地图数据设计（一）：数据分层

地图制图是基于数据的，数据质量的好坏直接影响着制图成果的呈现。如果把地图制图的整个过程看成是修房子，那么分层合理、属性准确、逻辑一致的数据就是稳固的“地基”。那如何建造稳固的“地基”呢？下文将简单介绍空间数据结构，数据分层基本思想、基本原则与制图分层建议。

1. 空间数据结构

在GIS中常常把空间数据分为矢量数据、栅格数据、三维空间数据。

1.1. 矢量数据结构

矢量数据以坐标或坐标串及其连线表示空间点、线、面等几何图形的数据，是离散点坐标数据的有序集合，通过记录坐标的方式，尽可能精确地表示地理实体的空间位置。

矢量数据结构是一种最常见的图形数据结构，主要用于表示地图图形元素几何数据之间及其与属性数据之间的相互关系。

图 矢量数据示意

表 iDesktopX中常用的矢量数据集类型（二维空间）

数据集	简介	场景
点（Point）	存储为单个带有属性值的坐标对	表达在某种比例尺下很小但不能描述为线或面对象的地理要素
线（Line）	存储为一系列有序的带有属性值的坐标对	只关注地理要素的走向、长度等一维信息而不考虑其宽度和面积
面（Region）	存储为一系列有序的带有属性值的坐标对，最后一个点的（x，y）与第一个点的（x，y）相同	用来描述由一系列线段围绕而成的一个封闭的具有一定面积的地理要素
文本（Text）	存储为两部分，一部分为记录文本对象位置的坐标对（称为文本的定位点，即文本最小外接矩形的左上角点）；另一部分为文本属性，包括文本内容、字体、字号、字高、字宽、是否粗体、旋转角度、字体颜色、背景透明、固定大小等	一般用来作为地图标注或者辅助说明
CAD	存储为两部分，一部分为记录CAD对象位置的坐标对；另一部分为对象属性信息，包括对象类型、子对象总数、符号系统、文本属性等	需要在单个图层上组合几何类型和其他数据

1.2. 栅格数据结构

将地表二维平面按行、列等间隔划分为像元格网，栅格数据结构实际上就是像元阵列，即像元按矩阵形式的集合，每个像元就是栅格数据中最基本的信息存储单元，其坐标位置可以用行号和列号确定，属性由像元值表示。

栅格数据进一步可以分为栅格和影像，栅格数据集的像元值可以是任意值，如数字高程模型（DEM），其像元值就是高程值；而影像数据集的像元值（也就是灰度值）取值范围在0~255，如遥感影像。

图 栅格数据示意

表 iDesktopX中栅格数据集类型

数据集	简介	场景
栅格（Raster）	行列号确定位置，单元值确定属性的像元阵列	DEM、DSM等
影像（Image）	飞行器搭载成像仪获取的遥感影像，波段导入模式可选单个波段、多波段和合成波段	卫星影像、无人机影像
镶嵌（Mosaic）	采用元数据+原始影像文件的方式进行管理。数据集中记录影像文件的路径、轮廓、分辨率等元信息，在使用时才会根据元信息加载所需的影像文件	管理海量栅格、影像数据

 1.3. 三维空间数据结构

近年来的研究中提出了20余种三维空间构模方法，大致可以归纳为基于面模型（facial model）、基于体模型（volumetric model）和基于混合模型（mixed model）的三大类构模体系（吴立新，2003）。本专栏主要是基于二维空间的地图制图，在此就不具体介绍三维空间数据。

2. 数据分层

2.1. 基本思想

 图形数据分层的基本思想是图形按属性、类型划分为不同的图层，然后将这些图层叠加在一起来显示一幅图。这使得数据情况清晰可辨，图面负载量易于控制。

图 数据分层示意

 2.2. 基本原则

• 根据使用场景将地理信息划分为若干图层；
• 相同逻辑内容的空间信息放在一个图层；
• 逻辑内容相同但地理实体丰富多样的，采用多个空间拓扑层方式分层。

 2.3. 分层建议

表 公共应用类电子地图要素选取建议

要素大类	矢量地图	建议类型	影像地图	建议类型
定位基础	不选取		不选取
水系	河流沟渠 湖泊水库 海洋 其它水系要素	线/面	不选取
居民地及设施	居民地	面	公共服务及其设施 名胜古迹宗教设施	点
	公共服务及其设施 名胜古迹宗教设施	点
交通及设施	铁路 各级公路（专用道路除外）	线	铁路 各级公路（专用道路除外）	线
	交通设施	点/线	交通设施	点/线
管线	不选取		不选取
境界与政区	各级行政区划	线/面	各级行政区划	线
地貌	不选取		不选取
植被与土质	城市绿地	面	不选取

*上表为笔者根据《地理信息公共服务平台 电子地图数据规范》要求，结合制图经验制作。

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参考资料：

1. OSGeo中国中心，GIS原理在线教程

2. 空间数据的组织方法——图形数据分层

3. 吴立新, 史文中, Christopher, 等. 2003. 3D GIS与3D GMS中的空间构模技术 [J]. 地理与地理信息科学,19(1): 5-11.

4.《地理信息公共服务平台 电子地图数据规范（2011）》