基于图库一体化空间数据模型的数据生产

测绘与空间地理信息

ＧＥＯＭＡＴＩＣＳ＆ＳＰＡＴＩＡＬＩＮＦＯＲＭＡＴＩＯＮＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ

Ｖｏｌ.４１ꎬＮｏ.５Ｍａｙꎬ２０１８

基于图库一体化空间数据模型的数据生产

李富春ꎬ黄　华ꎬ徐晓伟

(长安大学地质工程与测绘学院ꎬ陕西西安７１００５４)

摘要:传统制图模型不能很好地处理地图数据与空间数据的关系ꎬ通过对地图制图模型的研究ꎬ以Ｍａｐｓｔｏｒｅ为

例阐述了制图建库一体化模型———拓扑地图模型ꎬ系统概述了该模型的核心技术ꎬ并通过ＭａｐｓｔｏｒｅＥｄｉｔ验证了该模型较传统空间数据模型在组织图库数据方面的优越性和改进作用ꎬ对提高地图制作效率和空间数据建设具有重要意义ꎮ

关键词:图库一体化ꎻ拓扑地图模型ꎻ空间数据建设ꎻ地图数据生产

中图分类号:Ｐ２０８　　　文献标识码:Ａ　　　文章编号:１６７２－５８６７(２０１８)０５－００６０－０２

ＤａｔａＰｒｏｄｕｃｔｉｏｎＢａｓｅｄｏｎｔｈｅＩｎｔｅｇｒａｔｅｄＳｐａｔｉａｌＤａｔａ

ＭｏｄｅｌｏｆＤａｔａｂａｓｅａｎｄＣａｒｔｏｇｒａｐｈｙ

(ＳｃｈｏｏｌｏｆＧｅｏｌｏｇｉｃａｌａｎｄＳｕｒｖｅｙｉｎｇＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇꎬＣｈａｎｇ′ａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙꎬＸｉ′ａｎ７１００５４ꎬＣｈｉｎａ)

Ａｂｓｔｒａｃｔ:ＴｒａｄｉｔｉｏｎａｌｃａｒｔｏｇｒａｐｈｙｍｏｄｅｌｃａｎｎｏｔｂｅｖｅｒｙｇｏｏｄｄｅａｌｗｉｔｈｔｈｅｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐｂｅｔｗｅｅｎｔｈｅｍａｐｄａｔａａｎｄｓｐａｔｉａｌｄａｔａꎬｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｒｅｓｅａｒｃｈｏｆｔｈｅｍａｐｐｉｎｇｍｏｄｅｌꎬｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｓｔｕｄｙｏｆＣａｒｔｏｇｒａｐｈｉｃｍｏｄｅｌꎬｔｈｅｐａｐｅｒｄｅｓｃｒｉｂｅｓｔｈｅｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎｍｏｄｅｌｏｆｄａｔａｂａｓｅａｎｄｃａｒｔｏｇｒａｐｈｙｗｉｔｈＭａｐｓｔｏｒｅａｓａｎｅｘａｍｐｌｅꎬａｎｄｔｈｅｃｏｒｅｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓｏｆｔｈｉｓｍｏｄｅｌａｒｅｏｕｔｌｉｎｅｄｓｙｓｔｅｍａｔｉｃａｌｌｙ.ＩｎｔｈｉｓｐａｐｅｒꎬＭａｐ￣ｉｍｐｒｏｖｅｍａｐｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙａｎｄｓｐａｔｉａｌｄａｔａｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ.

Ｋｅｙｗｏｒｄｓ:ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎｏｆｄａｔａｂａｓｅａｎｄｃａｒｔｏｇｒａｐｈｙꎻｔｏｐｏｌｏｇｙｍａｐｍｏｄｅｌꎻｓｐａｔｉａｌｄａｔａｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎꎻｍａｐｄａｔａｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ

ｓｔｏｒｅＥｄｉｔｖｅｒｉｆｉｅｄｔｈｅｓｕｐｅｒｉｏｒｉｔｙａｎｄｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔｏｆｔｈｅｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌｓｐａｔｉａｌｄａｔａｍｏｄｅｌｉｎｏｒｇａｎｉｚｉｎｇｄａｔａꎬｗｈｉｃｈｉｓｇｒｅａｔｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｃｅｔｏ

ＬＩＦｕｃｈｕｎꎬＨＵＡＮＧＨｕａꎬＸＵＸｉａｏｗｅｉ

０　引　言

的能力很大程度上取决于空间数据模型

ＧＩＳ作为决策支持系统的重要工具ꎬ其解决实际问题

[１０]

１　图库一体化概要

ꎮ传统的空间

制图和建库数据不一致ꎬ使得地图数据与空间数据成果的获得需要建立两套数据ꎬ这导致许多弊端ꎬ如对于复合几何体的维护需要在各个层中同时编辑ꎬ多次拷贝ꎬ操作的难度大ꎬ一致性难以保证ꎬ且会产生数据冗余等ꎮ目前ꎬ许多现存模型在处理图与库的数据时ꎬ更多的偏向于图数据ꎬ对空间数据的建设相对缺乏ꎬ导致在空间分析时ꎬ空间数据不够完善ꎬ又需要投入人力物力ꎮ而图库一体化思想是能够在模型上实现地图数据与空间数据的集合ꎬ在生产时只需要处理空间数据ꎬ通过空间数据的符号化和相对较少的人工编辑ꎬ便可得到相应的质量较高的地图数据ꎬ能实现一套库数据两种用途的目的ꎬ很好地解决了编制地图时空间数据与地图数据不一致的问题ꎮ

数据模型对空间认知与数据模型之间的关系处理不太明确ꎬ表达能力有限[１]ꎮ且传统的制图模型把地图符号数据和它对应的几何数据捆绑在一起ꎬ形成几何数据变化必然引起地图符号变化或者地图符号和几何数据分离ꎬ形成几何数据变化却无法找到相应的地图符号数据ꎬ导致处理地图与数据库关系时难以兼顾的问题[１ꎬ１１]ꎮ在拓扑地图模型中ꎬ几何数据属性和地图符号以实体为单位有机结合起来ꎬ关系平等ꎬ图库具有一致性ꎬ且不一致性可通过拓扑地图模型来解决ꎬ即几何数据改变符号数据会随之变化ꎬ符号数据改变不会引起几何数据的变化ꎬ能很好地解决图库难以兼顾的难题ꎮ

收稿日期:２０１７－１１－２７

基金项目:国家自然科学基金(４１５０１４９８)资助

作者简介:李富春(１９９３－)ꎬ男ꎬ甘肃天水人ꎬ地图制图学与地理信息工程专业硕士研究生ꎬ主要研究方向为地图制图理论与技术ꎮ

第５期

李富春等:基于图库一体化空间数据模型的数据生产

６１

２　拓扑地图模型架构与实现

２.１　拓扑地图模型思想

拓扑地图模型是能在不同层次上表达地理实体所具有的特征、实体与实体之间的空间关系以及实体地图符号的一体化模型ꎬ它包含了实体要素的几何对象、实体的地图表达和实体属性ꎬ如图１所示ꎬ在存储与表达数据时ꎬ拓扑地图模型把实体要素的几何对象分解为最基本的点、线、面的集合ꎬ配合几何要素的坐标和拓扑关系来表达实体的地理位置和地理现象ꎬ并进行存储ꎬ且拓扑地图模型中ꎬ同一实体要素对应的几何对象和实体符号是相对的ꎬ即根据几何对象生成实体符号后ꎬ实体符号的编辑不影响几何对象ꎮ

图１　拓扑地图模型Ｆｉｇ.１　Ｔｏｐｏｌｏｇｙｍａｐｍｏｄｅｌ

２.２　１)拓扑地图模型实现

根据实体对应的几何要素的类型拓扑关系与创建

ꎬ将实体与实体之间的拓扑关系归结为以下几类:①点状类实体拓扑关系ꎬ包括点与点的拓扑关系ꎬ点与多点的拓扑关系ꎬ点与线的拓扑关系②之间的拓扑关系线状类实体拓扑关系ꎬ点与多线的拓扑关系以及点与面的拓扑关系ꎮ③面状类实体的拓扑关系ꎬ包括线与线的拓扑关系ꎬ包括面与ꎬ线与面ꎮ面的拓扑关系ꎬ面与多面之间的拓扑关系ꎮ拓扑数据模型中拓扑关系的创建是利用同一几何对象可能被多个复合几何对象所共用的特征ꎬ通过搜寻复合几何对象是否共享某个相同的几何对象来实现２)拓扑地图模型在数据组织时数据组织结构

ꎮ

ꎬ实体中不仅组织了实体的几何数据和属性数据ꎬ还组织了实体的符号数据ꎬ而在一般的ＧＩＳ空间数据模型中ꎬ实体(几何)中只组织属性数据和几何数据ꎬ实体的符号单独组织ꎬ符号化时通过符号的ＩＤ来调取符号库里的符号ꎮ图２(ａ)、图２(ｂ)分别为一般空间数据模型和拓扑地图模型的数据组织结构ꎮ

图２　数据组织Ｆｉｇ.２　Ｄａｔａｏｒｇａｎｉｚａｔｉｏｎ

３)传统模型数据组织与管理是以层为单元进行的存储与表达

ꎬ当

不同层实体相邻时ꎬ每个实体都需要有完整的边界ꎬ导致共同边需重复存储ꎮ拓扑地图模型在数据组织与管理时ꎬ以实体为单元ꎬ在有共用的边界时ꎬ只存储一次ꎬ并将其标记ꎬ在使用时可以灵活的归到相应的实体中ꎬ保证实体的完整性ꎮ图３(ａ)、图３(ｂ)分别为传统模型与地图拓扑模型的存储与表达方法ꎮ

图３　数据存储与表达

Ｆｉｇ.３　Ｄａｔａｓｔｏｒａｇｅａｎｄｅｘｐｒｅｓｓｉｏｎ

３　拓扑地图模型的改进实验验证

据和符号数据处于平等位置１)基于拓扑地图模型的ꎬＭａｐｓｔｏｒｅＥｄｉｔ分别显示在几何视图和地平台中ꎬ几何数

图视图两个不同窗口ꎬ符号数据的改变不会影响几何数据ꎬ能够保证几何数据和地图数据操作、维护ꎬ如图４所示ꎮ

图４　地图数据修改前后库数据对比

Ｆｉｇ.４　Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎｏｆｄａｔａｂａｓｅｄａｔａｂｅｆｏｒｅａｎｄ

　　　　ａｆｔｅｒｍａｐｄａｔａｍｏｄｉｆｉｃａｔｉｏｎ类拓扑关系的创建２)基于拓扑地图模型的ꎬ如图５所示ＭａｐｓｔｏｒｅＥｄｉｔꎮ

平台支持不同

图５　拓扑关系表达

Ｆｉｇ.５　Ｅｘｐｒｅｓｓｉｏｎｏｆｔｏｐｏｌｏｇｉｃａｌｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐ

４　拓扑地图模型的数据处理效率与质量

１)模板是基于拓扑地图模型的建库数据

ＭａｐｓｔｏｒｅＥｄｉｔ平台与应用项目之间的接口ꎬ用于一体化模型中地理实体的定义ꎬ模板中定义了实体的国标码、层名、属性预值(草地的类型:高草地、天然草地、改良草地、人工牧草地、半荒草地、荒草地)等ꎬ根据模板来建库时ꎬ能够保证创建实体的正确性ꎬ除此之外ꎬ创建的拓扑关系ꎬ可以确保建库时实体在空间关系上的正确性ꎬ避免了传统建库过程中反复拷贝出现的面重叠、面裂隙等问题ꎮ

(下转第６５页)

第５期

汪玉美等:与无人机图像匹配算法相结合的间接平差教学内容改革初探

６５

ｐ＝[１１１１１１１１１１１１１１１１１１１１１１１１１]Ｐ＝ｄｉａｇ(ｐ)　％设置权阵为单位阵ꎻＸ＝[０１０１０００１]　％设置参数初始值ꎻＮＣＣ＝Ｃ’∗Ｐ∗Ｃ　％计算法方程系数ꎻＷ＝Ｃ’∗Ｐ∗ｌ’

０

经典的间接平差思想渗透在许多领域ꎬ将经典理论与现代应用结合并融入课堂ꎬ才能使学员真正地学以致用ꎮ

参考文献:

[１]　武汉测绘科技大学测量平差教研室.测量平差基础[２]　樊东昊ꎬ朱建军ꎬ周璀.附有条件的间接平差的图像[３]　周时伦.最小二乘影像匹配算法的实现与研究[Ｊ].信息[４]　王柏恒ꎬ郝卫峰ꎬ何希纯.总体最小二乘在ＧＰＳ高程转换

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[５]　雷红涛ꎬ路婷婷ꎬ刘大维.基于最小二乘法的多影像像点[６]　陶秋香ꎬ翟敏.基于Ｍａｔｌａｂ的ＧＰＳ网间接平差教学设计[７]　潘雄ꎬ付宗堂.Ｍａｔｌａｂ软件在测量平差教学中的应用[８]　白征东.Ｍａｔｌａｂ在测量平差教学中的应用[Ｊ].测绘通[９]　高彩云ꎬ高宁ꎬ孙敬克.Ｍａｔｌａｂ在测量平差课程教学中的

尝试[Ｊ].科技信息ꎬ２００９(２４):１９８－１９９.报ꎬ２００９(１１):７３－７６.

[Ｊ].测绘工程ꎬ２００７ꎬ１６(１):７６－７８.

与实现[Ｊ].测绘与空间地理信息ꎬ２０１６ꎬ３９(３):９－１２.８６－８９.

通信ꎬ２０１３(４):３５－３６.２０１５ꎬ４０(８):１０７５－１０７９.[Ｍ].北京:测绘出版社ꎬ２００７.

ｄｉｓｐ(‘解算法方程求变形参数改正数’)ｘ＝ｉｎｖ(Ｎｃｃ)∗ｗ

ｄｉｓｐ(‘变形参数第一次迭代完成’)

配准算法及其应用[Ｊ].武汉大学学报:信息科学版ꎬ

根据变形参数的初始值ꎬ可得到第一次平差后的变形参数值ꎮ带入参数值进行计算可得与基准图像相对应的畸变图像区域ꎬ计算两区域的相关系数ꎬ若该系数小于设定阈值ꎬ仍需继续平差直至相关系数等于或大于阈值ꎬ一般来说ꎬ要经过若干次迭代才能完成变形参数的计算ꎬ但其本质是间接平差法ꎮ

经由Ｍａｔｌａｂ运行后ꎬ所得结果为:ｘ＝[１０.２７６２－０.１３６８－０.４５００－０.０１５９０.０９５８０.１２９６－０.０４８３０.０７７８]ꎬ

自动匹配算法[Ｊ].工业控制计算机ꎬ２０１５ꎬ２８(１０):

３　结束语

将间接平差法应用到无人机图像匹配ꎬ拓展了间接平差法的教学内容ꎬ使学员不仅能更好地理解与掌握间接平差的原理、步骤等理论知识ꎬ还能将这些知识与无人机图像处理有机地结合在一起ꎬ这样的教学内容更加贴近我院培养的测绘专业学员未来服务的对象ꎮ在实践环节ꎬ引入Ｍａｔｌａｂ作为实践平台ꎬ利用简单的语句完成复杂的平差过程ꎬ尤其是在解算变形参数时面对庞大的图像数据ꎬ其强大的处理矩阵的能力可满足我们教学的需要ꎮ(上接第６１页)　　２)制图数据

模板中还定义了符号的绘制规则ꎬ如尺寸大小、颜色、角度、符号周期、渐变方式等ꎬ获取地图数据时ꎬ软件依据模板定义的绘制规则、几何对象和属性自动符号化之后ꎬ只需处理符号之间的合理性与美观性即可ꎬ且在处理的过程中ꎬ基于拓扑地图模型的ＭａｐｓｔｏｒｅＥｄｉｔ平台提供了大量批处理功能ꎬ如线状符号重叠处理、线状符号平移处理等ꎬ能够保证制图的效率ꎮ

[编辑:张　曦]

参考文献:

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安大学ꎬ２０１０.

[２]　崔珂瑾ꎬ程昌秀.空间数据模型研究综述[Ｊ].地理信息

世界ꎬ２０１３ꎬ２０(３):３１－３８.

５　结束语

基于拓扑地图模型的ＭａｐｓｔｏｒｅＥｄｉｔ平台与某传统平台对西北某省区１∶１００００数据进行处理ꎬ通过对得到的时间进行分析可得ꎬ当处理单幅数据时ꎬ传统平台的处理效率更高ꎬ当处理数据的数量大于３幅时ꎬＭａｐｓｔｏｒｅＥｄｉｔ的处理效率随着数据量的增大而略显优势ꎬ除此之外ꎬ数据库建设时ꎬ基于该模型的平台建库时能够保证实体创建的正确性和实体之间空间关系的正确性ꎮ实践证明ꎬ拓扑地图模型能在一定程度上解决图库难以同时维护的问题ꎬ也明显提高了数据生产的效率ꎬ弥补了现有模型针对此类问题处理时的不足ꎮ使用基于该模型的平台处理数据的不足之处:由于处理数据前期需要进行模板定义ꎬ花费５—６个工作日ꎬ所以在处理单幅数据时所花费的时间较长ꎬ且模板定制时对专业性的要求较高ꎬ如何解决这些方面的问题ꎬ是以后研究的主要方向ꎮ

[３]　ＣｏｄｄＥＦ.Ｄａｔａｍｏｄｅｌｓｉｎｄａｔａｂａｓｅｍａｎａｇｅｍｅｎｔ[Ｊ].Ａｃｍ

ＳｉｇａｒｔＢｕｌｌｅｔｉｎꎬ１９８０ꎬ１６(７４):１１２－１１４.[４]　徐立ꎬ陈晓慧ꎬ赵斌彬ꎬ等.空间数据模型发展综述[Ｊ].

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[编辑:刘莉鑫]