图库一体化技术研究

摘 要：对在用的基础测绘软件和现有基础测绘成果分析得出，现有DWG格式制图数据成果中相当一部分已经包含了GIS数据，只是没有存储为通用的GIS数据格式，通过改变其他数据表示和组成方式可以让所有的制图数据均包含GIS数据。提出一种图库一体化技术，即，通过一种图形信息化技术把制图数据转换存入数据库，满足日常的空间数据管理需求，通过一种信息图形化技术再把出库数据“还原”成入库前的数据，以一种无损的、可逆的方式把制图数据、GIS数据、数据库管理等融为一体。该技术能够充分利用现有的制图数据成果建立GIS数据库满足当前空间数据管理和GIS应用需求，并能输出满足国标图式的制图数据。

关键词：制图数据 GIS数据 图形信息化 信息图形化 图库一体化

中图分类号：P28 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2013）05（c）-0038-02

天津市测绘院于1998年引入广州开思软件后，迅速推动了AutoCAD软件在内外业的应用，使AutoCAD软件逐步成为主要的测绘采集编辑基础平台软件。2009年启动开发的《天津市基础地理信息采集编辑软件》（以后简称采编软件）一期目标已基本实现，即替代开思软件。目前，在天津市测绘院积累了大量的基于AutoCAD软件的开发经验和成果，并积累了大量的DWG格式数据成果，其中1∶500和1∶2000符合《数据字典要求》。

开思软件是以插入点、骨架线、框架线、范围线等具有定位作用的要素（该类要素简称为特征要素，见图1）组织各部分符号的空间关系，以此来表示一个完整的地物。现有的CAD制图数据转换GIS数据的基本流程是提取定位点（块）、简单线、骨架线、框架线、闭合范围线等存储为GIS格式的点、线、面，然后添加属性，有些地物需要拓扑构面，这也是转换难度所在。也就是说现有的CAD制图数据中，相当部分已具备GIS数据特性只是存储格式不同而已，这就是利用信息图形化技术（城市勘测，2011年第4期）实现制图数据和GIS数据一体化的理论基础。

1 现有软件和数据不足

开思软件设计的骨架线、框架线主要目的是支持绘图函数绘制符号，开思软件在早期只关注图面编辑。随着数字化测绘技术完善和提高，对数据有了更高的要求，开思开始注重数据质量，把地物的属性以扩展属性的方式记录到特征要素上，也引入了关联，但受当时AutoCAD平台限制，没有利用拓扑提高数据质量和生产效率。靠句柄关联没有很好的解决地物的完整性问题。

《采编软件》基本沿袭了开思软件的数据结构和操作习惯，已经替代开思成为天津市测绘院基础测绘软件。虽然《采编软件》在关联关系、绘图工具、编辑工具等若干方面有了改进和完善，还有很多创新点，但《采编软件》以开思的替代品为目的设计，因此并没有赋予进一步的开发、设计需求。目前，《采编软件》涉及到了保存图形的编辑信息，但仍然还有很多工作要做；《采编软件》和开思软件一样，在采编功能和数据格式方面，基本没有针对数据建库的需要做特殊的设计。

开思软件和《采编软件》，最大的优点是遵循了《国家基本比例尺地图图式》，最大的缺陷是没有解决数据建库问题。我们通过对“一边有墙的棚房”数据分解看现有数据的构成（见图2）。

以“一边有墙的棚房”为例，从图2中可以看出，有些数据已经包含了制图数据，即满足《国家基本比例尺地图图式》；还包含了GIS数据特性，即从图形（Geometry）和属性（Attribute）上已经满足了GIS数据要求，只是没有存储为通用的GIS数据格式。也就是说，一个地物，或单幅图，或一个分区内，即在一个DWG文件内，已经包含了制图数据和GIS数据。当然，并不是所有地物都像“一边有墙的棚房”一样包含了制图数据和GIS数据，我们可以对其进行数据分解或改变其构成，使其也能包含制图数据和GIS数据。

2 图库一体化技术

2.1 图库一体化概念

图，是指制图数据，也可以是一个制图数据文件；库，是指GIS数据库，也可以是GIS数据。图库一体化是指，把一套制图数据，通过图形信息化技术把制图符号信息按“信息化规则”记录到特征要素上，图形信息化的成果是带有符号信息和属性信息的点、线、面，即带有符号信息的“GIS数据”；带符号信息的“GIS数据”入库，满足日常空间数据管理需求；出库的数据通过信息图形化技术还原成“入库前”的数据等一系列技术流程。

2.2 图库一体化技术流程

图库一体化技术流程包括如下5个重要模块（见图3）。

（1）图形信息化。把符号要素信息以一种格式记录存储到特征要素上，作为“图形信息”；部分复杂地物，人工编辑的符号要素过多且复杂，信息存储难度大，将部分符号经处理后，作为“图形信息”的辅助要素。

（2）信息数据格式转换入库。将DWG格式的图形信息化成果转换成（GIS）预定的格式存储在Oracle数据库中。

（3）空间数据库管理。利用Oracle Spatial开发数据库管理系统，提供查询提取、裁切分发、入库合并等若干服务。空间数据库管理系统包括数据入库、出库模块。

（4）数据出库。根据需求范围线裁切空间数据，输出DWG格式数据。

（5）信息图形化，信息图形化模块从数据字典数据库提取制图参数，把信息数据中的“图形信息”还原成入库之前的符号（块、线型、线宽、字体、字高、颜色、图层等若干参数），即DWG格式的数据（如同入库前的DWG数据成果）。

2.3 图库一体化解决的问题

（1）还原满足国标图式的符号。制图数据的重要性在于其完全满足《国家基本比例尺地图图式》，但不容易建库；图库一体化的重要意义在于在无损制图符号信息的条件下转换进入GIS数据库，并且出库后，能还原出制图数据原貌。

（2）一套数据建库。制图数据与GIS数据一体化，即只维护一套信息数据，用信息数据建库。充分应用CAD的制图功能和GIS的空间管理功能，有效的解决现有基础数据建库问题，能将DWG格式的数据无损的存入数据库，数据库能提供GIS数据分析和管理的各种服务，数据库输出的数据能够无损的还原成入库前的DWG格式数据（包括线型、图层、注记、关联等所有图形信息）。

（3）为自动缩编保存必要的编辑及符号信息。自动缩编，尤其是自动制图综合是需要参考制图信息的，即图面表示的合理性。目前制图综合还是一个世界难题，但保留必要的制图信息供未来进一步的开发是很有必要的。

（4）GIS数据实时提取。现有的作业模式是通过制图数据转换GIS数据，但时常会因为数据质量，出现这样或那样的问题。即使是个别地物转换失败，需要手动处理，也最终未能实现制图数据到GIS数据的自动转换。图库一体化的数据库中已经包含了GIS数据，则可实时提取GIS数据。

3 图形信息化和信息图形化

3.1 图形信息化

图形信息化是信息图形化的基础，是图库一体化的关键技术。地物的哪些符号需要作为信息保存，是需要判断的。地物的符号信息提取与记录是图形信息化的关键技术，这个过程叫做图形信息化。准确记录关键信息，以一种易读的方式存储，占用最小的数据存储空间，是图形信息化的基本原则。

需要保存的信息，基本可以概括为人工编辑的成果信息，或者叫侧重形象思维的图形信息。例如，用户为了满足图面需求编辑过的注记字高、注记位置，线状符号交汇处理等信息。能根据编码从数据字典数据库中提取的信息如线型、线宽、符号块、图层、颜色均不记录，绘图函数能自动生成的图形符号信息也不保存。以“开采的依比例尺通风平峒洞口”为例（见图4），要记录的图形信息包括，性质注记“煤”的插入点和字体，名称注记“大同”的插入点和字体（字高通过字体名称反算）。外围符号边线、中间的符号均可通过绘图函数绘制，不记录。

“开采的依比例尺通风平峒洞口”的图形信息化之后的属性信息如下：

注册程序名称：Map_Info

1000：1320203109

1000：开采的依比例尺平峒洞口

1000：大同

1000：煤

1000：进水

3.2 信息图形化

信息图形化，顾名思义，是用信息图形化模块读取存储在特征要素上的符号信息或属性信息，依据编码从数据字典数据库中提取特定符号化参数，还原符号。可见，信息图形化技术是数据库中的信息数据出库还原成入库前的数据，即符号化成满足《国家基本比例尺地图图式》的关键技术。 特征要素的选择，参见《数据字典》的“几何表示”。

信息图形化有三个重要应用：（1）符号、注记相关属性被编辑，例如房屋层数（XData）被编辑，触发注记“G5”被自动修改成“G6”。（2）特征要素被编辑，例如图3中骨架线节点移动，触发重绘符号。（3）数据出库，还原成制图数据与GIS数据一体的“入库前的”数据。其中（1）读取的是记录在特征要素上的属性信息，不是图形信息。

地物的多样性导致绘图函数的复杂性。根据国标编码和地物的具体绘制方式可以有效的将地物归类，抽象出相对通用的绘图函数，而信息图形化模块则根据国标编码调用相应的绘图函数。在实际应用中，有的地物只需要还原注记，有的地物只需要还原符号，有的地物两者均需要还原。

4 技术可行性

图库一体化软件包括图形信息化、转换入库、空间数据管理、转换出库、信息图形化五大模块。目前从技术可行性角度开发了实验版的软件。软件能够实现，将两片按单元管理的地形图（全要素）分别图形信息化，转换入库；入库后的数据支持裁切、出库；出库的信息数据可被还原成如同入库前的DWG格式成果数据。实验版软件开发完成能说明图库一体化技术具有可行性，但距离工程应用还有很长的路。比如，需要完善各模块与绘图函数整合，图形信息化和入库时对一些欠标准的数据的包容性处理，空间数据管理方面的增量更新、Oracle等商业数据库的管理等若干需要开发、完善的技术性问题，都需要投入大量的时间和人力。

5 结语

本文研究的基于图形信息化和信息图形化技术的图库一体化技术，能够充分利用现有的制图数据成果建立GIS数据库满足当前空间数据管理和GIS应用需求；在自动符号化还是世界难题的当下，解决了现行的GIS数据建库不能输出满足国标图式的制图数据的技术难题，尤其是绕开但解决了符号争位和表面注记摆放等技术难题。

参考文献

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