集成地理信息系统数据的地图制图技术研究

工程技术　Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　Ｉｎｎｏｖａ　２０１１　ＮＯ　１　２　集成地理信息系统数据的地图制图技术研究　邵金修　王磊　（天津市测绘院七院　天津　３００３８１）　摘要：从地图到空间数据表达造成了地图信息的损失，空间数据到地图表达（不考虑综合）过程中需要进行地图信息的补充，才能实现地　图的完整表达。本文基于笔者多年从事Ｇｌｓ与地图制图两方面工作的相关经验，以集成地理信息系统数据的地图制图技术为研究对象，探　讨了二者集成结合的应用思路，全文是笔者长期工作基础上的理论升华，希望对从事相关工作的同行有所裨益。　关键词：ＧＩＳ空问数据　地图制图　融合　中图分类号：Ｐ　２　８　文献标识码：Ａ　文章编号：１６　７４－－０９８ｘ（２０１１）０４（ｃ）－－００７９—０２　１　ＧＩＳ数据的特征　从地图到空间数据表达造成了地’图信　抽象，这种抽象的过程也是地图制图的过　程，空间数据生产时，人们自然不会抛弃人　来，不存在所谓“无级”的空间数据。　空间数据的地图约束性特征是实现根　息的损失，空间数据到地图表达（不考虑综　类千百年来认知、抽象地理环境的成果一　据空间数据直接进行地图等尺度表达的基　合）过程中需要进行地图信息的补充，才能　地图，因此几乎所有的空间矢量数据的　础，且反映了地图符号、地理属性和拓扑关　实现地图的完整表达。　生产都是基于地图数字化来完成（至少最　系的相互依赖关系。　要完整地描述空间实体或现象的状　初是这样），这样空间数据就继承了人类的　态，一股需要同时具有空间定位数据和属　知识成果，同时也继承了地图自身的特性，　２　ＧＩＳ数据与地图表达的矛盾　性数据，如果要描述空间实体或现象的变　如地图用途，比例尺，地图要素，要素关系　在地图到空间数据表达的过程中，空　化，则还需记录空间实体或现象在某一时　等等，这也就意味着空间数据必然会受到　间数据的要求决定了在数据采集中不会把　刻的状态．所以一般认为空间数据具有三　来自原始地图的约束。在使用其他途径对　地图全部信息采集下来，这就构成了地图　个基本特征：空间特征、属性特征和时间特　空间数据进行更新时，这种约束性也是实　信息传递中的第一次转换矛盾，损失了部　征，空问数据的三个特征反映了所表现空　时存住的，例如使用航片或者遥感影像，则　分地图信息。而空间数据到地图表达是地　间实体的本质．但是对空间数据来讲，它并　空间数据也会受到航片、遥感影像分辨率　图信息的第二次转换，它是第一次转换的　不是不受限的反映空间实体，在描述空间　的限制，同时在使用者的脑海中一直会存　逆运算。因为第一次转换矛盾的存在，导致　目标时有一定的限制，不能无限膨胀，这个　在“一幅地图”，对信息进行综合加工。因此　『空间数据不可能完全恢复到地图原来的　限制就是空间数据的第四个特征——地图　不管使用哪种数据源，空间数据都会受到　面貌，这造成了第二次转换矛盾，这两个转　约束性特征。　来自数据源的约束，而地图的约束最具有　换矛盾互为因果关系。　我　知道空间数据是地理环境的数据　代表性，因而统称为“地图约束性”。由此看　数字制图目前要重点解决的关键问　属。是消除第二次转换矛盾，也就是补充第　地图制图过程　一次转换时损失的地图信息。由于这个问　｝—　１　图形数据　　．Ｊ　Ｉ补充　Ｉ口ｌ　Ｉ　ｍ　Ｉ　题复杂、难度较大（“创造”要比“丢弃”困难　地图ｃ多源数据　的多），因此有人为了回避它而提出了“地　　ｊ▲　图应该适应空间数据的表现，不必严格遵　循纸质地图的编绘要求”。这样的认识是错　空问数据生产过程　地图符号　艺　误的，地图作为人类智慧的结晶应该随着　社会的发展越来越美观、完善，而不是倒　退。　地图ｃ多源数据　磊　空间数据　造成空间数据与地图之间不能完全匹　损失　配的根本原因是它们之问存在以下的主要　矛盾：　（１）概括范围上的矛盾，最为详细的数　据标准不能完全匹配图形规范。（２）数据标　：　一一　一～　一　准中要素的描述不对应田形标准中的符号　规范。（３）在地图上的要素不对应数据标准　中的编码。　、／　＼＼３空间数据的地图表达过程　、　、　，，一～＼、　一　、　／　～、、、　ｔ／～　接收　，　Ｉ，，　＼＼　空间数据的地图表达实际上就是恢复　一　、～　兰／　ｔ　ｌＩ、▲　、　地图直接信息的过程，分为两个步骤，第一　步按照空间数据的地理编码与地图符号之　间的对应关系，实现地图符符号化；第二　步，由于空间数据与地图表达之间的矛盾，　造成地图的空间数据表达的过程是一个地　图信息损失的过程，因此在实现空间数据　／　／　的地图表达时，必须进行地图信息的补充，　才能得到符合地图规范要求的地图。　３．１空间数据按对应关系转换　、在空间数据地图表达过程中，空间数　、　Ｉ、　Ｉ　］…一兰　竖　据与地图符号具有一定的对应关系，具体　表现就是依据要素编码实现地图符号化及　图３使用融合技术的应用扩展　其附加处理。所谓附加处理是指除去地图　科技创新导报Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　Ｉｎｎｏｖａｔｉｏｎ　Ｈｅｒａｌｄ　７９　２Ｏ１１　ＮＯ．１２　Ｓ。。。。ｃ。。。ｉｅ。。‘。ｎ。。ｃ。。’‘ｅ。‘。’。ａ——ｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　Ｉｎｎｏｖａｔｉｏｎ　Ｈｅｒａｌｄ　工程技术　６融合生产系统的应用　以融合生产技术为支持的数字制图系　统，可以有四个应用方向：　（１）没有地图数据库支持的情况下，通　过采集编辑属性完整的空间数据，完成地　图数据库建库任务。（２）通过其他方式获取　的空间数据有时存在一些非常隐蔽的数据　质量问题，如属性错误，指针错位等等，这　些问题只有空间数据可视化手段（如地图　符号化等）才能发现，在此平台下可直接修　改错误，得到正确的空间数据。（３）在此环境　下，可以实现基于地理属性的地圈编辑。相　对基于图形符号的编辑来说，可以大大提　高编图效率，并最终能实现了纸质地图的　出版。（４）为空间数据的更新提供了手段和　方法，它把在地图编辑中新增的地图内容　和更新信息保留下来，实现空间数据的更　新，完成地图数据库更新任务。　方便性，决定了在空问数据生产中使用的　非常频繁，如ＡＲＣ／ＩＮＦＯ等，这是由空间　数据的按地理属性编码进行数据组织的特　性决定的，由于地图制图不是空间数据生　产的主要目的，因此在空间数据生产中不　会提出与地图制图结合的要求。但从制图　者的角度来看，地图制图与空间数据生产　能结合起来，统一到一个软件系统中实现　融合生产，则会起到事半功倍的效果，可以　节省大量的资源。因为涉及全国或整个地　区的地图生产以及空间数据生产都是巨大　的工程，需要很大的投入。而我国目前两者　都要生产（各自有不同的用途），但整体的经　３．２地图信息的补充　济投入还很有限，从图ｌ的生产流程可以看　下面的一些具体问题，　出，地图制图过程中，从地图中采集的是图　（１）属性注记的配置，例如桥梁的分式　形数据，实现地图出版，而空间数据生产过　注记，等高线注记。（２）地名注记的配置，没　程中则是从地图中采集空间数据。如果通　有地图注记的位置信息（国家测绘局数据）。　过地图符号化方法，可以把空间数据转换　（３）河流渐变问题，空间数据不能反映河流　成图形数据，同时进行相应的地图信息补　的图形宽度变化。（４）地图整饰，地图整饰内　充（地图出版处理），就可以把两个流程结合　容不作为空间数据的一部分。（５）同色要素　起来，得到空间数据和纸质地图两种产品。　符号以外的其它信息符号化，这些信息与　该目标无关，例如，高程点的符号化，其高　程注记显示的位置、形式与该目标有关。　空间数据到地图表达按照规则转换的　步骤如下：　（１）地图表达主要是实现点线面要素的　符号化，而一般的空间数据具有拓扑结构，　面状要素通过拓扑关系推算出来，因此在　实现地图表达的第一步就是要实现拓扑模　型向基本模型的转换，实现面状目标的生　成；（２）根据空间数据中地图要素编码与地　图符号的对应关系，这个过程可以使用程　序自动完成。　参考文献　ｆ】】肖计划，刘海硼，栾晓岩．地理信息生成　与地图制图一体化概念模型研究ＩＪ】．测　的覆盖处理问题。（６）不同要素的压盖优先　绘工程，２００７（６），２３－２５．　问题。　５系统的更新效应　如果融合系统中可以接受系统所产生　［２】肖计划，刘海砚，张吉才．设计模式在地　这些问题都是实现空间数据的地图表　图制图软件开发中的应用ｔＪ］．科技创新　达时，地图编辑和地图出版处理才能解决。　的空间数据（这是地图生产的重要数据源），　导报，２００８（５），６０－６３．　则系统就具有了空间数据的再生能力。如　４地图制图与空间数据生产结合　图２所示，空间数据作为系统ｉ的接收、处理　空间数据生产是为地理信息系统提供　基础地理数据，并建立基础地理信息数据　库。因此，空间数据的数据组织反映了地理　信息系统的要求，使用“属性编码十定位数　据”的形式。数据采集虽然不是地理信息系　统软件的主要功能，但其处理地理信息的　和输出的对象，又成为系统ｉ＋ｌ的接收对　象。这样空间数据不断更新，使系统一直具　有生命力，产生良性循环。系统的这种该特　性，为空间数据的更新提供了一个舞台，同　时有助于建立相应的地图和空间数据的更　新机制。　（上接７８页）　同时编码、解码芯片（ＭＣ　１４５０２６￣ＭＣ１４５０２７）　有效解决了掉电时刻继电器误动作的问题，　机室内当前温度值，参考简化的ＰＭＶ指标　计算公式得到当前控制参数输入，采用智　而ＭＣ１４１３扩大了对继电器的驱动能力，有效　能模糊控制策略对空调进行自动开关机控　保证了控制的稳定性。　制，达到提高司机体感舒适度和节能目的。　控制器设计了友好的人机交换界面，　通过ＬＣＤ显示屏和按键单元来进行司机室　４控制器的设计　内设定温度的输入与查询，并且能对控制　器系统参数进行实时调整。为了实现空调　４．１硬件设计　控制器硬件结构框图如图ｌ所示，选用　系统接入车载信息平台，控制器提供了　　单片机作为控制中心，通过温度传感器、　Ｒ￥４８５通信总线。４．２软件设计　Ａ／Ｄ转换得到温度值，经ＣＰＵ计算得到　控制器的嵌入式软件核心在ＰＭＶ值计　ＰＭＶ值，同时实时采集车载空调机的运行　状态，结合ＰＭＶ值进行逻辑运算得到空调　算及控制算法的实现。ＰＭＶ值的计算因涉　控制策略，最后利用单片机Ｉ／Ｏ口驱动继电　及多个参数，而且其计算过程迭代次数非　器实现空调的开关。为了实现本地参数调　常多，单片机处理能力有限，本来采用文献　用室内温度来简化热舒适综合方程。为了　节和远程控制，控制器预留了通信模块和　进～步提高单片机程序的处理速度，本文　人机交互模块［４　Ｊ。　主控制器采用ＡＴ８９ｃ５１单片机，是整个　根据文献　简化后方程计算得到的数据（湿　进行傅里叶拟合，拟合结得　控制器的中心，单片机通过软件的设计完成　度ＲＨ＝６０％时）温度数据采集、数据分析、状态判断和控制执　到ＰＭＶ与司机室内温度的曲线方程为：　ＰＭＶ＝ａｏ＋ａｌ＊ｃｏｓ（ｔ＊ｗ）＋ｂｌｓｉｎ（ｔ，ｗ）　行。数据采集采用温度系数为ｌ０Ｋ（２５℃）的电　其中ａ０：一１．８２６，ａ】：～８．０３３，ｂ　Ｊ＝３１．１７，　阻式３９５０温度探头，简单实用，运用带串行控　　制和ｌｌ路输入端的１　０位模数转换芯片　ｗ＝０．０１２０５，从而得到ｔ与ＰＭＶ的对应关系。ＴＬＣ　１　５４３完成了Ａ／Ｄ转换，通过快速轮询的　控制模块采用典型的ＰＩＤ控制，具有较　　。　方式实时采集司机室的室内温度值，并对多　强的线性跟踪性［标的机车司机室空调控制器，根据文献［】的　数据在Ｅｌａｔｌａｂ下仿真分析，温度曲线如图２　所示，表明控制器很好地实现了温度良好　地跟踪于控制器所设定的２２度，达到了预　期效果。　基于ＰＭＶ的控制方法对于提高司机的　舒适性和空调节能有重要意义，转变空调　控制方式对提高人民生活质量，降低空调　能耗，实现我国的节能目标将起重要作用。　参考文献　［１】吴金洪，沈亚强．基于ＰＭＶ指标的列车　空调模糊控制研究【Ｊ１．浙江师范大学学　报（自然科学版）．２００７（２）．　【２】黄兵，杨昌智．基于ＰＭＶ指标的列车空　调节能及优化的研究【Ｃ】．２００８铁路暖通　空调学术年会论文集，２００８．　【３】郑华美．冬季采暖时ＰＭＶ的图算和公式　求解法初探【Ｊ】建筑热能通风空调．２００７　（０５）．　［４】章若冰．一种新型的通信机房通风节能　控制器【Ｊ】．科技创新导报．２０ｌ０（１２）．　【５】郭学森，韩旭，刘永华．用室内空气综合　温度简化热舒适性方程的计算【Ｃ１．中国　制冷学会２００９年学术年会论文集．２００９．　ｆ６】肖玉玲．模糊ＰＩＤ控制在变频空调中的　次采集数据通过均值算法得到室内的最佳取　样温度。控制执行单元主要由继电器实现，主　５结语　控芯片通过总线接入Ｄ型触发器７４ＨＣ２７３，　本文设计了一种基于热舒适度ＰＭＶ指　应用研究［Ｊ】．河南教育学院学报（自然　科学版）．２０１０（２）．　８０　科技创新导报Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　Ｉｎｎｏｖａｔｉｏｎ　Ｈｅｒａｌｄ