李旭芳,徐敬仙,涂汉桥,丁 玲
(厦门精图信息技术股份有限公司,福建厦门361000)
当前,互联网电子地图已成为热门,也是人们出行前的必查工具。随着谷歌、百度、天地图、搜狗、搜搜等电子地图的上线,越来越多的软件商热衷于地图服务。前台网页上的地图分级显示需要通过后台服务器中地图数据库的搭建,来提供不同尺度、不同层次的空间展示。笔者在参与《厦门卫星遥感应用开发创新平台》项目中负责地图数据库的建设,通过多比例尺地图数据集成及组织,实现从小比例尺到大比例尺之间、小区域到大区域之间相互的地图浏览。本文主要探讨了互联网电子地图中运用多尺度地图数据来构建地图数据库,实现多尺度地图表达。
多尺度的地图数据表达了同一区域下各种分辨率的空间信息,动态传递了整体到局部,主体到细部的连续性变化。在国家数字城市地理空间信息公共平台的规范和标准体制下,以国家级、省级、地市级3大级别来选取数据源的比例尺。笔者选用国家标准比例尺下的数据源。同时,由于实际的基础设施及数据源获取的技术水平的限制,一般只存储几个关键的比例尺数据集:对于国家级,比例尺般不小于1∶10万,不选取 1∶50 万、1∶10 万数据集;对于省级,一般小于1∶1万;市县级一般小于1∶2000。可以将小比例尺为总体框架,中比例尺叠套其中,大比例尺再叠套在最大层。
多尺度的地图数据库的建设,采用动静结合的方式。基本地理要素大类分为8类:境界与政区、植被与土质、地貌、交通、水系、管线、居民地。这里的动态方式,是指针对不同要素(如水系)可以采用综合派生多个表达目标。对于地貌,通过加载DEM晕渲和数字高程模型,即相当于地貌要素。静态方式是指预先构建多个尺度的空间数据库,将一类地图数据要素多尺度地储存在同一地图数据库中,将要素类型进行逻辑分类,通过标识图层名称来区分尺度。需要注意的是,各尺度地图既有共用要素又有独立要素。通过对要素属性进行标识,从而实现从源比例尺到显示比例尺、源级别到显示级别的过渡。
多尺度地图数据库建设,主要经过以下几个过程:
1)要素分类:根据《基础地理信息要素分类与代码》(GB/T 13923—2006)进行地理要素的大类分类。
2)选择比例尺:以国家的标准比例尺为准;同时根据实际情况,精简比例尺。
3)尺度分层:如对于道路、绿地、水系,建立对应的国家级、省级、地市级比例尺。
4)要素分级:根据数据源比例尺,对要素的显示级别进行分级细化。显示的内容或要素需要逐级递增,图面承载的信息量也需由少到多。
5)要素编码:在统一分类与编码的框架体系下,对要素进行编码。
6)质量检查:对数据进行空间、属性、逻辑一致性方面的质量检查。
7)数据入库:采用ArcSDE与Oracle管理方式,将数据入库。
对于多尺度地图显示中,为了保证视觉信息量的变化趋于连贯性,在各个比例尺之间应增加一个过渡,即比例尺过渡。通过对地物要素进行标识,设置其分类编码。同一类地物在不同尺度之间对应不同的编码,以此为依据设置要素的显示等级。对不同比例尺数据源,设置对应的显示级别。比如1∶5万比例尺的道路,其显示级别分别是15和16;1∶2000比例尺的道路,则在18级以上显示。浏览时,根据显示等级首先在一个比例尺的数据库中进行选取。当浏览到一定程度时,转到下一个比例尺。以此类推,实现信息浏览的自然过渡(如图1所示)。
图1 比例尺选择示意图
搭建地图数据库,需要对要素图层进行组织,首先预先集成各种尺度的空间数据。电子地图主要分为矢量电子地图、影像电子地图、晕渲电子地图。为展示这3种电子地图,可以将后台地图数据库分为矢量数据库、影像数据库、数字高程数据库、数字栅格数据库以及元数据库,元数据库中存储空间数据的相关元数据信息。
其中,矢量库将数据按照比例尺进行组织,虚拟地分为国家级、省级、市县级,每个比例尺的矢量数据组成一个数据分库(如图2所示)。每个分库中的要素按照要素类进行组织,并按照点、线、面划分。如交通类要素,按比例尺划分为不同数据层。将较小尺度(由较重要的道路构成)的数据集作为较大尺度(包括小路)数据集的子集。对于植被与土质,在小比例尺1∶100万时地图一般不进行显示,因此没有必要建对应尺度的数据集。
空间数据存储组织方式采用按政区分块存储,其优点是管理方便,利于分块保存、打开地图;同时又能较好地保持空间对象的完整性。
图2 地图数据库图层组织示意图
多尺度的地图数据库的更新,首先要基于多源数据更新。其中多源数据主要包括:纸质地图出版物、国家基础地理信息数据库、遥感和卫星影像、GPS数据、野外实测数据、其他资料。多源数据(资料)可信度由高到低为:遥感和卫星影像、GPS数据、野外实测数据、国家基础地理信息数据库、纸质地图出版物、其他资料。从顺序可以看出,人工参与度越少,资料可信度越高。
交通要素更新优先采用近期遥感和卫星影像资料,结合应用交通部门发布的信息和导航公司实测数据。水系要素更新优先采用多时期卫星影像资料。行政区划要素更新依据各地政府发布的“红头”文件,再结合地图数据库数据和当地民政部门资料更新数据库。
其次,多尺度地图数据库更新还要注意比例尺的衔接及过渡。采用更新级别,由高到低;更新比例尺,由小到大,一并更新。当更新高级别的图层时,要同时更新低级别图层。即当更新要素小比例尺图层时,要对应更新比该比例尺大的图层。如当更新了1∶100万的国家注记图层时,对应的1∶25万、1∶5 万、1∶1 万、1∶5000、1∶2000、1∶500 比例尺的国家注记图层也要对应更新。另外,应该采取要素不分割原则,更新时,保持要素不分割。如一条高速公路中的某段需要更新,应该整条高速公路作为一个要素整体进行更新。
大级别的要素与小级别的要素进行接边,要保证要素之间的空间关系在不同抽象尺度层次下保持一致。
本文探讨了在实践过程中,多尺度地图数据库的整体建设过程,为前端的电子地图展示提供强大的后台数据组织,可以有效地提高电子地图的存储展示效率。地图数据库的建设,对于消除“数字鸿沟”、“信息孤岛”等现象,解决重复建设、资金浪费等问题,推动空间信息资源开发利用进程,提高基础空间信息资源的利用水平,具有十分重要的战略意义。
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