潘正強(qiáng)

(廣西航空遙感測繪院，廣西南寧530023)

一、引 言

GIS數(shù)據(jù)與制圖數(shù)據(jù)是DLG表現(xiàn)的兩種形式。當(dāng)前，大多數(shù)測繪生產(chǎn)部門為了滿足制圖和建庫的需要，一般在生產(chǎn)過程中都會生產(chǎn)兩套數(shù)據(jù)：GIS建庫數(shù)據(jù)和制圖數(shù)據(jù)。這種生產(chǎn)模式的好處是：不需要過多考慮兩種數(shù)據(jù)之間的關(guān)系，只需要按建庫和制圖的要求各自生產(chǎn)出一套成果數(shù)據(jù)。但兩套數(shù)據(jù)成果采用的是兩條技術(shù)路線，不僅質(zhì)檢、修改及更新都需要分別進(jìn)行，同時也帶來了數(shù)據(jù)重復(fù)生產(chǎn)、冗余等一系列問題，兩套成果數(shù)據(jù)的同步維護(hù)十分困難。

本文在“數(shù)字北海地理空間框架”項目的基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫建設(shè)過程中，引入“圖庫一體”的模式，探討解決空間分析和數(shù)字制圖兩大應(yīng)用需求間的矛盾，達(dá)到“一套數(shù)據(jù)，兩種用途”，即一套GIS數(shù)據(jù)，既能支撐建庫與應(yīng)用分析，又能基于建庫數(shù)據(jù)進(jìn)行快速標(biāo)準(zhǔn)地形圖制圖，使得GIS數(shù)據(jù)建庫與制圖達(dá)到“所見即所得”的目的。

二、數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)及關(guān)鍵技術(shù)

基于數(shù)據(jù)庫進(jìn)行制圖是從數(shù)據(jù)建庫到成果展現(xiàn)的重要環(huán)節(jié)，而如何利用數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)進(jìn)行制圖符號的表達(dá)卻一直存在諸多難點。

首先，數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)是僅存在幾何關(guān)系的骨架數(shù)據(jù)，在進(jìn)行初步的符號化后為了滿足復(fù)雜的制圖效果，就需要在符號屬性、制圖規(guī)則、自由表達(dá)3個層面上對同一套數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)進(jìn)行制圖編輯，以達(dá)到不改變數(shù)據(jù)本身而實現(xiàn)多種制圖效果的數(shù)據(jù)庫制圖要求;其次，地圖制作過程中70%以上的工作量都集中在對注記的編輯，如何高效地實現(xiàn)注記位置的正確放置且提供便利的編輯工具是影響數(shù)據(jù)庫制圖優(yōu)劣的重要因素;最后，制定合理的制圖流程，實現(xiàn)大批量庫存數(shù)據(jù)的快速制圖、出版，才能滿足各行業(yè)對數(shù)據(jù)庫制圖的迫切需求。

1.制定數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)

制定涵蓋數(shù)據(jù)生產(chǎn)、建庫、制圖全過程的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范，是達(dá)到建庫與制圖一體化的前提。在前期數(shù)據(jù)生產(chǎn)中，如果能夠采集除GIS數(shù)據(jù)外的一些必要的制圖所需信息，必然會給后期的快速制圖提供極大的方便。建立涵蓋數(shù)據(jù)生產(chǎn)、建庫、制圖全過程的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范，是前期數(shù)據(jù)采集支持GIS制圖的有效保障;而建立綜合數(shù)據(jù)模型是實現(xiàn)融合GIS數(shù)據(jù)與制圖數(shù)據(jù)的關(guān)鍵。

綜合數(shù)據(jù)模型包括單純空間數(shù)據(jù)、屬性數(shù)據(jù)和制圖數(shù)據(jù)3個部分，如圖1所示。數(shù)據(jù)模型各部分內(nèi)容的填充可以根據(jù)實際情況在相關(guān)生產(chǎn)環(huán)節(jié)靈活指定?；趯ο蠹墑e的制圖數(shù)據(jù)與空間數(shù)據(jù)綁定，不但真正意義上實現(xiàn)了一套數(shù)據(jù)多種用途，而且極大地方便了建庫后制圖數(shù)據(jù)的更新。

圖1 綜合數(shù)據(jù)模型

2.關(guān)鍵技術(shù)

基于綜合數(shù)據(jù)模型的GIS數(shù)據(jù)建庫，運用了相應(yīng)的制圖規(guī)則進(jìn)行自動化制圖功能實現(xiàn)，無需改變數(shù)據(jù)實體，只需很少一部分的編輯處理即可遵守現(xiàn)有的基于國家標(biāo)準(zhǔn)的制圖規(guī)范，實現(xiàn)了很好的地形圖及相關(guān)專題圖的制圖效果，大大縮短了手工調(diào)整所花費的時間，使得由庫到圖得到快速的自動化實現(xiàn)，關(guān)鍵技術(shù)如下：

(1)智能化標(biāo)注

智能化的標(biāo)注能力，從標(biāo)注位置、放置策略、沖突處理3個方面解決點、線、面對象幾乎所有的自動標(biāo)注問題。

1)對標(biāo)注位置、偏移量、重復(fù)標(biāo)注、間隔標(biāo)注等基本需求的精確控制。無需在前期進(jìn)行數(shù)據(jù)預(yù)處理，無需采集專門的注記層，以點或線的形式指定注記的位置。

2)對標(biāo)注放置策略及標(biāo)注沖突處理等高級需求的控制，可以滿足諸如標(biāo)注大小、根據(jù)面要素面積大小自動進(jìn)行縮放等高級制圖需求。其中，最主要的是解決標(biāo)注與要素(包括點、線、面、面邊界)的自動沖突避讓問題，通過設(shè)置要素權(quán)重，實現(xiàn)圖面上所有標(biāo)注按照要素權(quán)重由高到低動態(tài)優(yōu)先避讓。

3)標(biāo)注轉(zhuǎn)注記及多種注記編輯能力。標(biāo)注轉(zhuǎn)為注記后，可對注記進(jìn)行拆分打散、移動、縮放、刪除、修改樣式等編輯功能，為前期未解決的遺留問題提供解決方案。

(2)制圖表達(dá)規(guī)則處理機(jī)制

采用制圖表達(dá)規(guī)則處理機(jī)制，為很多高級制圖效果的實現(xiàn)提供了必要手段。這些高級效果符號的實現(xiàn)可以完全基于制圖表達(dá)規(guī)則，不依賴于實體數(shù)據(jù)，即在不改變庫數(shù)據(jù)空間位置的前提下編輯符號要素，且實現(xiàn)規(guī)則覆蓋和自由表達(dá)兩級編輯方式。采用制圖表達(dá)規(guī)則處理機(jī)制，可以解決的制圖問題有：橋梁符號與道路方向一致;道路線平滑、圍墻線反向;境界跳繪、河流漸變等。

(3)程序符號實現(xiàn)復(fù)雜符號

采用算法程序?qū)崿F(xiàn)復(fù)雜符號的繪制表達(dá)的能力，解決如電力線等采用通用符號制作方法無法正確表達(dá)或難以表達(dá)的問題。采用程序符號可以繪制的復(fù)雜符號有：臺階、階梯路、室外樓梯、依比例尺溫室大棚，以及各種依比例尺水閘、船閘等。

(4)制圖難點功能實現(xiàn)

制圖表達(dá)規(guī)則處理機(jī)制為技術(shù)手段，通過開發(fā)靈活的模塊工具解決了河流漸變、境界跳繪的制圖技術(shù)難點。區(qū)別于傳統(tǒng)方式，在解決上述高級制圖問題時不必進(jìn)行較復(fù)雜的數(shù)據(jù)預(yù)處理，即可滿足后期制圖編輯的需求，具體體現(xiàn)在以下幾個方面。

1)河流漸變。在實現(xiàn)河流漸變效果時需要先在相應(yīng)的生產(chǎn)平臺中進(jìn)行河流打斷、賦等級參數(shù)，然后根據(jù)等級參數(shù)掛接不同線粗的符號以實現(xiàn)漸變。在系統(tǒng)中由用戶指定符號漸變值域、分段個數(shù)和漸變因子，執(zhí)行后自動打斷制圖符號并動態(tài)繪制符號。

2)境界跳繪。以往實現(xiàn)境界跳繪同樣需要編輯原始數(shù)據(jù)，在跳繪處進(jìn)行打斷、刪除操作，而系統(tǒng)通過提供自由表達(dá)后，可隨意切割、移動、隱藏符號，而非原始數(shù)據(jù)。

3)沖突檢測工具。包括符號沖突檢測和注記沖突檢測。前者可以檢測圖面中的點、線、面要素，其幾何關(guān)系并沒有發(fā)生壓蓋、重疊等沖突，但掛接符號后由于符號寬度、大小的設(shè)定值而在一定比例尺下發(fā)生符號沖突問題;后者可以檢測圖面中注記相互壓蓋的沖突問題。功能的設(shè)計采用交互批處理的方式，檢測結(jié)果以可視化列表展現(xiàn)沖突問題，且可雙向縮放定位沖突位置，便于用戶后期編輯。

(5)流程化及模版可定制性滿足多種制圖任務(wù)

通過以制圖模版為驅(qū)動，采用流程化的模版配置工具，引導(dǎo)用戶快速、便捷地完成制圖任務(wù)。在批量進(jìn)行制圖作業(yè)時，由于空間數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的統(tǒng)一規(guī)范性，提供預(yù)先配置好的制圖模版，用戶針對同一批數(shù)據(jù)加載相同的制圖模版，無需多余操作即可完成80%的制圖工作，只需再進(jìn)行少量細(xì)部編輯即可完成高效的制圖任務(wù);在進(jìn)行有特殊需求的制圖任務(wù)時，充分利用各類制圖表達(dá)規(guī)則相關(guān)參數(shù)，再加上后期制圖效果的人工交互編輯，可以制作完成一幅效果比較好的地形圖。

三、一體化制圖工藝流程

針對建庫數(shù)據(jù)特點及數(shù)據(jù)庫快速制圖的技術(shù)要求，基于建庫數(shù)據(jù)進(jìn)行快速制圖的工藝流程如圖2所示。

數(shù)據(jù)庫制圖的工作流程為：①進(jìn)行制圖配置，在后臺由制圖專業(yè)人員完成，內(nèi)容包括符號配置、制圖規(guī)則配置、政區(qū)鄰接表配置、圖層及地物順序配置等;②進(jìn)行自動化制圖，直接在系統(tǒng)界面輸入圖幅號與相應(yīng)的圖廓整飾信息，即可實現(xiàn)制圖效果;③進(jìn)行制圖精編，目前自動化制圖基本上可以解決80%以上的問題，但諸如注記沖突、符號壓蓋等無法通過程序自動化實現(xiàn)，需要人機(jī)交互進(jìn)行制圖的精編;④將制圖輸出AI數(shù)據(jù)、圖片數(shù)據(jù)、DXF交換格式等;⑤進(jìn)行制圖保存，制圖編輯后的效果將保存到數(shù)據(jù)庫。

圖2 工藝流程圖

四、制圖效果及實現(xiàn)規(guī)則

1.地圖注記效果

地圖注記主要根據(jù)地物要素的屬性字段進(jìn)行自動標(biāo)注，有普通注記、沿線注記、注記分式注記等方式，如圖3、圖4所示。

圖3 沿線注記

圖4 分式注記

2.豐富制圖表達(dá)規(guī)則

(1)圖層疊加順序的控制

在GIS數(shù)據(jù)庫中，對空間數(shù)據(jù)按照地理特征來進(jìn)行分類與組織;但對于制圖數(shù)據(jù)來說，重點是處理好符號與符號之間的關(guān)系，以達(dá)到地理要素線劃的美觀。因此，按照GIS入庫數(shù)據(jù)圖層組織順序難以制作出符合制圖規(guī)范的地圖，需要通過提供圖層疊加順序控制的制圖規(guī)則來解決此類問題，以保證獲得既科學(xué)又具有美感的地圖。

(2)圖層內(nèi)部地物類疊加順序的控制

基礎(chǔ)地形圖在對應(yīng)DLG數(shù)據(jù)符號化的過程中，除了不同圖層要素間的分層顯示與壓蓋，還需要體現(xiàn)相同圖層要素中不同地物類對象之間上下關(guān)系。如在交通運輸要素中，道路中心線在數(shù)據(jù)中是不能反映不同道路在空間上的位置關(guān)系的。在沒有高架橋的情況下，一般來說是保證高等級道路在顯示上是連貫的，但是高等級公路和低等級公路是在同一個圖層要素中，顯示的上下關(guān)系無法通過圖層疊加順序來控制?；诖祟惽闆r，需引入圖層內(nèi)部地物類疊加順序控制的制圖規(guī)則，用以解決這種制圖問題，如圖5所示。

圖5 圖層內(nèi)部地物類疊加順序控制

(3)符號依據(jù)指定字段旋轉(zhuǎn)

有向點、線等有向地物進(jìn)行制圖表達(dá)時，需要根據(jù)角度方向掛接符號，根據(jù)角度字段(如Angle)旋轉(zhuǎn)符號的制圖規(guī)則能夠滿足有向地物的制圖要求。

(4)虛線符號實部相交

虛線符號實交的制圖規(guī)則能夠自動處理虛線符號在相交處必須實部相交問題，直接運用該規(guī)則即能處理小路、時令河等地物類相交問題。

(5)虛線符號拐點處為實部

虛線符號拐點處為實部的制圖規(guī)則確保了虛線符號在拐點處為實部。

(6)填充點在面內(nèi)

植被填充面符號在面邊界上出現(xiàn)半個植被點符號是制圖中一個非常令人頭疼的問題，通過填充點在面內(nèi)的制圖規(guī)則能夠很好地解決此類問題，運用該規(guī)則程序能夠自動將邊界上半個符號情況剔除。

(7)橋梁符號與道路方向一致

橋梁與道路的位置關(guān)系處理是圖庫一體化流程中一個重要的制圖細(xì)節(jié)。在此通過圖層疊加順序控制將橋梁置于道路上方，橋梁和道路的背景壓蓋問題利用符號背景圖元來解決，橋梁與道路方向嚴(yán)格一致則使用橋梁符號與道路方向一致的制圖規(guī)則來控制，如圖6所示。

圖6 橋梁符號與道路方向一致

(8)交叉口自動處理

制圖表達(dá)時雙線道路符號在交叉口處需要打斷，交叉口自動處理的制圖規(guī)則能夠?qū)崿F(xiàn)該制圖要求。

五、結(jié)束語

“建庫與制圖一體化”思想是今后數(shù)據(jù)庫建設(shè)、更新、維護(hù)的一種趨勢，由于GIS建庫與制圖對數(shù)據(jù)的要求有較大的差異，目前還沒有相關(guān)制圖和建庫一體化的技術(shù)規(guī)范和要求。在“數(shù)字北海地理空間框架”基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫建設(shè)的過程中，基于本文的思路，從數(shù)據(jù)采集規(guī)范、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、約束要素之間的相互關(guān)系等技術(shù)方法，實現(xiàn)了基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)建庫和制圖的一體化管理。

［1］蘇浩.基于省級基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫的管理與業(yè)務(wù)體系建設(shè)研究［J］.測繪與空間地理信息，2010，33(3)：80-83，86.

［2］萬自霞，沈佳潔.GIS空間數(shù)據(jù)與地圖制圖融合技術(shù)［J］.地理空間信息，2010(3)：138-140.

［3］鄔倫，劉瑜，張晶，等.地理信息系統(tǒng)原理、方法和應(yīng)用［M］.北京：科學(xué)出版社，2004.