面向对象的基础地理数据库系统的设计与实现

李静兰

(太原市勘察测绘研究院，山西太原 030002)

面向对象的基础地理数据库系统的设计与实现

李静兰∗

(太原市勘察测绘研究院，山西太原 030002)

由于地形图与GIS数据所依据的数据模型的差异，基于地形图建立的基础地理数据库系统往往不能同时满足地形图和GIS数据的服务要求。另外，直接面向图层的数据管理模式，割裂了地理要素之间的自然联系，给数据的管理应用带来了不便。针对以上问题，本文提出了面向对象的基础数据库系统的实现思路，阐述了相关设计及实际应用。

面向对象；基础地理数据库系统；地形图；GIS数据

1 前 言

随着机助制图技术的日趋完善及地理信息技术的迅速发展，数字化的大比例地形图除了承担传统纸质地形图的作用，满足城市区域规划、工程设计管理等服务外，还作为城市基础地理信息数据库的数据源，广泛应用于各类地理信息系统。当前，城市大比例尺基础地理数据库系统存在以下的问题:

(1)尚未解决好地形图与GIS数据的差异，无法利用统一的一套基础地理数据库满足同时满足地形图和GIS数据的服务。

(2)尚未建立面向对象的数据管理体系，直接面向GIS数据的分层管理模型，不能充分反映地理实体的语义信息，不符合人们对地理信息获取、管理、应用的习惯。

为了解决上述问题，满足地形图和GIS数据的应用要求，尝试基于面向对象进行基础地理信息的图库一体化建库、管理、应用和动态更新。

2 地形图和GIS数据差异分析

地形图和GIS数据都可以看做是空间数据的载体，二者表达的内容一致，都是表达特定区域自然-社会系统中各种地理事物和现象的空间分布规律。但是，二者所依据的数据模型不同，成果要求不同。

GIS数据以图形表达空间对象的几何特征(位置与形态)，以数据库表记录空间对象的属性信息，侧重于客观地理实体的数字景观模型(DLM)的描述，不强调地理实体的符号化表示，这种信息分类适合计算机识别与运算。地形图建立在面向机助制图的数据模型上，其本质是数字制图模型(DCM)，强调制图要素的符号化表示，以图形符号为主要操作对象，在很多方面不符合空间数据管理要求，具体表现如下:

(1)为了满足图面要求，地理实体对象表达不完整或拓扑关系受到破坏，如河流两岸的加固陡坎隐含着河流的水涯线；文字注记压盖道路线时，人为地断开线条。

(2)与GIS数据的属性记录方式不同，地理实体的属性描述是通过文字注记实现的，割裂了属性与地理实体关联关系。

(3)为了不损失地形图符号信息，将符号以实际的点、线、面形式存储，造成大量冗余信息，同时难以区分制图描述信息与地理实体信息。

3 基于GIS图层的数据管理模式的不足

现有商业空间数据库主要优点在于能提供一致的、高效的数据库存储和检索所依赖的物理结构上，缺乏数据抽象能力。为了满足数据组织与结构的需求，空间数据库采用的数据模型将客观地理实体按形状抽象为点、线、面，以图层作为GIS空间数据的组织与处理单元。在GIS应用系统设计与实现时，将面向图层的数据操作方式直接暴露给用户。然而，地理空间是一个目标组合排列集，每个目标或对象都具有位置、属性和时间信息以及与其他对象的拓扑关系、语义关系等。人类对客观世界的认识是基于地理特征，而不是基于分层要素。

4 面向对象地理信息语义设计

利用地形图进行基础地理数据库的建设与管理，并不是地形图载体和管理手段的简单改变，而是需要站在数字景观模型的立场上重新审视完善地形图的现有数据模型，提出适应GIS数据存储、更新、应用的管理方法。面向对象的基础地理数据库是以地理要素对象为基本的存储管理单元，消除了数据管理的分层概念，构建一个直观、结构清晰、组织有序的空间数据管理体系。

4.1 面向对象的地形图数据标准

数据标准包括要素分类与代码、数据字典和图式符号。

为了实现地形图的对象化表达，将地形图承载的地理信息分解为地理实体对象和符号。图式符号是一种制图语言，用于表达空间对象的某种或多种属性信息，如数量、质量等特征，是地理实体属性的一种图形化表达。因此符号信息可以视作一种特殊属性。《基础地理信息要素分类与代码GB/T 13923-2006》应用了面向对象的地理要素分类编码思想。但是该标准又不能满足地形图图示符号的要求。因此，在标准6位编码的基础上扩展2位，将图式符号作为一种属性编入地理要素的分类中。以三角点为例，其分类代码如图1所示:

图1 三角点分类代码

编码前6位按要素对象进行分类分级，而最后2位因图式符号表达需要而区分为三角点、土堆上的三角点、小三角点及土堆上的小三角点。在空间数据应用时，通过前6位编码进行面向地理要素的识别，当地形图符号表达需要时，通过完整的8位编码区分识别。

4.2 地理语义信息的作用

以图层为空间数据的组织与处理单元可以大大提高基础地理信息数据获取分析效率，但是缺乏对地理要素语义的描述，不便于用户对所关注数据的准确获取。

地理信息分类具有极强的地理信息的结构化表达能力，对GIS数据组织、数据模型设计以及大型GIS地学应用系统的开发，尤其在GIS概念设计中具有极大的应用潜力。地理信息分类编码的目的是用于对地理数据进行组织、建库，以便于数据的集成分析与数据共享利用。通过对地理信息分类代码的有效利用，恢复地理要素的语义信息，在系统应用层面实现由要素分类与要素对象构建的逻辑管理体系，弥补GIS数据物理图层存储管理的不足。

5 面向对象的基础地理数据库的实现

5.1 面向对象的总体架构

数据库管理系统采用Visual Studio 2005为基础开发平台，ArcEngine 9.3为GIS开发组件，采用客户/服务器模式(Client/Server)。为了实现管理系统与数据库间低耦合，提高系统良好的灵活性和扩展性，系统体系结构分数据层，逻辑层，界面层。数据层负责对数据库的访问，获取目标数据以及完成相关数据库更新、删除、插入等操作，逻辑层负责对系统业务的实现；界面层负责人机交互。

系统总体架构如图2所示:

图2 系统总体架构

5.2 面向对象的数据组织

基础地理数据库主要包括为现势数据库、历史数据库、临时工作数据库、元数据库。临时工作数据库在系统更新过程作为数据的临时存储空间。DLG采用矢量数据模型存储，按比例尺组织为不同矢量数据集(如图3所示)。采用要素大类结合几何特征(点、线、面)作为分层原则，现势数据库、历史数据库与工作数据库分层原则一致，一一对应。各层属性字段除包含数据标准规定的属性字段外，还每个地理要素都具有唯一标识(FeatureGUID)和一系列时态信息，要素创建时间(Crea-teTime)，要素修改时间(UpdateTime)。这些信息和要素分类代码是实现系统面向对象管理的重要基础。

图3 DLG组织结构

5.3 面向对象的数据存储

由于要素符号信息(图形特征信息)封装在特殊数据字段GraphicInfo中，基础地理数据库中不存储任何为了满足符号要求而存在的点、线、面信息，系统利用EPS符号化插件，就可实现基于数据库的地形图符号实时绘制(如图4所示)。面向对象的数据存储实现了图库一体化管理，同时满足GIS数据与地形图服务要求。

图4 地形图符号化：前(左图所示)，后(右图所示)

5.4 面向对象的数据转换

按照面向对象的地形图数据标准，对已有地形图数据进行整理，需要解决的地理要素实体不完整、拓扑关系不正确、注记转属性等问题。为了实现这一目标，引进应用了清华山维地理信息工作站(EPS 2008)。该平台从地理信息角度构建数据模型，以数据库为核心，构建图形与属性共存的框架，融图形与属性于一体。同时实现了动态符号化机制，将地图数据分解为图形信息与符号信息。利用信息映射机制，将要素分类编码、要素组织分层、要素属性及符号定义封装在平台模板中，形成面向对象的地形图数据生产环境。数据改造完成后，利用EPS 2008提供的SDL/VBA开发接口，定制空间数据转换环境，实现清华山维自有EDB格式，到ArcGIS桌面数据库格式Personal GDB(PGDB)的转换。

5.5 面向对象的数据更新

利用要素唯一标识和时态信息，实现了面向对象数据更新机制，仅对更新方案指定的更新要素类进行更新，如图5所示。基于现势数据库、历史数据库，实现面向时间、更新工程的历史数据查看、恢复及提取，如图6所示。

图5 面向对象的更新方案

图6 历史数据对比查看

6 结 语

本文将面向对象的思想贯穿于数据生产及管理的全过程，解决了现有城市大比例尺地形图数据建库管理的相关问题，建立了面向对象的基础地理数据存储及管理体系，满足了地形图及GIS数据服务要求。

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首部《城市轨道交通工程监测技术规范》出台

由北京城建勘测设计研究院主编的《城市轨道交通工程监测技术规范》，于2013年9月6日经住建部批准发布，(编号为GB50911-2013)，将于2014年5月1日起实施，其中部分为强制性条文，住建部要求必须严格执行。该部规范是针对我国城市轨道交通建设行业监控量测工作量身定制的首部国家标准。在轨道交通建设迅猛发展的今天，该规范的编制不仅填补了城市轨道交通建设监控量测的空白，还为城市轨道交通建设安全健康发展提供了保证。

规范编制前，北京城建勘测设计研究院进行了大量调研工作。规范编制之初，全国已有25座城市共46条轨道交通线路正在建设。该院在调研中发现，不同地域的各种施工工法及工艺层出不穷，设计、施工及管理经验与轨道交通建设的发展速度也不相适应。用以指导城市轨道交通建设的国家规范、标准明显不足，全国城市轨道建设单位对国家规范出台的渴求尤为迫切。因此，城市轨道交通工程监控量测国家标准的编制与颁发成为当务之急。

北京城建勘测院编制《城市轨道交通工程监测技术规范》的想法一经提出，既得到住建部的批准并列入2012编制计划。该院自2012年起，抽调本院知名专家和技术骨干，组织吸收全国部分勘测、设计、施工、设备、建设单位和科研院所，在两年时间中，致力于通过对轨道交通土建施工监测的主要目的、监测项目及内容、测点布设原则及埋设要求、监测周期及频率、监测数据预警；各监测项目的监测方法、监测仪器设备及相应的技术要求；监测成果报告的形式、内容及格式、信息反馈的形式及流程等的研究，对城市轨道交通工程建设过程中监控量测设计与实施作出系统、明确规定。为城市轨道交通建设全过程提供准确、及时的数据保障和预警提示，为确保城市轨道交通的安全设计、安全施工、安全运营，防止和减少轨道交通建设安全事故的发生提供规范标准。

该规范受到专家一致好评。在审查中专家一致认为:规范内容完整，资料翔实，结构合理，实用性可操作性强，不仅总结了我国城市轨道交通工程监测的实践经验，同时也吸收了国内外的先进科技成果，首次全面、系统地对城市轨道交通工程监测全过程提出了具体的技术指标和要求，填补了我国城市轨道交通工程监测国家标准的空白，对规范我国城市轨道交通工程监测工作、保证工程安全具有重要作用。《规范》不仅满足当前我国城市轨道交通工程建设的需要，而且具有先进性、前瞻性和创新性，达到了国内领先水平。

该《规范》是北京城建勘测设计研究院继《城市轨道交通岩土工程规范》、《城市轨道交通测量规范》后主编的第三部国家规范。

(来源:http://www.cki.com.cn)

Design and Realization of Fundamental Geographic Information M anagement System

Li Jinglan
(Taiyuan Institute of Surveying and Mapping，Taiyuan 030002，China)

Because of the difference between DLG and GIS data，the fundamental geographic information database based DLG can’t satisfy the need of DLG and GIS data at the same time.In addition，the datamanagementmethod directly face the data layer divides the nature relation of the geographic features and is not convenient to apply.Aim at the problems above，this paper provides the way to realize the object-oriented fundamental geographic information database，and describes the relative design and application.

object-oriented；fundamental geographic information database；DLG；GIS data

1672-8262(2013)05-36-04

P208.2

A

2013—01—31

李静兰(1978—)，女，工程师，主要从事数据管理、分发、服务，及本单位相关信息化建设工作。