城市空间数据多尺度综合及高效分发关键技术研究
——以公交路线为例
2011-04-18赵艳珍郑生春赖增先
赵艳珍，郑生春，赖增先
(青岛市勘察测绘研究院，山东青岛 266032)
城市空间数据多尺度综合及高效分发关键技术研究
——以公交路线为例
赵艳珍∗，郑生春，赖增先
(青岛市勘察测绘研究院，山东青岛 266032)
以城市空间公交路线的多尺度综合及高效分发需求出发，提出采用基于规则的多尺度综合方法和基于空间索引的高效并发访问机制，并结合ArcSDE来进行实现，提高了信息应用的灵活性和信息共享性。
地图综合；公交路线；空间索引；ArcSDE
1 引 言
目前各城市都积累了很多包括基础和专题的数据，如何利用这些数据源来实现数据的多种表达满足各行业的需求，并解决好由此而带来的更严峻的数据高效分发成为关键问题。面向应用驱动的城市地理空间信息的发展，已经转向到面向数据驱动发展的阶段，这就要求城市空间数据库应该具有无缝的和无比例尺限制特点，能够满足从单一的数据源经过自动综合到多尺度数据表达需求。
2 基于规则的城市公交线路多尺度综合方法
基于综合规则的地理数据综合已经有较多的探究，比如Nickerson和Freeman[1]的基于规则的自动综合系统MAPEX，提出了8个独立于数据类型的参数以及基于各种数据类型的规则；Arm－strong提出制图综合所必需的三种知识:几何知识(Geometrical Knowledge)、结构知识(Structural Knowledge)和操作知识(Procedural Knowledge)；Mustiere等将KRA模型应用到自动化制图综合中，利用人工智能推理机制提出制图综合。这些研究从普遍意义上探讨地理数据综合过程的综合规则或综合知识，为专题图的制作提供了理论基础。由于不同应用领域的专题图在数据类型、综合规则或综合知识方面有较大不同，下面将以制作公交专题数据为例说明。
从空间信息角度看，道路与公交线路是密切相关但又有一定区别的两类地理事物。公交线路的特征是:
(1)线路以道路为基础，是道路的一种组织体系，也作为道路的一种属性；
(2)线路具有动态性与可变性，而道路相对稳定；
(3)线路上的点有独立含义，不能用结点代替；
(4)线路具有方向性；
(5)线路需要独立量测；
(6)线路具有跨弧段性，即线路的分段与道路分段可以不一致。
根据上述特征，首先选定数据源:道路数据和公交站点数据。由于不改变道路数据的本身特征，因此制作公交路线的综合规则将集中在属性规则中。其一:公交站点属性主要是提取线路号、弧段号。其二:将公交路线根据站点划分为片段，片段属性表将片段和道路数据中的弧段建立关联记录图形信息；用路径属性表记录线路。二表关联，形成路径的空间信息(图形和属性)表达。片段是弧段的逻辑划分，一个片段可以是一个完整弧段或其中一部分，在片段属性表中通过对应弧段的起止点百分位表达，由此建立片段与弧段关联和量测。
将这些规则以表格的形式存储在ArcSDE中，即实现了公交线路数据的制作。具体的处理过程如下:在包含道路和公交站点信息的基础空间数据库建好后，就形成了一个与图形连接的弧段属性表，通过表连结建立公交路线数据:
(1)建立公交站点属性表，基本字段为站名和相关线路号，如表1所示。
公交站点属性表 表1
(2)建立片段属性表，基本字段有路径号；弧段号，表示与路径相关的弧段，用以连接弧段属性表。片段始量测位置和片段止量测位置，用长度表示。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。片段内部号。片段用户号等，如表2所示。
(3)建立路径属性表，基本字段为线路号和用户编号如表3所示。
(4)表链接:把片段表与弧段表链接起来，如表4所示，片段表与线路表，线路表与站点表进行双向链接。
(5)计算线路长度。
片段属性表 表2
路径属性表 表3
道路弧段属性表 表4
这样制作组织的公交路线数据有以下特征:
(1)以道路图形要素为基础，同时保持道路数据的本身特性，保证数据的逻辑一致性，减少数据存储冗余。
(2)线路保持独立性。对于一条线路，其属性和图形应没有其他非相关因素存在。如非本线路的事件不应当与本线路数据相关，使线路查询、线路分析不受弧段划分影响，如图1所示，输入起始车站，即可提供合理出行线路。
(3)线路能作为实体进行操作，包括查询和分析。线路能动态修改，并且不影响弧段图形数据。
(4)线路具有自身量测性质。
图1 公交信息查询界面
3 基于空间索引的城市公交线路高效并发访问技术
空间索引机制一直是近年来研究的热点和重点，形成了一批典型的支持空间索引的软件，例如ESRI公司开发的ArcSDE。ArcSDE可以赋予三层空间索引网格，每个网格层都具有自己的格网大小。第一层网格为必需，它的格网尺寸最小；而第二和第三层可选，它们的网格可以通过设置为0使之无效。如果有效，第二层网格大小必须至少比第一层网格大三倍，而第三层网格大小也必须至少比第二层网格大三倍。格网的大小影响空间索引表的大小。设置空间索引在于寻找格网大小的平衡点——较小的格网会使每个要素对应较多的格网，也就需要空间索引表中的更多记录。由于客户端应用程序和空间数据的特征在各个系统之间差异很大，所以没有单一的适合所有情形的空间索引，有时需要尝试不同的格网大小和网格层次的配置。针对ArcSDE，将其引入到城市公交线路的并发访问，还需要有针对性地进行一些修改，主要包括:
(1)考虑需要多少个网格层次，经常一个网格层次对一个要素类而言就是最好的解决方法，对于纯点状类型的要素类，使用一个网格层次，而且考虑增大格网大小。空间查询一般处理点状图形要比其他类型快。
(2)根据具体应用建立空间索引。将应用程序窗口大小和空间索引网格大小相匹配。
(3)对于未知的或者变化的应用程序窗口，开始定义一个网格层次，格网大小为要素平均范围大小的三倍。可以利用如下的查询获得要素的平均大小: select(avg(emaxx－eminx)＋avg(emaxy－eminy))/2 from f
(4)根据数据种类设计要素类，比如类型、几何大小、和分布情况。有时精心设计的要素类会更加充分地提高空间查询的性能。
(5)监视空间索引并根据空间索引的统计值优化空间索引网格大小。
4 结 论
空间信息的普遍应用性决定了GIS的应用领域将会愈来愈广，处理的问题也会越来越复杂，社会对信息快速、准确和智能化处理的要求也越来越迫切。本文中基于规则制作了公交路线数据并结合ArcSDE解决了高效并发访问问题，减少了数据冗余，并成功应用于青岛市共享平台建设中，提高了信息应用的灵活性，增强了信息共享性，使空间信息的应用能力极大扩展。
[1] NICKERSON，BRADFORD G，FREEMAN，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
[2] ARMSTRONG，MARC P.Knowledge classification and organization[A]BARBARA P Battlefield，ROBERT B McMaster，HER—BERT Freedman.Map Generalization:Making Rules forKnowledgeRepresentation[C].Longman. Scientific＆Technical Publications，UK，1991
[3] MUSTIERE Sebastien，ZUCKER Jean－Daniel，SAITTA Lorenza.Cartographic generalization as a combination of representing and abstracting knowledge[A].ACM GIS’99，Kansas City，MOUSA.1999 162～164
[4] Paul A.Longley，Michael F.Goodchild等.地理信息系统(上卷)－原理与技术.第二版[M].北京:电子工业出版社，2004
[5] 杨忠振，贾鹏，于滨.基于GIS的城市道路交通管理信息及交通资源分析系统[J].大连理工大学学报，2006，7: P550～555
[6] 冯钧，朱跃龙，徐建峰.多专题多比例尺水系河网管理模型研究[J].水利学报，2007，11:P1371～1376
[7] 撒利伟，许五弟.公交网络中路径系统的表达和应用[J].西安建筑科技大学学报(自然科学版)2006(05)
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
赵艳珍(1978—)，女，工程师，主要从事城市地理信息系统的数据制作和开发应用以及城市三维模型建设方面的工作。
