数字昆明建设初步一1:10000昆明城市地形图GIS动态数据库建库构想

　　解智强 (昆明市勘察测绘研究院 云南昆明 650051)

　　[摘要]：随着测绘科学技术的不断发展，昆明市城市GIS技术的发展日新月异，建设动态GIS数据库已成为城市测绘部门自身数据存储、更新及市场化的必然趋势，基于昆明市规划信息系统建设的成功经验，并结合测绘行业自身特色和昆明市测绘院客观实际，在一定的期限内基本建成一套可供查询、分析和下载的GIS动态大中比例尺数据库是可行的。而首先建设并建成1：10000GIS动态数据库和相应的正射影像数据库，对其后建设更大比例尺数据库而言具有重要的指导意义。

　　[关键词]：城市GIS、动态GIS数据库、GEOMEDIA 城市地理信息系统(URBAN GEOGRAPH INFORMATION SYSTEM)简称城市GIS，它集计算机地图制图学和数据库为一体，并结合多媒体技术，进行存储、处理、展示空间信息的高新技术。它结合了空间数据和属性数据的特色，在传统地图制图的基础上结合地物的相关属性，向用户提供他们所需的可以满足城市建设、企业管理、市政工程、交通管制和居民生活等要求的数据内容，借助系统自身特有的海量数据库、精确的图形定位信息、完善的空间分析功能和先进的可视化表达技术来进行相关的分析与决策，与以往的传统决策方法不同在于它提供了先进的技术手段，从而成为一代社会不可或缺的基础设施之一，并且渗透到了生产生活中的每一个环节。

　　一、关于动态GIS地形图数据库的说明：动态GIS地形图数据库，即基于测绘行业地理信息系统管理下不断更新的地形图数据库，即在基础测绘所得的CAD数据的基础上添加与测绘本身特点相适应的空间地物属性数据，并使两者有机结合，根据用户需求，向用户提供全方位的基础测绘信息数据或地理信息数据以及输出相关成品图幅。与传统意义上的单纯数字地形图所不同，测绘GIS数据库除了具备基本地图的图示规范要求外，它更注重数据空间属性分析，它不仅能够提供用户精美的高要求纸张地图，更可以提供用户可供空间查询的活地图。测绘GIS以地图的基本构成要素：点、线、面为锲入图的过程中同时建立各要素的地图属性库，使得最终成果所包括点、线、面文字各要素除具有传统地图图形信息之外还相关属性内容，从而完成一种全新的地形图数据库建设。

　　二、昆明市城市基础测绘环境及其对于建库的要求：

　　1.昆明市1：10000地形图数据主要覆盖区：昆明市主城区面积约144平方公里，城区左、上、右三面环山，面临滇池，城区坝子相对平坦，近二十年来，随着城市建设的快速发展，主城区范围不断扩大，从现在起到2010年，城区用地计划为东到果林水库，南至王家营，西靠西山，北接松花坝水库的大概164.3平方公里的面积，如此庞大的区域仅1：10000地形图就需要40幅以上才能完全覆盖。

　　2.入库数据准备： 1：10000的CAD数据来源于提供电信工程的Mapstar明码格式数据，其数据格式记录了许多信息，要将这些信息准确而无遗漏地反映到MICROSTATION软件环境中生成为Dgn数据、并把其转入进GIS软件中进行编辑并输进数据库进行管理，还有许多繁重的工作要做。基于电信工程的契机，昆明测绘院利用转换程序进行了40余幅1：10000地形图MAPSTAR明码数据格式到MICROSTATION数据格式的转换，在转换后的DGN数据中进行了符号线形表的重建，基本满足了数据建库的要求。

　　3.影像背景图幅的准备： 90年代以来，昆明市测绘院进行了多次规模性航空摄影，并获取了昆明主城区测区内所需的1：10000航片影像，具体反应了昆明市城市高速发展的势头，更重要的是作为地图数据库的基本影像数据库组成部分，这些航片绝大部分都已扫描成了计算机可编辑的影像位图并在航测软件下生成了DOM(数字正射影像)数据，这些数据为将来DEM数据库和DOM数据库的建设、模拟真实三维地形模型(DEM)提供了必要的覆盖数据，是最真实的贴图材料。

　　三、昆明市基础地理信息系统动态数据库建库构想及其实现办法：从静态图幅式数据库到动态数据库的建设，昆明市规划局所走过的路是值得借鉴的，事实上因为这一方案技术上比较成熟，自建成后运转正常，有成功的经验存在，而且相关的软件(包括相应的转换软件和GIS管理软件)都已基本编制完成，所以可以主要考虑DGN—GEOMEDIA—ORACLE的步骤，并在这种方法上做相应的改进已使制之适应测绘地图数据库建库方面的需要。在建库过程中，依据经验积累的需要，可以先从小比例尺地形图(1：10000)入手，这一批数据现在昆明市城区已基本编制完成，而且小比例尺数据图幅范围相对较大，40幅左右数据即可完成昆明市主城区覆盖，而且在建库过程中发生批量数据错误的时候可以得到及时纠正，并从这些错误中得出的经验教训正好为将来大比例尺图(1：500、1：2000)数据的建库提供了相关的技术蓝本，从而避免在建库过程中出现不必要的重复性劳动和错误的操作规程，根据昆明市测绘院士1990年以来工作经验积累和参考各建库成功先例，建设昆明市动态数据库的步骤大致如下：

　　(一)、CAD软件的选择及DGN数据的前期处理：数据库建设质量的好坏，取决于建库前期所准备数据的质量的好坏，针对昆明市测绘院的工作实际及软件环境，需要对编图数据格式中发现的问题尽可能集中解决在入库之前，从而减轻在GEOMEDIA中的编辑工作量并且能使数据顺利的导入ORACLE中进行管理。

　　1.CAD软件的选择： MICROSTATION作为一个优秀的制图工具软件，其提供了基于地理工程的强大编辑功能，严密的数学基础和灵活的参考单位设定，详细的分层结构和层、色管理办法使测绘工作者收益良多。因此成为城市数据库的首选数据编辑软件。

　　2.数据转换两个关键要素的制定：

　　A：坐标系拟定：坐标系的拟定对于一个规范的城市数据库系统是至关重要的，对于昆明测绘院而言，从1987年开始使用的昆明市城建坐标系成为首选，这种地方坐标系因地制宜，对于地方建设上使用有许多方便之处。但考虑到数据将来市场化时和测绘局系统或国家坐标系数据(例如北京54系)接口方便，并考虑数据格式将来向其它软件(如ARCINFO)转换时坐标接口方便。坐标系一定要拥有一个严密的转换接口向其它GIS软件下的坐标系转换。

　　B：层、色拟定：DGN数据必须具有一个规范的和严格的数据层、色表，层色的制定可以严格的把每一种图内要素区分开来，为后续软件读取该类要素予以唯一的数据标识，层、色的选取要避开和背景色冲突以便明显表示图内要素，层色的制定要考虑两套色表，第一套色表用于印刷，只使用几个地图用色：地貌棕(C30%，M50%，80%Y，10%K)，水系及其注记蓝(100%C)，水系普染蓝(20%C)，和其它要素黑(100%K)。第二套色表用于数据建库，层色要严格归类和便于区分，才能在数据库中保证表示要素的一义性。

　　3.DGN数据的准备： DGN数据：DGN数据是将来数据库建设是源数据的主要格式之一，其转入GEOMEDIA环境中的主要方法是编制基于色层进行地物要素分类的转换程序，所以其对于色层的正确表示极为重要，在运行转换程序之前，一般要进行以下工作： *.面生成：考虑到入库数据以点、线、面严格区分，对于在入库时需要成面而MICROSTATION中又未成面的数据(如建筑物成面等)，要及时进行成面处理，以免在GEOMEDIA中进行烦琐的编辑工作。 *.图幅接边是否完好：接边处的复杂关系是否已经处理好，这些工作对于GEOMEDIA平台下数据的接图边成面而言是非常重要的。 *.图内要素的抽查：参照MICROSTATION相关要素文档，对图内的相关要素的层、色进行系统性检查，如果发现有层色错误的要素，将其改为DGN格式所规定的层色。(相关要素可参照DGN数据结构表文件下的层，色字段表进行更改)，以确保其能顺利转换。 *.图内不名明地域、不明问题的航内补察和外业调绘：数据库建设尽量把问题解决在MICROSTATION内，仔细检查图面上相关要素间的相互关系是否处理妥当，如果没有处理完备或者有要素间的冲突，能解决的在图面上进行解决，不能解决的征求行内或外业的同志，进行补察或调绘后解决，不能把问题带到入库过程中去，以便在GEOMEDIA内能方便的进行编绘。 *.数据漏转现象的解决：由于数据来源的缘故，数据在运行转换程序后出现漏转现象是正常的，这需要先转换一些图幅，如可先转10幅，然后查询其编码报错表，对于漏转代码一一进行检查，重新补充进代码表中去，将出错原因反馈到提供数据的单位去，双方协调加以解决。 *.CELL单元数据分散检查：单元库中的CELL使之线元化，从而导致转换要素线段化的情况，因此在MICROSTATION中作图时，要严格杜绝该类情况的发生，若出现这种现象，须改正后在进行转换。

　　(二)、1：10000地形图数据库的设计与转换程序的编写：地形图数据转换程序在各种CAD数据转入GEOMEDIA中扮演着桥梁和纽带的重要作用，其通过可视化编程语言对上述CAD数据的数据组织和数据表结构进行分析，把空间离散型数据转换为具有属性的GEOMEDIA可调入的标准MICROSOFT ACCESS数据(*.mdb)，并且在转换过程中进行相关的图层分类和地物要素编码的重新归类和定义，使在GEOMEDIA环境下的地物数据组成具有规范的国家标准代码，详细的属性描述方法和准确的空间定位信息。此流程至关重要：

　　1.地形图地物要素的代码设计：转入GEOMEDIA环境下的入库要素代码必须与《中华人民共和国1：10000地形图代码》上所规定代码相适应，即地物要素与地物代码必须是一一对应的，对于《中华人民共和国1：10000地形图代码》所规定的要详尽表示，对于《中华人民共和国1：10000地形图代码》所没有列出但图上含有的地物类代码(如IC卡电话亭)可以先使用自定义的方法列出，等国家相关补充规定完成之后再行更改。图内要素与要素属性代码表的一一对应完好，数据转换前要根据MICROSTATION代码表进行图内要素的检查，把那些先前错误的图内要素一一进行更改，特别是各要素代码值要仔细核查，以使其在转换完成后正确放置于数据库相应的代码表中。

　　2.地形图要素的图层分层设计：图层的设计应能很好表现基础地理数据和测绘行业、规划需求的特点，即主要表现境界、水系、居民地、地形地貌、土质植被和独立地物、交通要素等等，在昆明市规划信息系统中，转入GEOMEDIA中的1：10000地形图分为6层(JA-图框、JG-高程点、JD-地物点、JZ-文字注记、JJ-面、JX-线划要素)，而在测绘院新建的数据库中，层可根据自身需要结合测绘行业特点合理划分，比如可增加一些控制点层等等。设计时，层的划分要照顾到数据使用的普遍性，并尽量将所有地物按照上述类型分层存放，同时要结合自身特点进行。建议图层划分见表一：表一：1：10000昆明城市数据库入库数据图层划分构想图层序 号 图 层 名 图层地物类型 备 注 1 KM_COM_PT 控制点 三角点、导线点等各类测量控制点 2 KM_ALT_PT 高程点 高程点 3 KM_BLU_PT 点状居民地 独立居民地、居民房等 4 KM_NAM_PT 图内要素注记 所有图内文字注记 5 KM_OTH_PT 水系(线) 河流、渠道、沟等 6 KM_WAY_PT 道路 高速公路、一级公路、国道省道、县、乡公路、小路、公路桥(线)等 7 KM_CNT_PT 等高线及地貌 等高线、地貌要素、冲沟、陡崖等 8 KM_RAI_PT 铁路 准轨、窄轨铁路及线状铁路辅助物 9 KM_BLO_PT 面状居民地 面状居民地、街区等 10 KM_POI_PT 独立地物要素 图内各种点状地物、如点状植被、工业点状设施等 11 KM_BOUNT_PT 界线(线) 政区界、县乡界、勘界成果等 12 KM_OTH_PT 界范围(面) 政区面等 13 KM_GGDLN_PT 地理格网 经纬网、公里网和图幅分幅线等 14 KM_TXT_PT 其它文字说明 对该图幅的相关文字说明等 15 规划要素

　　3.投影(坐标系统)设计： 1：10000地形图地形图源数据采用高斯—克吕格投影，每6度为一个投影带，坐标为北京54系，高程为1956年黄海高程系，但要使这种数据在昆明城市建设中发挥作用，进行地方坐标系转换必不可少，通过转换公式，把北京54系下的数据转换为昆明87城建坐标系下的数据，把数据由经纬网分幅转换为公里网分幅。

　　4.转换程序的编写：地形图数据转换程序烦琐复杂，编写周期相对较长，建议可委托相关的地理信息软件公司编写(如武汉大学相关科系研究部门或昆明龙图GIS公司，此前已有规划信息系统入库软件编写成功先例)，并根据建库过程中出现的问题不定期的修改相关程序，做到数据的完全转换。对于建库人员而言，必须掌握简单的空间数据格式转换程序的编写办法，使自己在建库过程中业务水平不断得到提高。

　　(三)、GEOMEDIA平台下数据的基本编辑操作及入库检查：数据转入GEOMEDIA平台之中后，按照数据库设计的要求，必须进行相应的技术处理和编辑工作才能转入ORACLE数据库管理，需要进行的处理工作为：

　　1.地形数据入库检查：质量控制是信息系统数据库建设成败的关键，昆明城市数据库的建设采用的元数据均进行了相应的质量把关手续：在CAD数据阶段，所有数字地图的回放图均进行了二极检查、一级验收，在入库前又进行了数据的层、色检查，在GEOMEDIA平台下对数据的检查除了处理遗漏的问题和改进数据缺陷外，更重要的是从整体上检查数据生产上的完整性，逻辑上的一致性和数据精度的严密性。

　　2.地物要素的编辑与修改： GEOMEDIA中的数据的修改还体现在根据数据库设计进行对图内要素的成面等操作，并在该类操作中完善数据库的设计要求; *.面生成及属性字段的填写： GEOMEDIA中还要对那些对数据库分析具有实用价值的元素进行成面工作，如绿化地区的成面可用于对城市绿化带的分析等，但需要注意的是在成面后要认真进行该面相关属性字段的填写。 *.面删除：国内的一些废面如天井面等对数据库建设及进行数据分析没有意义的面如天井面或地下入口面等，将其删除。 *.相关点、线、面要素的添加和栅格图像的调入：根据测绘行业和规划自身特点，在已成图的基础上要加入新的图层，如道路中心线层和道路面层，道路中心线交点层等，并在分好层后添加相关的地物要素。

　　3.数据接边处理：地图数据库作为一个由若干小图数据拼接而成的整体数据库，在图与图的交界处要进行接边处理，以使边界处的地物完整，接边处理一般分为图形几何接边和图元属性接边：图幅图形接边处理：图形接边是指各小图内线划要素都要交上内图廓，并和另一小图内对应的线划要素在图廓接边处坐标重合。接边完成之后，即实现了图内相邻图幅的几何统一。图幅属性接边处理：图元属性接边即在线划几何接边完成并生成面后，实现接要素的属性统一。使接边要素实现字段代码的归一。处理办法一般为人机交互进行，也可编写程序自动检查。

　　4.数据质量检查：编辑后的数据要确保不被破坏或误操作，在编辑中要严格按照操作规程进行，在入库前运行所有数据检查程序，确保数据无误后方可入库。

　　5.地形图数据入库：数据编辑完成，运行检查程序通过后，即可入库，在入库前，要对数据库进行设计，其中重要的是进行入库索引表文件的建立和入库图幅简介文档的编写，及进行相关数据库安全性的设置，即可进行数据入库操作。

　　6.与其它通用GIS软件间数据转换程序的编写：考虑到数据格式将来市场化需要，要考虑进行MDB数据向其它通用GIS平台软件如ARCVIEW的程序转换编写(数据格式为SHAPE)，为将来数据库发挥更大的社会经济效益作好铺垫。

　　7.相应测区影像数据库的建设： 1：10000昆明城区正射影像图经过纠正处理之后，伴随矢量数据一并入库，并考虑单独建成影像数据库，作为4D产品的一种，这些正射影像图对将来进行3维数字模型的生成和影像数字地图的制作意义重大。

　　(四)、数据管理系统的建设，ORACLE地图数据的提取及回放图的提供：数据入库后，数据的存储和在线管理在ORACLE下进行，并进行实进更新，而对于数据的检索、查询和绘图等功能，作为数据库的前端或接触用户的窗口，需要在GEOMEDIA下进行开发，使开发后的GEOMEDIA成为类似ARCVIEW的数据分析平台，使用软件自身具有的强大GIS功能，进行窗口作业，以此同时进行1：10000地形图标准符号库、线形库和专题地图常用符号库的开发与建设。数据库建成之后，回放图的生成从数据库调出相应图幅数据进入GEOMEDIA，再配上上面完成的符号线形库后，即可进行纸质地图打印。

　　四、昆明市基础地理信息系统数据库的库的更新维护办法及数据库的安全设计：

　　(一)、数据库更新维护办法的制定：一个良好的地图数据库必须是一个动态数据库，它随城市发展而发展，随城市的变迁而变迁，事实上地图数据库的生命力在于它本身的更新能力，否则数据库建成的时候就是数据库变成历史的时候，所以，地图数据库的维护和更新必须作为一项重中之重的工作来抓，根据《昆明市城市系列数字化基本地形图测绘技术规定》(以下称《规定》)的精神及结合实际要求，昆明城市数据库的更新基本要求如下：

　　1.昆明市地理信息系统的GIS基础地理信息为1：500，1：2000，1：10000数字化地形图。其数据的更新和维护在上述三类已成图数据基础之上进行。

　　2.根据《规定》精神，1：10000数字化入库地形图为满足地理信息系统的维护，在每年安排的有组织，有计划所得的最新成果进行有目的的入库，原则上用新成图替代老图，入库时先从库内导出老图进行备份，然后清空原图数据窗口，再通过GEOMEDIA导入新的数据入库，入库图要进行详细登记，老图幅要妥善保存，以便将来需要时能查阅到城市发展的历程。

　　3.数据的更新要严格依据先前制定的代码表、设计好的图层和使用的转换程序进行，以保证整个地图数据库数据属性的同一性。

　　(二)、数据库安全设计：昆明市1：10000数据库设计为客户---服务器结构，利用ORACLE强大的管理功能进行数据的分级管理，数据库的访问者将分成如下管理权限：数据管理员，数据设计开发人员，数据操作员和数据用户。在数据库的建设过程中，按月定期对入库数据进行磁带备份，以防止数据丢失或系统被破坏，在数据库建成并处于维护状态之后，每半年对全库数据进行磁带备份，所有备份数据应作为档案进行保存，并异地存放两份，以防在数据库出现不没的情况下确保数据安全。

　　五、昆明市1：10000基础地理信息系统数据库的基本用途及可延伸服务领域前瞻：

　　(一)、实现昆明市测绘辽地形图数据的全面规范化管理： 1：10000地形图动态数据库的最终建成，使原来所有零散的各种不同软件编制和测量的数字地图规范到同一个管理平台下和数据仓库中，使院生产管理部门可以及时监测全院的生产进度，更加严密和科学地管理和更新所有的地形图数据，向客户提供规范的审批用图，并向竞争日趋激烈的测绘市场提供高质量的地图数据，确保市场竞争中的优势。(二)、使地图数据的市场化及承接大型GIS应用项目成为可能： 1：10000地形图动态数据库的最终建成，使地图数据在一定条件下进行市场化成为可能，事实上现代生活中关于GIS的应用无处不在，随着掌上电脑的应用和普及，GIS的应用更趋大众化，目前，该类数据库的主要用途在于：

　　1、在行政，规划，土地等政府职能部门，GIS数据成为决策者必不可少的决策背景数据.

　　2、在公安,消防,交通等政府执行部门,GIS数据结合GPS全球卫星定位系统,成为其进行控制和指挥的必要依据。

　　3、在环保，水利等大众服务部门，动态GIS数据库将作为跟踪指定地域指定要素变化发展的依据。

　　4、1：10000城市数据作为主要基础地理信息的载体，可用于建立昆明市基础地理信息系统。

　　5、1：10000地形图数据中的几何点线数据，加贴相应实测区影像数据后可用于模拟实地三维景观，用于相关项目的早期决策。

　　6、用于商业系统和一些公益性项目，如专题电子地图的制作，创造相应的社会经济价值。就近期而言，数字地图的主要优势在于其精准的定位能力和现势性强的用于决策的背景矢量图形，随着地图的大众化和家用电脑特别是掌上电脑的普及，这一无可替代的优势所体现出来的经济效益逐渐显现，事实上数字地图市场无所不在，只有把握市场导向，根据市场需要对症下药，才能为数据的市场化作出贡献;才能为测绘部门带来相应的社会经济效益，这也是我们创建昆明市基本地形图数据库的目的所在。五、结束语：昆明城市1：10000地形数据库的建设从用户的最终需求为出发点，以为昆明市各个需要GIS数据部门和公共用户提供良好数据服务为目的，在数据库的建设过程中既要遵循传统地图学和测绘专业的基础理论，又要考虑到数据的使用方便及各专业部门的使用特点，并在设计过程中充分顾及数据库管理的方便和更新的便捷，才能为昆明的城市建设发挥积极的作用，随着国民经济的不断发展，城市各部门的信息化建设不断完善，昆明市1：10000数据库的作用及重要性将日益提高。

　　参考文献：

　　[1]商瑶玲，王东华，吉建培，宋鸿运，刘建军。《全国1：25国地形数据库的建立与应用》。北京：测绘通报，2001，10，29-31。

　　[2]《1996-2010昆明城市规划》。昆明：昆明市规划局，2001。

　　[3]候至群，《用MAPGIS建立昆明市城区1：500数字地形图图库》。昆明：昆明市勘察测绘研究院，1998。

　　[4]朱作人，张茂先。《昆明市城市系列数字化基本地形图测绘技术规定》。昆明：昆明市勘察测绘研究院，2001。