摘要：數字測圖日益成為GIS數據的重要來源，但是由于受到傳統測圖要求的影響，使得數字測圖不能很好地滿足GIS的要求。從介紹數字測圖入手，通過分析數字測圖的作業方式、繪制思想等方面的問題，并對常用的數字測圖軟件和GIS軟件進行對比，指出兩者存在的沖突。通過分析數字測圖與GIS數據在各個方面的差異，提出GIS數據擴展模型的概念，為圖庫一體化數字測圖軟件的實現奠定了基礎。
一、前言
雖然航測、遙感等技術的發展為空間數據的獲取帶來了革命性的變化，但是在空間數據采集、動態更新，特別是在城市建設所需的大比例尺空間數據獲取方面，野外實地測量的地位還是不可動搖的。為此，近幾年的數字測圖技術、測圖軟件等發展比較迅速。同時，隨著GIS的發展，數字測圖日益成為GIS重要的數據來源，許多數字測圖的后期工程都要求建立GIS數據庫。
由于目前的測圖方法和繪圖軟件主要還是面向傳統圖形應用，數字測圖成果與GIS數據要求還存在一定的差距。數字測圖系統所提供的電子地圖（包括地形圖）與GIS數據之間的無縫接軌是當前亟待解決的難點問題之一。一方面我們擁有大量的線劃數據（如DWG格式數據），另一方面許多 GIS 系統數據匱乏。雖然許多測圖軟件系統正在努力向成圖、建庫一體化靠攏，但效果不佳。本文探索一種數據生產模式，在生產數字測圖的同時生產GIS數據，利用數字測圖與GIS數據之間的關系進行一體化生產。
二、數字測圖存在的問題
與傳統的模擬法測圖相比，隨著各種技術的發展，以全站儀等測繪儀器和計算機技術為支撐，可以建立三維數據自動采集、傳輸、處理的測量數據處理系統。也就是說，數字制圖是研究地球表面信息獲取、處理、傳輸、存儲及其表達的技術，最終得到數字式和非數字式的地圖產品。其主要應用在紙質地圖生產和屏幕地圖制圖中，強調空間地理信息的傳輸和表達。由于受傳統測圖要求的影響，數字測圖面臨以下幾點問題。
1.測站式測圖方式（以地形圖為例）
目前，大比例尺地形測繪一般采用全站儀以測站方式進行，這不僅大大減輕了測繪人員的勞動強度，而且大大提高了測量精度。但是該作業方式使得數據獲取是圍繞測站的可見區域進行，內業數據處理與圖形繪制難免帶有測站的影子。例如規則的四邊形建筑物只需測出3個點，第4點可根據其幾何特征在微
機上完成（見圖1）。還有一種常見的情況，為滿足出圖美觀，對圖形進行取舍，造成制圖對象的邏輯完整性受到損壞，如當文字注記壓蓋某線條（如道路邊線、等高線、房屋外框線）時，人為地斷開線條。所以說，外業測繪就難以構建完整的地理要素。
2.數字測圖繪制的指導思想（以地形圖為例）
測繪人員以外業采集的數據為基礎，根據地形圖圖示、地理要素分類與代碼和數據字典進行機助地形圖繪制。這就造成了地形圖的繪制模式是一種基于可視化的拼湊模式，比如在繪制一些復雜地物時，會添加輔助線以增強其可視化的效果，如填充的房屋，內部的斜線是程序生成的輔助線（見圖2 )，這會使得許多要素無要素代碼，造成分層混亂。
3.屬性數據采集
屬性數據是非空間數據，主要表示空間實體的定性（如名稱、類型、特性）和定量（數據和等級）特征在一般的數字測圖軟件中，屬性數據是通過注記或圖形的顏色、線型、大小等方式來表達的，這些內容一般直接通過圖形可視化即可表達出來，不需要屬性數據庫的支持（部分軟件本身就沒有屬性庫）。
長期以來，人們已經建立起了采集屬性數據的習慣，即按照《圖式》要求進行。但從建立地理信息系統的角度看，這些屬性數據遠遠不能滿足建立各種統計、分析模式的需要。在沒有空間數據庫支持的情況下，即使采集了屬性數據，也不能很好地與實體的ID建立有效的關聯。比如建筑物屬性數據采集，《圖式》要求標注的內容也就是名稱、材質、層數等，以上數據可以以圖形或注記的形式表示出來，但該樓的竣工時間、結構形式、用途、所屬單位、使用年限等數據卻不可能在圖面上進行表示，也是以往測量工作所忽視的。若有意識地采集這些數據，還需要測圖軟件系統的支持。否則，在建立GIS屬性庫時，屬性數據和空間數據的對應關系也將是一項非常繁瑣的工作。
三、測圖軟件與 GIS 軟件的沖突
數字測圖的理論和應用已經比較成熟，大多數的測繪軟件基本完全實現了地圖圖式上的繪圖要求，能滿足數字成圖的需要例如清華山維、廣州開思、南方CASS、北京威遠圖等。由于是針對地圖制圖，這些軟件一般都提供了數字化儀采集、掃描矢量化、多種數據格式轉換、地圖投影變換、坐標變換、幾何糾正、地圖編輯，地圖整飾、專題圖制作和輸出EPS等功能。此類軟件操作性比較強，編輯功能強大，具有很好的地形圖可視化的表達效果，但是忽視了空間數據的生成和利用，沒有考慮到數字地形圖的進一步利用和向GIS的轉換。
目前在測繪行業中產生較大影響的國外GIS軟件有Arc/Info和MapInfo等，國產GIS軟件有 MapGIS，SuperMap和GeoStar等，由于GIS類軟件具有強大的地理屬性管理的能力，因而它們主要應用在空間數據獲取和管理上。GIS類軟件的中心目的不是地圖生產，而是空間數據的分析應用地圖制圖只是作為它輸出部分的一種形式（GIS輸出形式包括：屏幕顯示、地圖輸出、打印輸出、基于Intenet的地圖輸出等）。因此GIS中的地圖制圖功能要求較低，不需要達到地圖正式出版的要求。
由于測圖軟件與GIS軟件的側重點和目的不同，也就造成了這兩類軟件難以避免的沖突：
1．數據格式障礙。由于測圖軟件不具備GIS軟件強大的分析功能，所以當對測圖數據進行空間分析時，就需要數據轉換，但是轉換后的數據質量難以保證，如圓弧、曲線轉換后會變形，空間數據的屬性會丟失等。
2．缺少拓撲信息。測圖軟件缺少生產拓撲信息的功能，做圖時難免產生一些人為錯誤，如線段重復、多邊形不閉合、多節點等問題。
3．數據供給現狀。測圖軟件符號化強，為了達到較好的可視化效果，作業人員定義了許多圖塊、線型、字體、填充圖案，這些數據格式在GIS環境下很難正確表達。當真正利用制圖數據去建立空間數據庫的時候，就必須刪去制圖要素（符號、線型和整飾等）、修復結構化問題（懸掛、裂縫、互粘等）以及凈化規范數據（清除圖塊、冗余和垃圾，按國標分層、賦碼等），然后才能進行結構化實施，進入GIS系統，建立空間數據庫。但僅就第一步數據整理而言，就十分麻煩和枯燥，甚至是無從下手。
四、測圖數據與GIS數據的比較
測圖數據和GIS空間數據相比較，既有相同的地方，也有不同的地方：二者作為現實世界的反映，均以現實中的地物地貌抽象出來的幾何特征為基礎，所以具有共同的幾何形態。測圖數據主要用于地圖制圖表達及地圖出版，以信息傳輸為核心，側重圖形數據的表達，以地圖作為最終輸出的產品，要求達到被人理解的程度；空間數據主要應用于地理空間分析，以信息處理為核心，側重屬性數據的表達，以分析查詢結果數據作為最后的輸出形式，要求達到能夠被計算機分析的程度。由于側重點不同，二者在某些方面也表現出了差異。
1．形式與內容差異
測圖數據符號化強、屬性簡單：GIS數據圖形簡單、屬性完善，有拓撲；在GIS數據中無符號、線型、填充區域的概念，只有編碼和屬性。
2．對象完整性差異
測圖數據強調圖形協調性，很多時候為了突出圖形的效果而破壞了數據的完整性，而GIS數據強調要素的完整性。如圖3所示的河流、道路與橋梁的壓蓋斷開關系，在測圖數據中，河流在橋梁處被斷開，破壞了河流的完整性。
3．拓撲關系的表達差異
地形圖將拓撲關系寓于圖形之中，需要人的知識來解譯、判識；而GIS數據中拓撲關系是生成的，拓撲關系即為數據。
通過對測圖數據與GIS數據的比較可以看出，測圖數據是空間信息、拓撲關系、屬性信息在平面上的一種最大化集成，由于圖紙的信息承載能力有限，所以這種集成也是有局限的，這種集成信息的應用需要閱圖經驗來分解，它難以勝任GIS分析。測圖數據與GIS數據關聯密切，但它不是GIS數據的替代品，所以說目前的制圖生產方式，勢必影響到空間信息的深層次應用。
五、測圖數據與GIS數據一體化生產
回顧我國數字制圖發展近十年的歷史，我們可以看到，地圖工作者緊緊圍繞兩項基本任務開展工作：一方面采用數字制圖方法，在對地圖內容編輯修改之后輸出感光膠片來生產紙質地圖；另一方面，也通過對地圖內容采集獲取空間數據，得到數字地圖。兩者之間雖然關系緊密，其研究對象都是地理空間信息的獲取和表達，但其間的差異也十分明顯，所以這兩項工作是單獨進行的。
由于GIS數據的獲取常采用數字化已有紙質地圖的方法，因此所獲取的GIS數據現勢性較差。用這些數據進行地圖生產必須對地圖內容進行編輯修改，要利用有關資料對地圖內容進行更新以得到現勢性較好的地圖產品。在地圖制圖與GIS數據生產一體化技術沒有應用以前，更新后的地圖圖形數據不能更新GIS數據，這樣就存在原有GIS數據和現有地圖產品現勢性不一致的矛盾。對于一些涉及全局范圍（全國或者某一地區）的地圖生產作業任務來講，是不能容忍這種新的紙質地圖與陳舊的GIS數據“兩層皮”的局面存在的。要想得到內容相一致的兩項成果（紙質地圖和GIS數據），現有的技術只能是分兩步走，先做完一項再去做另一項，有兩種流程：
1．如果先生產了紙質地圖（地圖數據不是GIS數據），然后在此基礎上要得到GIS數據，則必須進行地圖內容賦予屬性、連接地名指針、面狀要素放置面域點，以及建立拓撲關系等工作。
2．如果先生產了GIS數據，再要生產紙質地圖，則需要把GIS數據符號化后重新編輯修改，工作量很大。
不管上述哪種流程，對作業單位來說工作量和難度都很大，給實際應用帶來了極大不便。只好放棄其中的一項，所以在生產實際中經常出現有圖沒數據或有數據沒圖的情況；但是現在越來越多的數字化生產作業，尤其是在系列比例尺地形圖的生產中，迫切希望在一個生產流程中同時得到兩種成果，把地圖制圖與GIS數據生產結合起來，既有紙質地圖成果又有GIS數據成果，實現了兩者的一體化生產，這是數字制圖發展到現階段所反映出的客觀規律和必然要求。
為了實現測圖數據和GIS數據的一體化生產，利用兩種數據的相似性，本文提出 GIS 數據擴展模型的概念，即以地理要素為核心，采集既滿足GIS數據要求的空間數據和屬性數據，又滿足制圖要求的、符合《圖式》規范的地圖生產數據，這就是擴展的GIS數據。為了生產這種數據，提高數據生產的易操作性，就需要設計一種新的數字測圖軟件，我們稱為“圖庫一體化數字測圖軟件”，該軟件按照要素分類代碼詞典自動生成了GIS擴展數據，這種數據還應滿足其他方面的要求：
1．測量地形地貌的同時，按照有關要求同時采集和錄人屬性；
2．基于要素完整性的地形可視化；
3．基于圖形的要素重構，許多要素在地形圖圖式中是不存在的，需要基于地形圖重構，例如道路中心線的生成，是根據道路邊線進行的重構；
4．多種圖形的管理，在圖形工程中，可按照地形圖、GIS要素、專題圖等各種形式表達。
因篇幅所限，有關GIS數據擴展模型和圖庫一體化數字測圖軟件的詳細內容本文不再贅述。
六、結束語
地圖制圖與GIS數據生產是測繪工作者現在和將來從事的兩項最主要的任務，這兩項工作都需要投入大量的人力和物力，但是以目前的條件，很難同時完成兩項工作，即使依次實施，由于在實施時間上的差異，最終的紙質地圖和GIS數據會出現許多的不一致。本文通過比較測圖數據與GIS數據，分析兩者之間的差異和相似，引入GIS數據擴展模型的理念，提出圖庫一體化生產的模式。此模式必將大大節省生產成本，提高工作效率。