趙艷珍，鄭生春，賴增先

(青島市勘察測(cè)繪研究院，山東青島 266032)

城市空間數(shù)據(jù)多尺度綜合及高效分發(fā)關(guān)鍵技術(shù)研究
——以公交路線為例

趙艷珍?，鄭生春，賴增先

(青島市勘察測(cè)繪研究院，山東青島 266032)

以城市空間公交路線的多尺度綜合及高效分發(fā)需求出發(fā)，提出采用基于規(guī)則的多尺度綜合方法和基于空間索引的高效并發(fā)訪問(wèn)機(jī)制，并結(jié)合ArcSDE來(lái)進(jìn)行實(shí)現(xiàn)，提高了信息應(yīng)用的靈活性和信息共享性。

地圖綜合；公交路線；空間索引；ArcSDE

1 引 言

目前各城市都積累了很多包括基礎(chǔ)和專題的數(shù)據(jù)，如何利用這些數(shù)據(jù)源來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的多種表達(dá)滿足各行業(yè)的需求，并解決好由此而帶來(lái)的更嚴(yán)峻的數(shù)據(jù)高效分發(fā)成為關(guān)鍵問(wèn)題。面向應(yīng)用驅(qū)動(dòng)的城市地理空間信息的發(fā)展，已經(jīng)轉(zhuǎn)向到面向數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)發(fā)展的階段，這就要求城市空間數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)該具有無(wú)縫的和無(wú)比例尺限制特點(diǎn)，能夠滿足從單一的數(shù)據(jù)源經(jīng)過(guò)自動(dòng)綜合到多尺度數(shù)據(jù)表達(dá)需求。

2 基于規(guī)則的城市公交線路多尺度綜合方法

基于綜合規(guī)則的地理數(shù)據(jù)綜合已經(jīng)有較多的探究，比如Nickerson和Freeman[1]的基于規(guī)則的自動(dòng)綜合系統(tǒng)MAPEX，提出了8個(gè)獨(dú)立于數(shù)據(jù)類型的參數(shù)以及基于各種數(shù)據(jù)類型的規(guī)則；Arm－strong提出制圖綜合所必需的三種知識(shí):幾何知識(shí)(Geometrical Knowledge)、結(jié)構(gòu)知識(shí)(Structural Knowledge)和操作知識(shí)(Procedural Knowledge)；Mustiere等將KRA模型應(yīng)用到自動(dòng)化制圖綜合中，利用人工智能推理機(jī)制提出制圖綜合。這些研究從普遍意義上探討地理數(shù)據(jù)綜合過(guò)程的綜合規(guī)則或綜合知識(shí)，為專題圖的制作提供了理論基礎(chǔ)。由于不同應(yīng)用領(lǐng)域的專題圖在數(shù)據(jù)類型、綜合規(guī)則或綜合知識(shí)方面有較大不同，下面將以制作公交專題數(shù)據(jù)為例說(shuō)明。

從空間信息角度看，道路與公交線路是密切相關(guān)但又有一定區(qū)別的兩類地理事物。公交線路的特征是:

(1)線路以道路為基礎(chǔ)，是道路的一種組織體系，也作為道路的一種屬性；

(2)線路具有動(dòng)態(tài)性與可變性，而道路相對(duì)穩(wěn)定；

(3)線路上的點(diǎn)有獨(dú)立含義，不能用結(jié)點(diǎn)代替；

(4)線路具有方向性；

(5)線路需要獨(dú)立量測(cè)；

(6)線路具有跨弧段性，即線路的分段與道路分段可以不一致。

根據(jù)上述特征，首先選定數(shù)據(jù)源:道路數(shù)據(jù)和公交站點(diǎn)數(shù)據(jù)。由于不改變道路數(shù)據(jù)的本身特征，因此制作公交路線的綜合規(guī)則將集中在屬性規(guī)則中。其一:公交站點(diǎn)屬性主要是提取線路號(hào)、弧段號(hào)。其二:將公交路線根據(jù)站點(diǎn)劃分為片段，片段屬性表將片段和道路數(shù)據(jù)中的弧段建立關(guān)聯(lián)記錄圖形信息；用路徑屬性表記錄線路。二表關(guān)聯(lián)，形成路徑的空間信息(圖形和屬性)表達(dá)。片段是弧段的邏輯劃分，一個(gè)片段可以是一個(gè)完整弧段或其中一部分，在片段屬性表中通過(guò)對(duì)應(yīng)弧段的起止點(diǎn)百分位表達(dá)，由此建立片段與弧段關(guān)聯(lián)和量測(cè)。

將這些規(guī)則以表格的形式存儲(chǔ)在ArcSDE中，即實(shí)現(xiàn)了公交線路數(shù)據(jù)的制作。具體的處理過(guò)程如下:在包含道路和公交站點(diǎn)信息的基礎(chǔ)空間數(shù)據(jù)庫(kù)建好后，就形成了一個(gè)與圖形連接的弧段屬性表，通過(guò)表連結(jié)建立公交路線數(shù)據(jù):

(1)建立公交站點(diǎn)屬性表，基本字段為站名和相關(guān)線路號(hào)，如表1所示。

公交站點(diǎn)屬性表 表1

(2)建立片段屬性表，基本字段有路徑號(hào)；弧段號(hào)，表示與路徑相關(guān)的弧段，用以連接弧段屬性表。片段始量測(cè)位置和片段止量測(cè)位置，用長(zhǎng)度表示。片段始位置和片段止位置，用在弧段中的位置的百分比表示。片段內(nèi)部號(hào)。片段用戶號(hào)等，如表2所示。

(3)建立路徑屬性表，基本字段為線路號(hào)和用戶編號(hào)如表3所示。

(4)表鏈接:把片段表與弧段表鏈接起來(lái)，如表4所示，片段表與線路表，線路表與站點(diǎn)表進(jìn)行雙向鏈接。

(5)計(jì)算線路長(zhǎng)度。

片段屬性表 表2

路徑屬性表 表3

道路弧段屬性表 表4

這樣制作組織的公交路線數(shù)據(jù)有以下特征:

(1)以道路圖形要素為基礎(chǔ)，同時(shí)保持道路數(shù)據(jù)的本身特性，保證數(shù)據(jù)的邏輯一致性，減少數(shù)據(jù)存儲(chǔ)冗余。

(2)線路保持獨(dú)立性。對(duì)于一條線路，其屬性和圖形應(yīng)沒(méi)有其他非相關(guān)因素存在。如非本線路的事件不應(yīng)當(dāng)與本線路數(shù)據(jù)相關(guān)，使線路查詢、線路分析不受弧段劃分影響，如圖1所示，輸入起始車站，即可提供合理出行線路。

(3)線路能作為實(shí)體進(jìn)行操作，包括查詢和分析。線路能動(dòng)態(tài)修改，并且不影響弧段圖形數(shù)據(jù)。

(4)線路具有自身量測(cè)性質(zhì)。

圖1 公交信息查詢界面

3 基于空間索引的城市公交線路高效并發(fā)訪問(wèn)技術(shù)

空間索引機(jī)制一直是近年來(lái)研究的熱點(diǎn)和重點(diǎn)，形成了一批典型的支持空間索引的軟件，例如ESRI公司開(kāi)發(fā)的ArcSDE。ArcSDE可以賦予三層空間索引網(wǎng)格，每個(gè)網(wǎng)格層都具有自己的格網(wǎng)大小。第一層網(wǎng)格為必需，它的格網(wǎng)尺寸最??；而第二和第三層可選，它們的網(wǎng)格可以通過(guò)設(shè)置為0使之無(wú)效。如果有效，第二層網(wǎng)格大小必須至少比第一層網(wǎng)格大三倍，而第三層網(wǎng)格大小也必須至少比第二層網(wǎng)格大三倍。格網(wǎng)的大小影響空間索引表的大小。設(shè)置空間索引在于尋找格網(wǎng)大小的平衡點(diǎn)——較小的格網(wǎng)會(huì)使每個(gè)要素對(duì)應(yīng)較多的格網(wǎng)，也就需要空間索引表中的更多記錄。由于客戶端應(yīng)用程序和空間數(shù)據(jù)的特征在各個(gè)系統(tǒng)之間差異很大，所以沒(méi)有單一的適合所有情形的空間索引，有時(shí)需要嘗試不同的格網(wǎng)大小和網(wǎng)格層次的配置。針對(duì)ArcSDE，將其引入到城市公交線路的并發(fā)訪問(wèn)，還需要有針對(duì)性地進(jìn)行一些修改，主要包括:

(1)考慮需要多少個(gè)網(wǎng)格層次，經(jīng)常一個(gè)網(wǎng)格層次對(duì)一個(gè)要素類而言就是最好的解決方法，對(duì)于純點(diǎn)狀類型的要素類，使用一個(gè)網(wǎng)格層次，而且考慮增大格網(wǎng)大小?？臻g查詢一般處理點(diǎn)狀圖形要比其他類型快。

(2)根據(jù)具體應(yīng)用建立空間索引。將應(yīng)用程序窗口大小和空間索引網(wǎng)格大小相匹配。

(3)對(duì)于未知的或者變化的應(yīng)用程序窗口，開(kāi)始定義一個(gè)網(wǎng)格層次，格網(wǎng)大小為要素平均范圍大小的三倍?？梢岳萌缦碌牟樵儷@得要素的平均大小: select(avg(emaxx－eminx)＋avg(emaxy－eminy))/2 from f(whereis the layer number of the feature class)

(4)根據(jù)數(shù)據(jù)種類設(shè)計(jì)要素類，比如類型、幾何大小、和分布情況。有時(shí)精心設(shè)計(jì)的要素類會(huì)更加充分地提高空間查詢的性能。

(5)監(jiān)視空間索引并根據(jù)空間索引的統(tǒng)計(jì)值優(yōu)化空間索引網(wǎng)格大小。

4 結(jié) 論

空間信息的普遍應(yīng)用性決定了GIS的應(yīng)用領(lǐng)域?qū)?huì)愈來(lái)愈廣，處理的問(wèn)題也會(huì)越來(lái)越復(fù)雜，社會(huì)對(duì)信息快速、準(zhǔn)確和智能化處理的要求也越來(lái)越迫切。本文中基于規(guī)則制作了公交路線數(shù)據(jù)并結(jié)合ArcSDE解決了高效并發(fā)訪問(wèn)問(wèn)題，減少了數(shù)據(jù)冗余，并成功應(yīng)用于青島市共享平臺(tái)建設(shè)中，提高了信息應(yīng)用的靈活性，增強(qiáng)了信息共享性，使空間信息的應(yīng)用能力極大擴(kuò)展。

[1] NICKERSON，BRADFORD G，F(xiàn)REEMAN，et a1.Development of a rule based system for automatic map generalization [A].Proceedings of the Second Imitational Symposium on Spatial Data Handling[C].Washington，1986

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Key Technology of a Rule－based Multi－scale Integrated Approach and a Kind of Space Index－based Visiting Mechanism in Basic Frame Data——for example:the city bus routes

Zhao YanZhen，Zheng ShengChun，Lai ZengXian
(Qingdao geotechnical investigation and surveying research institute，Qingdao 266032，China)

A rule－based multi－scale integrated approach and a kind of space index－based visiting mechanism are advised for the demands of multi－scale integration and efficient distribution in the city bus routes，and combined with ArcSDE for achieving flexible information application and information sharing.

comprehensive map；bus routes；space index；ArcSDE

1672－8262(2011)02－46－03

P208

B

2010—06—23

趙艷珍(1978—)，女，工程師，主要從事城市地理信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)制作和開(kāi)發(fā)應(yīng)用以及城市三維模型建設(shè)方面的工作。