CN1238820C - 基于地理信息系统的城市基本实体编码方法 - Google Patents

Abstract

一种涉及信息技术应用领域，尤指一种基于地理信息系统的城市基本实体编码方法。该装置由城市基本实体矢量图、地理空间数据库及计算机软硬件组成；该方法应用地理信息系统技术，将城市基本实体抽象为基本几何图形要素点、线、面的矢量图，再通过编制网格图，计算实体位置点，用计算机编程完成城市基本实体编码。本发明的优点：该方法满足编码一致性、唯一性的要求，具有很好的可扩展性；编码由计算机自动完成，可以保证编码工作的高效和编码规则的完全统一；代码产生的方式基于实体在城市中的地理位置，所产生的编码与城市坐标值或经纬度无直接的关系，代码可公开、广泛地使用。

Description

基于地理信息系统的城市基本实体编码方法

技术领域

本发明涉及一种信息技术应用领域，尤指一种基于地理信息系统的城市基本实体编码方法的实现。

背景技术

地理信息系统GIS(Geographic Information System)是以地理空间数据库为基础，在计算机软硬件的支持下，对空间相关数据进行采集、管理、操作、分析、模拟和显示，并采用地理模型分析方法，适时提供多种空间和动态的地理信息，为地理研究和地理决策服务而建立起来的计算机技术系统。利用GIS技术可以掌握和地理位置相关事物的空间位置、影响范围以及在一定的地理范围内各事物之间相互产生的影响，还可以据此对城市的规划和发展做出正确模拟和预测。城市基本实体是指在城市中产生信息的地理基本要素，如城市道路、交叉口，或是按照应用要求设定的地理范围，如城市街坊、某些城市基础设施服务范围等。在GIS系统中，这些实体可以根据需要被抽象为基本几何图形要素点、线、面，并以此形成的矢量图来表达城市基本实体的地理分布形态。

随着城市建设和经济的发展，地理信息的共享已经成为发展城市信息化、提高城市规划、建设和管理水平的重要手段。而对城市基本实体进行标准化编码是实施实体信息共享的必要条件之一。例如，要实施道路信息的共享，数据维护单位必须应用标准的道路编码供数据使用单位进行链接和引用。

长久以来，对城市各类实体进行编码，主要采用人为划分区域，人为分配编码值的方式。为满足编码的唯一性要求，对实体增长的对策主要是人为预留编码的方式。对于城市建设快速发展的今天，不仅城市的旧城改造会引起实体数量和位置的变化，而且城市的市郊结合部建设发展非常之快，按常规则预留的编码一般不能满足实体变化和增长的需要。为满足实体编码唯一性要求，只能临时采用特殊方式对超过预留数的实体进行编码，从而破坏了编码规则的一致性，造成编码方式的多重性。此外，传统的编码方式是由人根据预设的原则和条件进行编码，不可避免地含有人为因素。尤其当由不同的人进行编码时可能会产生仅大原则相同的不同代码，从而影响编码的规律性。

一个实用的编码必须具备一致性、唯一性和扩展性。作为理想的编码体系还必须具有客观性和普遍适用性原则。现行的很多编码方式存在缺陷的原因在于：1)从单一要素或局部区域应用，缺乏整体性研究；2)在技术层面上没有找到一种兼顾并体现编码原则的编码方法和计算机辅助自动化编码的算法。

发明内容

为了克服上述不足之处，本发明的主要目的旨在提供一种城市基本实体编码方法，即根据实体在城市中的地理位置并按照规定算法，利用计算机技术进行代码生成的方式。

本发明要解决的技术问题是：基本实体矢量图制作，调查和实验确定实体位置点之间的最小距离，根据城市形态确定城市网格形态并制作城市网格图，并确定整个编码长度和结构等技术问题。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：该装置由城市基本实体矢量图、地理空间数据库及计算机软硬件环境组成。

城市基本实体是城市中产生信息的地理基本要素，在地理信息系统中，实体抽象为基本几何图形要素点、线、面，形成实体矢量图，可以表现城市基本实体的地理分布形态。城市基本实体编码方法是利用实体在城市中的地理位置，通过地理信息系统软件技术、规定算法及代码生成的方式完成。

一种基于地理信息系统的城市基本实体编码方法，该方法利用计算机和地理信息系统技术对城市基本实体进行编码，即利用地理信息系统技术将城市中产生信息的城市基本实体抽象为基本几何图形要素点、线、面，形成矢量图，对矢量图中每一基本实体比照其位置点在反映城市形态的基本网格图中的对应位置来完成实体代码的编制，具体工作步骤是：

步骤1.基本实体矢量图制作：

1)对编码实体图形进行特征定义，决定实体抽象形式(点、线、面)，将其转换为基本几何要素点、线、面(多边形)矢量图；

2)然后根据城市数字化地图制作实体的逻辑特征图，为点、线、面(多边形)的计算机矢量图，简称实体矢量图；

步骤2.类型分辨：

1)实体类型是线、面(多边形)，先进行实体位置点计算；

2)实体类型是点，可直接进行编码计算；

步骤3.实体位置点计算：

1)根据被编码实体在城市中的实际形态，可以将其抽象为点、线、面的形态；

2)对于每一个抽象形式的实体，都定义其上存在一个位置点，用作编码的依据；

3)采用下列方式对抽象实体求出位置点：

点的位置点就在自身的位置；单折线(单段折线)为两端连成直线的中点；多折线(多段单折线组成)是多折线中点所处位置的单折线的中点；面(多边形)是按照规定的算法，是选择位于多边形内的一个点；

步骤4.测定单元间最小距离：

1)对于同类实体，需要进行实体间位置点最小距离的测定；

2)如果需要编码的有几类实体且属同一系列，则每一类都要测定单元间最小距离，最终取其中最小值者；

步骤5.网格生成：

1)首先根据编码实施区域的范围和形态划分编码区域，编码区域的基本形状为平行四边形，编码区域根据实施区域的形态划分为2或4个分区；

2)然后根据编码区域和同类单元位置点间最小距离制作编码网格图；

步骤6.编码计算：

1)利用实体的矢量图和编码网格图计算出实体的编码，整个编码工作步骤都是被设计在计算机和GIS软件的支持下完成的；

2)编码的计算依据编码实体位置点所处的网格位置，对于一个编码实体总可以找到它的位置点在编码网格中的位置；

3)编码全部使用数字字符，整个编码结构为：

类别码+分区码+基本网格码+细分码

其中：

类别码用于一个编码体系中不同类实体的区别，如道路为1，路段为2；

分区码取实体位置点所在区域的分区值；

基本网格码取实体位置点所在网格的位置序列值，由X向位置序列值和Y向位置序列值共同组成，序列值字符化后应等长，不足部分以字符“0”补足；

细分码的值取之实体位置点在细分网格中的位置值；

4)对每一个实体对照其位置点，分别算出编码的各个组成部分；

5)最后合并构成完整的编码；

步骤7.编码存储：

编码与实体图形共同记录在制定的数据库中。

所述的基于地理信息系统的城市基本实体编码方法的各类实体位置点C计算的方法为：

1)点类实体P在城市坐标系中的描述为P(x，y)，其中x为横坐标值、y为纵坐标值：C＝P(x，y)

2)单根折线类实体(简称单折线)L在城市坐标系中的描述为L(P1(x1，y1)，P2(x2，y2)，...，Pn(xn，yn))，L由一组点P1...Pn连接的直线组成，其中P(x，y)为折线拐点在坐标系中的位置，x为横坐标值、y纵坐标值：

C＝P((x1-xn)/2+x1，(y1-yn)/2+y1)

3)多根折线类实体(简称多折线)L在城市坐标系中的描述为L(L1(c1)，L2(c2)，...，Lm(cm)，...，Ln(cn))，由一组单折线L1...Ln组成，其中cm为单折线位置点在坐标系中的位置：

C＝P(cm)  P(L(long/2))∈Lm

其中：long为实体的总长度，Lm是实体总长的中点所在的折线段，∈为属于；

4)多边形(又称面)类实体P在城市坐标系中的描述为P(P1(x1，y1)，P2(x2，y2)，...，Pn(xn，yn))，由一组点P1...Pn连接而成的封闭折线形成，其计算步骤是：

a)首先计算多边形坐标范围的中心点Pcenter：

设实体P在坐标系中X的最大值为xmax，最小值为xmin，Y的最大值为ymax，最小值为ymin：

Pcenter＝P((xmax-xmin)/2，(ymax-ymin)/2)

b)如果Pcenter∈多边形P(Pcenter在多边形内)，

则C＝Pcenter；

c)否则(Pcenter在多边形外)，在离Pcenter最近的多边形与y轴相交的两个交点中间生成位置点C：

y＝(ymax-ymin)/2；

所述的基于地理信息系统的城市基本实体编码方法的网格生成方法，是根据城市形态生成的分区域和单元间最小距离Dt计算出编码网格，具体工作步骤是：

1)第一层基本网格：

根据四边形形态建立边长为a的正方形网格，网格Y向等距分配，X向网格自上而下起始点等距后移，后移规律符合四边形Y向边的斜率k：

2)第二层细分网格：

根据编码区域范围的大小和同类单元间允许的最小间距决定网格是否需要细分；其细分步骤是：

a)、如果基本网格边长

已经满足同类单元位置点间距小于最小距离Dt，即， $a*\sqrt{2}<\mathrm{Dt},$ 不需要在绘制细分网格；

b)、如果基本网格边长

大于Dt，则需对每个基本网格进行细分，可以进行3×3细分或10×10细分，要点是保证细分后

小于Dt。

本发明的有益效果是：基本实体编码方法满足编码一致性、唯一性的要求，具有很好的可扩展性，对于城市基本实体具备客观性和普遍适用性，可以由此形成一个城市的编码体系；编码由计算机自动完成，可以保证编码工作的高效和编码规则的完全统一；代码产生的方式基于实体在城市中的地理位置，所产生的编码与城市坐标值或经纬度无直接的关系，代码可公开、广泛地使用，不存在安全问题。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

附图1是本发明编码工作流程方框图；

附图2是本发明网格基本形态设置示意图；

附图3是本发明基本网格形态示意图；

附图4是本发明细分网格一示意图；

附图5是本发明细分网格二示意图；

附图6是本发明单根折线位置点计算示意图；

附图7是本发明多根折线位置点计算示意图；

附图8是本发明多边形位置点计算P在多边形内的示意图；

附图9是本发明多边形位置点计算P在多边形外的示意图；

附图10是本发明的实施例之一道路示意图；

附图11是本发明的实施例之二上海市区域网格形态示意图。

附图中标号说明：

1-基本实体矢量图制作；

2-类型分辩；

3-实体位置点计算；

4-单元间最小距离Dt测定；

5-网格生成；

6-编码计算；

7-编码存储。

具体实施方式

请参阅附图1、2、3、4、5所示，本发明由城市基本实体矢量图、地理空间数据库及计算机软硬件等环境组成。

一种基于地理信息系统的城市基本实体编码方法，该方法应用地理信息系统技术，将在城市中产生信息的地理基本要素—城市基本实体抽象为基本几何图形要素点、线、面，形成矢量图，并结合规定算法，利用计算机软硬件完成城市各类基本实体代码编制。具体工作步骤是：

步骤1.基本实体矢量图制作1的步骤为：

1)首先对编码实体图形进行特征定义，决定实体抽象形式(点、线、面)，将其转换为基本几何要素点、线、面矢量(多边形)图；

2)然后根据城市数字化地图制作实体的逻辑特征图，为点、线、面(多边形)的计算机矢量图，简称实体矢量图；

步骤2.类型分辨2的步骤为：

1)实体类型为线、面，先进行实体位置点计算；

2)实体类型是点，可直接进行编码计算；

步骤3.实体位置点计算3的步骤为：

1)根据被编码实体在城市中的实际形态，可以将其抽象为点、线、面的形态；

2)对于每一个抽象形式的实体，都定义其上存在一个位置点，用作编码的依据；

3)采用下列方式对抽象实体求出位置点：

点的位置点就在自身的位置；单折线(单段折线)是两端连成直线的中点；多折线(多段单折线组成)—多折线中点所在单折线的中点；面或多边形—按照规定的算法是位于多边形内的一个点；

步骤4.单元间最小距离Dt测定4的步骤为：

1)进行同类实体位置点间最小距离的测定；

2)如果有几类实体需要编码且属同一系列，则每一类都要测定单元间最小距离，最终取其中最小值者；

步骤5.网格生成5的步骤为：

请参阅附图2所示，可以分成1、2、3、4四个部分的分区，然后根据象限区和单元间最小距离Dt计算出编码网格；

1)首先根据编码实施区域的范围和形态划分编码区域，编码区域的基本形状为平行四边形，编码区域根据实施区域的形态划分为2或4个分区；

2)然后根据编码区域和同类单元位置点间最小距离制作编码网格图；

步骤6.编码计算6的步骤为：

1)利用实体的矢量图和编码网格图计算出实体的编码，整个编码工作步骤都是被设计在计算机和GIS软件的支持下完成的；

2)编码的计算主要依据编码实体位置点所处的网格位置，对于一个编码实体总可以找到它的位置点在编码网格中的位置；

3)编码全部使用数字字符，整个编码结构为：

(类别码)+分区码+基本网格码+细分码

其中：

类别码用于一个编码体系中不同类实体的区别；

分区码取实体位置点所在区域的分区值；

网格码取实体位置点所在网格的位置序列值，由X向位置序列值和Y向位置序列值共同组成，序列值字符化后应等长，不足部分以字符“0”补足；基本网格码取实体位置点所在网格的位置序列值；

细分码的值取之实体位置点在细分网格中的位置值；

4)对每一个实体对照其位置点，分别算出编码的各个组成部分，最后合并构成完整的编码；

步骤7.编码存储7的步骤为：

编码与实体图形共同记录在制定的数据库中。附图1中的虚线及虚线框图表示为基本实体编码流程的结果。所述的基于地理信息系统的城市基本实体编码方法的各类实体位置点C计算的方法，其具体工作步骤是：

1)点类实体P在城市坐标系中的描述为P(x，y)，其中x为横坐标值、y为纵坐标值：C＝P(x，y)

2)请参阅附图6所示，单根折线类实体(简称单折线)L在城市坐标系中的描述为L(P1(x1，y1)，P2(x2，y2)，...，Pn(xn，yn))，L由一组点P1...Pn连接的直线组成，其中P(x，y)为折线拐点在坐标系中的位置，x为横坐标值、y纵坐标值：

C＝P((x1-xn)/2+x1，(y1-yn)/2+y1)

3)请参阅附图7所示，多根折线类实体(简称多折线)L在城市坐标系中的描述为L(L1(c1)，L2(c2)，...，Lm(cm)，...，Ln(cn))，由一组单折线L1...Ln组成，其中cm为单折线位置点在坐标系中的位置：

C＝P(cm)  P(L(long/2))∈Lm(long为实体的总长度，Lm是实体总长的中点所在的折线段)，∈意为属于；

4)请参阅附图8、9所示，多边形(又称面)类实体P在城市坐标系中的描述为P(P1(x1，y1)，P2(x2，y2)，...，Pn(xn，yn))，由一组点P1...Pn连接而成的封闭折线形成，其计算步骤是：

a)首先计算多边形坐标范围的中心点Pcenter：

设实体P在坐标系中X的最大值为xmax，最小值为xmin，Y的最大值为ymax，最小值为ymin：

Pcenter＝P((xmax-xmin)/2，(ymax-ymin)/2)

b)如果Pcenter∈多边形P(Pcenter在多边形内)，

则C=Pcenter；

c)否则(Pcenter在多边形外)，在离Pcenter最近的多边形

与y轴相交的两个交点中间生成位置点C：

y＝(ymax-ymin)/2；

所述的基于地理信息系统的城市基本实体编码方法的网格生成方法，是根据区域和单元间最小距离Dt计算出编码网格，具体工作步骤是：

1)  请参阅附图3所示，第一层基本网格：

根据四边形形态建立边长为a的正方形网格，网格Y向等

距分配，X向网格自上而下起始点等距后移，后移规律符合四边形Y向边的斜率k：

2)  请参阅附图4、5所示，第二层细分网格：

根据编码区域范围的大小和同类单元间允许的最小间距决定网格是否需要细分；其细分步骤是：

a)、如果基本网格边长

已经满足同类单元位置点间距小于最小距离Dt，即， $a*\sqrt{2}<\mathrm{Dt},$ 不需要再绘制细分网格；

b)、如果基本网格边长 大于Dt，则需对每个基本网格进行细分，可以进行3x3细分或10x10细分，要点是保证细分后 小于Dt。

请参阅附图10、11所示，以上海市道路、街坊、道路路段、道路节点实施为例：

1998年上海城市建设信息系统办公室首次推出了《上海市中心城街坊编码》、《上海市中心城道路编码》，有不少业务部门进行了参考应用，如住宅局、环卫局等。但因编码范围局限于上海市中心城区，无法覆盖全部的实际应用，编码的进一步推广和应用受到限制。为解决这个问题，我中心在前一阶段工作的基础上提出了对全市街坊、道路、道路路段、道路节点编码的想法，取得了市信息办、市技术监督局的支持，于2002年上半年立项，2002年下半年开始编码标准的研究。编码具体实施过程如下：

1.基本实体矢量图制作

(1)编码实体图形特征定义(抽象为点、线、面)

1)街坊：多边形。形成街坊的原则为：

城市化地区

城市街坊是以城市道路、铁路、河流等相对稳定的城市地理要素包围的完整地块，具体范围表示以上述要素的中心线来划分，也包括郊县的城镇区域。

非城市化地区

城镇以外的区域为非城市化地区，选取相对稳定的地理要素：等级较高的道路(包括高速公路、普通公路、区域间主要道路)；主干河流(包括主灌溉渠)等作为划分的边界；选择的原则是保证产生面积相对比较均匀的网格。

2)路段：线(单折线)。每两个最接近的自然路口(或河流)之间的道路段称为路段，采用其中心线作为路段的编码要素。

3)道路：线(多折线)；由多个路段组成，采用整个道路中心线作为道路编码要素。

4)节点：点。每个路段连接的顶点称为道路的节点。

(2)实体位置定义

除道路节点是点状要素具有明确的位置以外，街坊、道路和道路路段都是面状和线状要素，他们的具体位置是包括一系列点的集合，要在这个范围内定义出一个点作为整个实体确定编码的位置点。

具体定义和算法如下：

1)街坊—多边形实体。如果要素X最大值、最小值和Y最大值、最小值组成矩形框的中心点在街坊多边形内，这个中心点即为街坊的位置点；如果这个中心点在街坊多边形之外，则将其沿X轴移入距中心点最近位置两条多边形边的中间位置，移动后点的位置作为街坊的位置点。

2)道路节点—点实体；实体位置即是道路节点的位置。

3)道路路段—单根折线类实体；以路段的起始点和终止点为基准，生成直线，以直线的中点作为路段的位置点。

4)道路—多根折线类实体道路；道路由n个路段组成；如果道路总长的1/2的点落在第m个路段(m＜n)指定第m个路段的位置点作为道路位置点。

(3)请参阅附图10所示，为制作实际编码实体的逻辑特征图。

2.通过调查和实验确定实体位置点之间的最小距离：Dt＝25m。

3.根据城市形态确定城市网格形态并制作城市网格图，并确定整个编码长度和结构。如附图11所示，为上海市区域网格形态图。

Claims (3)

1.一种基于地理信息系统的城市基本实体编码方法，该方法用计算机和地理信息系统技术，对城市基本实体进行编码，其特征在于：将城市中产生信息的城市基本实体抽象为基本几何图形要素点、线、面，形成矢量图，对矢量图中每一基本实体比照其位置点在反映城市形态的基本网格图中的对应位置，来完成实体代码的编制，具体工作步骤是：

步骤1.基本实体矢量图制作的步骤为：

1)对编码实体图形进行特征定义，决定实体抽象形式，将其转换为基本几何要素点、线、多边形矢量图；

2)根据城市数字化地图制作实体的逻辑特征图，为点、线、多边形的计算机矢量图，简称实体矢量图；

步骤2.类型分辨的步骤为：

1)实体类型为线、多边形，先进行实体位置点计算；

2)实体类型是点，可直接进行编码计算；

步骤3.实体位置点计算的步骤为：

1)根据被编码实体在城市中的实际形态，可以将其抽象为点、线、多边形的形态；

2)对于每一个抽象形式的实体，都定义其上存在一个位置点，用作编码的依据；

3)采用下列方式对抽象实体求出位置点：

点的位置点就在自身的位置；单折线或单段折线，是两端连成直线的中点；多折线或多段单折线组成，是多折线中点所在单折线的中点；多边形是按照规定的算法，是位于多边形内的一个点；

步骤4.单元间最小距离测定的步骤为：

1)进行同类实体间位置点间最小距离的测定；

2)如果有几类实体需要编码且属同一系列，则每一类都要测定单元间最小距离，最终取其中最小值者；

步骤5.网格生成的步骤为：

1)首先根据编码实施区域的范围和形态划分编码区域，编码区域的基本形状为平行四边形，编码区域根据实施区域的形态划分为2或4个分区；

2)然后根据编码区域和同类单元位置点间最小距离制作编码网格图；

步骤6.编码计算的步骤为：

1)利用实体的矢量图和编码网格图计算出实体的编码；

2)编码的计算依据编码实体位置点所处的网格位置，对于一个编码实体总可以找到它的位置点在编码网格中的位置；

3)整个编码结构为：

类别码+区分码+基本网格码+细分码

其中：

类别码用于一个编码体系中不同类实体的区别；

区分码取实体位置点所在象限区域的值；

基本网格码取实体位置点所在网格的位置序列值；

细分码的值取之实体位置点在细分网格中的位置值；

4)对每一个实体对照其位置点，分别算出编码的各个组成部分；

5)最后合并构成完整的编码；

步骤7.编码存储的步骤为：

编码与实体图形共同记录在制定的数据库中。

2.根据权利要求1所述的基于地理信息系统的城市基本实体编码方法，其特征在于：所述的实体位置点C计算的方法，其具体工作步骤是：

1)点类实体P在城市坐标系中的描述为P(x，y)，其中x为横坐标值、y为纵坐标值：C＝P(x，y)

2)单根折线类实体L在城市坐标系中的描述为

L(P1(x1，y1)，P2(x2，y2)，…，Pn(xn，yn))，L由一组点P1…Pn连接的直线组成，

其中P(x，y)为折线拐点在坐标系中的位置，x为横坐标值、y为纵坐标值：

C＝P((x1-xn)/2+x1，(y1-yn)/2+y1)

3)多根折线类实体L在城市坐标系中的描述为L(L1(c1)，L2(c2)，...，Lm(cm)，...，Ln(cn))，由一组单折线L1...Ln组成，其中cm为单折线位置点在坐标系中的位置：

其中：long为实体的总长度，

      Lm是实体总长中点所在的折线段)；

4)多边形类实体P在城市坐标系中的描述为P(P1(x1，y1)，P2(x2，y2)，...，Pn(xn，yn))，由一组点P1...Pn连接而成的封闭折线形成，其计算步骤是：

a)、首先计算多边形坐标范围的中心点Pcenter：设实体P在坐标系中X的最大值为xmax，最小值为xmin，Y的最大值为ymax，最小值为ymin：Pcenter＝P((xmax-xmin)/2，(ymax-ymin)/2)

b)、如果Pcenter

多边形P，Pcenter在多边形内，则C＝Pcenter；

c)、否则表明Pcenter在多边形外，在离Pcenter最近的多边形与y轴相交的两个交点中间生成位置点C：

y＝(ymax-ymin)/2

3．根据权利要求1所述的基于地理信息系统的城市基本实体编码方法，其特征在于：所述的网格生成方法是根据城市形态生成的分区和单元间最小距离Dt计算出编码网格，具体工作步骤是：

1)第一层基本网格：

根据四边形形态建立边长为a的正方形网格，网格Y向等距分配，X向网格自上而下起始点等距后移，后移规律符合四边形Y向边的斜率k：

2)第二层细分网格：

根据编码区域范围的大小和同类单元间允许的最小间距决定网格是否需要细分；其细分步骤是：

a)、基本网格边长

已经满足同类单元位置点间距小于最小距离Dt，即， $a*\sqrt{2}<\mathrm{Dt},$ 不需要再绘制细分网格；

b)、如果基本网格边长 大于Dt，则需对每个基本网格进行细分，可以进行3×3细分或10×10细分，要点是保证细分后

小于Dt。

Images