基于GIS的地方志信息與空間基礎(chǔ)地理信息

融合方法的研究摘要：地方志信息與空間基礎(chǔ)地理信息的融合既具有較強(qiáng)的現(xiàn)實(shí)意義，又有著理論和方法上的可能性。本文在分析兩種信息各自的特點(diǎn)、類型、體系劃分和數(shù)據(jù)模型的基礎(chǔ)上，對(duì)地方志空間信息、主題信息及時(shí)間信息與空間基礎(chǔ)地理信息的融合進(jìn)行了方法和技術(shù)上的研究，并根據(jù)融合的實(shí)際需要，設(shè)計(jì)了相應(yīng)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。關(guān)鍵詞：地方志空間基礎(chǔ)地理信息網(wǎng)格索引數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)ResearchonthemethodsfordissolvingoflocalchroniclesinformationandspatialfoundationgeographyinformationbasedonGISAbstract:Itisnotonlypracticallymeaningfulbutalsogreatlyachievableintheoryandtechnologicmethodsthatthelocalchroniclesandspatialfoundationgeographyinformationaredissolved;Basedontheanalysisontwokindsofinformatisocnh'aracter、type、architectureanddatamodels,thispapermakesresearchonmethodsandtechnologyofdissolvingbetweenthelocalchroniclesspatialinformationandspatialfoundationgeographyinformation,thelocalchroniclesthemeinformationandspatialfoundationgeographyinformation,thelocalchroniclestimeinformationandspatialfoundationgeographyinformation.Thendatastructureisdesignedaccordingtothepracticalneeds.Keywords:LocalchroniclesSpatialfoundationgeographyinformationSpatialgridindexDatastructure隨著我國(guó)各省、各市縣地方志數(shù)字化、信息化工作的大力開(kāi)展，傳統(tǒng)的地方志信息表達(dá)方法及模式已越來(lái)越不能適應(yīng)新形勢(shì)下地方政府和機(jī)構(gòu)決策的實(shí)際需要，怎樣有效解決地方志信息在數(shù)字化過(guò)程中面臨的問(wèn)題，是擺在我們面前一項(xiàng)既現(xiàn)實(shí)而又嚴(yán)峻的任務(wù)。地方志信息通常是與空間數(shù)據(jù)相關(guān)的，如某一個(gè)行政區(qū)劃的工農(nóng)業(yè)總產(chǎn)值、道路的等級(jí)、河流的冰封時(shí)間等。地方志信息的空間性，決定了地方志信息系統(tǒng)實(shí)際上是一種廣義的地理信息系統(tǒng)，所以地方志信息表達(dá)的研究離不開(kāi)地理信息系統(tǒng)的范疇，研究地方志信息與空間基礎(chǔ)地理信息之間融合的方法及技術(shù)就具有重要的意義。1、地方志信息與國(guó)家空間基礎(chǔ)地理信息融合的必要性與可能性地方志信息記載某一地方的地理、歷史、社情、民俗、文化、教育、工業(yè)、資源、人物業(yè)績(jī)等情況的書籍稱為地方志或方志。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)的迅猛發(fā)展和日益成熟，地方志也從傳統(tǒng)的書籍、紙質(zhì)資料的形式向數(shù)字化、信息化轉(zhuǎn)變。從地方志信息類型的角度劃分，地方志主要包含以下幾種信息：空間信息，描述事件或地理要素的空間位置信息，通常用經(jīng)緯度坐標(biāo)或坐標(biāo)串的形式來(lái)表示，在地方志數(shù)據(jù)庫(kù)的物理設(shè)計(jì)中，是通過(guò)Blob字段來(lái)存儲(chǔ)的［1。時(shí)間信息，主要用來(lái)描述某個(gè)地方在什么時(shí)間主要發(fā)生了什么事件。多媒體信息，通常是對(duì)某個(gè)地點(diǎn)的情況以文字、圖形、圖片、錄音和錄像數(shù)據(jù)的形式進(jìn)行詳盡地說(shuō)明。

數(shù)據(jù)模型支撐根據(jù)地方志信息的特點(diǎn)和類型，地方志的數(shù)據(jù)模型一般采用面向?qū)ο蟮腅-R模型，該模型以獨(dú)立、完整的地理實(shí)體為單元進(jìn)行數(shù)據(jù)的顯示和表達(dá)，在具體組織和存儲(chǔ)時(shí)，將實(shí)體的坐標(biāo)數(shù)據(jù)、拓?fù)鋽?shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)存放在關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)中，每個(gè)對(duì)象不僅具有自己的屬性，而且具有自己的行為（操作），該模型具有對(duì)象管理方便、查詢檢索效率高，空間分析容易等優(yōu)點(diǎn)，模型圖如圖所示：地方志數(shù)據(jù)模型地方志要

地方志要

抵類地方志要

素類主題關(guān)聯(lián)時(shí)間主題多媒休圖1地方志數(shù)據(jù)模型圖地理要素的空間屬性通過(guò)標(biāo)識(shí)號(hào)（D）l與主題屬性、描時(shí)間主題多媒休圖1地方志數(shù)據(jù)模型圖地理要素的空間屬性通過(guò)標(biāo)識(shí)號(hào)（D）l與主題屬性、描述屬性聯(lián)系起來(lái)。多媒體數(shù)據(jù)是，它描述的是某個(gè)具體的幾何對(duì)象或非幾何對(duì)象。它在數(shù)據(jù)庫(kù)中的存儲(chǔ)OBs）的形式作為對(duì)象屬性主題屬性數(shù)據(jù)的一種可以以大字段（bLW.表中的一個(gè)字段。時(shí)間屬性（歷史信息）主描述某個(gè)實(shí)體在某個(gè)時(shí)間點(diǎn)所發(fā)生的時(shí)間，對(duì)于某類對(duì)象的歷史信息應(yīng)該建立一個(gè)統(tǒng)一的歷,，、亠亠丄—紐，亠亠肉也.質(zhì)屋：..—、、，一史信息描述表F通過(guò)關(guān)鍵字與對(duì)象的屬性信息表建立關(guān)聯(lián)士亜阜土令疋，這樣面向?qū)嶓w的地方志數(shù)據(jù)模型統(tǒng)一管理所有的地方志信息，把實(shí)體的空間屬性、描述屬性數(shù)據(jù)、多媒體屬性數(shù)據(jù)和時(shí)間屬性數(shù)據(jù)有機(jī)地統(tǒng)一起來(lái)。國(guó)家空間基礎(chǔ)地理信息國(guó)家空間基礎(chǔ)地理信息以地理環(huán)境中的完整實(shí)體為對(duì)象進(jìn)行描述，是地理環(huán)境信息的組成部分。國(guó)家空間基礎(chǔ)地理信息要素可以分為：測(cè)量控制點(diǎn)、工農(nóng)業(yè)及社會(huì)文化設(shè)施、居民地及附屬設(shè)施、陸地交通，管線、水域/陸地，海底地貌及底質(zhì)，礁石、沉船、障礙物、水文、陸地地貌及土質(zhì)、境界與政區(qū)、植被、地磁要素、注記等幾大類［2。］從國(guó)家空間基礎(chǔ)地理信息應(yīng)用的角度出發(fā)，主要是以數(shù)字地圖數(shù)據(jù)格式的類型來(lái)進(jìn)行分類，可以分為兩大類：數(shù)字地圖矢量數(shù)據(jù)和數(shù)字地圖柵格數(shù)據(jù)，由于地方志信息與國(guó)家空間基礎(chǔ)地理信息的融合主要是基于矢量數(shù)據(jù)的，所以本文主要討論數(shù)字地圖矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。國(guó)家空間基礎(chǔ)地理信息一般采用混合數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來(lái)定義地圖要素，它是以地形圖的標(biāo)準(zhǔn)分幅為一個(gè)工作單元（workspace），每個(gè)工作單元又分為多個(gè)要素層，每個(gè)要素層再按目標(biāo)的幾何特征分為點(diǎn)、線、面三類目標(biāo)。國(guó)家空間基礎(chǔ)地理信息按照數(shù)據(jù)內(nèi)容可以分為三類：公用數(shù)據(jù)、地圖要素?cái)?shù)據(jù)、數(shù)字高程模型數(shù)據(jù)。公用數(shù)據(jù)包括地圖的圖號(hào)、圖名、圖幅左下角點(diǎn)，坐標(biāo)系、比例尺、資料說(shuō)明等數(shù)據(jù)。地圖要素?cái)?shù)據(jù)包括屬性數(shù)據(jù)、地名數(shù)據(jù)、幾何數(shù)據(jù)和關(guān)系數(shù)據(jù)。屬性數(shù)據(jù)采用編碼描述地圖要素的分類分級(jí)和質(zhì)量、數(shù)量特征，一般以屬性文件的形式存在。其編碼結(jié)構(gòu)為組合方式，由主碼和子碼共同組成，子碼按其功能又可分為識(shí)別碼、描述碼和參數(shù)碼。每一個(gè)地圖要素有一個(gè)主碼，一個(gè)識(shí)別碼，若干描述碼和若干個(gè)參數(shù)碼構(gòu)成來(lái)描述其屬性，數(shù)據(jù)模型如圖2所示：圖2國(guó)家基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)模型兩者的區(qū)別和聯(lián)系國(guó)家空間基礎(chǔ)地理信息主要是為了建設(shè)數(shù)字地圖，它主要是提供基礎(chǔ)地理信息和空間框架基礎(chǔ)，它側(cè)重于地理要素信息的空間性。地方志信息主要是對(duì)地理要素主題屬性的描述，它比較詳盡、全面，側(cè)重于地理信息的主題性。空間基礎(chǔ)地理信息的屬性一般比較簡(jiǎn)單，主要是結(jié)構(gòu)化的屬性數(shù)據(jù)，而地方志信息的內(nèi)容比較全面、詳細(xì)，對(duì)屬性的描述比較自由，自然語(yǔ)言偏多。地方志數(shù)據(jù)的絕大部分與空間信息相關(guān)，兩者描述的實(shí)體可能一致，地方志的部分信息可以通過(guò)空間基礎(chǔ)地理信息的處理后獲得，地方志信息需要以空間基礎(chǔ)地理信息作為顯示框架和信息獲取的入口。正是地方志信息與空間基礎(chǔ)地理信息兩者之間的區(qū)別與聯(lián)系，決定了研究?jī)烧哂袡C(jī)融合的必要性與可能性。2、地方志信息與空間基礎(chǔ)地理信息融合的理論和方法支撐空間數(shù)據(jù)融合是指將同一地區(qū)不同類型、不同格式、不同來(lái)源的空間數(shù)據(jù)，采用不同的方法，重新組合專題數(shù)據(jù)，補(bǔ)充和改善物體的分類分級(jí)和屬性表達(dá)，進(jìn)一步提高物體的幾何精度，消除以下差異：（1）空間物體在不同的空間數(shù)據(jù)模型中多次采集所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)描述上的差異。（2）相同或不同的數(shù)據(jù)模型采用不同的分類分級(jí)方法采集所產(chǎn)生的要素屬性差異。（3）空間數(shù)據(jù)的應(yīng)用目的不同表現(xiàn)在要素綜合詳細(xì)程度上的差異以及多次數(shù)字化所產(chǎn)生的幾何位置差異。目前，空間數(shù)據(jù)融合的基本方法主要有：一是保持兩種空間數(shù)據(jù)各自的要素編碼和數(shù)據(jù)格式，通過(guò)對(duì)不同數(shù)據(jù)作快速切換顯示的方法實(shí)現(xiàn)不同數(shù)字地圖的共用，保持各圖種處于相互獨(dú)立的狀態(tài)。這種方法簡(jiǎn)單，但是如果兩者都是海量數(shù)據(jù)，則兩者之間的切換速度將有很大的限制。二是設(shè)計(jì)一種能融合多種數(shù)據(jù)的空間數(shù)據(jù)模型及其數(shù)據(jù)格式，研制實(shí)現(xiàn)多源數(shù)據(jù)融合的軟件，統(tǒng)一符號(hào)系統(tǒng)。

三是以一種數(shù)據(jù)編碼為基礎(chǔ)，將另一種要素?cái)U(kuò)充到該要素編碼集上，并用該要素?cái)?shù)據(jù)格式作為數(shù)據(jù)格式的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)地方志空間信息與空間基礎(chǔ)地理信息的特點(diǎn)和融合的目的，本文主要借鑒了最后一種融合方法的思想：以空間基礎(chǔ)地理信息為基礎(chǔ)，將地方志的空間信息擴(kuò)充到空間基礎(chǔ)地理信息上。3、地方志信息與空間基礎(chǔ)地理信息融合技術(shù)和方法的研究與實(shí)現(xiàn)3.1地方志空間信息與空間基礎(chǔ)地理信息的融合空間基礎(chǔ)地理信息的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是按圖幅來(lái)組織的，但地方志信息是沒(méi)有圖幅的概念的，因此實(shí)現(xiàn)兩者的融合，就需要利用網(wǎng)格空間索引的原理，將地方志信息進(jìn)行邏輯上的劃分，與空間基礎(chǔ)地理信息的圖幅相對(duì)應(yīng)。網(wǎng)格空間索引就是將矩形地理范圍平均劃分為M行N列，得到MXN個(gè)網(wǎng)格，每個(gè)網(wǎng)格區(qū)域?yàn)橐粋€(gè)索引項(xiàng)，相當(dāng)于一本書的目錄，在索引項(xiàng)中記錄了所有完全或部分落在該矩形區(qū)域內(nèi)的幾何實(shí)體的標(biāo)識(shí)，這樣對(duì)空間對(duì)象的存取都通過(guò)網(wǎng)格的索引項(xiàng)來(lái)完成，這樣就大大加圖3網(wǎng)格空間索引圖快了空間索引的查詢速度，如圖3圖3網(wǎng)格空間索引圖具體方案如下：首先依據(jù)數(shù)字地圖的圖幅信息對(duì)地方志空間信息建立空間索引，每個(gè)網(wǎng)格或者索引項(xiàng)對(duì)應(yīng)空間基礎(chǔ)地理信息中的一個(gè)圖幅。通常，一定區(qū)域范圍內(nèi)所包含的圖幅數(shù)是已知的，這樣我們就可以按照?qǐng)D幅數(shù)信息來(lái)將地方志空間信息進(jìn)行相應(yīng)地邏輯上的網(wǎng)格劃分。當(dāng)打開(kāi)某一個(gè)區(qū)域范圍的工作區(qū)或漫游到某一個(gè)圖幅時(shí)，系統(tǒng)會(huì)根據(jù)所選擇的工作區(qū)或顯示的圖幅，讀取相應(yīng)網(wǎng)格內(nèi)的地方志空間信息，并與空間基礎(chǔ)地理信息進(jìn)行匹配，如果匹配成功，則以空間基礎(chǔ)地理信息為標(biāo)準(zhǔn)，并通過(guò)關(guān)鍵字將該地理要素與地方志信息進(jìn)行關(guān)聯(lián)。如果空間基礎(chǔ)地理信息沒(méi)有與之相匹配的，則直接將地方志信息中的空間信息在圖上進(jìn)行繪制。為了全方位對(duì)地理要素進(jìn)行表達(dá)和描述，以空間基礎(chǔ)地理信息為基礎(chǔ)的數(shù)字地圖數(shù)據(jù)是以系列比例尺的地圖數(shù)據(jù)進(jìn)行采集和組織的。每種系列比例尺數(shù)據(jù)都代表著數(shù)據(jù)的不同精度和詳細(xì)程度，也對(duì)應(yīng)著相應(yīng)的可視化表達(dá)形式。比如，城市交通地理要素，在較小的比例尺地圖數(shù)據(jù)中是線要素，在地圖上是以一維的線段表示的，而在大比例地圖數(shù)據(jù)中，城市道路則是面要素，在地圖上是以具有一定寬度的面狀實(shí)體來(lái)表示的。而地方志信息則沒(méi)有比例尺的概念，實(shí)現(xiàn)空間基礎(chǔ)地理信息與地方志信息的融合，則必須解決兩者在這方面的差異。本文提出的解決辦法是：在地方志信息數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，每個(gè)地志要素類都對(duì)應(yīng)于一個(gè)符號(hào)樣式表，表結(jié)構(gòu)如表1所示。每種符號(hào)樣式都對(duì)應(yīng)于數(shù)字地圖的某一個(gè)系列比例尺地圖數(shù)據(jù)，符號(hào)樣式編碼與地形符號(hào)庫(kù)中相應(yīng)符號(hào)編碼相對(duì)應(yīng)。比如在1：10萬(wàn)以下的小比例尺地圖數(shù)據(jù)中，地方志信息中的交通樞紐使用鐵路線符號(hào)樣式進(jìn)行繪制，而在大于1：5萬(wàn)的大比例尺地圖數(shù)據(jù)則采用鐵路的面符號(hào)樣式進(jìn)行繪制。DbjecllDSDEilerang?r表1符號(hào)樣式表3.2地方志主題信息與空間基礎(chǔ)地理信息的融合地方志信息的主要任務(wù)和主要特點(diǎn)就是對(duì)地理要素的主題屬性進(jìn)行全面、詳細(xì)、多方式的描述，側(cè)重于對(duì)地理要素的主題描述［3。］由于地方志信息中的地理要素的描述屬性、多媒體屬性、歷史屬性都是以對(duì)象屬性表來(lái)進(jìn)行表示的，所以空間基礎(chǔ)地理信息與地方志主題信息的融合實(shí)質(zhì)上是空間基礎(chǔ)地理信息與地方志信息中地理要素屬性表的關(guān)聯(lián)。在空間基礎(chǔ)地理信息中，每個(gè)圖層都對(duì)應(yīng)于一個(gè)坐標(biāo)數(shù)據(jù)文件（?？zb），文件中記錄著圖元的標(biāo)識(shí)符和坐標(biāo)數(shù)據(jù)，而屬性數(shù)據(jù)是以屬性文件的形式存在的，空間數(shù)據(jù)與屬性數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)是通過(guò)要素的標(biāo)識(shí)碼來(lái)實(shí)現(xiàn)的，同樣的道理，我們可以通過(guò)在地方志地理要素屬性表中的要素編碼與空間基礎(chǔ)地理信息中的坐標(biāo)數(shù)據(jù)文件中圖元編號(hào)進(jìn)行關(guān)聯(lián)，這樣也有利于我們對(duì)地方志進(jìn)行從空間到主題屬性的查詢檢索，比如想要查詢鄭州的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)情況，那么就可以通過(guò)在圖上單擊鄭州獲得各方面相關(guān)情況以及視頻、音像資料，來(lái)進(jìn)行綜合分析判定。另外，如果地方志信息所描述的實(shí)體與空間基礎(chǔ)地理信息描述的實(shí)體相一致，地方志的部分信息也可以從空間基礎(chǔ)地理信息處理的結(jié)果中獲得。主要有以下兩種類型：（1）地方志要素的空間信息直接從空間基礎(chǔ)地理信息繼承和獲取；（2）對(duì)空間基礎(chǔ)地理信息中地理要素的屬性信息進(jìn)行綜合、集成來(lái)獲得，比如：對(duì)于某條河流，可以從這條河流的屬性信息：長(zhǎng)、寬、水深、流速、河流底質(zhì)、結(jié)冰和解凍時(shí)期、泛濫時(shí)期等來(lái)獲取該河流的經(jīng)濟(jì)利用價(jià)值。3.3地方志時(shí)間信息與空間基礎(chǔ)地理信息的融合地方志的時(shí)間信息指空間實(shí)體在某個(gè)時(shí)間點(diǎn)所發(fā)生的比較重大的事件，通常用笛卡爾坐標(biāo)系來(lái)表示，該坐標(biāo)系有時(shí)間軸、空間軸和主題軸組成。一般以時(shí)間軸為主軸，這樣更能了解空間實(shí)體變化發(fā)展的歷史，以及對(duì)未來(lái)的決策所產(chǎn)生的影響，如圖4所示：根據(jù)圖示的坐標(biāo)軸結(jié)構(gòu)，我們可以在地方志數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中設(shè)計(jì)一個(gè)時(shí)間表，如表2所示。該表記錄著一定時(shí)間跨度范圍內(nèi)，所有發(fā)生比較重大事件的時(shí)間節(jié)點(diǎn)，每個(gè)時(shí)間節(jié)點(diǎn)都對(duì)應(yīng)著發(fā)生重大事件的圖元編號(hào)，這些圖元與空間基礎(chǔ)地理信息中的地理要素圖元進(jìn)行關(guān)聯(lián)，然后通過(guò)上節(jié)中介紹的地方志時(shí)間信息與空間基礎(chǔ)地理信息融合的方法，實(shí)現(xiàn)地方志地理要素屬性表與空間基礎(chǔ)地理信息中的地理要素圖元進(jìn)行關(guān)聯(lián)，這樣我們就建立了一個(gè)時(shí)間屬性、空間屬性、主題屬性上的邏輯統(tǒng)一體，實(shí)現(xiàn)了地方志時(shí)間信息與空間基礎(chǔ)地理信息的融合。TimenodeCl