魏金明，趙向陽，張濤

(濟南市勘察測繪研究院，山東 濟南 250101)

1 引 言

隨著移動互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、智慧城市、大數(shù)據(jù)等現(xiàn)代信息技術(shù)的發(fā)展，測繪地理信息數(shù)據(jù)的生成和獲取日益簡單，數(shù)據(jù)量激增，人類正逐步進入大數(shù)據(jù)時代。一個新的轉(zhuǎn)變正在進行，大數(shù)據(jù)將成為企業(yè)、社會和國家層面重要的戰(zhàn)略資源；數(shù)據(jù)成為有價值的公司資產(chǎn)、重要的經(jīng)濟投入和新型商業(yè)模式的基石[1]。測繪地理信息數(shù)據(jù)是大數(shù)據(jù)的重要組成部分，人類活動中80%以上的信息與地理空間位置有關(guān)系；大數(shù)據(jù)熱力圖常依托于地理位置信息進行展示。隨著國家自然資源部的成立和省、市級自然資源行政管理部門的設(shè)立，測繪地理信息數(shù)據(jù)有了更加廣泛的外延。

測繪地理信息數(shù)據(jù)包括時空傳感器數(shù)據(jù)、影像數(shù)據(jù)、模擬數(shù)據(jù)和統(tǒng)計數(shù)據(jù)等，具有數(shù)據(jù)范圍廣、數(shù)據(jù)源多、數(shù)據(jù)類型復(fù)雜多樣的特性[2]。如何對多源、類型復(fù)雜、數(shù)據(jù)量巨大的數(shù)據(jù)進行有效的組織和管理，使其能快速顯示瀏覽，成為許多專家的研究方向。如余前佳等研究了自然資源部國家級云數(shù)據(jù)中心運維管理情況[3]；暢玉潔研究了大數(shù)據(jù)時代下的數(shù)據(jù)可視化方法[4]；占軍等研究了如何用oracle數(shù)據(jù)倉庫展示水利普查數(shù)據(jù)[5]；梅樹紅研究了大數(shù)據(jù)時代測繪地理信息檔案資源的建設(shè)與應(yīng)用[6]等。專家們的研究多使用一種平臺對數(shù)據(jù)進行管理與顯示，未能統(tǒng)籌考慮數(shù)據(jù)的多軟件平臺顯示策略。

針對數(shù)據(jù)類型復(fù)雜多樣的特性，研究各類別數(shù)據(jù)最優(yōu)的顯示軟件；針對數(shù)據(jù)范圍廣數(shù)據(jù)量大時數(shù)據(jù)瀏覽慢、顯示重疊的現(xiàn)象，分尺度對數(shù)據(jù)進行綜合取舍，形成多尺度分層地圖。本文以濟南市勘測院現(xiàn)有的勘測數(shù)據(jù)為研究對象，創(chuàng)建數(shù)據(jù)顯示庫表，將各類數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)格式、最優(yōu)顯示軟件、最佳顯示尺度、顯示符號等信息寫入數(shù)據(jù)庫；根據(jù)數(shù)據(jù)庫記錄的信息，生成分類別多尺度地圖圖層和顯示配置文件；研發(fā)勘測資源一張圖平臺，以顯示配置文件驅(qū)動地圖圖層分尺度顯示，列出幾類主要數(shù)據(jù)顯示序列，達到二維、三維、多媒體數(shù)據(jù)的快速、關(guān)聯(lián)性瀏覽。

2 數(shù)據(jù)庫設(shè)計

數(shù)據(jù)庫設(shè)計是指對于一個給定的應(yīng)用環(huán)境，構(gòu)造最優(yōu)的數(shù)據(jù)庫模式，建立數(shù)據(jù)庫及其應(yīng)用系統(tǒng)，有效存儲數(shù)據(jù)，滿足用戶信息要求和處理要求[7]。數(shù)據(jù)庫設(shè)計包括概念設(shè)計、邏輯設(shè)計、物理設(shè)計等多個階段。本文主要介紹數(shù)據(jù)庫的選擇和庫表結(jié)構(gòu)的設(shè)計。

2.1 數(shù)據(jù)庫選擇

當(dāng)前常用的商用數(shù)據(jù)庫包括SQLServer、Oracle、DB2等，其對比情況如表1所示。

常用商用數(shù)據(jù)庫對比表 表1

鑒于測繪地理信息大數(shù)據(jù)類型復(fù)雜、數(shù)據(jù)量巨大，關(guān)系型數(shù)據(jù)庫難以有效支持，因此選用的商用關(guān)系型數(shù)據(jù)庫僅存放主要的基本數(shù)據(jù)。從表1的對比中發(fā)現(xiàn)，Oracle數(shù)據(jù)庫雖然價格貴，管理復(fù)雜；但其性能穩(wěn)定，安全級別高，開發(fā)易；同時考慮對空間數(shù)據(jù)的支持，選用Oracle數(shù)據(jù)庫存儲基本數(shù)據(jù)。

2.2 庫表結(jié)構(gòu)設(shè)計

庫表結(jié)構(gòu)設(shè)計主要包括顯示庫表和基本數(shù)據(jù)庫表的設(shè)計。顯示庫表結(jié)構(gòu)如表2所示。

顯示庫表記錄各類數(shù)據(jù)的顯示信息，用于生成顯示圖層和顯示配置文件。其中，“最佳顯示尺度”屬性值的填寫規(guī)則為：“最小尺度-最大尺度”，僅有最小尺度填寫“最小尺度-”，僅有最大尺度填寫“-最大尺度”。

基本數(shù)據(jù)庫表在保留原數(shù)據(jù)表結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，增加“顯示尺度”“生存周期”兩個屬性字段，用于記錄數(shù)據(jù)的尺度特性和時間特性?！帮@示尺度”“生存周期”屬性值的填寫規(guī)則如“最佳顯示尺度”。

顯示庫表結(jié)構(gòu) 表2

3 數(shù)據(jù)處理

合理組織原始數(shù)據(jù)，通過數(shù)據(jù)處理流程，生成可快速瀏覽的分類別多尺度地圖。數(shù)據(jù)處理流程如圖1所示。

圖1數(shù)據(jù)處理流程圖

3.1 數(shù)據(jù)組織存儲

保留原始數(shù)據(jù)，作為最初版本進行備份。對原始數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)分類、數(shù)據(jù)綜合取舍、數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)、數(shù)據(jù)顯示設(shè)置等處理后重新存儲。數(shù)據(jù)分類是將數(shù)據(jù)劃分為不同的類別，一個類別對應(yīng)一個顯示圖層，一個原始數(shù)據(jù)可能生成不同的類別。數(shù)據(jù)綜合取舍是對某類數(shù)據(jù)，通過層次細節(jié)簡化LOD(Level of Detail)思想[8]，利用合并、取舍等縮編方法，在不同尺度下顯示不同的要素，用來實現(xiàn)圖層的多尺度顯示。數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)是將空間數(shù)據(jù)與非空間數(shù)據(jù)進行關(guān)聯(lián)，包括圖屬關(guān)聯(lián)、圖檔關(guān)聯(lián)等，通過添加外鍵的方式實現(xiàn)空間圖形與屬性、文檔、影音等數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)。數(shù)據(jù)顯示設(shè)置是通過學(xué)習(xí)、調(diào)研、測試等方法，列出某類數(shù)據(jù)的最優(yōu)顯示軟件、最佳顯示尺度、顯示符號庫等信息，并將其寫入數(shù)據(jù)顯示庫表，用于生成顯示圖層和顯示配置文件。數(shù)據(jù)處理是開放的過程，既可增加數(shù)據(jù)類別，也包括對現(xiàn)有類別的再處理。

將處理后數(shù)據(jù)分為主要數(shù)據(jù)和一般數(shù)據(jù)，主要數(shù)據(jù)作為基本數(shù)據(jù)存放于Oracle數(shù)據(jù)庫內(nèi)，一般數(shù)據(jù)按原有存儲方式存放。為數(shù)據(jù)顯示需要，將數(shù)據(jù)分為空間數(shù)據(jù)與非空間數(shù)據(jù)，空間數(shù)據(jù)是數(shù)據(jù)顯示的主序列，非空間數(shù)據(jù)作為關(guān)聯(lián)信息與空間圖形相掛接。為將不同類別的多源數(shù)據(jù)在同一幅地圖內(nèi)顯示，空間數(shù)據(jù)存儲前需進行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換處理，統(tǒng)一為CGCS2000國家大地坐標(biāo)系。

3.2 顯示圖層

存儲后的數(shù)據(jù)通過符號化、圖層化等處理，生成顯示圖層。同一類數(shù)據(jù)，用不同軟件顯示時需要不同的符號庫，可生成不同的圖層文件。本文以ArcGIS軟件的符號庫和圖層文件為例進行介紹。

ArcGIS符號庫內(nèi)包含點狀符號、線狀符號、面狀符號。點狀符號包括簡單符號、字符符號、箭頭符號、圖片符號、三維符號、三維簡單符號、三維字符符號；線狀符號包括實線、虛線、制圖線、點符號線、圖片組合線、三維實線、三維填充線；面狀符號包括單色填充、漸變色填充、制圖線填充、點狀符號填充、圖片填充、三維圖形填充。ArcGIS軟件提供了樣式管理器(StyleManager)創(chuàng)建符號庫，為顯示需要，創(chuàng)建了基礎(chǔ)地理信息符號庫、土地利用類別符號庫、管線符號庫、人防符號庫、國情普查符號庫等多項專用自定義符號庫。

ArcGIS圖層文件的數(shù)據(jù)格式為LYR，存儲了數(shù)據(jù)顯示的相關(guān)屬性，包括名稱、數(shù)據(jù)、符號化、標(biāo)注、顯示比例尺范圍、表格關(guān)聯(lián)等。利用數(shù)據(jù)顯示庫表內(nèi)記錄的顯示信息，可通過顯示軟件調(diào)用顯示符號庫自動生成顯示圖層。同一類數(shù)據(jù)可生成多尺度的多條顯示圖層。

3.3 分類別多尺度地圖

對顯示圖層進行尺度組合、信息標(biāo)注、顯示驅(qū)動等處理，生成多尺度專題地圖和顯示驅(qū)動配置文件，進而建立分類別多尺度地圖序列。尺度組合是將顯示圖層按顯示尺度進行組合，形成全尺度顯示圖層；信息標(biāo)注是將重要注記標(biāo)注在專題地圖上；顯示驅(qū)動是生成某系列專題地圖的顯示驅(qū)動配置文件，用于顯示時調(diào)用不同的顯示軟件和顯示圖層。

一幅專題地圖由多個全尺度顯示圖層組成，在圖層組合過程中，通過軟件自帶的符號、注記壓蓋處理工具可自動消除地圖顯示時的壓蓋現(xiàn)象，但為了地圖顯示簡潔、美觀，仍需對其進行人工處理，進而優(yōu)化顯示圖層。

4 數(shù)據(jù)顯示

研發(fā)勘測資源一張圖平臺，編寫數(shù)據(jù)顯示程序，以顯示配置文件為驅(qū)動，調(diào)用不同的顯示軟件、顯示圖層，分系列顯示各類數(shù)據(jù)。

4.1 數(shù)據(jù)顯示驅(qū)動

數(shù)據(jù)顯示配置文件以xml格式存放，記錄了顯示軟件、顯示尺度、顯示地圖、顯示范圍等顯示信息。數(shù)據(jù)顯示時，根據(jù)配置文件，調(diào)用顯示軟件和顯示地圖，顯示范圍和顯示尺度變化時，與顯示配置文件對比，觸動變化條件后，重新選擇顯示軟件和顯示地圖。具體的數(shù)據(jù)顯示驅(qū)動算法如圖2所示。

圖2數(shù)據(jù)顯示驅(qū)動算法

4.2 數(shù)據(jù)顯示系列

一張圖平臺內(nèi)提供了多項數(shù)據(jù)顯示系列，本文以影像圖系列、電子地圖系列、國情覆蓋系列、經(jīng)濟普查系列為例介紹其顯示策略。

勘測資源一張圖平臺內(nèi)展示的是濟南全市域數(shù)據(jù)，所有數(shù)據(jù)的最小尺度比例尺都設(shè)定為 1∶1 000 000～1∶600 000。影像圖系列分為16個尺度，最大尺度比例尺設(shè)定為大于 1∶2 000并顯示實景三維模型，其他尺度顯示正射影像圖。電子地圖系列分為12個尺度，最大尺度比例尺設(shè)定為大于 1∶1 000并顯示真三維模型，其他尺度顯示線劃電子地圖。國情覆蓋系列分為8個尺度，最大尺度比例尺設(shè)定為大于 1∶2 000并顯示最細化的國情覆蓋數(shù)據(jù)，其他尺度顯示綜合取舍后的國情覆蓋數(shù)據(jù)。經(jīng)濟普查系列以行政區(qū)劃級別分為“市-區(qū)-鄉(xiāng)鎮(zhèn)-村”4個尺度，最大尺度比例尺設(shè)定為大于 1∶5 000，各尺度顯示該行政區(qū)劃級別下的經(jīng)濟普查統(tǒng)計信息，以分區(qū)統(tǒng)計圖表的方式展示。

4.3 地圖服務(wù)顯示和關(guān)聯(lián)信息查看

對于僅需要查看瀏覽的普通用戶，平臺發(fā)布了OGC標(biāo)準下的WMTS(Web Map Tile Service)地圖服務(wù)，搭建了瀏覽網(wǎng)站，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)化快速顯示。采用瀏覽網(wǎng)站的方式顯示數(shù)據(jù)，僅需要輸入網(wǎng)站網(wǎng)址，無須對顯示軟件進行要求。網(wǎng)站左側(cè)提供了地圖列表并可控制其是否顯示，地圖瀏覽視窗占據(jù)大幅界面并提供了放大、縮小、平移、量測、標(biāo)注等基本工具。

對于專業(yè)用戶，可用顯示軟件瀏覽分類別多尺度地圖，還可查看數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)信息。數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)信息既包括屬性信息，也包括相關(guān)的文檔、語音、視頻等多媒體信息。數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)關(guān)系可通過“宗地類不動產(chǎn)登記數(shù)據(jù)整合方法初探”文章內(nèi)提到的圖屬關(guān)聯(lián)、圖文一體化等方法在數(shù)據(jù)處理過程中實現(xiàn)[9]。另外，專業(yè)用戶可根據(jù)需要查詢、統(tǒng)計相關(guān)信息，同時可組織、管理時空一體化數(shù)據(jù)與多尺度顯示圖層。

5 結(jié) 語

針對數(shù)據(jù)范圍廣、數(shù)據(jù)源多、類型復(fù)雜的濟南市勘測數(shù)據(jù)，在保留原始數(shù)據(jù)版本的基礎(chǔ)上，通過數(shù)據(jù)分類、數(shù)據(jù)綜合取舍、數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)、數(shù)據(jù)顯示設(shè)置等方法生成顯示圖層并將最優(yōu)顯示軟件、最佳顯示尺度、顯示符號等信息寫入顯示庫表；通過尺度組合、信息標(biāo)注、顯示驅(qū)動等方法生成分類別多尺度地圖和顯示配置文件；通過圖屬關(guān)聯(lián)、圖文一體化等方法實現(xiàn)數(shù)據(jù)與關(guān)聯(lián)屬性、關(guān)聯(lián)文檔、語音、視頻等信息的鏈接。研發(fā)勘測資源一張圖平臺，解決了尺度改變時顯示軟件切換和范圍改變時接邊處多源數(shù)據(jù)調(diào)用問題，針對專業(yè)用戶和普通用戶提供了平臺驅(qū)動顯示和網(wǎng)頁地圖服務(wù)顯示兩種顯示方式，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)的快速顯示，進而達到二維、三維、多媒體數(shù)據(jù)的快速、關(guān)聯(lián)性查看的目的。與傳統(tǒng)顯示方法相比，可自動選擇最優(yōu)顯示軟件，規(guī)范了各類數(shù)據(jù)顯示序列，能更好地展示和利用數(shù)據(jù)。

平臺在使用過程中，可很好地將當(dāng)前收集到的勘測數(shù)據(jù)及關(guān)聯(lián)信息進行顯示。平臺開發(fā)過程中預(yù)留了擴展接口，可新增數(shù)據(jù)顯示類型。下一步，將重點研究大數(shù)據(jù)熱點圖顯示模式，將其與專業(yè)數(shù)據(jù)對比進而實現(xiàn)輔助決策的目的。