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GIS应用开发中图形数据的组织
吴健华 崔秉良 方锋 撰稿

　
【摘要】 数据是应用系统的“血液”，GIS应用系统中图形数据组织的好坏直接关系到系统的生命力。本文首先研究了常用的图形数据管理模式，进而就GIS应用开发中如何用索引表有效地组织图形数据文件进行了探讨。
【关键词】 GIS 图形分层 图形分幅 索引
　　1 引言
　　在GIS应用系统中，数据是组成系统的四元素之一（四元素棗计算机硬件、软件、数据、用户［1］），GIS应用本身也体现为对地理数据的处理：数据采集、编辑、存储、管理、分析、显示与制图［1］，因而组建一个GIS应用系统，往往要投入大量的人力、物力进行数据建设。据统计，国外GIS工程建设中，硬件、软件、应用开发（包括数据采集录入）的投资比例为1:2:10，国内硬件＋软件与应用开发的投资比例为1:2?.5［2］。
　　GIS应用系统与一般的应用系统不同，大量的基础数据在建立系统时就需要录入，系统运行中新的数据将在这些数据的基础上生成。包含大量的图形数据是GIS应用系统的另一个显著特点。顾及图形数据本身的特点，系统的数据组织与纯属性数据的组织有很大不同。不过尽管各种GIS平台的底层数据结构千差万别，应用开发中图形数据的组织却有类通之处。本文即是从这个观点出发，讨论了几种图形数据在应用开发时的组织方法。
　　2 图形数据分层
　　2.1 图形数据分层的思想与作用
　　按图形对象的属性、类型将它们划分为不同的集合（层），显示时叠置在同一界面上，仍给人以一张图的印象，这是图形分层的基本思想［3］。将图形分层有以下优点：
　　(1) 使数据的含义明确可分辨。显然，若将普通地形图的所有信息存储在一个文件（层）中，数据会变得混杂而难以区分；
　　(2) 若被分析处理的数据的只涉及到所有数据中的几种，图形分层可以减少内外存数据交换量，提高系统效率；
　　(3) 在某些情况下，数据分层后容易获得理想的显示效果。例如在GIS平台不提供透视功能的时候，将填充的面状对象与其它对象叠置时就必须考虑面覆盖的问题。
　　2.2 图形数据分层的方法
　　图形数据如何分层要根据图形的具体特征确定，在下面介绍的四种方法中，前两种是以图形的逻辑特征划分，后两种以存储（物理）特征划分。
　　(1) 以属性分层 例如普通地形图，在录入系统时一般将各类要素分层，其属性数据可以用基于关系数据库模型的数据结构存储，便于检索与管理；
　　(2) 以图形对象类型分层 这种方法主要考虑图形的特点，如将点状对象（电杆、水塔）、线状对象（公路、沟渠）与面状对象（水体、用地）分层存放，从而使图形的显示容易控制。通常将它与(1)综合使用；
　　(3) 独立存储 各层数据各自存放在独立的文件中，文件内只包含具有相同属性的数据，易于管理。例如：MapInfo系统中一个Map可由多个Layer组成，但每一个Layer存储为一个文件［4］；
　　(4) 混合存储 一个文件存放多层数据，系统在内部提供分层管理机制（例如：在Microstation系统中每个.dgn文件都可划分为63层［5］，Geographic软件则提供了将这些层重新组合的方法［6］）；有时即使系统平台未提供这种内部分层机制，为了操作方便也需编制程序根据属性特征将图形分层（例如MapInfo系统不提供同时选择不同Layer上图形元素的方法，只能用程序控制分层实现）。混合存储可以减少图形文件的数量。
　　2.3 图形数据分层的缺点
　　图形数据分层被应用于所有的GIS应用系统，但它也存在一些问题：
　　(1) 分层过多增加了用户操作的步骤，许多时候用户无法一次获取所需要的所有信息；
　　(2) 分层使一些程序处理变得复杂；
　　(3) 如2.2(4)所述，对于一些GIS平台，分层带来操作上的不便。
　　在4中，本文将讨论这些问题的解决办法。
　　3 图形数据分幅
　　依所在位置将图形对象划分为不同的集合，体现了图形分幅的思想［3］。GIS平台一般都支持在一个界面下显示多幅地图，因此图形分幅后仍可以提供给用户一个统一的视图。
　　3.1 图形数据分幅的优点
　　(1) 将大数据量的图形数据分存于适当数量的文件中，可以平衡文件的大小，方便于数据输入/输出与传输共享；
　　(2) 适当的分幅可以使用户致力于所关心区域内的信息，提高应用效率。
　　3.2 图形数据分幅的方法
　　有多种图形分幅的方法，这里介绍以下两种：
　　(1) 等间隔分幅法 如地形图的分幅，对于小比例尺图，遵循国家规定的图幅编号规则，对于大比例尺图（如1:500、1:2000），各管理部门有自己的编号规则。这种方法完全是为了适应纸质地图的特点，对地理要素、图形对象的具体特点不加考虑，仅以地理位置范围对图形进行划分。
　　(2) 区域分幅法 如以行政区域进行分幅。这时，当用户只感兴趣某区域内图形时，他可以“滤掉”其它区域的图形。图幅编号一般考虑区域的特征，如名称等。这种分幅法可能因区域的覆盖范围、复杂程度不同而造成文件大小的较大差异。
　　3.3 图形数据分幅的缺点
　　将图形数据分幅存放也存在一些缺点：
　　(1) 等间隔分幅法损害了地理要素的完整性，会引起拼幅、拓朴关系维护、拓朴分析方面的困难；
　　(2) 区域分幅法不能使数据均匀分布到各文件中；
　　(3) 分幅过多有利于数据的输入/输出，但给用户操作带来了麻烦，不熟悉系统的用户往往对繁多的文件难以适存。
　　4 图形数据文件的索引管理
　　图形数据分层、分幅存储于不同文件中，便于数据的规范化管理，有效地将这些文件组织起来，以可视化的人机界面提供给用户可以提高系统的使用效率。
　　4.1 分层文件索引管理
　　GIS应用系统的各层图形数据具有各自的特征，如视图的显示范围、显示形式、比例尺、各层在同一视图中的显示顺序等。另外系统一般应提供便于用户识别的内部数据文件名以对应于外部数据文件名。表1［7］是一个简略的用于管理系统中所有分层图形文件的索引表结构：


　　用户或系统对任何图层的打开（关闭）操作都自动在索引表中注册，以动态记录图层的使用情况。图1是与此相应的一个模拟的人机界面，用户可获取图层信息，并通过选择项或功能按钮控制图层的显示。

 

　　4.2 分幅文件索引管理
　　分幅文件相对来说数量更多，如一个面积为1600km2的中等城市（包括郊县）有32000幅1:500的地形图，因而更有必要用索引方法来管理。
　　为分幅文件建立索引应考虑三点：
　　(1) 图号（内部文件名）与物理文件名的对应关系；
　　(2) 有装入位。分幅图数量多，往往在系统正式启用时也难以全部录入；
　　(3) 索引表应考虑图幅的划分原则，它可作为分幅导图使用［8］。
　　表2［7］是分幅文件的索引表：


表2 分幅索引表结构
可以以图幅号（以文查图）和图形区域（以图查文）两种方式查询索引表。

　　4.3 文件综合管理
　　GIS应用系统中，图形分层与分幅方法都会被用到，将上面所述的两种索引表结合使用，会达到更好的效果。表3［7］是修改后的分层索引表结构：



表3 综合分幅图的分层索引表结构

　　其中图层类型用以指明图层是否为分幅图，若是分幅图则需进一步查询分幅图的索引表（路径与外部名指明索引表的全名）。在实际应用中，用户一般只关心当前视窗内的图形，所以可截取视窗范围，在分幅索引表中查询相应的图幅进行操作（显示、关闭），省去了用户操作分幅图的步骤，从而在用户眼中，分幅图与一般的图层完全相同。
　　5 结束语
　　本文结合GIS应用开发的实践经验，提出了用文件索引管理分层图、分幅图的方法，并给出了索引表的基本结构，通过友好的人机界面，它可以在很大程度上简化用户对图形操作的过程。

不错
 

很好。

有实例参考吗？偶是个菜鸟啊

能说说文章的出处吗？

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