GIS中多比例尺地理数据的管理和应用.pdf

GIS 中多比例尺地理数据的管理和应用 郭建忠 安 敏 解放军测绘学院 郑州 450052 摘要 从地理信息系统中多比例尺 多分辨率地理数据存在的背景分析入手 详细阐述 了GIS 中多比例尺地理数据存在的必然性和必要性 从实践中分析了对多比例尺数据管理的 方法 并对它的发展前景提出了自己的看法 关键词 多比例尺 多分辨率 地理信息系统 分类号 P288 7 GIS 中 同时存在几种不同比例尺 或精确 程度 的空间数据的现象被称为 GIS 的多比例尺 性 而相 应 的 GIS 被 称为 多 比 例尺 GIS Mult i Scale GIS 或 多分辨率 GIS Mult i reso lution GIS 多比例尺 GIS 的表现形式主要有两种 一种 是一库多版本 即在 GIS 中 建立一个较大比例 尺的主导数据库 而其它层次比例尺 或分辨 率 的空间数据库是从该主导数据库中衍生或派 生而来 形成多个版本的空间数据库 这种形式 也叫 基于主导数据库的多种表达 Master Da tabase Multiple Representation 另外一种就是多库 多版本 即在 GIS 中 独立建立对应于多种比例 尺的多个空间数据库 也称为 多重表达数据 库 Multiple Representation Database 下面我们 从背景 实现和前景 3 个方面对这一问题详细进 行论述 1 多比例尺地理数据库存在的背景 1 1 数据分析和应用的需要 为了研究地理系统 人们曾经提出了不少不 同类型的地理系统概念模型 如Weaver W 类型 Beer S 类型 Chorley R J 类型 其中 Beer S 所提 出的地理系统等级概念模型尤其适合于区域地理 系统的研究 Beer S 概念模型如图 1 所示 Beer S 的这种概念模型也称之为 空间分辨 率圆锥 Beer S 概念模型要求研究者在研究区 域地理系统过程中 充分注意所研究的对象 注 意该对象在系统等级序列中所处的地位 因为 对象的这种地位基本上决定了系统的研究对象所 收稿日期 1999 01 07 可能涉及的空间范围以及研究时应该采用的比例 尺 同时 它还相应地确定了在该对象地位上所 能解决问题的层次以及对于研究结果的评判精 度 图 1 Beer S 的地理信息系统等级概念模型 多比例尺空间数据库的思路在一定程度上体 现了 Beer S 的地理系统的等级概念模型 它是针 对 单一比例尺 分辨率 数据表达 方式的弊 病而产生的 因为地理比例尺对于地理研究的性 质具有决定意义 某一区域在某一比例尺条件下 的地理资料 不但代表了在该种比例尺条件下的 对于该区域地理空间结构的抽象和概括 而且也 代表了在该种比例尺条件下的对于该区域的地理 功能的抽象和概括 而这样的地理资料实际上也 就限制了利用它所能进行的地理研究的性质 以 数字形式存在的GIS 单一比例尺数据库仅仅是系 统地理要素的一部分特征的表达 换言之 用离 第16 卷第1 期 1999 年 3 月 解 放 军 测 绘 学 院 学 报 Journal of the PLA Institute of Surveying and Mapping Vol 16 No 1 Mar 1999 散方式模拟GIS 地理环境时 每个 GIS 空间数据 对象所代表的充其量只是真实地理环境全部信息 的一个子集 这个子集的真实程度是随着对该地 理对象进行数据表征时的分辨率 比例尺 的不 同而变化的 在最坏的情况下 该数据子集不但 在地物信息的详细程度上远不如人意 甚至会出 现对地物歪曲表达的情况 因此 为了能够全面 充分地反映系统所关心区域的空间地理信息 我 们不得不采用多种比例尺共存的方式 建立对应 多种比例尺数据的空间数据库来满足系统多层次 的需求 1 2 人类推理习惯的自然表达方式模拟 人类的推理是以一种有序的方式对思维对象 进行各种层次的抽象 以便使自己既看清了细 节 又不被枝节问题扰乱了主干 因为 超过一 定的详细程度 一个人能看到的越多 他对所看 到的东西能描述的就越少 人们运用不同比例 尺 不同专题的地图来分析并表达地理客体就是 一个很好的例证 为了既满足用户对 GIS 地理环 境宏观上的认识 又考虑到他们有观察局部细节 微观上的要求 通常采用多比例尺的空间数据库 来满足用户不同层次的需要 2 多比例尺地理数据库实现的方法 2 1 通过自动综合的方法 多比例尺 GIS 中的一库多版本 就是通过自 动综合方式建立的 这种形式建立的多比例尺 GIS 是 GIS 的奋斗目标 它几乎能帮助解决目前 多比例尺 GIS 中存在的所有问题 诸如数据冗 余 数据更新 数据一致以及多层数据库的连接 等等 但目前存在的主要障碍是 GIS 中自动制图 综合的技术还不完善 如果自动制图综合技术完善 我们可以建立 一种较大比例尺的数据库 而系统对小比例尺数 据的需求完全可以从大比例尺数据库中综合产 生 这样无论从保证系统的安全性 完整性还是 保证系统分析结果的一致性以及减少系统数据的 冗余方面都无疑是一种根本性进步 遗憾的是目 前我们还不具备这个条件 还不能提供这种快速 准确有效的制图综合方法 这个原因可能会使我 们对制图综合自动化的前途产生悲观情绪 然而 科学家们对此问题的态度是既积极进取又清醒现 实 许多 GIS 和制图专家都有过类似的描述 依 近期内技术水平 制图综合不可能达到完全自动 化的程度 因此 为了满足 GIS 分析和显示的需 要 有必要事先在数据库中存储多种比例尺 分 辨率 层次的数据 以供使用者随时存取和操 作 2 2 通过人工编码的方法 人工编码的方法主要是针对多比例尺 GIS 中 的多库多版本 它是系统设计者在系统建立之初 根据 GIS 用户的要求首先建立能够满足用户不同 要求的不同比例尺的地理数据库 用不同比例尺 的地理数据库之间拥有相同的空间数据编码来实 现相互间的联系 人工编码的方法除了自动制图综合的技术还 不完善存在的现实以外 还有两个方面的原因 其一是用户可能要求系统能够提供快速实时的反 应 如部队 公安 消防 救护等等 在这种情 况下 即使我们已经建立了一种较大比例尺的空 间数据库 也能够在这个基础上综合产生其它层 次的空间数据 但为了满足系统快速的查询检索 和应用要求 我们还必须在系统中将这些衍生而 来的其它层次比例尺的空间数据以库的形式事先 存贮在库中 以便能够节省由于进一步的综合带 来的时间延误 其二是效益和经费的问题 比如 说我们要建立的GIS其主导数据库比例尺需要 1 1 万的分辨率和详细程度 而为了反映少数特 殊地区 需要我们建立 1 2 000 空间数据库作为 辅助 这种情况下 如果我们建立的主导数据库 为1 2000 在理论上 用制图综合的方法生成 1 1 万比例尺层次的数据库是行得通的 但实际 证明是不可行的 因为这不仅会给空间数据的采 集增加十倍甚至上百倍的工作量 带来巨大的人 力 物力和财力的浪费 同时在时间上也无法做 到 明智的办法是采集和综合的方法并用 对于 相邻比例尺的数据源采用综合的方法生成 而对 于比例尺跨度较大的数据用重新采集的方法建 立 3 前景和展望 多比例尺 GIS 中空间数据的最大特点是对同 一地理实体的数据表达不同 其难点在于对空间 数据的管理和应用以及保持不同层次间数据的一 致性上 从这一角度出发 多比例尺 GIS 的发展 方向应该是基于主导数据库多种表达的一库多版 本形式 而急需解决的问题就是提高在 GIS 环境 下对空间数据的自动制图综合 对计算机环境下 制图综合的研究 目前已成为地图学和 GIS 研究 的焦点 在 1995 年巴塞罗那 ICA 会议上 它被 48 解放军测绘学院学报1999 年 列为核心问题之一 也有不少这方面的研究成 果 例如 Intergraph 公司的 MGE Map Generalizer 我国研制的 基于 1 25 万地图数据库的制图综 合系统 等等 同时 对多重表达数据库的多库多版本形 式 应立足于现实 从空间数据库的数据模型入 手 建立适合于目前关系数据模型的空间数据库 管理系统 并极力开发和研究面向对象的空间数 据库管理系统 参 考 文 献 1 peter Van Oosterom and Vincent Schenkelaars The development of an interactive Mult i scale GIS INT Geographical Information System 1995 19 5 2 Govorov M Representation of the generalized data structures for Mult i scale GIS Proceeding of 17th ICA Conference Barcero na 1995 3 Kilpelainen T Requirements of a multiple representation data base for a topographical data with emphasis incremental general i zation Proceeding of 17th ICA Conference Barcerona 1995 4 Dan Lee Cartographic Generalization Unpublished Technical Report Intergraph Corporation Huntsville Alabama USA 1992 4 5 Weaver W A Quarter Century in the Natural Science Annual Report The Rockefeller Foundation New York 1958 6 Beer S Management Science Aldus Books London 1967 7 Chorley R J Kennedy B A Physical GeographyA Sys tems Approach Prentice Hall International Inc London 1971 8 Muller J C Building knowledge tanks for rule based generaliza tion I TC Journal 1992 The Management and Application of Geographical Data in Multi Scale GIS Guo Jianzhong An Min Abstract This Paper begin with analysis of background of mult i scale geographical data exist in GIS explainthe necessity and inevitability of muil t scale geographical data and analysis management method of mult i scale data from practice put forward my views on its development Key Words Mult i Scale Mult i resolution GIS 责任编辑 李慧典 上接第 46页 4 3 成果准确客观 采用数字测绘模式 精度能满足事故现场图 测绘的需要 同时避免了人工勘查现场中的遗漏 现象和人为因素的影响 成果更加客观公证 4 4 减少劳动强度 系统的自动化程度较高 可大大减轻现场测 绘人员的劳动强度 并能更有效地满足各种恶劣 环境的需要 4 5 较低的设备成本 本系统所选择的设备均为通用的设备 特别 是选用非量测型的商用数码照相机解决测量问 题 大幅度地降低硬设备的成本 5 结束语 引入先进的科学技术为道路交通事故现场处 理服务 是科技兴警的必由之路 作为代表目前道 路交通事故现场测绘先进水平的 道路交通事故 现场快速测绘系统 为道路交通事故现场处理的 自动化 信息化 智能化和客观公证性提供了技术 手段 系统的研制成功 填补了该领域的国内空 白 达到国际先进水平 参 考 文 献 1 周武 交通事故现场勘验照相 北京 警官教育出版社 1995 2 傅以诺 道路交通事故处理 北京 群众出版社 1994 3 江延川 解析摄影测量学 郑州 解放军测绘学院编印 1991 4 邵锡惠 军事工程摄影测量 北京 解放军出版社 1991 A Fast Mapping System for Road Traffic Accident Zhang Yanhui Wang Jiemao Zhang Xinsheng Huang