入设计了一 个数据解译器实现c a d 地形图数据转入m a p l n f o 删。但是在g i s 软件提供的c a d 数据导入功能越来越强大的今天，仅仅利用编程实现c a d 数据格式的转换也越来 越没必要，而g i s 用户更多的是利用编程满足在格式转换过程中的特殊处理。 3 ) 不借助任何c a d 或g i s 环境，直接编程实现c a d 数据导入g i s 。这需要同 时知道输入和输出的数据格式，因此该模式多使用c a d 和g i s 的公开数据交换格 式( 如果知道内部格式也行) 。这种模式多为专业的第三方空阃数掘加工商家所 采用。比如北京吉威数源信息技术有限公司开发的6 e o w a y 平台就可将c a d 制图 数据转换为各种常用的g i s 格式，并同时实现对c a d 数据的深加工处理，如编码、 效据检鹰、拓扑多边形生成、注记转为属性等 上述讨论的是对c a d 制图数据格式转换的编程开发模式，而对制图数据的语 义转换刹是将数据格式作为基础，重点在对于对数据的加工处理以满足g i s 具体 应用的需要。笔者对这类研究进行概括总结为如下模式： 图l ，2 制图数据向g i s 数据转换的处理模式 1 ) c a d 环境模式，该模式侧重于在制图数据环境( 如a u t o c a d ) 中按g i s 数 据质量要求对c a d 地图数据进行整理改造，以减少在g i s 环境下人工干预处理的 工作量叩柏m 胁l 。这方面的处理经验有： 华东师范大! 幽2 级硕士学位论文基于矢量结构的空问数据转挠模型构建与实现 将地物由制图分层整理为按类型分层，引入复合概念层和以地物代码名作为 层名。 在a u t o c a d 中点状地物符号块( b l o c k ) 化，并将构成地物图形的主线和辅 助符号线分层区别开。 注记单独成层，与地物层分开。 在a u t o c a d 中利用) ( d a t a ( 扩展图元) 存储地物的编码。 尽量使用g i s 系统容易接受的、结构紧凑的数据实体，如a u t o c a d 的 p o l y l i n e 、s h a p e 、t e x t ，少用数据量大的数据实体，如a u t o c a d 的l i n e ， 避免使用g i s 系统不易识别的数据实体，如a u t o c a d 的c i r c l e 、a r c 等。 这种模式是对制图数据源的处理，改造制图数据以适应g i s 的要求。制图数 据的生产者多采用该模式对制图数据进行有限的g i s 改造，特别是传统的测绘部 门为满足g i s 对基础地理信息的需要而对c a d 地形图进行改造以建立基础地理信 息数据库。比如上海市测绘院的l ：5 0 0 和1 ：1 0 0 0 g i s 数字线划地形图( a u t o c a d 格式) 即是在原有的全要素c a d 数字线划地形图的基础上，按照g i s 对数字地形 图的要求，对某些地物要素表示作必要的修改和补充，对某些地物要素的图式符 号作适当的简化而成的。 2 ) g i s 环境模式。该模式侧重于格式转换磊在g i s 环境下按应用需求进行再 加工处理这多为g i s 应用者所采用，因为g i s 用户无法去改变数据源。面对不 同标准的制图数据，只能在自己熟悉的g i s 环境下对其进行格式转换后利用g i s 软件的编辑功能进行数据的再加工，生成满足特定需要的空间数据库。在该方案 下，常用的技术思路有： 根据原制图数据中表达地物的某些信息( 图层名、线型、颜色等) 对地物进 行分类编码。 对复杂地物进行人工交互式解译分类编码。 生成某些面状地物，如建筑物面、河流面、土地利用面等。 进行拓扑检查，如悬挂点、断线、重合等的检查和改正。 赋予地物属性，或者将注记转换为属性。 坐标转换。 g i s 软件对制图数据格式( 如a u t o c a d 格式、m i c r o s t a t i o n 格式) 转换功能 日益增强，单纯依靠编程实现制图数据向g i s 数据格式的转换已经没有必要，制 图数据向g i s 空间数据库转换的重点已由早期的数据格式转换发展为当今的对 制图数据进行加工处理以满足g i s 特定应用需受。但是如今这方面的研究多集中 在测绘部门，使用的技术路线也是基于制图环境，而g i s 用户对制图数据的转换 虽然有大量实践，却多为具体的零碎技术经验，缺乏系统的研究，相关的文献也 4 华东师范大学2 0 0 2 圾硕士学位论文基于矢量结构的空间数据转换模型构建与实现 制图数据进行加工处理以满足g i s 特定应用需要。但是如今这方面的研究多集中 在测绘部门，使用的技术路线也是基于制图环境，而g i s 用户对制图数据的转换 虽然有大量实践，却多为具体的零碎技术经验，缺乏系统的研究，相关的文献也 很少。因此有必要对g i s 环境下制图数据的转换进行系统的研究。 1 3 论文研究框架 如上所述，现今对g i s 环境下制图数据的加工处理以建立空间数据库方面缺 乏相关系统研究，所以本文从g i s 数据处理者的角度出发，探讨怎样在g i s 环境 下对制图数据进行加工处理以建立空间数据库。为避免局限于具体软件的技术细 节，笔者以过程建模的方式设计整个转换的方法体系，然后以一具体g i s 平台为 模型实现环境，对构建的制图数据向g i s 空间数据的转换模型进行实现，最后以 具体课题项目为例进行实例验证本文结构如下： 1 ) 制图数据模型与g i s 数据模型特征分析。数据模型的差异是制图数据与 g i s 数据转换困难的核心所在，因此，从数据模型层面对制图数据与g i s 数据进行对比分析，是本文实现系统研究的起点和关键所在。笔者用地图 符号模型对制图数据模型( c a r t o g r a p h i cd a t am o d e l _ c 喇) 进行解释 和分折，并对当前g i s 韵矢量数据模型进行简要介绍，然后对二者的特征 进行对比分析，作为数据转换模型设计的根据和理论基础。 2 ) 数据转换模型的设计。制图数据是模拟地图的数字表现，所以制图数据向 g i s 空间数据的转换实质就是模拟地图信息向空间数据库的转换据此， 根据地图内容要素的特征，首先设计转换的总体框架她图的地理要 素、数学要索、辅助要索转换为g i s 空间数据库的地理数据和元数据思路： 然后构建相应的处理模型，如地理要萦分点、线、面的转换，坐标系的转 换，元数据的建立等：最后针对制图数据与g i s 数据的具体差异，设计转 换模型中关键功能实现的逻辑模型。 3 ) 转换模型的技术实现。在g i s 环境下对转换模型的实现而言，数据格式转 换是前提。本文以a u t o c a d 制图数据为具体研究对象，对常用g i s 软件平 台( m a p l n f o 、s u p e r m a p 、a r c g i s ) 的c a d 数据转换功能进行对比，选择 功能最强的a r c g i s 作技术实现的g i s 开发环境，使用其可视化空间处理 建模工具m o d e l b u ii d e r 对转换模型具体实现。 4 ) 应用实例。以福建省龙岩市基础空闯数据库建库和城市房屋建筑调查工程 为例，对转换模型进行实践应用和验证。 整个论文框架如下图所示： 华东师范大学2 0 0 2 级硕士学位论文基于矢量结构的空间数据转换模型构建与实现 图1 ，3 论文研究框架图 6 华东师范大学2 0 0 2 缓硕士学位论文基于矢量结构的空间数据转换模型构建与实现 第二章制图数据模型与6 i s 数据模型特征分析 如参考文献 1 8 所指出的。制图数据与g i s 数据的数据模型差异是造成制图 数据向g i s 空间数据库转换的困难核心所在。模型是对现实世界的简化表达是 将系统的各个要素通过适当的筛选，用一定的表现规则描写出来的简明的映象 1 。一幅地图是一个符号模型，因为它是通过制图学家处理后得到现实世界的简 化描述；存储数字地图的计算机文件也是一种符号模型，它以数字代码来表现图 形符号。一幅数字地图的生产不仅需要选择所要表现的物体。还要进一步考虑如 何对表达它们的数据进行组织。如果数据的组织规则没有很好地建立起来，则一 幅数字地图除了对生产这些数据的个人或组织有用以外，对于其他人是没有用 的。 数据是对现实世界状况的数字符号记录，信息是经过重新组织的，能揭示现 实世界内在机理的并有利于研究工作的数据。由于计算机的数字化特征。数据 项必须是离散的以便于进行数字处理和操作。因此，地理空间也必须离散化表达。 数据建模是指把现实世界豹数据组织为有用且熊反映真实信息的数据集的过程。 有两种常用的方法来对地理空间要素进行数据建摸，一种是定义了点、线、面的 一个要素的空阔范围，以及来自于所熟知的一系列类型的几何基本单元 ( p r i m i t i v e ) ，在这种方式下的要素叫做“几何体要素( f e a t u r ew i t h g e o m e t r y ) ”。另一种被称为覆盖( c o v e r a g e ) 影像是该模型的一个特殊的例子。 几何体要素和覆盖是紧密相关的，但是在概念上截然不同1 。 制图数据模型是属于“几何体要素”模型，g i s 数据模型虽然有“几何体要 素”模型和“覆盖”模型，但最常用的还是基于“几何体要素”模型的矢量数据 模型。下面先对它们进行分别介绍，然后进行对比分析。 2 1 制图数据模型 2 1 1 制图数据模型的概念 制图数据模型是计算机机助制图数据模型的简称。制图数据模型以满足测绘 界的制图规范与图式为核心，它强调制图要素的符号化表示，本质上是数字制图 模型( d i g i t a lc a r t o g r a p h i cm o d e l d c m ) 嘲。数字制图模型是符号化的二 维制图数据库，与比例尺紧密关联，便于图形的显示和制图输出。数字制图模型 概念源于数字景观模型( d i g i t a ll a n d s c a p em o d e l d l m ) 。德国内务部测量 局于1 9 8 9 年决定建立全国官方的地形和制图信息系统，称为a t k l s 。他们区分 数字景观模型d l m 和数字制图模型d c m 。数字景观模型是具有拓扑关系的三维空 华东师范大学2 0 0 2 级硕士学位论文 基于矢量结构的窀问数据转换模型构建峙实现 间信息系统，包括数字地物模型和数字高程模型，只有采样分辨率，并无地图比 例尺概念，这便于各种专业信息系统的需要。而数字制图模型是二维、多层片结 构，有矢量和栅格两种形式。d 咖是由d l m 导出，并考虑了符号化和图面上的容 量和日视化需要，有地图综台取舍的过程，它具有比例尺概念，实际上相当于符 号化的数字地图，主要用于制作地形图和专题图，或作为背景在屏幕上显示“1 。 由于数字制图模型是面向图式符号的或面向制图表示的，是地图生产者所特有的 模型，因此其它部门未必感兴趣啪。 针对数字景观模型和数字制图模型，可以从理论上将地图数据库分为两种类 型：地理信息系统中的地图数据库( 数字景观模型) 和机助制图系统中的制图数 据库( 数字制图模型) 。而“数字地图就是地图数据库的用户观点，所以数字地 图的本质就是地图数据库，它是计算机中实现了的对客观世界的高度抽象，又称 为数字景观模型”。3 。如今数字地图和g i s 的结合越来越紧密，g i s 空间数据库 本身就的地图数据库的延伸。 “由于概念不明确，我国曾经在地图数字化过程中出现过一些困扰的问题。 一个典型的例子是为了便于机助绘图，曾利用a u t o c a d 软件，按“图上有什么就 数字化什么”的原则建立了数字她图数据库。结果这些数据不能直接输入像 a r c i n f o 这样的地理信息系统中去。因为仅仅要去掉已数字化的各种非比例尺 和半比例尺躅式符号而改为输入属性这一动作，就比重新按g i s 要求数字化还耍 费时。”嘲因此正确认识数字制图模型是分析制图数据的基础。 2 1 2 制图数据模型韵本质 制图数据模型的本质是数字制图模型，但纵观地图学、机助制图和g i s 等相 关文献，专门对数字制图模型的研究分析寥寥无几。原因是单纯的制图数据只是 模拟地图的数字化翻版，而制图数据的输出结果，无论是地图图形的计算机显示 还是打印输出都和模拟地图没有区别。因此相对于g i s 的数据模型而言。数字制 图模型可以说是地图符号模型在计算机中的图形实现。数字制图模型依然采用地 图语言地图符号系统对地物进行表达。对数字制图模型的研究分析，实际就 是对地图语亩进行研究分析。 地图语言是地图的表达形式，编图者通过地图语言传递空间信息叫。我国学 者廖克所著的现代地图学中，将地图语言解释为地图符号系统，并从语言学 角度分为地图语言的研究内容分为语法( 地图符号的结构) 、语义( 地图符号的 意义) 和语用( 地图符号的效用) 。同时地图语言研究中还包括地图的表示手段、 表示方法和图形设计。 图2 1 地图语言的构成“1 而祝国瑞的地图学中虽然定义“地图符号论又称地图语言学”，但认为 “地图语言包括地图符号和地图注记两部分”，将地图语言的构成概括为 i 地图语言 i 地图符号f i 语言符号 i l 静态符号动态符号文本符号语音符号 形状、尺寸持续时闻说明文本昕费变曩 变| 速率动稿b 能文本 瓣 瑚& 曛| 甓显示敞蓐 图2 ：2 地图语言结构4 1 笔者不对二者进行评论，但站在数字制图模型研究韵角度，更趋向于廖克的 观点地图语言是图形语言，因此图形是地图语言的主体。图形语言主要通过地 图符号系统来体现。地图图形符号可以表示制图对象的种类、位景、大小、形态、 结构、质量与数量特征。并具有共f 习性、抽象性、系统性和可视化。地图符号的 数量和种类是无限的，但所有这些数量与多样性的变化均取抉予图形符号的6 个 变量一形状、大小、方向、亮度、结构和色彩脚；而对于计算机屏幕地图则增 加有动态图形变量。将符号传输的信息特征和视觉感受变量组合则得到下表： 表2 1 地图符号传输的信息特征和视觉感受变量组合表嘲 传输特征 符号构成要素( 视觉差异) 类别、质最主次、等级数量 形状 大小 、， 颜色彩( 色相) 色 色调( 饱和度、亮度) 疏密 结 晕线 方向、形式 构 疏密 图案花纹 方向、形式 华东师范大学2 0 0 2 级硕士学位论文基于矢量结构的窀问数据转换模型构建p 实现 地图符号分类虽然繁多，通常根据地图要素及符号的某些特点有分类：一是 按表示地物分布特点分，有点状符号，即具有各种规则图形或象征图形的个体符 号，用以表示点状地物；线状符号，表示具有线状或带状延伸的地物；面状符号， 表示的地物面积较大，在图上占一定的轮廓范围。二是按符号的尺寸与地图比例 尺的关系划分，有依比例符号，图上符号的面积符合实地面积，面状符号一般是 依比例符号；半依比例符号，多为线状符号，其长度依比例而宽度不依比例；不 依比例符号，表示图上面积小而无法依比例表示的地物，多为点状符号，如地形 图上的控制点，独立地物等。 地图注记由自然语言构成，对地图符号起补充作用，地图有了注记便具有了 阅读性和可翻译性，成为一种信息传输工具。地图注记具有标识各地物对象、指 示对象的属性、表明对象间关系以及转译的功能。标识各对象：地图用符号标识 物体或现象。用注记注明对象的名称，名称和符号相配合，可以准确地标识对象 的位置和类型；指示对象的属性：文字或数字形式的说明注记标明地图上表示的 对象的某种属性。如树种注记等；表明对象间关系：经区划的区域名称往往表明 影响区划的各种重要因素问的关系：转译：地图符号通过文字说明才能担负信息 传输的功能地图注记可分为名称注记和说明注记。名称注记指她物的名称。丽 说明注记又分文字注记和数字注记，用于补充说明制图对象的质量或数量属性。 除了注记对制图对象进行说明外，图例是地图符号的解译器。图例有效地连 接地物符号及其属性。随着地图的大规模生产，地图图式符号和色标的标准化 与规范化问题越来越受到重视。各国的地形图，包括我国国家基本地形图在内， 每种比例尺，如1 ：1 0 0 0 _ ( ) ，l ：2 5 0 0 0 0 等，都有统一的图式符号和编制规范，符 号的尺寸、用色、注记的字体和字号大小都规定得明确，因此多数数字线划地形 图在图幅内没有明确的图例要素。 2 。1 3 制图数据的组织特点