电子地图图层视觉层次排序研究

邱祥峰

(厦门精图信息技术有限公司，福建厦门361008)

电子地图图层视觉层次排序研究

邱祥峰

(厦门精图信息技术有限公司，福建厦门361008)

电子地图图层视觉层次排序是长期困扰空间数据建库和GIS开发人员的问题，传统上还是以手工方式逐个配置，既难以重复使用，也不便管理。将分类学中的主分量分类法引入电子地图图层视觉层次排序中，建立简单实用的数学模型，并通过应用实例介绍其具体使用方法。

电子地图;图层;视觉层次;排序;主分量分类法

一、前 言

在对电子地图进行建库以及开发应用中，电子地图的展示是其中关键的一环。图层结构是最传统的地图组织方式，空间数据组织结构采取按图层组织的方法，即把同一种或几种地图要素的信息放到同一个图层［1］。

电子地图的展示是基于图层的视觉层次来进行的。视觉层次(visual hierarchy)是指将三维效果或深度引入地图的视觉设计开发过程。制图者根据各个地图要素在地图用途中的重要程度将它们置于不同的视觉层次中，从而创建了视觉层次。最重要的要素应放在最顶层并离读图者最近，最不重要的要素放在最底层［2］。在同一位置，只显示可见的最上一个图层的要素，在它之下的同一位置的所有图层的要素将被忽略。

图层按视觉层次排序后的显示，在丰富和方便各类地图表达的同时，也给GIS建库和管理人员带来长期困扰。一般的GIS应用基本上都有几十个图层，在大型的企业级空间数据库中，由于涉及各种类型、各种比例尺的空间基础数据库和业务数据库，其所管理的图层动辄几百个，对GIS建库和开发人员来说，要给各类业务应用配置出业务地图并在日后进行维护，已经相当困难，如果一旦业务发生变化时要添加、调整一些图层或新配业务地图，则更是令人烦恼。

如果要对电子地图库的各种图层的排序进行有序的、可复用的管理，必须对各图层进行分类和甄别，再进行层次排序。本文尝试应用分类学中的主分量分类法，分析其主要影响分量，进而对电子地图图层进行分类、评分和层次排序。

二、分类与主分量分类法

分类必须有被分类的对象，分类的对象是由许多被分类的实体所组成的集合。被分类的实体是分类的基本单位，称为运算分类单位，简称分类单位(OTU)，由全部分类单位组成的集合称为被分类群。分类还需要有分类的依据，分类的依据取决于被分类群中分类单位的性状。所谓性状，就是一个分类单位区分于其他分类单位的性质、特征或属性。分类单位在某个性状所具有的状态称为性状状态，简称为状态。例如种子植物某一属的分类，可以取该属的种或变种为运算分类单位。如果以花的颜色作为分类性状，花所具有的不同颜色就是性状状态。分类就是将被分类群中所有分类单位，依据它们的性状状态作出划分或聚合。经过分类获得的分类单位集合，称为分类群。

多元统计中主分量分析也应用于分类。在分类问题中，众多性状具有相关性，在性状为坐标的多维空间中如果能找到一个方向，并且性状在该方向上反映的离差变化最大，沿此方向就确定了一个向量，称为第一主分量，其次为第二、三、……主分量。这种方法犹如从多性状的复杂事物中抓主要矛盾，利用抓主要矛盾的运算技巧，把一个多维的分类问题简化为低维空间上的简单问题，从而使分类问题迎刃而解。

三、图层分类主分量

在图层的众多特性中，毫无疑问业务关联性和数据类型是影响图层层次排序最主要的两个因素。对于与业务相关的地图，其所有的图层都可以简单地分为业务图层和背景图层两部分。通常用户不会希望看到业务图层被背景图层覆盖住而不可见，因此，图层分类的第一主分量选择业务关联性，图层分类的第二主分量选择数据类型。图层的数据类型包括矢量和栅格两大类，其中矢量又分成点、线、面、体四种，由于体是由一组有相互公用边的面组成，用于表示简单的体状要素或带洞的体状空间对象［3］，属于一种特殊的面，因此图层的数据类型可以归纳为点、线、面、栅格四种。由于栅格图和面的压叠性很明显，一般来说，这两类图层都应在下，而点、线图层要在上。

即使按以上两个主分量进行了分类，分类群的图层还是太多，还需要在分类群中引进第三个分量，但这个分量很难有固定的设定，可以笼统地以“重要性”来称呼，但在具体分类时可根据该分类群的具体对象再确定具体的特性，比如按比例尺大小、空间位置(如铁路、道路、绿地、水系)等。

四、图层分类层次排序方法

图层的最终排序层次按图层的层次排序得分而定，得分越大，层次排序就越后，也就是越在下面。图层的层次排序得分为4位数，其数学模型如下

式中，i为图层的顺序流水号;LSVi为图层层次的总得分;BRi为图层的业务关联得分(取值范围为1～9);DTi为图层的数据类型得分(取值范围为1～9);IMi为图层的重要性得分(取值范围为1～99)。

业务关联是图层分类的第一主分量，包括二类四项，如表1所示。

表1 业务关联分量的取值序列

数据类型是图层分类的第二主分量，也包括二类四项，如表2所示。

表2 数据类型分量的取值序列

第三主分量是重要性，由于不同业务分类异常复杂，无法进行同一编码，因此设置此分量得分为两位数，便于灵活扩展成多个子分量，比如先按比例尺，再按空间层叠类型(如路在绿地上，绿地在水系上)。

五、通用排序与专题排序

在比较大型的GIS应用中，由于要配置各种业务地图，单纯只作一种排序是无法适应业务需求的，因此，应采用两种排序方法，一种是通用排序，整个空间数据库只需作一个;另一种是专题排序，每个业务地图作一个，实现通用与专题相结合。通用排序的目的是为整个空间数据库进行常规的排序，识别出背景图层和业务图层，所有的业务图层在业务关联上都是同一类别，都属于管理业务，进而排定最终层次;专题排序根据业务地图的具体需求，分清背景图层、参考业务图层和管理图层定制图层排序层次，其排序层次只对该业务地图有效。通用排序可以作为专题排序的基础，提供专题排序初始的默认排序层次。

六、图层层次排序应用实例

根据上面描述的方法，在某市国土资源管理系统建设中，应用Excel电子表格，做一个简单的实例，包括通用排序和一个专题排序。

该项目的空间数据包括29个图层，建设用地管理地图包括23个图层。最终排序结果结果如表3、表4所示。

七、结束语

当前主流的国内GIS平台，基本都做到了在读入图层时根据数据类型，如点、线、面自动进行层次排序，但难以令人满意，手动配置不仅需要花费大量的时间，而且难以进行管理和重用，对于大型的空间数据库来说更是如此。本文应用分类学中主分量分类法，结合实例，建立了电子地图图层层次排序的数学模型与使用方法，可以为空间数据建库与GIS应用开发提供参考。

表3 通用排序结果

表4 建设用地管理专题地图排序结果

续表4

［1］田鑫，朱军桃.电子地图技术及其进展分析［J］.计算机与数字工程，2009(2):143-145

［2］CHANG K T.地理信息系统导论［M］.陈健飞，等译.北京:科学出版社，2003.

［3］胡金星，潘懋.空间数据库研究［J］.计算机工程与应用，2002(3):11-20.

［4］万岳武，赵勇，余鹏.城市框架电子地图数据及其应用［J］.北京测绘，2005(2):40-43.

［5］吴建中.浅议电子地图的设计与表示内容［J］.浙江测绘，2003(1):25-28.

［7］邓敏，马杭英.线与面目标间拓扑关系的层次表达方法［J］.测绘学报，2008，37(4):507-513.

Research on Visual Hierarchy Sorting of Electronic Map Layers

QIU Xiangfeng

0494-0911(2011)03-0052-04

P28

B

2010-09-10

邱祥峰(1972—)，男，福建永定人，硕士，高级工程师，主要从事地理信息系统应用开发和空间数据库建设工作。