地理空间数据模型数据转换流程

王嘉嚇

(中南大学地球科学与信息物理学院)



地理空间数据模型数据转换流程

王嘉嚇

(中南大学地球科学与信息物理学院)

空间数据模型是空间数据建模的基础，在地理信息研究中具有重要地位。对地理空间数据模型的数据转换流程进行了分析，并探讨了数据转换过程的注意事项，供相关研究参考。

地理空间数据模型数据转换流程

地理信息系统构建的前提是数据转换，数据转换的质量直接影响数据库的质量。现阶段，普遍应用CAD开发的软件进行图件绘制，从而易引起CAD数据转换时出现格式方面的问题，即便大多数软件具备数据格式的转换功能，然而由于CAD软件在管理风格、储存数据、图元定义方面与相关软件存在显著差异，导致数据格式的转换效果不理想。

1　地理空间数据模型概述

为实现地理信息共享，确保不同平台间数据能够在统一接口中进行操作，逐渐出现了诸多空间信息标准。其中，简单要素的规范也称为ISO19125规范，其主要对二维空间简单的要素对象进行描述。相关标准中提出的地理标识语言(GML)可对地理现象进行描述，通常几何部分(不规则三角网(TIN)与多点定义)描述需符合ISO19107规范及OGC规范。而在GML基础上的WebMapTested互相操作项目，即Web要素服务主要通过OGC提供的HTTP协议空间的地理数据对操作接口进行规范，便于客户端从不同Web要素的服务中更新与检索应用GML编码的地理空间数据。Web地图服务是OGC图表达的服务，应用具备地理空间位置信息的数据制作地图，可兼容PNG、GIF与JPEG格式图像的文件，同时可接收XML、GML文件以及元数据文件。现阶段，SuperMap、ArcGIS、MapGIS等软件属于常用的GIS软件平台，其中，MapGIS软件使用地理实体空间数据模型，可对复杂的非空间与空间特征进行描述，该款软件可在要素表达的前提下，对现实世界的地理实体进行描述，而矢量数据需通过要素形式储存于要素类及要素集之中，每一个要素储存于多个或一个几何对象之中，并对离散要素形状与要素进行描述。SuperMap软件是一款由北京超图公司开发的GIS软件，通过数据集的形式对数据进行组织，矢量数据集的储存空间则按照数据集类型进行区分，线数据集与点数据集分别对线、点进行储存，同时记录各空间要素，并对空间属性进行记录。

2　数据转换流程

在某小区的规划数据中，花坛是由面、点与线组成的集合。而在AutoCAD软件中可将构成花坛的一些面、点与线合并成一个花坛块，而花坛块可作为一个整体，并插入小区的指定位置。

(1)CAD软件数据检查。通过CAD软件平台，对数据编码的正确性进行检查，整个检查过程需严格根据相关国家标准进行，除对图块的插入比例与插入点进行检查外，还需检查分层情况[1]。

(2)将SuperMap、ArcGIS、MapGIS软件中的数据根据分层标准实施分层，具体分层要求应按实际需求确定。

(3)对数据分层的准确性进行检查。依据CAD原图，准确判断不同层数据，对于已绘制完毕的图形，须及时更正，并将更正后的图件剪切至正确的图层中。

(4)自动生成相应的接图表。应用SuperMap、ArcGIS、MapGIS软件，可同时自动生成相应的网格线，在此基础上通过SuperMap、ArcGIS、MapGIS软件的线数据集进行拓扑处理并建立面数据集[2]。

(5)点状图形目标处理。该过程无需进行额外的处理，仅需使用正确符号与样式便可实施处理。

(6)线状图形目标处理。在现状数据中实施线数据集的拓扑处理，需去除重复线条、弧段的求交、延伸长悬线、冗余点、合并邻近节点、悬线，并进行假节点合并，对各层线状数据实施合并处理，同时对接边位置实施邻近节点合并操作。

(7)面状图形目标处理。①面状植被处理，一些线状植被闭合线，需实施线状数据集的拓扑处理，并建立面数据集，继而形成面状植被；②面状水系处理，线状水系闭合线进行线状数据集的拓扑处理，并建立面数据集，从而构成面状水系；③面状交通设施处理，线状交通设施中的闭合线处理，需实施线数据集的拓扑处理，并建立面数据集，进而构成面状交通网，线状交通设施中闭合线的处理，需实施线数据集的拓扑处理，并建立面数据集，构成面状交通网，应严格根据街路实际情况对每条道路线进行切割；④面状公共设施处理，实施线数据集的拓扑处理，建立面数据集，在此基础上构成面状公共设施结构[3]。

3　几何图元组合方式

地理空间数据模型主要通过面、点、线来描述空间对象，在三维空间中加设体要素，因此数据模型中的几何图元种类相对丰富。几何对象类主要包含面、点、曲线，并且几何对象与空间参考系统具有相关性。但在一些简单要素的规范几何模型中，线段的类型仅包含直线，对于曲线的类型描述(如复杂曲线、圆与椭圆等)则相对缺少。在ISO19107规范中提供了地理空间特征概念框架，可将真实世界现象抽象为与地理位置相关的一些要素。几何图元类型包含三次样条线图、圆弧与凸度的圆弧等，在ArcGlS软件几何数据模型中，可将几何对象分为2类：①要素形状几何图形，如面、点、线与多点；②各种形状组成部分，如路径与线段对象。曲线属于几何对象的组成部分，通常除包络线、点与多点对象外，全部几何对象都可作为曲线，而曲线有二维形状与一维视图几何对象2种表达方式。线段对象是一维几何形体对象，是由起点、终点、定义曲线的函数组成。线段对象可分为非线性和线性2类，其中，线性主要包含直线段，非线性主要包含椭圆弧与圆弧。

目前，几何图元组合方式较多，主要包含同类的几何图元组合(如多面、多点与多线)，此外还有其他类型的几何图元组合。由于地理空间数据模型差异，各种平台几何图元组合方式差异较大。在开放地理空间信息联盟(OGC)的数据模型中，几何图元类型可分为面、点与线3类，组合方式相对简单，点与点能够组成多个点，线与线能够组成多条线，面与面能够组成多个面。由于线类型相对单一，仅包含一种类型的直线段，因此，多线代表多条直线段的组合。此外，在ISO19107规范数据模型中，有多面、多点与多线组合的方式。在ArcGIS软件中的几何图元种类相对较多，并且组合方式也多种多样，点与点能够组成其他的点。

4　数据集转换

将CAD数据转换为SuperMap数据格式，该转换过程的生成数据可分为2种类型，主要包含简单数据集及复合数据集。其中，复合数据集能够保存椭圆、点、弧、线、圆、文本与面等各种类型空间对象，并且每一个空间对象都可单纯保存着风格，该储存方式与CAD数据类似，其转换结果与原始数据的风格较相似，简单数据集能够对类型进行严格区分，主要包含面数据集、数据集以及线数据集，每一个空间对象不对风格进行保存，图层和风格互相对应，即简单的数据集可区分开可视化部分及空间数据的储存部分，数据集仅可对空间信息进行保存，而在可视化时，能够设置与制作图层风格或专题图。在数据转换过程中，可通过SuperMap软件将原始的CAD数据根据文本、点、面与线等情况，严格划分图元，根据数据集自身情况进行保存[4]。

通常情况下，在数据集转换结果中，2种类型的生成数据的特点有：①形成简单数据集，简单数据集无法对原始数据风格进行直接保存，需在后期的地图配置中，重新设置地图风格，但其储存对象均为ArcGIS、MapGIS软件中简单的对象,此外，简单数据集中每一个空间对象都仅可对坐标进行保存，不对风格进行保存，因此转换结果中，数据相对较小，因此同等数量的空间对象可通过简单数据的方式进行保存，与复合数据保存方式相比，保存的数据量较小，且浏览速度较快；②形成复合数据集，可对原始数据风格进行保存，可将后期的地图配置工作量减少，但由于存储大量参数化的对象，易导致部分ArcGIS、MapGIS软件功能(如空间查询以及配准)的实现受到限制。并且在复合数据集中，每一个空间对象均存在单独保存的风格，因此在进行结果转换时，易加大数据量[5]。

5　结　语

目前常用的空间数据管理方式基本将关系型的数据当作主体，在数据模型扩展与中间件安装的前提下，实现空间的数据管理与存储。但由于中间件空间数据结构相对封闭，导致空间数据操作对于特定软件具有较强的依赖性。而在空间数据转换过程中，可降低数据间的差异，进而解决相应的问题。为此，本研究对地理空间数据模型的数据转换、几何图元组合方式、数据集转换的基本流程进行了详细分析，对于地理空间数据模型的研究有一定的借鉴价值。

[1]黄秋兰，唐咸艳，周红霞.四种空间回归模型在疾病空间数据影响因素筛选中的比较研究[J].中国卫生统计，2013，14(3)：213-214.

[2]马世发，艾彬.基于地理模型与优化的城市扩张与生态保护二元空间协调优化[J].生态学报，2015，12(17)：765-766.

[3]刘贵文，王丽娟.城市住房价格影响因素及其空间规律研究——基于地理加权回归模型的实证分析[J].技术经济与管理研究，2013，21(9)：23-25.

[4]蔡乐，王红燕，任启龙.山西省县域经济发展影响因素的空间异质性研究——基于地理加权回归(GWR)模型[J].资源开发与市场，2014，21(2)：11-14.

[5]陈文新，刘冬，孙善祥.我国区域物流发展时空差异及收敛性研究——基于地理加权空间计量模型的实证分析[J].工业技术经济，2016，24(2)：66-67.

2016-06-07)

王嘉嚇(1996—)，男，410012 湖南省长沙市。