譚成國(guó)

(武大吉奧信息技術(shù)有限公司，湖北武漢 430223)

1 引言

地圖制圖具有藝術(shù)性為地圖學(xué)界所公認(rèn)。至于地圖的藝術(shù)性指的是什么以及地圖制圖是不是一門藝術(shù)［2］，至今眾說(shuō)紛紜。但可以明確的是地圖制圖學(xué)與藝術(shù)有一定關(guān)系，具有藝術(shù)性。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，地理信息系統(tǒng)成為處理和分析地理空間信息的通用信息系統(tǒng)，其應(yīng)用已深入到各行各業(yè)，如城市規(guī)劃、國(guó)土資源、軍事、電力、公安等［1］。然而，地圖要素的信息藝術(shù)表達(dá)與數(shù)字化信息數(shù)據(jù)的計(jì)算機(jī)自動(dòng)繪制之間存在很多難以統(tǒng)一解決的問(wèn)題，加之我國(guó)地圖制圖的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)圖式內(nèi)容多、涉及面廣，如若達(dá)到地理信息數(shù)據(jù)與地圖制圖數(shù)據(jù)一體化存儲(chǔ)與管理，不但需要保證地理要素的獨(dú)立性和對(duì)象化，還要保證地理要素符號(hào)表達(dá)之間關(guān)系的合理性，方便普通大眾閱讀。為此，一直以來(lái)測(cè)繪工作者備受此難題困擾，兩者統(tǒng)一的過(guò)程中存在不同的觀點(diǎn):一種觀點(diǎn)認(rèn)為數(shù)字制圖是地理信息系統(tǒng)的一部分;另一觀點(diǎn)認(rèn)為地理信息系統(tǒng)是基于數(shù)字制圖基礎(chǔ)上的進(jìn)一步建設(shè)。

數(shù)字制圖［4］是空間地理信息的獲取、處理、傳輸、存儲(chǔ)及其表達(dá)的技術(shù)，最終得到數(shù)字式和非數(shù)字式的地圖產(chǎn)品，其主要目的在于紙質(zhì)地圖生產(chǎn)和數(shù)字地圖制圖信息的顯示，強(qiáng)調(diào)空間地理信息的傳輸、表達(dá)和認(rèn)知。地理信息系統(tǒng)是一種空間數(shù)據(jù)的采集、存儲(chǔ)、管理、分析、顯示與應(yīng)用的信息系統(tǒng)與技術(shù)，強(qiáng)調(diào)空間地理信息的處理與分析。筆者認(rèn)為地理信息系統(tǒng)和數(shù)字制圖可以相互借鑒，互相促進(jìn)，共同發(fā)展。在空間數(shù)據(jù)采集、存儲(chǔ)、管理的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)數(shù)字制圖、電子地圖、專題制圖等多種形式的地圖應(yīng)用產(chǎn)品。為此在Arc-GIS軟件中設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)了地理信息數(shù)據(jù)管理與數(shù)字制圖輸出集成一體化，即圖庫(kù)一體化。

2 圖庫(kù)一體化設(shè)計(jì)

圖庫(kù)一體化是一個(gè)涉及空間數(shù)據(jù)采集生產(chǎn)、存儲(chǔ)管理、制圖輸出的全過(guò)程的完整的技術(shù)解決方案體系，包括數(shù)據(jù)生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)、工藝流程、數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)的制定以及支持工藝流程各階段數(shù)據(jù)編輯、處理的軟件系統(tǒng)。不但要考慮適應(yīng)現(xiàn)行生產(chǎn)體系的軟硬件設(shè)備狀況、數(shù)據(jù)采集生產(chǎn)工藝流程的工作習(xí)慣、工作效率、投入成本等方面的要求;還要考慮使用海量存儲(chǔ)、編輯方便靈活、制圖符號(hào)表達(dá)嚴(yán)密的空間數(shù)據(jù)管理分析GIS軟件。

2.1 數(shù)據(jù)生產(chǎn)工藝流程

目前空間數(shù)據(jù)生產(chǎn)加工到應(yīng)用的流程如圖1中的左邊的流程圖所示，受目前國(guó)內(nèi)空間數(shù)據(jù)生產(chǎn)現(xiàn)狀，特別是大比例尺地理信息數(shù)據(jù)的生產(chǎn)，數(shù)據(jù)生產(chǎn)單位與數(shù)據(jù)管理單位以及數(shù)據(jù)的應(yīng)用者之間存在著目的不同、利益不同的情況，使得數(shù)據(jù)加工流程涉及軟件雜多，生產(chǎn)單位為滿足數(shù)據(jù)的后期應(yīng)用和制圖，不得不同時(shí)加工兩套數(shù)據(jù):一套是地理信息系統(tǒng)接受的標(biāo)準(zhǔn)格式數(shù)據(jù);一套是滿足制圖要求的DLG測(cè)繪產(chǎn)品數(shù)據(jù)。當(dāng)需要地圖制圖或者分析應(yīng)用時(shí)，測(cè)繪數(shù)據(jù)管理部門采取途徑(2－B、A)將地理信息數(shù)據(jù)檢查、加工、入庫(kù)，然后在空間數(shù)據(jù)庫(kù)的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)空間數(shù)據(jù)的分析應(yīng)用，使用滿足制圖要求的DLG測(cè)繪產(chǎn)品數(shù)據(jù)進(jìn)行制圖輸出;或者采取途徑(1－B)是將滿足制圖要求的測(cè)繪產(chǎn)品數(shù)據(jù)按照制圖圖形內(nèi)容的方式整理入庫(kù)，單獨(dú)處理用于分析應(yīng)用的地理信息數(shù)據(jù)。這種空間數(shù)據(jù)從生產(chǎn)、存儲(chǔ)管理到應(yīng)用的過(guò)程方式，生產(chǎn)工作量大、投入多、費(fèi)時(shí)費(fèi)力。

所以，空間數(shù)據(jù)生產(chǎn)、更新、產(chǎn)品化生產(chǎn)流程要先進(jìn)行空間數(shù)據(jù)生產(chǎn)，再通過(guò)空間數(shù)據(jù)的地圖要素表達(dá)，實(shí)現(xiàn)地圖制圖，數(shù)字化印刷輸出。該工藝生產(chǎn)流程節(jié)省人力、物力資源投入，能產(chǎn)生最大效益。

圖1 當(dāng)前的數(shù)據(jù)生產(chǎn)工藝流程(左)和改進(jìn)的數(shù)據(jù)生產(chǎn)工藝流程(右)

空間數(shù)據(jù)的獲取、生產(chǎn)與更新到空間數(shù)據(jù)庫(kù)的流程不作為本文的主要研究?jī)?nèi)容，本文主要尋求解決:如何能在滿足空間數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)管理的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)地理要素對(duì)象同地圖制圖關(guān)聯(lián)，方便編輯修改。研究發(fā)現(xiàn)，ArcGIS 9.3產(chǎn)品中的Representation技術(shù)能夠滿足該生產(chǎn)流程的需要。

2.2 ArcGIS Representation

Representation是基于規(guī)則的高級(jí)智能化制圖［7］方式，作為要素類的屬性存儲(chǔ)于Geodatabase中，能夠在多用戶的環(huán)境和空間數(shù)據(jù)遷移的過(guò)程中共享和重用制圖方案。每個(gè)圖層可以存儲(chǔ)多種方式的Representation，這樣針對(duì)相同的數(shù)據(jù)源，可以制作出不同的制圖效果。此外，Representation提供了非常靈活的制圖方式，用戶可以通過(guò)繪圖的方式制作精美的符號(hào)，并且可以對(duì)同一圖層中某一些要素采用不同的制圖符號(hào)化方案。

圖2 地理要素的Representation實(shí)現(xiàn)例子(引自［8］)

如圖2所示的例子，Representation是根據(jù)存儲(chǔ)在Geodatabase系統(tǒng)表中的Representation Rules和Overrides來(lái)對(duì)地理數(shù)據(jù)符號(hào)化。Representation存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)的屬性表中分別用RuleID和Override兩個(gè)字段存儲(chǔ)，其中RuleID是整型，記錄采用Geodatabase系統(tǒng)表中存儲(chǔ)的哪項(xiàng)規(guī)則進(jìn)行符號(hào)化，即規(guī)則的索引;而Override是BLOB類型。每個(gè)符號(hào)化方案在屬性表中由一組RuleID和Override兩個(gè)字段存儲(chǔ)。Representation Rules能夠采用與原始數(shù)據(jù)不同的幾何形狀來(lái)符號(hào)化空間數(shù)據(jù)，而不影響原始數(shù)據(jù)。一個(gè)圖層可以采用多種Representation Rules進(jìn)行符號(hào)化，Representation Rules由Symbol Layer和Geometric Effects組成，其中Symbol Layer可以是點(diǎn)狀，線狀或者面狀圖層，而Geometric Effects是Representation Rules的可選項(xiàng)，能夠改變符號(hào)放置的位置，但不影響其數(shù)據(jù)源，同時(shí)也可以改變符號(hào)的形狀甚至幾何類型。Geometric Effects可以是針對(duì)某一個(gè)符號(hào)圖層，或者是Representation Rule中的所有符號(hào)圖層。

每個(gè)圖層都可以設(shè)置不同的配色方案，符號(hào)大小等，而Overrides則存儲(chǔ)的是符號(hào)化時(shí)對(duì)規(guī)則的修改，可以采用不同于設(shè)置規(guī)則的方式進(jìn)行符號(hào)化。Override包括Shape Overrides和Property Overrides兩種，均可在Editing事務(wù)內(nèi)通過(guò)Representation工具條進(jìn)行修改。

2.3 數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)

空間地理信息是通過(guò)地圖制圖來(lái)傳輸和表達(dá)的，信息技術(shù)的發(fā)展有了數(shù)字制圖，和紙質(zhì)地圖相比，數(shù)字制圖的符號(hào)用來(lái)動(dòng)態(tài)地顯示在屏幕上，叫做顯示符號(hào);輸出在紙張上一定比例尺的地圖符號(hào)，叫做制圖表達(dá)。目前的大多GIS軟件都能夠?qū)崿F(xiàn)地理要素的顯示符號(hào)，但當(dāng)需要制圖輸出時(shí)，則需要進(jìn)行制圖處理。

為此，在ArcGIS下采用 StyleManager(符號(hào)管理器)建立包括點(diǎn)、線、面、注記等多種形式的符號(hào)，并通過(guò)地理要素編碼(Code)和顯示符號(hào)之間建立對(duì)應(yīng)關(guān)系。同時(shí)，通過(guò)ArcGIS Representation的技術(shù)，定義地理要素類、地理要素和地理要素編碼、顯示符號(hào)以及制圖表達(dá)之間的對(duì)應(yīng)、包含關(guān)系，如圖3所示。

圖3 圖庫(kù)一體化顯示符號(hào)與制圖表達(dá)關(guān)系

地理要素類具有相通的幾何類型，具有相同的幾何特征與屬性特征的地理要素一起構(gòu)成地理要素類。每個(gè)地理要素有唯一的地理要素編碼，地理要素編碼與顯示符號(hào)之間存在映射關(guān)系，兩者之間并非一一映射。制圖表達(dá)可以通過(guò)顯示符號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，并且地理要素可以存在多個(gè)制圖表達(dá)。顯示符號(hào)可以在符號(hào)庫(kù)中查找到。

實(shí)際出圖中采用了符號(hào)庫(kù)和Represtation兩種方法結(jié)合來(lái)實(shí)現(xiàn)制圖輸出。程序設(shè)置地理要素對(duì)應(yīng)的顯示符號(hào)(讀取生產(chǎn)規(guī)范的數(shù)據(jù)字典設(shè)計(jì)表即可)，并將制圖輸出的規(guī)則做成制圖文件表，地圖制圖輸出時(shí)，讀取制圖規(guī)則表自動(dòng)將需要編輯整理的要素類生成制圖表達(dá)，結(jié)合人工編輯工作，完成圖面檢查后，程序設(shè)置添加制圖模板。

（1）柴油機(jī)負(fù)荷超過(guò)規(guī)定降低負(fù)荷使之在規(guī)定范圍內(nèi)。(2)各缸供油量不均勻調(diào)整噴油泵。（3）氣門間隙不正確、氣門密封不良，導(dǎo)致氣門漏氣.燃燒惡化調(diào)整氣門間隙，檢查密封錐面，并消除缺陷。（4）噴油提前角太小，噴油太遲使部分燃油在排氣管中燃燒調(diào)整噴油提前角。（5）進(jìn)氣量不足，空氣濾清器或氣管阻塞，渦輪增壓氣機(jī)殼過(guò)臟等，清洗和清除塵埃污物，必要使更換濾芯。（6）渦輪增壓器彈力七封環(huán)燒壞或磨損，渦輪各結(jié)合面漏氣等檢查或更換氣封環(huán)，擰緊結(jié)合面螺釘。

3 圖庫(kù)一體化的實(shí)現(xiàn)

3.1 地圖制圖與出版

地理信息系統(tǒng)通常僅用來(lái)存儲(chǔ)管理數(shù)字地圖和生產(chǎn)普通要求的紙質(zhì)地圖。制作相對(duì)要求高一點(diǎn)的紙質(zhì)地圖則需要將數(shù)字地圖轉(zhuǎn)化到專業(yè)的繪圖軟件(如:CorelDraw)中進(jìn)行地圖出版加工，才能夠滿足生產(chǎn)的要求。地圖出版處理工作主要包括出版編輯、地圖整飾、河流漸變、面符填充、符號(hào)蒙片、注記裁減、符號(hào)間壓蓋關(guān)系處理［3］等，最后通過(guò)要素分版、出版數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換生成EPS數(shù)據(jù)、顏色空間轉(zhuǎn)換、圖像疊加等工序制版印刷生產(chǎn)出紙質(zhì)地圖。

ArcGIS軟件支持顏色空間RGB到CMYK的轉(zhuǎn)換以及轉(zhuǎn)換成出版數(shù)據(jù)EPS格式。對(duì)于地圖整飾、河流漸變、屬性符號(hào)［5］、面符號(hào)填充、符號(hào)蒙片、注記裁減、符號(hào)間壓蓋關(guān)系處理等則可以通過(guò)Representation結(jié)合人工編輯來(lái)完成。

制圖表達(dá)處理 表1

3.2 制圖表達(dá)規(guī)則處理

ArcGIS提供了豐富的制圖表達(dá)規(guī)則，通過(guò)添加Marker layer、Stroke layer、Fill layer，并配合 GeoMetric Effects、Marker Placements、Hatch 等能夠?qū)崿F(xiàn)較多的樣式，解決了制圖工作中大量人工編輯問(wèn)題，減少了工作量。表1羅列了幾種常見(jiàn)的制圖編輯中通過(guò)規(guī)則實(shí)現(xiàn)的制圖表達(dá)。

不過(guò)ArcGIS制圖表達(dá)規(guī)則的編輯工具還存在一些有待改進(jìn)之處，主要表現(xiàn)在:

(1)制圖表達(dá)規(guī)則還需要更加豐富。比如:面中的Marker不能點(diǎn)取移動(dòng)。

(2)Representation的編輯工具還不夠方便，需要增加更多靈活的編輯功能。

(3)設(shè)置為Representation后圖形顯示的效率明顯減低，重繪速度較慢。

隨著其功能的不斷升級(jí)，如果能夠在空間數(shù)據(jù)生產(chǎn)更新流程中做到按照增量記錄修改更新的地理要素對(duì)象，那么繪圖編輯人員在地圖制圖的過(guò)程中只需要按照變化的地理要素對(duì)象重新核對(duì)一下圖面效果，有范圍目的的進(jìn)行修編，從而減少地圖更新帶來(lái)的制圖修改工作量。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)分析地圖制圖與地理信息數(shù)據(jù)庫(kù)的關(guān)系，結(jié)合生產(chǎn)流程，運(yùn)用ArcGIS軟件平臺(tái)實(shí)現(xiàn)了圖庫(kù)一體化，為測(cè)繪數(shù)據(jù)管理單位提供了管理加工空間數(shù)據(jù)產(chǎn)品的新思路，能夠有效的解決空間數(shù)據(jù)在制圖中存在的問(wèn)題和不足，減少了生產(chǎn)加工工作量，提高了生產(chǎn)效率。但需要進(jìn)一步研究基于單一比例尺的數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)綜合，使之適應(yīng)不同比例尺的制圖輸出以及優(yōu)化空間數(shù)據(jù)庫(kù)的生產(chǎn)和更新流程，從而促進(jìn)信息化測(cè)繪技術(shù)體系的發(fā)展，為地圖服務(wù)提供保障。

［1］龔健雅.地理信息系統(tǒng)基礎(chǔ)［M］.北京:科學(xué)出版社，2001

［2］凌善金，陸林，金世勝.論地圖制圖的藝術(shù)屬性［J］.裝飾，2003(10)

［3］梅洋，李霖.顧及符號(hào)關(guān)系處理的地圖符號(hào)庫(kù)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)［J］.測(cè)繪通報(bào)，2007(8)

［4］劉海硯.地圖制圖與空間數(shù)據(jù)生產(chǎn)一體化理論和技術(shù)的研究［D］.鄭州:解放軍信息工程大學(xué)，2002

［5］趙宇娟.基于GeoWay的圖庫(kù)一體化的技術(shù)實(shí)現(xiàn)［J］.甘肅科技，2008，24(19)

［6］周炤.數(shù)字制圖中地圖符號(hào)化控制技術(shù)研究與實(shí)踐［D］.鄭州:解放軍信息工程大學(xué)，2007

［7］Esri ArcGIS Desktop help 9.3［EB/OL］.ESRI Company ，USA 2009 http://webhelp.esri.com/arcgisdesktop/9.3

［8］Paul Hardy ＆ Thierry Kressmann.Cartography，Database and GIS:Not Enemies，but Allies!［ EB/OL］.http://www.pghardy.net/paul/papers/index.html

［9］Paul Hardy，Cory Eicher，Marc－Olivier Briat，Thierry Kressmann.Database－stored Representations and Overrides，Supporting Automated Cartography with Human Creativity［EB/OL］.http://www.pghardy.net/paul/papers/index.html