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美国数字线划图标准综述邓国庆（国家测绘局测绘标准化研究所 西安 710054）摘 要 详细介绍了美国数字线划图标准的发展历史，阐述并分析了不同时期的特点，有助于全面了解美国的数字线划图标准。关键词 数字线划图 DLG-3 DLG-E DLG-F数字线划图（Digital Line Graphs，简称DLG）是美国内政部所属的美国地质调查局（USGS）国家测绘司（NMD）在国家制图计划（National Mapping Program）中提出的数字矢量地形图产品。数字线划图是USGS用矢量形式表达数字地图数据集的测绘产品。1 美国DLG的历史1.1 早期阶段1979年2月，在国家制图计划中提出数字线划图的概念。1980年1月，发布了数字线划图的计算机文件和属性编码；1982年2月修订。1983年2月，发布了数字线划图标准草案（仅有水文）；1983年11月修订。1985年1月，发布了数字线划图标准 第三部分：属性编码；从1986年1月到1998年7月，共修订15次。1.2 DLG-31988年5月，发布数字线划图标准 第一部分：总则和数字线划图标准 第二部分：规范。第一部分作了2次修订：1991年10月和1998年7月。第二部分作了6次修订：1991年10月、1992年10月、1994年4月、1996年12月、1998年2月和1999年9月。1.3 DLG-E在1990年前后，提出了DLG-E（enhanced）的模型。1.4 DLG-F1993年12月，发布了1:24 000数字线划图和标准分幅地形图标准第一部分：模版的开发与使用；第二部分：水文；第三部分：运输。1994年5月，修订了第二部分、第三部分。1994年8月，发布了第四部分：境界；第五部分：公用土地；第六部分：建筑物；修订了第一部分、第二部分、第三部分。1996年4月，发布了第七部分：地貌；第八部分：非植被覆盖；第九部分：植被覆盖；第十部分：命名地貌；修订了第一部分、第二部分、第三部分、第四部分、第五部分、第六部分。1998年8月，修订了第六部分。1999年10月，修订了第二部分、第三部分、第六部分、第七部分。2001年4月，修订了第一部分、第二部分、第三部分、第四部分、第六部分、第七部分、第九部分、第十部分。1.5 DLG-3C（Core，核心）1997年1月，发布了1:24 000数字线划图-3核心标准第一部分：数据描述与模板开发；第二部分：水文；第三部分：运输；第四部分：境界；第五部分：公用土地。2 美国DLG的发展2.1 DLG-3在计算机制图技术日益成熟的条件下，为了促进DLG数据的交换和使用，约束由联邦部门、州政府、私营团体生产的进入国家数字制图数据库（National Digital Cartographic Data Base，NDCDB）的DLG数据，NMD在1988年5月发布了数字线划图标准。该标准用于指导进入NDCDB的DLG数据的采集、处理、更新和质量控制。最初DLG数据设定了3个级别（DLG-1，DLG-2，DLG-3），通过不同的位置精度、属性编码水平、相关的空间信息划分相应的级别。比较而言，适用于最广泛用户的是DLG-3数据，它有完整的属性编码，拓扑化结构，并通过可靠的质量控制检查。这3个特点是兼顾绘图应用和分析应用所必需的。另2个级别的DLG没有拓扑化结构并且通常没有完整的属性编码范围。进入NDCDB的DLG数据均为DLG-3的数据，该标准就是DLG-3的数据标准。该标准规定DLG-3数据为容纳一幅传统线划图上表现的全部空间信息类型，接受点、线、面数据类型；属性编码方案提供基本的制图数据类型，如地貌、水系、行政和文化要素等，以及附属数据。该标准规定DLG-3数据按比例尺划分为大比例尺DLG（1:24 000）、中比例尺DLG（1:100 000）、小比例尺DLG（1:2 000 000）。其中1:24 000 DLG的数据内容为：地貌、水文、植被覆盖、非植被覆盖、境界、测量控制和标记、运输、人工建筑要素、公用土地9大部分。该标准规定了DLG-3数据的坐标系统、分幅、误差定义（粗差、系统误差、偶然误差、中误差）、数据质量（数据来源、位置精度、属性精度、接边、接边标识、逻辑一致性、完整性）、分发格式以及属性编码。2.2 DLG-E随着对数字地图产品的深入认识和计算机软件硬件技术的发展，NMD在1990年前后提出了“Digital Line Graph-Enhanced model”（DLG-E模型）。DLG-E模型是2维空间参考系中的具有拓扑结构的矢量数据，具有要素（features）、属性（attributes）和关系（relationships）的特征。它是基于要素的概念，是一种拓扑结构的矢量化的数据模型。该模型从基于要素的角度理解现实的地理世界。在该模型中，实体（Entities）、要素类（feature types）、要素实例（feature instances）、要素对象（feature objects）、空间对象（spatial objects）是DLG-E的基本元素，其关系见图1。图1 DLG-E模型基本元素关系图DLG-E模型用4种类型表达现实的地理世界：空间对象、要素对象、属性对象、关系。空间对象描绘定位信息，参与拓扑关系。DLG-E定义了0维对象（节点、点）、1维对象（链）、2维对象（多边形）3种空间对象。要素对象是用于描述要素实例的元素，分为简单、复合、非空间3种。属性对象可描述位置和非位置特性。位置特性包括方位的可靠性、方位变化的频率。非位置特性包括名称、建筑材料、使用状态、与其他要素对象的关系等。关系是2个对象的联系。它不仅描述图形元素的拓扑关系，还有要素对象和空间对象、要素对象和其他要素对象之间的关系。对DLG-E的研究持续到1993年。NMD希望基于DLG-E模型的DLG产品成为NMD下一代的拓扑-矢量数字产品。2.3 DLG-F在DLG-E模型研究成果的基础上，NMD在1993年12月发布了1:24 000 DLG-F标准，即基于要素的数字线划图（Feature-Based DLG）。在该标准的第一部分：模版的开发与使用中，讲述如何使用要素模板，模板每部分包括的内容和贯穿在模板中的规则。在该部分定义了模版的规格：要素的定义、属性与属性值、要素的描述、表示规则、采集条件、属性信息、数据源判读准则，以及产品生产规则：表达内容、综合取舍、符号表示、符号冲突与处理、名称与注记以及不符报告。附录还包括：使用要素模版更新（修订）DLG-3的说明，DLG-F要素索引第五部分和第六部分，DLG-F到DLG-3要素的转换，DLG-3到DLG-F要素的转换。在标准的其他部分规定了各类要素的模版的具体内容。2.4 DLG-3C1994年4月，美国总统颁布12906号总统令，要求尽快建设国家空间数据基础设施。不久，联邦地理数据委员会（FGDC）提出建设国家数字空间数据框架。为满足联邦地理数据委员会在发展国家数字空间数据框架（1995）中确定的3个目标，NMD在1997年1月，发布了1:24 000 DLG-3核心的标准。DLG-3核心的目标是为绝大多数应用提供共同涉及的数据，提供其他数据所需的基础数据，提供应用结果与地形关联的一种方法。例如，绝大多数用户需要道路数据，除此以外的道路类型信息的变化取决于个别的用户和它们的应用，所以在具体方面与绝大多数用户只有少量的共同点。USGS持续提供最新的、精确的、基本的道路数据。用户在此基础上加上自己的属性，而不必花费财力去获取和维护这些数据。从USGS的有限财力、DLG-3巨大工作量、绝大多数用户的需求考虑，USGS在当时认为应以DLG-3核心为中心，提供能满足用户对USGS所期望的高标准要求的这种基础数据。DLG-3核心数据的基本应用是作为地理信息系统的空间数据。DLG-3核心数据提供一致性的、精确的、现势性的基础地理信息。DLG-3核心数据与传统的DLG-3数据除了数据内容不同外，数据结构、记录格式、精度等其他方面都保持一致。DLG-3核心数据可以用于所有DLG-3数据适用的软件程序。也就是说，DLG-3核心是DLG-3的子集。3 总结从美国DLG的历史看，对于DLG标准的修订工作做得比较频繁，在实际应用中发现问题后，立刻修订，同时修订的版本工作做得比较完善。在一个标准文档中，专门有修订的说明、修订处的页码和时间，对于认识标准的发展和完善有显著的帮助。从美国DLG的发展看，虽然有DLG-3、DLG-E、DLG-F、DLG-3C等概念，但是目前，NDCDB中的DLG数据全部是DLG-3数据。DLG-E是一种数据模型，它是DLG-F的早期版本。DLG-F包括以下特征：符合FGDC元数据标准的头信息，要素的文本或名称信息，包括非拓扑的关系，一致的产品标准，永久固定的要素ID等。在DLG-F中总结的经验教训都应用在创建基于要素的国家水文数据集（National Hydrography Dataset，NHD）中。DLG-3是USGS目前惟一生产的DLG产品。尽管所有的DLG产品均为DLG-3，但是USGS使用DLG-F标准中有关的规定来更新DLG-3数据。DLG-3标准针对的是地形图全要素数字化生产，没有数据的更新内容，DLG-3数据基本上是纸质地形图数字化生产的产品。USGS对DLG-3数据的更新一般是基于航空、航天影像的。对于影像上要素的定义、属性和属性值、要素的描述、表示规则、采集条件、属性信息等由DLG-F标准规定。也就是说，数据依然是DLG-3，更新前的数据是从地形图上获得的，地形图对于要素的定义、属性和属性值、要素的描述、表示规则、采集条件、属性信息等表示的非常清晰，直接数字化生产即可；如果更新的数据从影像上获得，那么必须清楚地规定每个要素的定义、属性和属性值、要素的描述、表示规则、采集条件、属性信息等，以方便和约束DLG-3数据的更新。目前，USGS没有生产DLG-F的数据，没有生产基于要素的数据，仅是利用DLG-F标准中的部分内容更新DLG-3数据。在DLG-3中，所有要素的属性和要素编码均为数字（numeric）。在DLG-F中，要素的属性和定义均为文字（words）。GUGS曾计划编写程序用于将DLG-3转换为DLG-F。最终，在1997年USGS放弃了使用DLG-F模型的计划，在DLG的采集和更新中，不使用DLG-F的属性码或数据模型。DLG-F仅仅是一种概念意义上的数据模型。对于DLG-F标准，USGS不再考虑作修订。在更新DLG-3时，目前暂时还需要对DLG-F中的属性等内容从文字