武汉市系列比例尺地形图要素分类编码及数据库标准的编制研究

何伟，严小平

(武汉市测绘研究院，湖北 武汉 430022)

1 引言

数据生产，标准先行。国家有关部门于上世纪90年代开始陆续制定了《国家基本比例尺地图图式》、《基础地理信息要素数据字典》、《基础地理信息要素分类与代码》，近期又颁布了新版的《国家基本比例尺地图图式》、《基础地理信息要素数据字典》及《基础地理信息要素分类与代码》，对地形图要素的分类顺序和分类方式做了调整，不断统一规范了基础地理信息的生产、建库、管理和分发利用。但国家标准相对比较宏观，需要结合城市特点进一步细化和完善。

当前，我国已进入全面建设小康社会、加快推进社会主义现代化建设的新的发展阶段，测绘作为经济社会发展和国防建设的一项基础性工作，正面临着社会需求结构、技术手段、消费层次和资源配置方式的深刻变化。地理信息资源战略性短缺与社会各界日益增长的对地理信息需求之间的矛盾十分突出，加快信息化测绘体系建设、完善以基础地理信息为核心的空间数据基础设施已成为今后一段时间内中国测绘发展的首要任务。而信息化测绘体系的建立和空间数据基础设施的完善的基础就是需要建立一套规范的数据标准体系，其中系列比例尺地形图数据标准体系又是该数据标准体系中最重要的组成部分之一。该标准体系的建立能够更好地统一地理信息的生产和建库，规范地理信息分类与编码，建立数据采集、地图缩编、数据建库、数据分发的一体化数据流程，促进信息共享，为国民经济的发展提供更好的服务保障体系。

2 标准编制依据及内容

《武汉市系列比例尺地形图要素分类编码及数据库标准》在编制建设过程中，主要详细规定了从数学基础、数据内容到数据生产等三个方面的具体要求。

2.1 数学基础

数学基础是为准确描述基础地理信息空间位置特征制定的数学法则，主要包括统一的空间参照系和地图投影系统。该标准从平面坐标系统、高程系统、比例尺、投影和分幅五个方面对数学基础提出了具体明确的要求。

武汉市位于中国的中部地区，东西距最大为134 km，南北距最大为155 km。目前武汉市城市规划与国土管理所需要的地理数据均涉及较大比例尺范围，主 要 包 括 1∶500、1∶2 000、1∶5 000 和1∶10 000，投影方式采用高斯－克吕格投影，地理位置处于3°分带中的第38带，中央子午线为东经114°。平面坐标在现阶段暂采用1954年北京坐标系，根据国家相关规定，将逐步向2000国家大地坐标系过渡和转换，高程基准使用的是1985国家高程基准。

为了易于图幅管理和查询，同时也为了满足不同比例尺间地形图数据缩编生产的便利，该标准中规定了在数据生产过程中对1∶5 000和1∶10 000数据采用40 cm×40 cm方格网分幅，1∶500和1∶2 000数据采用50 cm×50 cm方格网分幅。按此方法分幅，1幅1∶10 000地形图由4幅 1∶5 000地形图组成，1幅1∶5 000地形图由 4幅 1∶2 000地形图组成，1幅1∶2 000地形图由 4幅 1∶1 000地形图组成，1幅1∶1 000地形图由4幅1∶500地形图组成，系列比例尺地形图间能够形成完整的倍数关系。具体关系如图1所示，图中最小块的斜线部分即为1∶500比例尺地形图。

图1 系列比例尺分幅关系示意图

2.2 数据内容

标准中基本地形数据的内容必须有科学合理的范围，需要以国家标准与行业规范为基础，结合武汉市地形的具体情况共同制定。该标准中的数据内容主要对要素选取，编码规则，数据库结构设计及元数据四个部分进行说明。

(1)要素选取

该标准分别参照国家2006年发布的《国家基本比例尺地形图图式第二部分:1∶5 000 1∶10 000地形图图式》和2007年发布的《国家基本比例尺地图图式第一部分:1∶500、1∶1 000、1∶2 000地形图图式》的相关要求，结合武汉市的实际地形，按要素将基础地理信息分为9大类:测量控制点数据、水系数据、居民点及设施数据、交通数据、管线数据、境界数据、地貌数据、植被与土质数据、注记，另外附加辅助要素和图廓整饰两个辅助类，并对每一类数据至少应当包括的内容提出了具体要求。

(2)编码规则

要素编码规则是系列比例尺地形图数据库建设的基础，影响到系列比例尺数据之间的共享与交换。

要素编码的基本原则包括:

①唯一性:在一个分类编码标准中，编码对象和编码一一对应。

②合理性:编码结构与分类体系相适应，同时融合相关国家标准。

③可扩充性:留有适当的后备容量，以适应不断扩充的需要。

④科学性:编码结构简单，长度适中，以便节省机器存储空间和减少代码的差错率，同时提高机器处理的效率。

⑤适用性:反映编码对象的特点，有助记忆，便于填写。

⑥规范性:在一个标准中，编码的类型、结构和编写格式必须统一。

⑦延续性:保证 1∶500、1∶2 000、1∶5 000到1∶10 000地形图的要素编码一致。

在该标准中要素编码是按要素分类方式组织的，反映了地理要素间大小类的隶属关系，可在同一比例尺中唯一确定该要素。要素编码为6位数，分别由大类码、二级大类码、小类码和扩展码组成。扩展码是后续要素扩充和调整的接口。具体编码结构如图2所示。

图2 地理要素编码结构图

同时，增加要素标识码用以区分多比例尺数据集成时各要素所代表的比例尺。该码是以比例尺为基础、结合图式中要素大类和要素在大类中的排列顺序而形成的七位码。具体编码结构如图3所示。

图3 地理要素标识码编码结构图

对于系列比例尺地形要素的编码保证要素编码的一致性，采取倒金字塔的结构进行编码，实现多源数据的一致性和连续性，例如在 1∶500，1∶1 000，1∶2 000的比例尺标准中亭的要素细分为不依比例尺的亭和依比例尺的亭，要素编码分别为356010和356020;而在1∶5 000和1∶10 000的比例尺标准中由于比例尺的缩小，只保留亭一个要素，要素编码为356000，能够在不同比例尺之间保持良好的一致和连续性，提高不同比例尺数据间的互利用价值。不同比例尺间要素编码结构关系具体如图4所示。

图4 系列比例尺要素编码结构图

(3)数据库结构设计

数据库结构包括两层含义，即各地理要素属于哪个数据层以及需要填写哪些属性字段。数据层的字段结构是该层中地理要素属性字段的最小合集。

以制图数据为主的数据库建设受制于图面信息含量的有限性，地理要素的属性主要体现其基本信息，更多地将图面注记内容纳入其中。而以数据库生产为主时，初始数据采集时可以通过属性字段反映要素多种属性，因此数据结构更复杂。一些不需要在图面表示的专题内容就可以通过属性信息来反映。例如在该标准的编制中，系列比例尺地形图要素分类编码表中就增加了要素属性，规定了每个要素在数据建库中需要填写的属性信息，同时，在系列比例尺地形图数据库结构设计中，以点线面三类要素为基础规定属性信息的字段类型、字段长度、描述以及填写实例。具体如图5和图6所示，图5表示的是在标准中规定了系列比例尺地形图要素分类编码表中的控制点层要素编码及相关字段，其中要素属性包括了FCODE，FNAME，名称，高程，比高和等级等，有下划线标识的是必填字段，而图6则表示在标准中规定了测量控制点层以上各类属性字段的填写标准和填写实例。

图5 地形图要素分类编码表

图6 地形图数据库结构设计表

(4)元数据

元数据是关于数据的数据。合理的元数据结构和内容有利于数据分发利用。该标准中规定各种数据成果的元数据结构设计都是以图幅为单位，其内容涉及图幅范围、地理投影参数、航测资料以及数据分发相关的各种信息等。

2.3 生产过程

基础地理信息数据不同于一般的工业产品，仅依靠对最终结果(产品)的检验或检测难以确定其质量和可靠性，而生产过程方案的科学性直接影响或决定最终成果的可靠性。所以，该标准对基础地理信息标准数据的生产过程进行了规范，建立了要素采集规则。建立要素采集规则要综合考虑符号化特性和数据最终需要，将标准中要素的采集要求具体化。

要素符号库设计是以各个生产平台对不同几何类型地物的符号化特点为基础、参照国家图式对符号大小和颜色的具体规定来共同制定的。例如图式中要求对各种高压电线符号按实际位置表示电杆，MicroStation支持这种线型，ArcGIS和AutoCAD平台中不支持该类线型，只能将电杆均匀配置，因此高压电线在各个符号库中是不相同的，在MicroStation平台中只需在符号库中定义好线型即可，而在ArcGIS和AutoCAD平台中的符号库中高压电线只能通过骨架线来定义，而具体的符号表示则需要在绘制过程中通过编写程序来实现。

符号化的特点影响着要素采集规则的制定。建立要素采集规则要综合考虑符号化特性和数据最终需要，将标准中要素的采集要求具体化。例如在国家标准中只规定了地面河流，而在本标准中把地面河流细分成单线河与双线河，但是如何具体界定两者呢?在本标准中将采集规则定为:河流图上宽度大于0.5 mm的表示为面状双线河，小于0.5 mm的表示为单线河;双线河按河流常水岸线采集，单线河按河流中心线采集。通过采集规则的制定，使图式的要求条理化、实用化。

3 标准编制关键技术

3.1 数据标准建设综合考虑制图与数据建库需要

在本标准的编制过程中，以国家新图式和地理信息要素数据字典为基础，将地形图的数据生产和数据建库很好的结合，形成了系列比例尺地形图的要素分类编码及数据库标准，真正实现在一套标准中正确反映要素几何形态、建立不同环境下要素采集规则、符号库体系和数据库结构。主要体现在本标准的研制建设共包含要素分类编码设计、要素分层设计、数据库结构设计以及图幅元数据结构设计等4大类设计，而这4大类设计之间将制图和数据建库紧密地结合在一起，环环相扣。具体来说，系列比例尺地形图的要素分类编码设计规定了在制图过程中要素标识码，要素编码，要素名称，图式图例，几何类型，颜色，数据库图层名，数据库要素属性，数据采集与指标选取等，要素分层设计规定了大类要素分类，层名和每层包含的内容，数据库结构设计则包含了数据集名称，层名，属性项，字段类型，字段长度，描述和填写实例，图幅元数据库结构设计包含了各类元数据的名称，字段类型，字节数和内容。

3.2 统一了不同比例尺数据标准中的分幅规则

根据传统的系列比例尺地形图分幅规则，大比例尺地形图采用矩形方格网分幅，中小比例尺数据采用经纬网分幅，这对于城市勘测单位进行跨比例尺数据的叠加和分析十分不便。因此在此标准的编制过程中创新性地提出了统一用方格网进行分幅的规则，规定对1∶5 000和1∶10 000数据采用40 cm×40 cm方格网矩形分幅，1∶500和1∶2 000采用 50 cm×50 cm方格网矩形分幅，确保了不同比例尺地形图数据范围存在固定的倍数关系，易于不同比例尺数据间的管理和查询。但同时也存在一个问题，由于小比例尺的地形图采用经纬度的梯形分幅，所以，对于更小比例尺的地形图数据缩编生产，应采取一定的技术手段对矩形分幅进行裁剪以满足梯形分幅的要求。

3.3 统一了不同比例尺中相同地物的要素编码

要素编码是地物在地形图中的唯一标识，是要素类别归属的反映。统一要素编码后，不同比例尺间相同编码对应同类要素，使编码体系和要素组织更清晰，能够更好地将系列比例尺数据进行衔接，在后续数据缩编过程中不需要额外地进行要素映射即可投入生产，能够更快捷地对数据进行更新维护。

3.4 国家相关标准与武汉市实际地形特点相结合

为了与国家相关标准保持一致，本标准按照国家相关标准的规定，将武汉市的地形要素统一分为9大类，按顺序分别为测量控制点、水系、居民地及设施、交通、管线、境界、地貌、植被与土质、注记;同时在小类要素的编制过程中，又充分结合武汉市的实际地形特点，对部分要素符号进行了增减，就各类数据采集规则，技术指标等相关内容进行了细化和量化，形成了具有武汉市地方特色的统一的系列比例尺要素分类编码及数据库标准，更好地满足了武汉市基础地理数据的生产，增强了数据生产的可操作性。

4 小结

该标准的制定，从数据制图与数据建库两个角度综合对数据成果的具体要求进行了规定，形成了一套切实可用的生产作业规范，体现了武汉市的地方特色，满足了相关部门对基础地理数据的要求，对整合武汉市基础地理信息资源，提高基础地理信息的数据产品质量、丰富产品内容、推广数据应用等方面能够起到较大作用，满足了日益增长的社会需求。

标准中的1∶5 000，1∶10 000比例尺部分已全面应用到武汉市“十一五”基础测绘项目建设中，1∶5 000比例尺主要涉及郊区1 488 km2范围的制图数据生产，1∶10 000比例尺地形图主要覆盖了全市域约合8 549 km2的制图数据和数据库数据的生产，取得了良好的社会效益和经济效益;而标准中的1∶500，1∶1 000，1∶2 000比例尺部分已全面应用到我市大比例尺基本地形数据生产中，为武汉市的国土管理和规划提供了最基本的测绘保障。

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