基于GIS的地方志信息与空间基础地理信息融合方法的研究

基于GIS的地方志信息与空间基础地理信息

融合方法的研究摘要：地方志信息与空间基础地理信息的融合既具有较强的现实意义，又有着理论和方法上的可能性。本文在分析两种信息各自的特点、类型、体系划分和数据模型的基础上，对地方志空间信息、主题信息及时间信息与空间基础地理信息的融合进行了方法和技术上的研究，并根据融合的实际需要，设计了相应的数据结构。关键词：地方志空间基础地理信息网格索引数据结构ResearchonthemethodsfordissolvingoflocalchroniclesinformationandspatialfoundationgeographyinformationbasedonGISAbstract:Itisnotonlypracticallymeaningfulbutalsogreatlyachievableintheoryandtechnologicmethodsthatthelocalchroniclesandspatialfoundationgeographyinformationaredissolved;Basedontheanalysisontwokindsofinformatisocnh'aracter、type、architectureanddatamodels,thispapermakesresearchonmethodsandtechnologyofdissolvingbetweenthelocalchroniclesspatialinformationandspatialfoundationgeographyinformation,thelocalchroniclesthemeinformationandspatialfoundationgeographyinformation,thelocalchroniclestimeinformationandspatialfoundationgeographyinformation.Thendatastructureisdesignedaccordingtothepracticalneeds.Keywords:LocalchroniclesSpatialfoundationgeographyinformationSpatialgridindexDatastructure随着我国各省、各市县地方志数字化、信息化工作的大力开展，传统的地方志信息表达方法及模式已越来越不能适应新形势下地方政府和机构决策的实际需要，怎样有效解决地方志信息在数字化过程中面临的问题，是摆在我们面前一项既现实而又严峻的任务。地方志信息通常是与空间数据相关的，如某一个行政区划的工农业总产值、道路的等级、河流的冰封时间等。地方志信息的空间性，决定了地方志信息系统实际上是一种广义的地理信息系统，所以地方志信息表达的研究离不开地理信息系统的范畴，研究地方志信息与空间基础地理信息之间融合的方法及技术就具有重要的意义。1、地方志信息与国家空间基础地理信息融合的必要性与可能性地方志信息记载某一地方的地理、历史、社情、民俗、文化、教育、工业、资源、人物业绩等情况的书籍称为地方志或方志。随着计算机技术和数据库技术的迅猛发展和日益成熟，地方志也从传统的书籍、纸质资料的形式向数字化、信息化转变。从地方志信息类型的角度划分，地方志主要包含以下几种信息：空间信息，描述事件或地理要素的空间位置信息，通常用经纬度坐标或坐标串的形式来表示，在地方志数据库的物理设计中，是通过Blob字段来存储的［1。时间信息，主要用来描述某个地方在什么时间主要发生了什么事件。多媒体信息，通常是对某个地点的情况以文字、图形、图片、录音和录像数据的形式进行详尽地说明。

数据模型支撑根据地方志信息的特点和类型，地方志的数据模型一般采用面向对象的E-R模型，该模型以独立、完整的地理实体为单元进行数据的显示和表达，在具体组织和存储时，将实体的坐标数据、拓扑数据和属性数据存放在关系数据库中，每个对象不仅具有自己的属性，而且具有自己的行为（操作），该模型具有对象管理方便、查询检索效率高，空间分析容易等优点，模型图如图所示：地方志数据模型地方志要

地方志要

抵类地方志要

素类主题关联时間主题多媒休图1地方志数据模型图地理要素的空间属性通过标识号（D）l与主题属性、描时間主题多媒休图1地方志数据模型图地理要素的空间属性通过标识号（D）l与主题属性、描述属性联系起来。多媒体数据是，它描述的是某个具体的几何对象或非几何对象。它在数据库中的存储OBs）的形式作为对象属性主题属性数据的一种可以以大字段（bLW.表中的一个字段。时间属性（历史信息）主描述某个实体在某个时间点所发生的时间，对于某类对象的历史信息应该建立一个统一的历,，、亠亠丄—纽，亠亠肉也.质屋：..—、、，一史信息描述表F通过关键字与对象的属性信息表建立关联士亜阜土令疋，这样面向实体的地方志数据模型统一管理所有的地方志信息，把实体的空间属性、描述属性数据、多媒体属性数据和时间属性数据有机地统一起来。国家空间基础地理信息国家空间基础地理信息以地理环境中的完整实体为对象进行描述，是地理环境信息的组成部分。国家空间基础地理信息要素可以分为：测量控制点、工农业及社会文化设施、居民地及附属设施、陆地交通，管线、水域/陆地，海底地貌及底质，礁石、沉船、障碍物、水文、陆地地貌及土质、境界与政区、植被、地磁要素、注记等几大类［2。］从国家空间基础地理信息应用的角度出发，主要是以数字地图数据格式的类型来进行分类，可以分为两大类：数字地图矢量数据和数字地图栅格数据，由于地方志信息与国家空间基础地理信息的融合主要是基于矢量数据的，所以本文主要讨论数字地图矢量数据结构。国家空间基础地理信息一般采用混合数据结构来定义地图要素，它是以地形图的标准分幅为一个工作单元（workspace），每个工作单元又分为多个要素层，每个要素层再按目标的几何特征分为点、线、面三类目标。国家空间基础地理信息按照数据内容可以分为三类：公用数据、地图要素数据、数字高程模型数据。公用数据包括地图的图号、图名、图幅左下角点，坐标系、比例尺、资料说明等数据。地图要素数据包括属性数据、地名数据、几何数据和关系数据。属性数据采用编码描述地图要素的分类分级和质量、数量特征，一般以属性文件的形式存在。其编码结构为组合方式，由主码和子码共同组成，子码按其功能又可分为识别码、描述码和参数码。每一个地图要素有一个主码，一个识别码，若干描述码和若干个参数码构成来描述其属性，数据模型如图2所示：图2国家基础地理信息数据模型两者的区别和联系国家空间基础地理信息主要是为了建设数字地图，它主要是提供基础地理信息和空间框架基础，它侧重于地理要素信息的空间性。地方志信息主要是对地理要素主题属性的描述，它比较详尽、全面，侧重于地理信息的主题性。空间基础地理信息的属性一般比较简单，主要是结构化的属性数据，而地方志信息的内容比较全面、详细，对属性的描述比较自由，自然语言偏多。地方志数据的绝大部分与空间信息相关，两者描述的实体可能一致，地方志的部分信息可以通过空间基础地理信息的处理后获得，地方志信息需要以空间基础地理信息作为显示框架和信息获取的入口。正是地方志信息与空间基础地理信息两者之间的区别与联系，决定了研究两者有机融合的必要性与可能性。2、地方志信息与空间基础地理信息融合的理论和方法支撑空间数据融合是指将同一地区不同类型、不同格式、不同来源的空间数据，采用不同的方法，重新组合专题数据，补充和改善物体的分类分级和属性表达，进一步提高物体的几何精度，消除以下差异：（1）空间物体在不同的空间数据模型中多次采集所产生的数据描述上的差异。（2）相同或不同的数据模型采用不同的分类分级方法采集所产生的要素属性差异。（3）空间数据的应用目的不同表现在要素综合详细程度上的差异以及多次数字化所产生的几何位置差异。目前，空间数据融合的基本方法主要有：一是保持两种空间数据各自的要素编码和数据格式，通过对不同数据作快速切换显示的方法实现不同数字地图的共用，保持各图种处于相互独立的状态。这种方法简单，但是如果两者都是海量数据，则两者之间的切换速度将有很大的限制。二是设计一种能融合多种数据的空间数据模型及其数据格式，研制实现多源数据融合的软件，统一符号系统。

三是以一种数据编码为基础，将另一种要素扩充到该要素编码集上，并用该要素数据格式作为数据格式的统一标准。根据地方志空间信息与空间基础地理信息的特点和融合的目的，本文主要借鉴了最后一种融合方法的思想：以空间基础地理信息为基础，将地方志的空间信息扩充到空间基础地理信息上。3、地方志信息与空间基础地理信息融合技术和方法的研究与实现3.1地方志空间信息与空间基础地理信息的融合空间基础地理信息的数据结构是按图幅来组织的，但地方志信息是没有图幅的概念的，因此实现两者的融合，就需要利用网格空间索引的原理，将地方志信息进行逻辑上的划分，与空间基础地理信息的图幅相对应。网格空间索引就是将矩形地理范围平均划分为M行N列，得到MXN个网格，每个网格区域为一个索引项，相当于一本书的目录，在索引项中记录了所有完全或部分落在该矩形区域内的几何实体的标识，这样对空间对象的存取都通过网格的索引项来完成，这样就大大加图3网格空间索引图快了空间索引的查询速度，如图3图3网格空间索引图具体方案如下：首先依据数字地图的图幅信息对地方志空间信息建立空间索引，每个网格或者索引项对应空间基础地理信息中的一个图幅。通常，一定区域范围内所包含的图幅数是已知的，这样我们就可以按照图幅数信息来将地方志空间信息进行相应地逻辑上的网格划分。当打开某一个区域范围的工作区或漫游到某一个图幅时，系统会根据所选择的工作区或显示的图幅，读取相应网格内的地方志空间信息，并与空间基础地理信息进行匹配，如果匹配成功，则以空间基础地理信息为标准，并通过关键字将该地理要素与地方志信息进行关联。如果空间基础地理信息没有与之相匹配的，则直接将地方志信息中的空间信息在图上进行绘制。为了全方位对地理要素进行表达和描述，以空间基础地理信息为基础的数字地图数据是以系列比例尺的地图数据进行采集和组织的。每种系列比例尺数据都代表着数据的不同精度和详细程度，也对应着相应的可视化表达形式。比如，城市交通地理要素，在较小的比例尺地图数据中是线要素，在地图上是以一维的线段表示的，而在大比例地图数据中，城市道路则是面要素，在地图上是以具有一定宽度的面状实体来表示的。而地方志信息则没有比例尺的概念，实现空间基础地理信息与地方志信息的融合，则必须解决两者在这方面的差异。本文提出的解决办法是：在地方志信息数据结构的基础上，每个地志要素类都对应于一个符号样式表，表结构如表1所示。每种符号样式都对应于数字地图的某一个系列比例尺地图数据，符号样式编码与地形符号库中相应符号编码相对应。比如在1：10万以下的小比例尺地图数据中，地方志信息中的交通枢纽使用铁路线符号样式进行绘制，而在大于1：5万的大比例尺地图数据则采用铁路的面符号样式进行绘制。DbjecllDSDEilerang?r表1符号样式表3.2地方志主题信息与空间基础地理信息的融合地方志信息的主要任务和主要特点就是对地理要素的主题属性进行全面、详细、多方式的描述，侧重于对地理要素的主题描述［3。］由于地方志信息中的地理要素的描述属性、多媒体属性、历史属性都是以对象属性表来进行表示的，所以空间基础地理信息与地方志主题信息的融合实质上是空间基础地理信息与地方志信息中地理要素属性表的关联。在空间基础地理信息中，每个图层都对应于一个坐标数据文件（•？zb），文件中记录着图元的标识符和坐标数据，而属性数据是以属性文件的形式存在的，空间数据与属性数据的关联是通过要素的标识码来实现的，同样的道理，我们可以通过在地方志地理要素属性表中的要素编码与空间基础地理信息中的坐标数据文件中图元编号进行关联，这样也有利于我们对地方志进行从空间到主题属性的查询检索，比如想要查询郑州的经济、社会情况，那么就可以通过在图上单击郑州获得各方面相关情况以及视频、音像资料，来进行综合分析判定。另外，如果地方志信息所描述的实体与空间基础地理信息描述的实体相一致，地方志的部分信息也可以从空间基础地理信息处理的结果中获得。主要有以下两种类型：（1）地方志要素的空间信息直接从空间基础地理信息继承和获取；（2）对空间基础地理信息中地理要素的属性信息进行综合、集成来获得，比如：对于某条河流，可以从这条河流的属性信息：长、宽、水深、流速、河流底质、结冰和解冻时期、泛滥时期等来获取该河流的经济利用价值。3.3地方志时间信息与空间基础地理信息的融合地方志的时间信息指空间实体在某个时间点所发生的比较重大的事件，通常用笛卡尔坐标系来表示，该坐标系有时间轴、空间轴和主题轴组成。一般以时间轴为主轴，这样更能了解空间实体变化发展的历史，以及对未来的决策所产生的影响，如图4所示：根据图示的坐标轴结构，我们可以在地方志数据结构中设计一个时间表，如表2所示。该表记录着一定时间跨度范围内，所有发生比较重大事件的时间节点，每个时间节点都对应着发生重大事件的图元编号，这些图元与空间基础地理信息中的地理要素图元进行关联，然后通过上节中介绍的地方志时间信息与空间基础地理信息融合的方法，实现地方志地理要素属性表与空间基础地理信息中的地理要素图元进行关联，这样我们就建立了一个时间属性、空间属性、主题属性上的逻辑统一体，实现了地方志时间信息与空间基础地理信息的融合。TimenodeCl