如何創建空間資料庫

⑴ 空間資料庫建立

在遙感圖像處理系統空間資料庫的建立過程中，由於我們的大部分資料來源於現有的地圖，因而以地圖的數據處理，採用掃描矢量化的數字化手段進行數據錄入，各種地圖處理，數據入庫工作流程可分為預處理、圖形掃描數字化、圖層數據建立拓撲關系、建屬性資料庫、圖層矢量數據與屬性數據聯接、投影轉換、圖幅拼接、圖面整飾、數據入庫九個階段。如圖7-9所示。

圖7-9 數據採集工作流程圖

（1）圖形預處理

資源信息是多源和多尺度的。毫無疑問，對這些資料的初步整理是數字化工作進程的重要一環。

本系統將採用統一的坐標系統，坐標系為1980西安坐標系，高程系為1985國家高程基準。所有的圖形數據均應該轉換到此坐標系。

（2）圖形掃描數字化

在地圖數據採集過程中，由於地圖原圖質量、內容、比例尺和掃描過程中的種種因素，根據紙介質地圖的圖形要素和彩色特徵提取的分層圖仍會帶有各種雜訊以及不需要的其他一些信息，為了獲得正確的、干凈的數據，在數字化之前，要進行二值化、去臟、光滑、斷線修補、細化處理等預處理步驟。

（3）圖層數據建立拓撲關系與圖形編輯

矢量化後的各圖層，利用ArcGIS軟體提供的功能建立拓撲關系，在建拓撲關系時會發現圖形數據錯誤，要進行編輯、修改，再重新建立拓撲關系，這一過程可能做多次，直到數據正確為止。

（4）建屬性資料庫

按已採集的屬性數據表，和標准規定格式，利用通用的資料庫管理軟體建立分層資料庫，文字型數據要按標准代碼錄入。

（5）圖層矢量數據與屬性數據聯接

按圖元編碼（用戶ID）將矢量數據與屬性數據聯接。對於已建立聯接的各類空間數據和屬性數據，通過ArcGIS 系統對它們做進一步的編輯和修改，確保資料庫的准確性和完整性。在ArcGIS 系統中，圖形數據被分成「點」、「線」、「面」三種幾何要素，它們都有各自相關的屬性，在進行拓撲處理後，這三種要素間便擁有了相關的空間拓撲結構，這種空間數據關系與相應的屬性數據是一種動態聯結關系，這也是在ArcGIS系統中能夠進行空間分析的關鍵所在。屬性數據的編輯可通過ArcGIS系統的資料庫管理系統進行數據結構定義（如數據項名稱、類型、長度等）、數據編輯（如插入、刪除、拷貝等）、數據查詢檢索等等，形成可供使用的屬性資料庫。

（6）投影轉換

同一工作區可能利用不同比例、不同投影的圖件，要對不同來源、不同時間解析度和空間解析度的點、線、面數據進行計算，在拼接圖層之前必須對它們進行投影轉換，使最終形成的圖層均投影到一個坐標系統。

（7）圖幅接邊

圖幅接邊的目的是要保持圖面數據連續性。工作區有多幅圖構成，按上述步驟每幅圖分層建立起圖層之後，要對各相鄰圖幅分層進行拼接，圖幅的接邊精度要滿足相應比例尺的國家精度要求。各圖層中線圖元或面圖元拼接後其圖元編號要進行改變，在右邊圖幅中的圖元拼接後用左邊圖幅內的圖元編號，下邊圖幅的圖元改用上邊圖幅的圖元編號。其屬性數據也要合並為一個，屬性數據結構不相同的圖元（線或面）不能進行圖幅拼接。對於一些圖面標注的內容也要做相應的調整。到現在為止，已完成了圖形庫的建立工作。拼接完成後，仍按圖幅分開儲存與管理。

（8）數據入庫

前面數據處理的目的都是為了使圖形進入GIS資料庫系統中，以作為其他應用系統的數據基礎。圖形數據將採用空間數據管理方式、利用系統軟體將所有圖形及屬性統一存放於Oracle之中。

（9）圖件輸出與圖面整飾

在每一圖幅數字化完成後，或工作區各圖幅分層拼接之後，要對圖面標注內容逐一添加到圖面上。按有關圖例符號標准和用色標准對相應點、線、面圖元的線型、符號、顏色進行設置定義。再就圖名、圖例、比例尺及其圖面內容整飾後，輸出圖件成果。

（10）數據質量控制

檢查內容包括數據完整性、邏輯一致性、位置精度、屬性精度、接邊精度、現勢性等是否符合國家標准及有關技術規定。專題圖形資料庫建設質量控制的方案如下：

建立數據採集標准規范，詳細闡述不同要素的採集要求，作為數據採集的根本基準，統一採集認識。

進行數據採集人員培訓，熟練使用採集軟硬體，掌握採集規范，採集過程中填寫詳細的圖例簿，統一圖例簿格式，記錄每幅圖數據生產過程的基本情況，特別是作業時遇到的問題及處理意見，質量情況等。

數據質量控制採用分級分層管理方式，首先，數據生產操作人員在數據採集過程中嚴格遵守數據採集規范標准，採集後進行數據的第一次檢查；其次，資料庫集成人員進行第二次數據質量檢查；最後，系統總工隨機抽樣檢查。

檢查方式多種多樣，這里主要採用以下3種：屏幕視覺檢查，列印出圖檢查，查錯軟體檢查。

⑵ 建立空間資料庫的原理、方法和步驟

一、目標任務

1.主要工作任務

《1∶25萬內陸乾旱區地下水資源評價塔里木盆地地下水勘查空間資料庫》是在綜合研究已有資料的基礎上，補充野外實際工作，建立了58個標准圖幅的1∶25萬空間資料庫。

2.技術要求

採用中國地質大學開發的MAPGIS軟體平台，完全依照中國地質調查局提出的各項技術標准，執行中國地質調查局最新修訂的《西北地下水資源勘查評價空間資料庫工作指南》2.0版及其他相關標准。對選定的58幅1∶25萬標准圖幅綜合水文地質圖、地質圖、生態環境水文地質圖、地貌圖、地下水開發利用規劃圖、地下水水化學類型圖、地下水資源分布圖、平原區地下水質量分區圖、綜合水文地質剖面圖、重點流域等水位線圖等圖件進行數字化處理和空間資料庫的建立。

參考標准或引用標准:

GB 2260中華人民共和國行政區劃代碼

GB 9649地質礦產術語分類代碼

GB/14157水文地質術語

GB/T 14538-93綜合水文地質圖圖例及色標（1∶200000～1∶500000）

GB/T 14848地下水質量標准

GB/T 13923-92，國土基礎信息數據分類與代碼（中國標准出版社，1992）

DZ/T 0197-1997數字化地質圖圖層及屬性文件格式（國家行業標准）

西北地下水資源勘查評價空間資料庫工作指南

3.提交成果

1）資料庫成果（光碟匯交）:見表6-1。

2）文檔:屬性表、圖幅基本概況表、工作日誌、自檢表、互檢表、質檢組檢查表、圖面檢查表。

表6-1 成果匯交光碟物理存儲結構

3）塔里木盆地地下水勘查包括58個標准圖幅的水文地質專業圖件共7張彩色噴墨全要素圖各1張、重點流域等水位線圖3張和綜合水文地質剖面圖1張。

4）《1∶25萬內陸乾旱區地下水資源評價塔里木盆地地下水勘查空間資料庫》建庫報告一份。

二、工作方法及流程

（一）項目組織與實施

項目由新疆地質調查院組織，由水文地質工程地質、繪圖、計算機等專業技術骨幹組成，嚴格按照規范和技術要求實施。

（二）工作方法

概據任務書的要求，收集、購買已出版的塔里木盆地58幅圖的地理信息數字化成果數據，採用中國地質大學開發的MAPGIS6.1軟體平台，將此數據在經緯秒格式下進行拼接，按《西北地下水資源勘查評價空間資料庫工作指南》標准對地理屬性進行了修改。各類專業圖件經過專業人員的編圖，經審查合格後，採用彩色或灰度掃描，進行圖形數字化，做到圖元丟失率為0，誤差小於0.02mm，其精度均達到設計要求。數據在矢量化過程中以作者原圖為主的原則，屬性內容以報告和圖面內容相結合的方法採集，成果資料中沒有的不予反映。

（三）工作流程

本次資料庫建設完全按照《西北地下水資源勘查評價空間資料庫工作指南》的具體要求，對相關數據資料進行整理。在MAPGIS支持環境下完成圖形數據的輸入和編輯，利用Access系統下創建的滿足《西北地下水資源勘查評價空間資料庫工作指南》數據結構要求的數據表，完成外掛屬性數據的錄入，並實現圖層與屬性數據的連接。

1.數據信息組成

根據新疆塔里木盆地地下水勘查總體設計書的要求，確定此次工作數據信息的內容為基礎地理、基礎地質、社會經濟信息、水文地質信息（含水文地質條件、水文地質觀測、地下水資源等）、環境地質信息、元數據信息，具體的數據信息與內容見表6-2。

表6-2 主要數據類型與數據特徵

2.圖層劃分

新疆塔里木盆地空間資料庫的建設，從基礎資料圖件到成果表達圖件，多數內容涉及大量的矢量圖形。因此，標准化處理必須確定各種圖件的圖層劃分、圖元、屬性等方面的內容，以使圖形庫最大限度地達到共享。圖形分層主要考慮到便於圖形的操作、管理和計算，同時考慮數據本身的專業數據特點。圖層劃分詳見表6-3 。

表6-3 塔里木盆地地下水勘查空間資料庫圖層劃分

續表

注:#代表含水層編號，含水層未分時，#用「0」替代。

圖6-1 工作流程示意圖

3.數據准備階段

作者原圖及簡單圖件用二值或灰度，以300dpi精度掃描，復雜圖件用彩色以300DPI精度掃描。所有圖件的圖式圖例參數說明文件放入README文件夾中。

4.數據矢量化階段

放大70倍進行圖件的數字化處理。點線數字化時，要保證其准確性和自然光滑，有坐標的點採用單點展繪的方法直接投影到1∶25萬圖中，保證了精度。線數字化時，為確保拓撲時弧段不變形，未採用MAPGIS系統提供的線圓滑功能。

5.檢查矢量化圖件

噴繪數字化圖件，對照原圖進行自檢、互檢、抽檢，並由水文地質專家進行100％的檢查，確保矢量化後的圖形數據與原圖件一致性和完整性。

6.誤差校正

塔里木盆地面積大，橫跨4個帶。各帶圖件經檢查無誤後，生成基於原圖高斯北京投影帶方式的理論圖框，進行誤差校正。每標准圖幅採集13個控制點，除4個角點外，其餘點均勻分布在圖幅內。

7.無投影格式下重新拓撲

將檢查無誤的數據投影到經緯度格式。在經緯度下再進行各帶各類圖件的拼接，為確保套合精度，重新進行拓撲，錄入面屬性，再將參與做面的線從整體拓撲圖層中弧轉線中分離出來，做線屬性。

8.噴繪圖件

對參與整體拓撲的圖層進行拓撲處理、錯誤檢查、修改，然後編輯區顏色。將各圖層形成工程文件後，彩噴出圖。再由繪圖專業人員和水文地質專家對照原圖檢查，檢查出錯誤進行修改，再出圖，再次檢查，直至完全無誤，最後彩噴成果圖件。

9.填寫屬性卡片

屬性卡片的內容以原圖和原報告為主要依據。

10.錄入屬性

在MAPGIS屬性庫管理模塊中將各圖層ID號和圖元編號做唯一。

11.轉換文件格式

將經緯度格式下的屬性文件，生成E00文件，轉入ARCINFO中，形成最終的ARCINFO格式數據。

工作流程見圖6-1。

⑶ 空間資料庫建庫工作程序

1.空間坐標系統

坐標系統：採用1954北京坐標系，高斯-克呂格投影6度帶投影，帶號15，中央經線85°30′，單位為m。

高程基準：採用1956黃海高程系。

2.建庫工作程序

在實際操作過程中，採用的建庫流程參考國家數字地質圖建庫標准，結合西天山地區1：25萬地質圖圖幅要素的實際情況，創建GeoDatabase資料庫，構建各要素集和要素類，資料庫結構如圖4-3所示。在矢量化過程中，採用以線性地質要素（斷層，地質界線，岩性邊界等）矢量為起點，以線跟蹤，線拷貝為中心，最後以線轉面（Feature to Poly-gon）的方法生成各面類地質圖層，然後對臨時面文件按各地質要素進行分類，導入各圖幅的標准地質資料庫中，再進行屬性數據的錄入。

在建庫過程中，第一步，對掃描地質圖進行幾何校正。第二步，在ArcGIS Catalog平台上，按照前文討論的各地質要素數據集，各地質要素欄位創建資料庫表結構。在統一的建庫標准下建立完整的西天山地區地質圖數據結構。每一幅地質圖形成一個單獨的地質資料庫（GeoDatabase），每個庫包含相同的數據結構和欄位類型，每一個屬性表形成一個圖層，存放對應的地質幾何要素；並在各自的資料庫下增加臨時線文件、臨時面文件，用來保存第一步線形矢量化後未分類的圖形數據。

在矢量化過程中，我們首先對斷層要素進行矢量，因為斷層線性平滑，多數斷層是地層岩性的公共邊界。斷層矢量完成後緊接著對所有岩性邊界進行矢量，包括沉積岩地層、侵入岩地層和變質岩地層邊界，岩性邊界數據存入臨時線文件，是一個單獨的線要素圖層，在矢量時，如果斷層恰好是岩性邊界的界線或公共邊，這時，為保證幾何圖形拓撲一致性，我們採用 「線跟蹤」 或 「線拷貝」 的方法將公共邊界的斷層線直接拷貝至 「臨時線」 圖層。凡是作為公共邊界的線，我們都採用同樣的方法進行矢量，比如 「地質界線」圖層與其他面狀要素的公共邊界等。

完成各岩性界線的矢量後，檢查若沒有遺漏，利用ArcGIS空間分析模塊的 「線轉面」（Feature to Polygon）工具，將臨時線文件轉換為臨時面文件，設定閉合容差為10m。轉換完成後按照沉積（火山）岩、侵入岩、岩牆進行面狀要素的分類，逐一導入各自相對應的單獨的圖層中。對於脈岩（面）要素、火山機構和礦點（點）要素基本很少與其他圖層共用邊界，因此，直接對這些要素單獨進行矢量便可。最後進行圖形的質量檢查，包括劃分岩性類別檢查，幾何拓撲檢查，檢查無誤且沒有遺漏後，導入標准庫中。這樣基本完成了一幅掃描地質圖各類地質要素的圖形矢量工作，下一步，主要參考圖例、柱狀圖和地質圖說明書進行屬性錄入，如流程圖4-3所示。最後，檢查屬性數據的錄入完整無誤後，便可進行下一圖幅的矢量工作。

對於化探和航磁的數據處理可以採用多種方式，本次研究中主要採用克里金插值和主成分分析對化探、航磁數據進行處理，並結合地質礦產圖說明書相關內容將化探、航磁數據與致礦有關的信息存入空間資料庫中。上述數據的生產均在ArcGIS平台上完成。

3.空間資料庫內容

本次資源潛力評價空間資料庫包含五個要素數據集，15個要素類以及至少6個柵格數據。

地理要素數據集：使用國家基礎地理信息中心的1：25萬地形資料庫中的水系、政區、居民地和交通要素類四個要素類。

基礎地質要素數據集：包括1：25萬區域地層、侵入岩、火山岩、變質岩、構造分區、斷層、礦產7個要素類。其中，資源潛力評價預測底圖數據由地層和侵入體所定義的構造相單元屬性通過數據融合直接生成，各要素類中所包含的屬性內容及相應的數據類型應和區域成礦模型及資源評價所需要素保持一致，實現模型要求與信息的對稱，各屬性編碼參考 《全國礦產資源潛力評價數據模型數據項下屬詞規定分冊》。

物化探要素數據集：包括1：5萬航磁要素類、1：5萬地面磁法要素類、1：20萬區域化探要素類、1：5萬區域化探要素類四個要素類。

物化探柵格數據集：主要存儲由物化探要素類通過克里金插值轉換而來的柵格數據以及在空間分析過程中產生的柵格數據。

遙感柵格數據集：主要用於存儲研究區ETM＋衛星數據，是近年來在地質礦產應用特別是填圖和蝕變信息提取占據主流地位的遙感數據源。

4.資料庫質量控制

空間資料庫在數據完整性、邏輯一致性、位置精度、屬性精度、接縫精度均要求符合中國地質調查局制定的有關技術規定和標準的要求。

⑷ 空間資料庫的建立

空間資料庫包括屬性庫和圖形庫。建立圖形庫的基本方法是地圖掃描矢量化。首先將地圖掃描為柵格數據，通過柵格數據矢量化追蹤出點、線；然後進行線拓撲錯誤檢查，糾正拓撲錯誤；最後將線轉換成弧段，建立拓撲關系，形成區文件。地圖掃描矢量化具有速度快、精度高、自動化程度高等優點，正在成為 GIS 中最主要的地圖數字化方式。為滿足 GIS 分析、處理圖件的要求，還需對圖件進行處理，即通過 MapGIS 里的誤差校正功能將所有圖件調整到同一位置，便於以後的疊加分析，並通過投影變換將所有圖件標准化。詳見圖 3-33。

利用 MapGIS 屬性庫管理子模塊創建農用地分等屬性庫，具體包括單元編號、所屬鎮村、行政代碼、面積（公頃）、分等因素指標值、分等指數等單元的基本屬性（圖 3-34）。

圖3-33 MapGIS建立圖形數據效果圖

圖3-34 MapGIS屬性庫管理界面