霍 超，劉穎真，史克農(nóng)，范承嘯

（1.西安測(cè)繪總站，陜西 西安 710054；2.中國(guó)科學(xué)院 地理科學(xué)與資源研究所 資源與環(huán)境信息系統(tǒng)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100101；3.信息工程大學(xué) 地理空間信息學(xué)院，河南 鄭州 450052；4.中國(guó)科學(xué)院大學(xué)，北京100049）

基本比例尺地形圖瓦片生產(chǎn)中的接邊研究

霍 超1，劉穎真2,3,4，史克農(nóng)1，范承嘯1

（1.西安測(cè)繪總站，陜西 西安 710054；2.中國(guó)科學(xué)院 地理科學(xué)與資源研究所 資源與環(huán)境信息系統(tǒng)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100101；3.信息工程大學(xué) 地理空間信息學(xué)院，河南 鄭州 450052；4.中國(guó)科學(xué)院大學(xué)，北京100049）

通過分析基本比例尺地形圖瓦片生產(chǎn)中的接邊特點(diǎn)和Global Mapper應(yīng)用方式，對(duì)數(shù)字化接邊檢查方式進(jìn)行了研究，并闡述了實(shí)現(xiàn)原理，總結(jié)了完整的檢查方案。經(jīng)試驗(yàn)驗(yàn)證，該方式適用于大規(guī)模接邊和查圖，將無紙化辦公在制圖領(lǐng)域進(jìn)行了擴(kuò)展。

Global Mapper；基本比例尺地形圖；瓦片生產(chǎn)；接邊檢查

基本比例尺地形圖也叫國(guó)家基本比例尺地形圖，分為1∶100萬、1∶50萬、1∶25萬、1∶10萬、1∶5萬、1∶2．5萬和1∶1萬7種[1]；瓦片數(shù)據(jù)是以四叉樹索引為基礎(chǔ)的多分辨率層次模型[2]，常以多尺度基本比例尺地形圖為數(shù)據(jù)源進(jìn)行瓦片生產(chǎn)。瓦片生產(chǎn)過程中涵蓋了數(shù)據(jù)預(yù)處理、符號(hào)體系、制圖綜合、質(zhì)量控制、瓦片切分等方面[3]，質(zhì)量控制中的地圖接邊工作對(duì)瓦片數(shù)據(jù)的圖面效果具有決定性的影響。筆者通過自主編程設(shè)計(jì)并結(jié)合Global Mapper應(yīng)用，使用數(shù)字化接邊方法對(duì)手工接邊進(jìn)行了改進(jìn)，簡(jiǎn)化了復(fù)雜的打印、紙圖上交、紙圖查找、手動(dòng)拼接等工序，是無紙化辦公在地圖制圖領(lǐng)域的延伸。

1 數(shù)字化接邊原理

1.1 數(shù)據(jù)準(zhǔn)備

為了便于程序自動(dòng)化處理，需進(jìn)行格式和命名同化工作，其中圖片格式為png（便于透明輸出），命名組成為“級(jí)別-標(biāo)準(zhǔn)圖號(hào)-作業(yè)員簽名”，如圖1所示。

圖1 命名組成方式示意圖

1.2 地圖坐標(biāo)標(biāo)定

地圖坐標(biāo)標(biāo)定是對(duì)地圖圖像進(jìn)行坐標(biāo)還原。根據(jù)圖1中約定的命名方式提取圖號(hào)信息，進(jìn)行覆蓋范圍反算，還原投影文件（后綴為．prj）和坐標(biāo)文件(后綴為．pgw)，即可用Global Mapper批量裝載并自動(dòng)定位。其中有2個(gè)變化需要注意：

1）投影產(chǎn)生變化。瓦片數(shù)據(jù)選擇了網(wǎng)絡(luò)地圖常用的投影——Spherical / Web Mercator[4]（簡(jiǎn)稱Mercator）；而基本比例尺地圖分幅遵循了GB/T 13989-92[5]，其范圍是經(jīng)緯度值表示的地理坐標(biāo)，需向Mercator米制坐標(biāo)進(jìn)行轉(zhuǎn)換計(jì)算。

2）圖幅外邊界變化。瓦片生產(chǎn)過程中使用了瓦片切分格網(wǎng)作為多層數(shù)據(jù)套合的基準(zhǔn)，而該格網(wǎng)與基本比例尺地圖截幅范圍并不套合，且格網(wǎng)外邊界必須完全包絡(luò)地圖圖幅，所以地圖實(shí)際輸出范圍為格網(wǎng)外邊界，而不是通常計(jì)算的基本比例尺圖幅范圍。特殊情況下，如果格網(wǎng)外邊界與地圖圖幅重合，還要向外擴(kuò)展一格，如圖2中北邊界與格網(wǎng)的關(guān)系。

圖2 瓦片格網(wǎng)與基本比例尺圖幅之間的包絡(luò)關(guān)系圖

雖然瓦片格網(wǎng)在最終成果中要被去除，但在生產(chǎn)作業(yè)、接邊檢查等過程中將一直存在，提高了地圖坐標(biāo)標(biāo)定的難度。為了解決此情況下的接邊問題，筆者設(shè)計(jì)了地圖標(biāo)定批量處理流程，如圖3所示。

①圖號(hào)解析與地理范圍計(jì)算。首先根據(jù)文件命名進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)圖號(hào)和級(jí)別的解析，依據(jù)《國(guó)家基本比例尺地形圖分幅和編號(hào)》，可設(shè)計(jì)地圖圖幅解析類進(jìn)行地理坐標(biāo)范圍計(jì)算[5]，見圖4。

圖3 地圖標(biāo)定批量處理流程圖

圖4 地圖圖幅范圍計(jì)算類圖

②地理坐標(biāo)到Mercator坐標(biāo)的轉(zhuǎn)換。地圖的經(jīng)緯度地理坐標(biāo)范圍可通過式（1）、式（2）進(jìn)行坐標(biāo)變換[6]，其中L、B分別代表經(jīng)度和緯度（rad），x、y分別代表Mercator投影下的橫縱坐標(biāo)：

③包絡(luò)格網(wǎng)范圍推算與坐標(biāo)配置。瓦片格網(wǎng)符合網(wǎng)絡(luò)地圖瓦片服務(wù)標(biāo)準(zhǔn)（WMTS）[7]，設(shè)投影變換后的圖幅東西坐標(biāo)為XW、XE，南北坐標(biāo)為YN、YS，則包絡(luò)格網(wǎng)行列號(hào)推算公式為：

式中，W、E、N、S分別表示西東北南行列號(hào)；n代表級(jí)別；d為20 037 508．34，方括號(hào)代表取整。

將行列值與當(dāng)前級(jí)別的瓦片跨度相乘，可獲得該圖幅的包絡(luò)格網(wǎng)范圍，根據(jù)范圍和投影生成同名的坐標(biāo)和投影文件（．prj和．pgw），就完成了地圖坐標(biāo)標(biāo)定。

1.3 接圖表制作

根據(jù)選定的制圖范圍、比例尺，結(jié)合圖4中地圖圖幅類，可生成所需范圍內(nèi)的接圖表，存儲(chǔ)為shp格式可直接在Global Mapper中加載。圖5 a中的規(guī)則框線即為接圖表圖幅范圍線。

圖5 地圖調(diào)度及放大效果圖

2 數(shù)字接邊方法

數(shù)字化接邊包含接邊檢查、修改和審核3個(gè)階段（見圖6），形成一個(gè)接邊周期。對(duì)該周期進(jìn)行多次迭代，可大大提高成圖質(zhì)量。

圖6 接邊檢查流程圖

2.1 接邊檢查

首先服務(wù)器需對(duì)驗(yàn)收?qǐng)D幅（已標(biāo)定坐標(biāo)）進(jìn)行統(tǒng)一管理，通過開啟多任務(wù)管理模式，可實(shí)現(xiàn)多人同時(shí)接邊檢查。經(jīng)試驗(yàn)，每個(gè)任務(wù)管理地圖數(shù)量可達(dá)上百幅，并可進(jìn)行自由縮放漫游。圖5 b是接邊地區(qū)的放大效果，用于詳細(xì)檢查。

Global Mapper可進(jìn)行點(diǎn)、線、面的輸入編輯和命名，可用于對(duì)各類錯(cuò)誤位置和詳情的簡(jiǎn)單標(biāo)記。檢查完畢后，將錯(cuò)誤標(biāo)記結(jié)果存儲(chǔ)到服務(wù)器供改圖和后期審核之用。

2.2 修 改

通過下載標(biāo)記文件、接圖表和作業(yè)圖幅，作業(yè)員可快速查看標(biāo)記位置、錯(cuò)誤詳情等，進(jìn)行有針對(duì)性的修改，重新成圖并上傳服務(wù)器。

2.3 審 核

審校員通過裝載修改圖幅和錯(cuò)誤標(biāo)記，可逐個(gè)審核標(biāo)改結(jié)果并清除錯(cuò)誤標(biāo)記。

3 效果對(duì)比

通過某制圖任務(wù)對(duì)傳統(tǒng)手工接邊與數(shù)字化接邊2種方式進(jìn)行比較不難發(fā)現(xiàn)，數(shù)字化接邊具有以下幾個(gè)明顯優(yōu)點(diǎn)：

1）縮短圖幅上交時(shí)間。批量交圖時(shí)往往圖幅數(shù)量多、時(shí)間緊，打印過程一般持續(xù)幾個(gè)小時(shí)，而圖像上交只有幾分鐘時(shí)間。

2）縮短接邊圖幅整理時(shí)間。手工接邊時(shí)，在上百幅圖中去找特定圖幅耗時(shí)較久，而數(shù)字接邊可在服務(wù)器上搜索，節(jié)省整理時(shí)間達(dá)99%。

3）節(jié)省紙、墨等耗材。傳統(tǒng)交圖方式，每張圖從作業(yè)到通過驗(yàn)收平均要打印3～5次，數(shù)字接邊實(shí)現(xiàn)了無紙化辦公，在資源節(jié)約方面無疑具有更大優(yōu)勢(shì)。

利用Global Mapper進(jìn)行數(shù)字化接邊，具有速度快、節(jié)約資源等特點(diǎn)，可推廣到多種柵格圖和矢量數(shù)據(jù)的接邊應(yīng)用當(dāng)中，具有廣闊的應(yīng)用前景。

但是，數(shù)字化接邊由于技術(shù)原因也存在一些不足，主要體現(xiàn)在：尚無錯(cuò)誤標(biāo)記方式的定制化設(shè)計(jì)，審校員需要熟悉軟件；缺乏作業(yè)員和審校員簽字手段，尚未建立傳統(tǒng)多級(jí)驗(yàn)收中的責(zé)任機(jī)制。

[1] 國(guó)家測(cè)繪局國(guó)土司．什么是國(guó)家基本地形圖[EB/ OL]． http://www．sbsm．gov．cn/article/zszygx/chzs/chkp/ chxcs/200811/20081100044372．shtml，2007-09-24

[2] 王旭東，張福浩，張麗萍． 基于地形數(shù)據(jù)的瓦片金字塔構(gòu)建與組織[J]． 測(cè)繪與空間地理信息，2012(6)：60-62

[3] 馬秀香．天地圖矢量電子地圖生產(chǎn)流程[EB/OL]． http:// www．docin．com/p-55486 3793．html，2012-12-15

[4] Nielsen M． Spherical/Web Mercator: EPSG code 3785[EB/ OL]． http://www．sharpgis．net/post/2008/05/SphericalWeb-Mercator-EPSG-code-3785．a(chǎn)spx,2008-05-15

[5] GB/T 13989-92-1993．國(guó)家基本比例尺地形圖分幅和編號(hào) [S]．[6] 高皓亮，楊琴芝，叢曉南，等．基于Google Map的空間數(shù)據(jù)整合技術(shù)[J]．中國(guó)科技論文在線, 2009,2(14):1 509-1 513

[7] 茍麗美，朱美正，李艷明． RESTful風(fēng)格地圖瓦片服務(wù)的研究[J]． 計(jì)算機(jī)工程與設(shè)計(jì), 2012,33(9): 3 609-3 616

P283.7

B

1672-4623（2014）01-0147-02

10.11709/j.issn.1672-4623.2014.01.051

霍超，碩士，工程師，主要研究方向?yàn)榈乩硇畔⑾到y(tǒng)。

2013-03-12。

項(xiàng)目來源：國(guó)家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃（863計(jì)劃）資助項(xiàng)目（2013AA12A202）；科技基礎(chǔ)性工作專項(xiàng)重點(diǎn)資助項(xiàng)目（2013FY110900）。