地圖數據庫

數據主要是在具有統一比例尺和地理座標系統的地圖上按規範化、標準化要求數字化而獲取的。這就有可能在較大的區域範圍，以至全國範圍內分層次、分區域逐步建立地圖數據庫，最後進行集中的地圖數據管理。加拿大、瑞典、日本等國均以該方式建立各自的全國性地圖數據庫。地圖數據庫的建立有利於地圖數據的保存與查詢，是區域決策的一個重要數據基礎。同時也是地圖自動製圖及有關工程設計的基礎數據。

各種製圖數據的集中存儲和統一管理的實體，是計算機輔助地圖製圖系統中的重要組成部分。

地圖數據管理是地圖數據處理的核心問題，20世紀70年代以來,經歷了兩個發展階段：①文件系統階段。在此階段，地圖數據管理只能限制在文件系統水平上。文件的類型有序列文件、直接存取文件、關鍵字存取文件等。文件系統的弱點較多，如數據文件只能適用有限的幾個應用程序，管理功能弱、浪費空間、文件不易擴充、修改費時間。②數據庫系統階段。隨着計算機軟件提供了數據庫系統，以及計算機硬件提供了大容量的直接存取設備磁盤，地圖數據管理也隨之進入數據庫階段。

①具有複雜的數據模型，數據庫中的各種數據均按照特定的數據結構進行組織、存儲和管理；②確保了數據的完全獨立；③確保了數據共享的併發性、安全性和完整性；④用户可以直接與數據項打交道。

地圖數據庫的發展是為滿足信息處理領域對空間數據的需求，為適應現代社會對數字地圖產品的需求而發展起來的，它是以數據庫技術、數字地圖製圖技術、空間信息系統的發展為基礎的。國際上一些發達國家從20世紀70年代開始研究地圖數據庫技術，已建成了一些有代表性的地圖數據庫。美國1：24000地形數據庫包括地貌、水文、植被覆蓋、非植被覆蓋、境界、測量控制和標記、運輸、人工建築要素、公用土地等9類內容，是20世紀90年代末建成的，近年來開始利用共享信息進行局部或單要素的內業更新。20世紀80年代中期美國建立了全球矢量岸線數據庫。加拿大2006年建成全國人口稠密地區的1：50000地圖數據庫。這些地圖數據庫在它們國家的經濟和軍事中發揮了重要作用。

我國對數字地圖製圖的研究始於20世紀70年代末，對地圖數據庫的探討始於80年代初。80年代中期開始建立一些局部區域的地圖數據庫，90年代中期興起了地圖數據庫建立和應用的高潮。現已建成的地圖數據庫有全國範圍的1：5萬、1：25萬和1：100萬矢量地圖數據庫。至2011年7月更新豐富精化了我國1：5萬的數據內容，大幅度地提高了其現勢性，使得我國同類基礎地理信息產品居於國際先進之列。這些地圖數據庫對於滿足國家經濟建設和社會發展的需要，提高測繪地理信息的服務保障能力具有十分重要的作用和價值，同時為我國進一步開展地理國情監測奠定了數據基礎。主要的應用方面包括：用於各級政府的宏觀管理，決策支持；用於維護國家安全、主權和領土完整；用於國家宏觀資源管理、規劃、調查；用於各省建立省級基礎地理信息系統；支持科研院所、大學等科學研究項目；用於防災、減災，對各種災害的災情統計、分析等；廣泛用於商業系統和一些公益性項目，取得了巨大的經濟效益和社會效益。

地圖數據庫系統作為大量空間信息的集合，作為空間數據處理技術的代表，作為一個完整的運行系統，集軟件、數據和相關技術為一體，有着廣泛的應用領域，在普通地圖生產和應用中起着重要作用。 ^[1] 

基於地圖數據結構的特點，在建立地圖數據庫時，將矢量圖形數據、柵格圖像數據和關係型屬性數據分離存貯，這種分離存貯的方法能夠增強整個系統數據處理的靈活性。目前地圖數據的組織，空間數據和非空間數據之間的連接方式主要有：

在這種方式中，非空間數據是作為空間數據記錄的一部分進行存貯的。這種方案當非空間數據量不大時很有效。如Maplnfo的系統數據形式就是在非空間數據表中含有一個不可見的空間數據圖形對象。但是這種數據組織方式，在進行非空間數據的修改、存貯時，必須經由記錄的修改和存貯來實現。大量的非空間數據加載於空間數據之上，必然導致系統反映時間的延長，所以在大型專用地圖數據庫的丌發方案中，一般不採用這種形式。即使是為了某種需要必須使用這種方式，也會同時採用下面第二種方式進行數據採集的延續或擴展，以取得系統的最優化。

利用這種組織方式可以達到系統優化、空間數據和非空間數據有其獨守的數據庫管理子系統（DBMS），而且非空間數據之間仍可以相互分開，以不同的數據形式存放，空間數據和非空間數據間則用特定的工具聯繫，數據之間仍可以互棚訪問和定位，例如開放數據庫連接（Open Database Connectivity，簡稱ODBC）就是這種連接工具之—，現在較多的地圖應用開發工程中，如GIS軟件，也都開發了相應的ODBC工具，用以擴大系統的數據來源，其中Maplnfo就提供了這樣的工具，Intergraph則提供了RIS（Relational Interface System）這樣的產品，專門用於地圖空間數據與非空間數據之間的連接。 ^[2] 

①用户需求調查和評價。確立建庫範圍和使用目標、查詢方式、數據庫大致規模和完成期限。

②資料蒐集和評價。根據用户要求進行廣泛的資料源調查、登記造冊、並進行質量評價，編制目標資料評價表，確定基本地圖，劃定研究範圍，估算數據量。

③環境準備。地圖數據庫必須依靠機助地圖製圖系統的支持,在確定的系統規模和數據量估算基礎上，準備必須的系統硬件和配套軟件。

④地圖數據庫概念設計。主要是確定地圖數據庫的要素層、圖形特徵層、分區和命名、文件索引結構，建立控制點文件，形成數據庫的基本框架。

⑤編寫數據字典。數據字典是描述數據的信息，每一種圖形特徵層都須有一個對應的數據字典，規定出該圖形特徵層的屬性表中每一數據項的名稱、數據類型、寬度（包括小數點後面位數）、別名等。

⑥資料編輯加工。無論是圖形資料還是數據資料，在入庫前都必須進行必要的編輯加工，尤其是圖形資料。

⑦數字化和編輯。實現圖形數字的轉換，並採用聯機編輯和脱機編輯兩種方式反覆檢查、改正，最後產生淨化的數字文件，做好插入數據庫前的準備工作。屬性數據，可採用人機交互和批處理兩種方式分別入庫，最後完成屬性代碼表和圖形屬性表的聯結。

⑧插入數據庫。淨化的數字文件，需按照確定的數據庫框架插入規定的位置，全部文件插入後，數據庫才算建成。

⑨試運行。這是對數據庫進行實際測量和評價。如果發現問題，還必須返回核對原始資料，再組織重新入庫，以確保數據庫的數據質量。

⑩數據庫的運行和更新。地圖數據庫系統提供各種查詢方式和顯示方式，包括定位查詢、定性查詢、邏輯查詢等。查詢結果可以屏幕顯示，拷貝，也可以製表、打印，或採用繪圖儀輸出各種地圖。要及時地更新數據庫，以確保數據庫中數據的現勢性和可靠性。

地圖數據包括各種製圖要素的空間位置數據和對應的專題屬性數據兩大類。前者可以歸納為點、線、面3種圖形特徵數據，其中線是最基本的，點可看成是具有一個座標點的線，面是由線圍成的。它們之間的關係可以概括為弧段節點模型。每一個點、線、面圖形特徵的屬性數據都具有二維表特性。點特徵的二維表中包括點序號、用户識別號以及其他對應的專題屬性數據項；線特徵的二維表中包括線序號、用户識別號、起始節點號、終止節點號、線的長度以及對應的專題屬性數據項；面特徵的二維表中包括多邊形序號、用户識別號、周長、面積以及其他對應的專題屬性數據項。地圖數據模型是複合型，稱為關係網絡模型。開發的可適用於地圖數據庫的管理系統中，通常以關係數據庫系統為內核，外套一個網狀數據庫，並有專門的接口實現兩種數據管理方式之間的聯繫和轉換。