基于LISP的数字六盘水地理空间框架建设的数据处理技术

湛国毅，汪宏晨

（1.贵州省第一测绘院，贵州　贵阳　550025；2.武汉大学科学技术发展研究所自然科学编辑部，湖北　武汉　430072）

基于LISP的数字六盘水地理空间框架建设的数据处理技术

湛国毅1，汪宏晨2*

（1.贵州省第一测绘院，贵州贵阳550025；2.武汉大学科学技术发展研究所自然科学编辑部，湖北武汉430072）

以数字六盘水地理空间框架建设为案例，详细阐述了地理空间框架的建设流程，基础地理数据库主要内容和建库流程，并分析基础地理数据库建设过程中存在的问题.运用AutoLISP编程语言，提出AutoCAD图形数据批量转换的基础地理数据处理方法，旨在提高数据处理的效率，保证入库数据的质量.

地理空间框架；基础地理数据；处理方法；LISP

20世纪90年代，美国等发达国家和地区，从战略需求、科技发展、社会服务等方面出发，为了促进信息资源的广泛共享和充分利用［1-5］，先后提出了数字地理空间框架建设的构想，并开展了大量的工作，成效十分显著.

全面构建基础地理空间框架是人类地球村信息化建设的发展趋势，是科技发展的大势所趋，是信息大数据建设的基础［6-10］.被看成数字区域重要基础的地理空间框架，不仅支持空间信息的保存、管理和浏览，还集成了该区域的社会、经济、自然环境等信息，最大程度整合区域信息资源，为政府和社会提供信息查询和决策分析、为区域内各行业和民众提供综合信息服务.

1　数字六盘水地理空间框架建设流程

针对六盘水市实际需求，立足现有基础，开展基础地理空间数据的采集、更新和完善工作，具体工作内容有：①标准规范体系建设.②支撑环境建设.③基础地理信息数据生产和基础地理空间数据库建设.主要完成建成区、预留区100km21∶500 DLG生产，293km21∶2000 DLG生产，1060km21∶10000 DLG整理，293km21∶2000 DEM（digital elevation model）生产，1060km21∶2000航空摄影，9965km21∶10000 DEM和SPOT5卫星影像数据整理，35km2三维精建模.④地理信息公共平台建设.建立全市地理信息公共服务政务版和公众版数据集，并开发网络化的平台服务系统，形成六盘水市唯一的、权威的、通用的地理信息公共平台，形成天地图.六盘水节点.⑤典型示范应用系统建设.

图1　数字六盘水地理空间框架建设流程图Fig.1 The flowchart for geospatial framework construction of digital liupanshui

2　基础地理数据存在的问题

根据专家测算，完成一个完整的基础地理框架建设项目，其硬件设施投资比例约占1，软件开发投资比例约为5，而基础地理数据采集、整理和加工投资比例约为10.因此，基础地理框架建设的关键在于数据库建设，包括数据源选择、数据融合加工、数据入库等工作.

但当前，在基础地理数据库建设过程中，不断出现问题，主要如下：

1）数据标准化

基础地理数据标准不统一，存在国际、国家、地方、行业、推荐等方面标准，不能真正指导数据共享；数据文件格式不统一，不同空间数据库系统采用的数据文件和数据类型不同，在数据交换过程出现数据损失［11-12］.另外，不同部门间数据分类编码不同，坐标基准体系不统一.

2）数据管理

海量数据的组织管理能力差，基础资料错漏多，现实性差.而且，数据还在不断增加；数据模型没有完善和统一，数据格式转换花费大量精力［13-14］；矢量数据和栅格数据的不同特性，是数据管理、分析、交换及拓扑处理，面临挑战；异地、异构空间数据的互操作，不易解决；异构系统的互操作和互运算是难点.

3）数据共享

数据共享政策不完善，存在投入大量人力、物力、财力进行数据采集处理后，没有合适机制产生共享，产生利益冲突［13］；国家安全保障措施难以协调，部门间各自为政，投资渠道各异，建设主体独立运作，测绘成果汇交制度形同虚设.

4）数据安全

数据库网上共享，易出现客户端盗取或修改现象，因此，增强数据库系统管理的访问权限管理是难点；地理信息的网上发布困难，目前的互联网技术、带宽限制、WebGIS技术都存在网上发布的瓶颈［14-16］，难以满足频繁交互、复杂分析、动态变化和历史追溯的应用要求；网络数据安全管理的重要技术措施是采用合适的网络硬件设施和软件.

3　基础地理数据库建库流程

基础地理信息数据库存储的各级比例尺的基础地形（digital line graphic，DLG）数据，一般按照要素类进行分组，包含测量控制点、水系、居民地与设施、交通、境界与政区、地貌、植被与土质等类别.每类要素根据点、线、面、注记进行分层组织.其结构组成如图2所示.

数据库建设流程主要包括数据收集、数据源的分析与评估、数据加工整理、数据整合入库、质量检查等过程.

图2　基础地理信息数据库结构图Fig.2 Structure diagram of fundamental geographic information database

图3　基础地理数据库建库流程Fig.3 Fundamental geographic database building process

4　数据处理方法

4.1AutoLISP技术

AutoLISP语言是用来扩展和定制AutoCAD功能的内嵌式编程语言，用户可以很方便地利用AutoLISP对AutoCAD进行二次开发，把自己日常工作中常用的某些操作以命令的形式添加到AutoCAD中，然后用户就可以像使用AutoCAD标准命令一样使用新添加的命令.

其主要的语言特点如下：

1）解释性语言，只能运行于AutoCAD内部；

2）所有成分都是以函数形式出现，执行AutoLISP程序就是不断地执行和调用函数；

3）把数据和程序统一表达为表结构，故可以把程序当作数据来处理，也可以把数据当作程序来执行；

4）程序运行过程，就是函数求值，在函数的求值过程中，实现函数的功能；

5）主要控制结构采用递归方式［3］.

4.2坐标系转换

一般而言，某个区域原有地形图需要坐标转换，主要步骤有：收集区域内图上控制点成果、实地踏勘找点、坐标联测、计算旋转参数、图形旋转、图形整合处理等.

1）开展控制.一般需要实地在联测区域选择3～4个高等级旧控制点，距离分布均匀，联测该区域附近2～3个新坐标系控制点.坐标联测，一般采用GPS（Global Positioning System，全球定位系统）静态相对定位测量.

2）开展内业基线解算.关键注意检查各观测点点名、仪器高、观测时段等信息数据的准确性.同时检查网的封闭性、同步环、异步环精度.基线测量精度及所组成异步环的坐标差分量闭合差及全长闭合差，应符合下式规定：

式中：σ为标准差（mm）；wx、wy、wz为坐标差分量闭合差；W为环闭合差；n为闭合环边数；Δs为复测基线长度差.

3）进行GPS网的无约束平差.以GPS网基线三维向量及其相应的协方差阵作为观测信息，选点网中一个已知点的WGS-84三维坐标作为起算依据，进行GPS网的无约束平差，解算出各控制点在WGS-84系下的三维坐标，各基线向量3个坐标差观测值的总改正数，基线边长以及点位和边长的精度信息.其中基线向量的改正数（V△x、V△y、V△z）绝对值应满足下式要求：

式中σ为标准差（mm）.

4）进行GPS网的约束平差.解算出各控制点新坐标系下的三维坐标，平差后，同名基线的改正数与无约束的改正数的较差，应满足下式要求：

式中σ为标准差（mm）

5）计算旋转参数.根据间接平差法平差、最小二乘法原理，利用新旧两套坐标系两个以上同名点，组成坐标变换方程［4］：

计算得到旋转角度和伸缩系数，得到最小点位中误差坐标点.

7）进行图形旋转.可以采用制图专业软件，根据旋转参数进行旋转处理，重点是保证精度、属性、图面不损失、不错漏.

8）完成图形整合处理.目的是对出现的图形属性、图面错漏进行逐一编辑处理.

4.3利用AutoLISP编程批量处理图形数据

由于历史客观因素，基础地理信息数据多为质量各异的多源异构数据，其中，AutoCAD图形数据更由于测绘软件、版本、符号库等不同，造成分层、编码、属性定义等不统一.因此，AutoCAD图形数据转换为标准基础地理信息数据，容易出现图形要素损失.具体转换方案需要经过全面分析不同数据后，有针对性地制定方案.针对基础地理空间数据转换，利用AutoLISP语言编写了系列程序，对关键工序进行批量处理.经过生产实践验证，提高了效率，减少了人工操作，杜绝二次误差.

1）提取空间数据典型要素，变换图层

利用简单两句程序，即可提取数据至指定的图层.

（setq lst1（ssname ys1 n1））；取得实体数据名称

（command"change"lst1"""p""la""yzh1"""）；改变实体数据图层

考虑基础地理信息数据建库工作的复杂性，对“块”的提取一定要细致而全面，本程序根据专业测绘软件SCS（广州开思SCS多用途数字测绘与管理系统）内部图块编写.如果还需利用其他专业软件处理数据时，只需局部修改程序即可.

2）统改高程点

由于坐标系不同，移动旋转地形图时，地形图中高程点会有一定的差值，统改高程点程序可以提高内业工作的效率，且速度快、准确、通用性强.

部分程序代码：

3）赋等高线高程值程序

由于数字化测绘过程中，每个单位使用的软件不同、作业人员技术水平不高或用途要求不同等原因，造成数字化地形图中等高线高程值错误，需要改正.本程序针对测绘过程等高线不需要重画，但必须重新赋值的情况编写.

部分程序代码：

4.4AutoCAD数据直接转换方案

目前，鉴于现有AutoCAD数据大多具有一套完整的图层编码体系，图形数据中的图层编码等属性需要充分利用.因此，采用直接转换数据方式和人工干预编辑相结合的方式，可以快速节省地获得基础地理信息数据，具体的工作步骤如下：

首先，编写AutoCAD（如SCS测绘软件）与GIS软件（如MapGIS）的数据转换成4个对照表如下.

1）图层块对照表.图层块对照表如表1所示.

图层块对照表存放在cad_map.tab文件中.

2）线形代码对照表.线形代码对照表如表2所示.

表1　图层块对照表Tab.1 Layer-block table

表2　线形代码对照表Tab.2 Linear code table

存放在arc_map.lin文件中.

3）符号对照表.符号对照表如表3所示.存放在arc_map.pnt文件中.

4）颜色对照表.颜色对照表如表4所示.

表3　符号对照表Tab.3 Symbol table

表4　颜色对照表Tab.4 Color contrast table

颜色对照表在cad_map.clr文件中.编辑处理AutoCAD图形文件，转换DXF文件.根据每个区域AutoCAD图形文件质量具体情况，分别进行坐标转换，利用前篇提及已开发的AutoLISP程序，进行相关图形处理编辑，完成进行DXF文件转换.一般要求转换为R12版本DXF文件，对AutoCAD原图一定不能进行爆破处理.利用GIS软件的文件转换功能，将AutoCAD图形文件转换为GIS图形文件.利用GIS制图软件进行部分整理编辑.

5　结语

图4　数字六盘水地理空间框架运行效果图Fig.4 Running chart of geospatial framework of digital liupanshui

本文总结的一套行之有效工作技术方法和利用AutoLISP语言开发程序，在数字六盘水地理空间框架建设项目中得以实际应用（图4）.该方法和程序对于多源基础地理数据的挖掘整合，特别是AutoCAD图形转换处理，能够避免或减少数据的丢失，减少编辑和处理，减少流程和编辑操作，提高了工作效率，保证了入库数据的无损和优质.

［1］国家测绘局.数字城市地理空间信息公共平台技术规范［M］.北京：测绘出版社，2008.

［2］李维森.推进数字城市地理空间框架建设用应［C］//全国数字城市地理空间框架建设工作会议，北京，2011.

［3］阎聚群.AutoCAD 2000 AutoLISP开发［M］.武汉：华中理工大学出版社，2000.

［4］武汉大学测绘学院测量平差学科组.误差理论与测量平差基础［M］.武汉：武汉大学出版社，2003.

［5］袁延良，任波，陈汭新，等.“数字城市”地理空间数据框架建设研究［J］.计算机技术与发展，2007（2）：78-79.

［6］李景文，马学峰，叶良松，等.基于面向对象的数字城市地理空间框架数据组织方法［J］.桂林理工大学学报，2011，31（3）：32-36.

［7］王艺晴，黄良奋，覃茂运.数字陵水公共地理信息服务平台建设研究［J］.测绘科学，2014，39（5）：69-72.

［8］邓淑丹.分布式地理信息公共平台探讨［J］.地理空间信息，2015（2）：22-23.

［9］雷林辉.基于数字城市地理空间框架的GIS应用系统建设研究：以公交线路管理系统为例［J］.测绘与空间地理信息，2013，36（8）：125-129.

［10］张周平，欧长红，马哲元.数字西安地理信息公共服务平台的建设与应用［J］.城市勘测，2010（5）：9-12.

［11］靖剑波，辛亚芳.贵阳市基础地理信息公共服务平台的建设与应用［J］.地理信息世界，2012（5）：35-39.

［12］张朝坤，杨鸿海，欧尔格力.数字城市地理空间框架建设方案设计探讨［J］.青海师范大学学报（自然科学版），2014（2）：57-61.

［13］陈静.青岛地理信息资源共享平台设计与实践［D］.北京：清华大学，2009.

［14］郭明武.基于本体和SOA构建城市地理信息公共服务平台的方法研究［D］.武汉：武汉大学，2010.

［15］常原飞.城市基础地理信息平台框架及关键技术研究［D］.北京：中国科学院研究生院（遥感应用研究所），2005.

［16］杨蕾.奎屯市数字化城市建设研究［D］.乌鲁木齐：新疆农业大学，2014.

责任编辑：高 山

Data Processing Technology Based on LISP for Geospatial Framework Construction of Digital Liupanshui

ZHAN Guoyi1，WANG Hongchen2*
（1.The First Surveying and Mapping Institute of Guizhou Province，Guiyang 550025，China；2.The Research Instifute for Scientitic and Technological Department，Journal of Natural Science of Wuhan University，Wuhan 430072，China）

Geospatial framework construction of digital Liupanshui was taken as the case in the study.The paper discusses in detail the geospatial framework construction process，main content and basic geographic database construction process，analyzes the problems in the process of constructing the basic geographic database construction process.A method used by AutoLISP program language was put forward of the CAD graphic data batch conversion based geographic data processing，in order to improve the data processing efficiency and ensure the quality of database.

geospatial framework；fundamental geographic data；processing method；LISP

P208

A

1008-8423（2015）04-0461-06DOI：10.13501/j.cnki.42-1569/n.2015.12.026

2015-10-20.

国家自然科学基金项目（40871179）.

湛国毅（1974-），男，硕士，高级工程师，主要从事不动产测绘、地图制图和3S技术应用；*

汪宏晨（1974-），男，硕士，副编审，主要从事编辑学与GIS的研究.