[科普中国]-地图数据库

简介

数据主要是在具有统一比例尺和地理坐标系统的地图上按规范化、标准化要求数字化而获取的。这就有可能在较大的区域范围，以至全国范围内分层次、分区域逐步建立地图数据库，最后进行集中的地图数据管理。加拿大、瑞典、日本等国均以该方式建立各自的全国性地图数据库。地图数据库的建立有利于地图数据的保存与查询，是区域决策的一个重要数据基础。同时也是地图自动制图及有关工程设计的基础数据。

各种制图数据的集中存储和统一管理的实体，是计算机辅助地图制图系统中的重要组成部分。

发展状况地图数据管理是地图数据处理的核心问题，20世纪70年代以来,经历了两个发展阶段：①文件系统阶段。在此阶段，地图数据管理只能限制在文件系统水平上。文件的类型有序列文件、直接存取文件、关键字存取文件等。文件系统的弱点较多，如数据文件只能适用有限的几个应用程序，管理功能弱、浪费空间、文件不易扩充、修改费时间。②数据库系统阶段。随着计算机软件提供了数据库系统，以及计算机硬件提供了大容量的直接存取设备磁盘，地图数据管理也随之进入数据库阶段。

基本特点①具有复杂的数据模型，数据库中的各种数据均按照特定的数据结构进行组织、存储和管理；②确保了数据的完全独立；③确保了数据共享的并发性、安全性和完整性；④用户可以直接与数据项打交道。

作用地图数据库的发展是为满足信息处理领域对空间数据的需求，为适应现代社会对数字地图产品的需求而发展起来的，它是以数据库技术、数字地图制图技术、空间信息系统的发展为基础的。国际上一些发达国家从20世纪70年代开始研究地图数据库技术，已建成了一些有代表性的地图数据库。美国1：24000地形数据库包括地貌、水文、植被覆盖、非植被覆盖、境界、测量控制和标记、运输、人工建筑要素、公用土地等9类内容，是20世纪90年代末建成的，近年来开始利用共享信息进行局部或单要素的内业更新。20世纪80年代中期美国建立了全球矢量岸线数据库。加拿大2006年建成全国人口稠密地区的1：50000地图数据库。这些地图数据库在它们国家的经济和军事中发挥了重要作用。

我国对数字地图制图的研究始于20世纪70年代末，对地图数据库的探讨始于80年代初。80年代中期开始建立一些局部区域的地图数据库，90年代中期兴起了地图数据库建立和应用的高潮。现已建成的地图数据库有全国范围的1：5万、1：25万和1：100万矢量地图数据库。至2011年7月更新丰富精化了我国1：5万的数据内容，大幅度地提高了其现势性，使得我国同类基础地理信息产品居于国际先进之列。这些地图数据库对于满足国家经济建设和社会发展的需要，提高测绘地理信息的服务保障能力具有十分重要的作用和价值，同时为我国进一步开展地理国情监测奠定了数据基础。主要的应用方面包括：用于各级政府的宏观管理，决策支持；用于维护国家安全、主权和领土完整；用于国家宏观资源管理、规划、调查；用于各省建立省级基础地理信息系统；支持科研院所、大学等科学研究项目；用于防灾、减灾，对各种灾害的灾情统计、分析等；广泛用于商业系统和一些公益性项目，取得了巨大的经济效益和社会效益。

地图数据库系统作为大量空间信息的集合，作为空间数据处理技术的代表，作为一个完整的运行系统，集软件、数据和相关技术为一体，有着广泛的应用领域，在普通地图生产和应用中起着重要作用。1

地图数据库数据组织基于地图数据结构的特点，在建立地图数据库时，将矢量图形数据、栅格图像数据和关系型属性数据分离存贮，这种分离存贮的方法能够增强整个系统数据处理的灵活性。目前地图数据的组织，空间数据和非空间数据之间的连接方式主要有：

非空间数据作为空间数据的悬挂体在这种方式中，非空间数据是作为空间数据记录的一部分进行存贮的。这种方案当非空间数据量不大时很有效。如Maplnfo的系统数据形式就是在非空间数据表中含有一个不可见的空间数据图形对象。但是这种数据组织方式，在进行非空间数据的修改、存贮时，必须经由记录的修改和存贮来实现。大量的非空间数据加载于空间数据之上，必然导致系统反映时间的延长，所以在大型专用地图数据库的丌发方案中，一般不采用这种形式。即使是为了某种需要必须使用这种方式，也会同时采用下面第二种方式进行数据采集的延续或扩展，以取得系统的最优化。

非中间数据和空间数据白成体系利用这种组织方式可以达到系统优化、空间数据和非空间数据有其独守的数据库管理子系统（DBMS），而且非空间数据之间仍可以相互分开，以不同的数据形式存放，空间数据和非空间数据间则用特定的工具联系，数据之间仍可以互棚访问和定位，例如开放数据库连接（Open Database Connectivity，简称ODBC）就是这种连接工具之—，现在较多的地图应用开发工程中，如GIS软件，也都开发了相应的ODBC工具，用以扩大系统的数据来源，其中Maplnfo就提供了这样的工具，Intergraph则提供了RIS（Relational Interface System）这样的产品，专门用于地图空间数据与非空间数据之间的连接。2

设计和建立数据库步骤①用户需求调查和评价。确立建库范围和使用目标、查询方式、数据库大致规模和完成期限。

②资料搜集和评价。根据用户要求进行广泛的资料源调查、登记造册、并进行质量评价，编制目标资料评价表，确定基本地图，划定研究范围，估算数据量。

③环境准备。地图数据库必须依靠机助地图制图系统的支持,在确定的系统规模和数据量估算基础上，准备必须的系统硬件和配套软件。

④地图数据库概念设计。主要是确定地图数据库的要素层、图形特征层、分区和命名、文件索引结构，建立控制点文件，形成数据库的基本框架。

⑤编写数据字典。数据字典是描述数据的信息，每一种图形特征层都须有一个对应的数据字典，规定出该图形特征层的属性表中每一数据项的名称、数据类型、宽度（包括小数点后面位数）、别名等。

⑥资料编辑加工。无论是图形资料还是数据资料，在入库前都必须进行必要的编辑加工，尤其是图形资料。

⑦数字化和编辑。实现图形数字的转换，并采用联机编辑和脱机编辑两种方式反复检查、改正，最后产生净化的数字文件，做好插入数据库前的准备工作。属性数据，可采用人机交互和批处理两种方式分别入库，最后完成属性代码表和图形属性表的联结。

⑧插入数据库。净化的数字文件，需按照确定的数据库框架插入规定的位置，全部文件插入后，数据库才算建成。

⑨试运行。这是对数据库进行实际测量和评价。如果发现问题，还必须返回核对原始资料，再组织重新入库，以确保数据库的数据质量。

⑩数据库的运行和更新。地图数据库系统提供各种查询方式和显示方式，包括定位查询、定性查询、逻辑查询等。查询结果可以屏幕显示，拷贝，也可以制表、打印，或采用绘图仪输出各种地图。要及时地更新数据库，以确保数据库中数据的现势性和可靠性。

地图数据类型地图数据包括各种制图要素的空间位置数据和对应的专题属性数据两大类。前者可以归纳为点、线、面3种图形特征数据，其中线是最基本的，点可看成是具有一个坐标点的线，面是由线围成的。它们之间的关系可以概括为弧段节点模型。每一个点、线、面图形特征的属性数据都具有二维表特性。点特征的二维表中包括点序号、用户识别号以及其他对应的专题属性数据项；线特征的二维表中包括线序号、用户识别号、起始节点号、终止节点号、线的长度以及对应的专题属性数据项；面特征的二维表中包括多边形序号、用户识别号、周长、面积以及其他对应的专题属性数据项。地图数据模型是复合型，称为关系网络模型。开发的可适用于地图数据库的管理系统中，通常以关系数据库系统为内核，外套一个网状数据库，并有专门的接口实现两种数据管理方式之间的联系和转换。