張盼盼，畢金強，王瑞富

（1.國家海洋技術中心 天津 300112；2.山東科技大學 青島 266510）

我國海島海岸帶遙感調查成果制圖系統(tǒng)

張盼盼1，畢金強2，王瑞富2

（1.國家海洋技術中心 天津 300112；2.山東科技大學 青島 266510）

針對目前越來越多的ArcGIS用戶制作國標地圖的需求，結合我國海島海岸帶調查成果制圖需求，對ArcGIS軟件制圖功能以及國標規(guī)定進行分析，設計并構建了基于ArcEngine組件的1∶5萬海島海岸調查成果制圖系統(tǒng)。系統(tǒng)生成了坐標網格與內外圖廓，實現了坐標注記內容的分別讀取并自動添加到內外圖廓間的精確位置，計算了圖廓外整飾信息的精確位置并實現自動添加。系統(tǒng)生成的所有圖式內容均符合我國1∶5萬地圖圖式標準規(guī)定，成功運用于我國海島海岸帶遙感調查成果制圖中。

國標制圖；圖廓整飾；ArcEngine；方里網

地圖制圖是一項具有嚴格生產標準的專業(yè)技術，一般只能由專業(yè)的地圖生產部門完成，隨著信息技術的發(fā)展，尤其是GIS軟件技術的普及，越來越多的行業(yè)和用戶都在制作地圖。

ArcGIS是目前主流的GIS軟件，不僅具有非常強大的空間分析功能，同時具有強大的制圖功能，但其制圖功能從圖式方面并不支持中國地圖制圖國標要求，這為廣大的ArcGIS用戶在進行標準地圖生產時制造了很大的不便。為此，本文分析了ArcGIS系列軟件在這方面的不足，按照中國基本比例尺地形圖制圖標準，基于ESRI公司的二次開發(fā)包ArcEngine開發(fā)了符合中國2006版地圖圖式國家標準的1∶5萬圖廓圖式制作系統(tǒng)，實現了圖廓圖式的全自動生成，應用于海島海岸帶調查成果制圖。

1 ArcGIS軟件標準制圖分析

針對地圖編繪，各國都頒布有自己的標準規(guī)范。我國于1991年制訂了新的《國家基本比例尺地形圖分幅和編號》的國家標準，規(guī)定了國家基本比例尺地形圖的分幅、編號及編號應用的公式[1]。隨著應用需求的發(fā)展，2006年頒布了中華人民共和國國家標準GB/T20257.3-2006（以下簡稱國標）代替GB 12342-1990標準版本[2]。國標中規(guī)定，1∶5萬圖幅圖式整飾的內容包括：內外圖廓、方里網、方里網坐標注記、地理坐標網、圖幅號、圖幅名、接幅表、比例尺、制圖說明等內容。

ESRI公司的ArcGIS系列軟件，其桌面版產品ArcMap的Layout模塊具有強大的地圖整飾功能，風格多符合歐美制圖。ArcGIS不支持我國國家基本比例尺地圖分幅標準，不支持國標圖廓整飾，因此不能制作符合中國國家標準的基本比例尺圖式，分析如下：

（1）國標規(guī)定1∶5萬地圖上繪制有內外兩個圖廓，圖廓間標識坐標注記。內圖廓內邊界由圖幅角點確定，外邊界向外平移7.5 mm，再向外平移1.5 mm生成外圖廓。ArcGIS不支持國標圖幅范圍計算，不能計算一個標準圖幅的邊界，不能直接生成內外圖廓，只能在Layout下手動調整線要素。

（2）國標規(guī)定1∶5萬地圖上繪制兩種坐標網格，地理坐標網（經緯網）和平面直角坐標網（方里網）[2]，坐標網格及注記如圖1所示。經緯網以圖廓形式表現，在外圖廓間用標識短線標識1′的間隔，僅在內圖廓四角標識圖幅四角點經緯度數值精確到′。方里網是以投影帶中央經線為縱軸，以赤道為橫軸，以千米為單位，以2 km為間距作平行于縱橫軸的直線構成的線功能實現時，其位置及長度要進行手動調整。一個標準圖幅圖式的坐標注記內容是確定的，ArcGIS不支持國標圖幅，因此無法獲取注記內容，更不能實現注記自動拆分標注。

（3）國標對圖式中說明信息的繪制位置均有明確規(guī)定，如出版單位繪制在下圖廓左下方偏移5 mm處，成圖方法、測繪標準標注在東圖廓外下方偏移8 mm處等。ArcGIS添加文本時，文本框默認放置在Data Frame中央，對于位置精確的文本，不能實現自動添加。

（4）接幅表顯示了相鄰圖幅的圖名和圖號，方便索取相鄰圖幅，國標規(guī)定繪制在圖廓的右上方。實際上，接幅表是一個3行3列固定尺寸的表格，每個表格長20 mm，寬15 mm，中間一格陰影設置表示本圖幅，不再標注圖名圖號，其他8格表示相鄰八方向的鄰接圖幅，標注有圖名圖號。ArcGIS不能計算圖幅號，不能生成接幅表。

（5）1∶5萬國標圖式比例尺采用直線比例尺，比例尺總長50 mm，其中尺頭10 mm，以米為單位注出，主尺40 mm，以公里為單位注出[3]。ArcGIS提供的比例尺模板均只有主尺部分，使用模板不能定義出符合國家標準規(guī)范的比例尺。

圖1 標準圖式中坐標網格及坐標注記

2 系統(tǒng)設計

基于ArcGIS軟件在國標制圖上的問題分析，本系統(tǒng)設計自動生成符合國標的地圖圖廓整飾內容，實現在ArcGIS環(huán)境下制作符合國標的1∶5萬比例尺地圖，制圖結果保存在ArcGIS的工作空間文件（MXD）中。

2.1 數據準備

（1）國標對圖廓整飾內容的標注字體樣式有明確規(guī)定，2006版國標中需要黑體、宋體、扁宋體、中等線體和細等線體5種字體樣式。Windows系統(tǒng)自帶字庫不能完全滿足，因此在開發(fā)和使用系統(tǒng)前需安裝需要的字庫。

（2）為了方便實現鄰接圖表自動標注，本文建立圖幅數據庫，數據庫結構示例如表1，記錄圖號、圖名、政區(qū)說明信息。圖幅數據庫內容由用戶擴充。

表1 圖幅數據庫

2.2 流程設計

加載ArcGIS的工作空間文件（MXD），本系統(tǒng)生成的地圖圖式信息將保存在該文件中；以鼠標點擊或手動輸入的方式得到圖幅內任意點經緯度，據此計算標準圖幅號，獲取對應圖幅四角點坐標。

圖幅號及圖幅四角點坐標是實現圖廓整飾的基礎，四角點坐標確定了圖幅的內圖廓，在內圖廓基礎上向外平移國標規(guī)定的間隔自動生成外圖廓。圖幅角點坐標確定一組基點數據，生成網格文件。由圖幅四角點坐標生成的矩形裁切該文件，得到符合圖幅范圍的方里網數據。

在此基礎上，根據國標規(guī)定，計算坐標網數字注記及其他整飾要素的精確地理位置，基于ArcEngine的Element技術完成圖幅整飾內容的自動生成添加，系統(tǒng)流程如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)流程圖

3 系統(tǒng)實現

本文提出的技術流程，已在我國海島海岸帶遙感調查成果制圖中得到實現，系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境Visual Studio2005.net與ArcEngine，開發(fā)語言為C#。圖3為應用本系統(tǒng)為我國海島海岸帶遙感調查成果制圖的界面圖。

3.1 圖幅號及圖幅角點計算

圖3 系統(tǒng)應用效果圖

我國1∶100萬地形圖的分幅按照國際1∶100萬的地圖分幅標準進行[1]。每幅1∶100萬地圖跨越的地理范圍為經差4°、緯差6°。從地球赤道起向兩極每緯度4°為一行，依次以拉丁字母A，B，C，…，V表示；從經度180°起，自西向東每經度6°為一列，依次以阿拉伯數字1，2，3，…，60表示[2]。每幅1∶100萬地形圖劃分為24行×24列，得到576幅1∶5萬圖幅，每幅1∶5萬地圖經差15′，緯差10′，劃分后行號從北向南以1為基號遞增，列號由西向東以1為基號遞增。圖幅編號樣式如下圖4。

圖4 圖幅編號樣式

3.1.1 圖幅號計算

系統(tǒng)采用以下兩步計算圖幅號：

1）計算1∶100萬圖幅編號

其中φ，λ分別為某點緯度和經度；[]表示分數取整；結果a，b分別為1∶100萬圖幅所在緯度帶和經度帶的編號[1]。

2）計算在1∶5萬比例尺下1∶100萬圖號后的行、列編號

由上一步計算得到的圖幅號反算圖幅西南角點坐標依據下列公式計算：

其中，參數如上所述。獲取西南角點坐標的基礎上，以經差15′，緯差10′推算其余3個角點坐標。

3.2 坐標網及注記自動生成

坐標網是國標圖式不可缺少的部分，用于確定地理位置和接圖。1∶5萬國標圖式繪制的坐標網分方里網和經緯網兩種。

3.2.1 方里網生成

1∶5 萬國標圖式方里網以2 km為間距。為了提高精度，本系統(tǒng)采用在平面坐標系下繪制生成。由于高斯—克呂格投影的各帶坐標系間相互獨立，各帶的坐標經線向該投影帶的中央經線收斂，而方里網是圖面上的平面直角坐標網，所以圖幅地理范圍和投影帶中央經線有一定的夾角，即和方里網有一定的夾角。該夾角的存在使方里網不能平行于圖廓以2 km為間距繪制。為此，首先生成大于圖幅地理范圍的方里網，以圖幅四角點生成的面圖層裁切得到符合圖幅范圍的精確方里網。從方里網定義出發(fā)，圖幅西南圖廓角點和東北圖廓角點經平面投影轉化后，獲取向外延伸的最小整2 km數值作為方里網繪制的起始點（xmin，ymin）和終止點（xmax，ymax）。向外延伸即取小于西南角點坐標值的最大2 km整倍數，取大于東北角點坐標值的最小2 km整倍數。

3.2.2 經緯網生成

1∶5萬圖式跨越15′×10′的范圍，經緯網以內外圖廓間短線形式表示，間距為1′。為此，系統(tǒng)以ArcEngine的LineElement對象技術實現。以圖廓角點為基點，橫圖廓平分為（15-1）段，縱圖廓平分為（10-1）段，結合國標規(guī)定短線長1.5 mm（實際距離75 m）確定每個LineElement對象的起始終止點坐標。

3.2.3 坐標網注記自動添加

坐標網注記以ArcEngine的TextElement對象技術實現，TextElement封裝了文本字體風格、位置等屬性，為自動添加圖廓不同風格的數字注記內容提供了有力的支撐。

經緯網僅標注圖廓四角點經緯度數值。國標規(guī)定的字號大小轉化為圖上距離并結合國標規(guī)定的標注位置，基于圖廓角點平面坐標分別計算每個TextElement對象的平面位置。

讀取方里網文件記錄的屬性：Startx、Starty、Endx、Endy和H/V，分別表示線的起始點和終止點平面坐標，水平或垂直標識。為了方便確定標注位置，水平和垂直向分別處理，對讀取的屬性值進行解析，確定標注內容。方里網注記生成流程如圖5所示。

圖5 坐標注記標注流程圖

系統(tǒng)生成的坐標網及注記效果如圖6所示。

圖6 圖幅部分坐標網及注記

3.3 接幅表生成

由鄰接圖表定義出發(fā)，由8個LineElement對象組成3行3列的表格。為達到陰影效果，中間一格放置同一大小的PolygonElement對象，該對象封裝了填充屬性。

基于計算本圖幅的經緯度數據，根據15′的經差和10′的緯差向外8個方向延伸調用計算圖號模塊得到鄰接圖幅的圖號。以圖號檢索圖幅庫，獲取圖名。系統(tǒng)添加的接幅表如圖7所示。

圖7 接幅表示意圖

3.4 其他地圖整飾要素生成

成圖信息、出版說明及測繪單位等地圖整飾信息隨制圖數據及單位多有變化，系統(tǒng)提供信息錄入界面由制圖人員輸入。1∶5萬圖式圖上距離1 cm代表實地距離500 m，依此將地圖整飾要素相對圖廓角點的偏移量轉化成平面坐標系下距離，進而確定每個整飾對象的平面位置。

圖解和數字相結合表示1∶5萬圖式比例尺。根據圖廓角點的平面坐標值，計算下圖廓居中的位置（X，Y）。此點是比例尺中心點，依據國標規(guī)定的具體比例尺長度和刻度標識推算比例尺上下兩個LineElement對象的起始終止點坐標并設置LineElement風格屬性繪制，進而繪制比例尺的分段標識線，在此基礎上對尺頭部分分為間隔相等的10段，最后添加數字注釋。繪制的比例尺如圖8。

圖8 1∶5萬國標比例尺

4 結語

介紹基于ArcGIS開發(fā)的1∶5萬制圖系統(tǒng)已在我國海島海岸帶遙感調查成果制圖中得到應用。結果表明，利用本系統(tǒng)生成國標1∶5萬地圖可以有效地縮短成圖時間，地圖整飾要素位置精確。

[1]樊文有，曾文.GIS制圖中標準圖框的機助生成[J].中國地質大學學報，1998，23（4）：379-381.

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2011-10-08