汪躍平，柳其志，魏智威，魏 嘉，劉 洋

（1.安徽省第四測繪院，安徽 合肥 230000；2.武漢大學(xué) 資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，湖北 武漢 430079）

專題地圖設(shè)計是一個古老而又現(xiàn)代的問題[1]。關(guān)于地圖設(shè)計理論，國內(nèi)外學(xué)者已進(jìn)行了長期研究，并取得了豐碩成果；但是，在現(xiàn)代電子技術(shù)條件下，對于地圖設(shè)計與生產(chǎn)的技術(shù)研究，國內(nèi)外學(xué)者仍在努力探索?；谟嬎銠C輔助軟件進(jìn)行制圖的方法，國內(nèi)外已有很多相關(guān)研究，瑞士的Lorenz教授研究小組長期從事基于Freehand軟件的地圖設(shè)計與生產(chǎn)研究工作，并建立了相應(yīng)的地圖輔助設(shè)計平臺，可較好地提高山地制圖、地形圖生產(chǎn)的地圖設(shè)計效率和效果[2-4]。王家耀[1]院士工作團(tuán)隊研究了基于Microstation軟件的軍事領(lǐng)域地圖設(shè)計與生產(chǎn)系統(tǒng)，大量使用了專家知識，可有效提高地圖生產(chǎn)效率，并廣泛應(yīng)用于軍事地圖生產(chǎn)。此外，也有很多研究利用CorelDraw[5-7]、Adobe Illustrator[8]、MicroStation等矢量繪圖軟件結(jié)合ArcGIS、MapGIS等專業(yè)GIS軟件制作專題地圖[9-11]，并利用軟件本身的制圖功能或二次開發(fā)技術(shù)研發(fā)相關(guān)制圖插件，輔助專題地圖的設(shè)計與成圖[12-19]。然而，這些研究主要是集中在一些小功能的改進(jìn)或簡單應(yīng)用上，沒有系統(tǒng)地按照地圖設(shè)計流程來研發(fā)地圖設(shè)計工具。專題地圖設(shè)計，要求地圖設(shè)計工作者具備豐富的設(shè)計經(jīng)驗，若把地圖設(shè)計經(jīng)驗集成為模板和樣本庫，就能輔助快速設(shè)計出滿足要求的樣圖，以提高地圖設(shè)計質(zhì)量與效率。因此，本文基于CorelDraw和ArcGIS軟件研究了專題地圖輔助設(shè)計工具的設(shè)計與實現(xiàn)方法。

1 專題地圖輔助設(shè)計工具的總體架構(gòu)

目前，地圖生產(chǎn)單位普遍使用CorelDraw進(jìn)行專題地圖設(shè)計生產(chǎn)，但CorelDraw本身不具備GIS軟件一樣的專業(yè)制圖功能（如地圖符號庫、地圖色彩庫、圖廓整飾設(shè)計、地圖比例尺設(shè)定、圖例自動生成等），因此本文從地圖生產(chǎn)實際出發(fā)，研究了基于CorelDraw的專題地圖輔助設(shè)計工具。

專題制圖數(shù)據(jù)來源和格式多樣，如矢量數(shù)據(jù)、影像數(shù)據(jù)、文本數(shù)據(jù)、圖片數(shù)據(jù)和表格數(shù)據(jù)等。制圖軟件也有多種，不同軟件支持的數(shù)據(jù)格式也不同。因此，專題地圖輔助設(shè)計工具應(yīng)具備數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)格式轉(zhuǎn)換和多源數(shù)據(jù)融合功能。此外，地圖設(shè)計工作復(fù)雜，涉及大量的藝術(shù)性創(chuàng)作和細(xì)致的繪圖工作，需制圖人員具備一定的制圖經(jīng)驗和藝術(shù)審美能力，特別是在符號選擇、色彩配置、版式設(shè)計等方面。地圖生產(chǎn)單位已積累較多的地圖設(shè)計成果，如常用地圖符號、地圖色彩配置方案、版式設(shè)計、地圖設(shè)計的主要參數(shù)等。這些成果是地圖設(shè)計人員的主要參考，若能統(tǒng)一組織和管理起來，就能在地圖設(shè)計過程中為地圖設(shè)計人員提供較好的借鑒。

因此，設(shè)計并研制的專題地圖輔助設(shè)計工具，一方面需要能夠管理和提供大量與地圖設(shè)計有關(guān)的樣本（符號庫、色彩庫、地圖內(nèi)容配置樣本庫等）以及制圖經(jīng)驗（地圖設(shè)計參數(shù)、制圖規(guī)則等），引導(dǎo)制圖人員進(jìn)行地圖設(shè)計；另一方面還需提供多源數(shù)據(jù)的處理與融合功能，以提高地圖設(shè)計的效率和制圖的速度。

根據(jù)專題地圖生產(chǎn)的需要，專題地圖輔助設(shè)計工具需包括3個功能模塊：

1）多源數(shù)據(jù)預(yù)處理。①矢量數(shù)據(jù)處理：地圖投影選擇與轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)選取、數(shù)據(jù)簡化、數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換等；②影像數(shù)據(jù)處理：影像配準(zhǔn)、影像拼接、符號化等；③DEM處理：生成暈渲圖、符號化等；④文字圖表導(dǎo)入：Word、PDF、Excel、jpg、png、eps等導(dǎo)入。

2）地圖符號庫、地圖色彩庫、地圖內(nèi)容配置樣本庫、花邊樣式庫以及各數(shù)據(jù)庫的管理等。地圖符號庫的管理與地圖要素符號化關(guān)聯(lián)，地圖色彩庫（行政區(qū)劃配色、分級統(tǒng)計圖配色、分區(qū)統(tǒng)計圖符號配色、色帶配色）的管理與地圖配色關(guān)聯(lián)，地圖內(nèi)容配置樣本庫的管理與地圖內(nèi)容設(shè)計關(guān)聯(lián)。

3）專題地圖設(shè)計與生成，主要包括地圖版式設(shè)計、普通地圖符號設(shè)計、地圖整飾設(shè)計、專題統(tǒng)計符號設(shè)計和地圖設(shè)計書框架的生成等。

專題地圖輔助設(shè)計工具的功能結(jié)構(gòu)如圖1、2所示。

圖1 多源數(shù)據(jù)預(yù)處理

圖2 地圖設(shè)計輔助工具功能模塊

專題地圖輔助設(shè)計工具利用二次開發(fā)技術(shù)實現(xiàn)，使用的軟件平臺為ArcGIS 10.2和CorelDraw X3。其中，ArcGIS二次開發(fā)采用ArcEngine平臺，C#語言；CorelDraw X3二次開發(fā)則采用VBA和COM技術(shù)，VB語言。系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境和使用工具如表1所示。

根據(jù)用戶的實際需求和數(shù)據(jù)規(guī)模，系統(tǒng)采用Access數(shù)據(jù)庫，使用ADO技術(shù)訪問數(shù)據(jù)庫；并通過ActiveX Automation技術(shù)使程序與Office、CorelDraw軟件對象進(jìn)行鏈接，從而控制軟件實現(xiàn)相應(yīng)功能。數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊使用ArcEngine開發(fā)，地圖輔助設(shè)計與成圖使用CorelDraw的VBA技術(shù)實現(xiàn)。

2 主要技術(shù)實現(xiàn)

2.1 多源數(shù)據(jù)預(yù)處理

專題地圖設(shè)計前需對地理底圖數(shù)據(jù)和專題要素進(jìn)行預(yù)處理，包括地圖投影選擇與轉(zhuǎn)換、要素選取與簡化、圖層標(biāo)注與注記生成、矢量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為CDR等，這些處理是多源數(shù)據(jù)融合的基礎(chǔ)。

1）地圖投影選擇與轉(zhuǎn)換。一方面，制圖的數(shù)據(jù)來源多樣，投影也往往不一致，需要將不同制圖數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換到一致的地圖投影中；另一方面不同用途、不同比例尺的地圖往往需要選擇不同的投影。不同投影間有確定的轉(zhuǎn)換方式，能在ArcGIS中快速進(jìn)行，因而本文對目前生產(chǎn)單位常用的地圖投影進(jìn)行了整理，建立了圖種與投影的對應(yīng)關(guān)系，能輔助地圖投影選擇，實現(xiàn)地圖投影的快速轉(zhuǎn)換。

2）要素選取與簡化。點狀地圖要素的選取采用按密度選取和按屬性或等級選取的方法；線狀地圖要素按照長度或等級選取，采用Bend算法或D-P算法簡化；面狀地圖要素按照面積或等級選取。

3）圖層標(biāo)注與注記生成。對需要生成注記的圖層進(jìn)行標(biāo)注后，再將標(biāo)注轉(zhuǎn)化為對應(yīng)的注記圖層。

4）矢量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為CDR。在分析制圖數(shù)據(jù)需求的基礎(chǔ)上，自動實現(xiàn)了ArcGIS矢量數(shù)據(jù)到CDR文件的無損轉(zhuǎn)換。采用C#語言進(jìn)行編程，借助ArcGIS接口讀取矢量數(shù)據(jù)的圖形信息和屬性信息，然后使用CorelDraw的接口在CDR中寫入圖形和屬性信息，從而實現(xiàn)數(shù)據(jù)格式的無損轉(zhuǎn)換。其中，在CDR中使用對象數(shù)據(jù)來存儲屬性信息。

表1 系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境

2.2 地圖符號庫、地圖色彩庫、地圖內(nèi)容配置樣本庫

地圖符號庫使用Access數(shù)據(jù)庫（db_MapSymbol Libraries.mdb）來存儲和管理符號參數(shù)信息，由文件庫存放符號實體（CDR和圖片）。地圖符號庫包含點狀地圖符號、線狀地圖符號和面狀地圖符號，分別對應(yīng)多 張參數(shù)表，其中典型符號示例如圖3所示。

點狀地圖符號屬性表包括符號名稱、要素類型、符號寬度、符號高度、定位點、旋轉(zhuǎn)角度，使用文件來存儲點狀地圖符號實體（.cdr）和點符號預(yù)覽圖（.bmp）。

線狀地圖符號基于圖元和程序塊方法繪制。由于一般的圖元分類較復(fù)雜，本文依據(jù)CorelDraw的自身特點，將圖元分為長線圖元、短線圖元和點狀圖元3種。在CorelDraw圖元分類的基礎(chǔ)上，對CorelDraw中的線狀地圖符號進(jìn)行分類，依據(jù)其圖元構(gòu)成可分為4類：①由一種或幾種長線圖元疊加組成，如高速公路等；②由在一條或幾條長線圖元上，按一定規(guī)則排列的短線圖元組成，如防洪堤等；③由在長線圖元上按一定規(guī)則排列的點狀圖元組成，如溝渠符號；④不能通過圖元組合的方式得到的符號，包括河流、橋梁、長城等特殊符號。線狀地圖符號參數(shù)也采用Access表的形式進(jìn)行存儲，包括一張母表和多張子表。其中，母表用來存儲LineSymbol對象的屬性，每一種類型的圖元對應(yīng)一張子表，每張子表的每個字段分別用來存儲圖元的編號和屬性。對于不能通過前幾種圖元組合得到的符號（橋梁、長城），采用程序塊進(jìn)行繪制，存儲其在繪制過程中所有必要參數(shù)。母表的內(nèi)容包括ID、符號名稱、符號類型、地物類型、圖元個數(shù)、組成圖元；長線圖元屬性表包括ID、圖元寬度、圖元線樣式、圖元顏色；短線圖元屬性表包括ID、圖元寬度、圖元長度、圖元間間隔、圖元方向、圖元偏移、圖元顏色；點狀圖元屬性表包括ID、圖元寬度、圖元高度、圖元間間隔；河流屬性表包括ID、橋梁線寬度、橋梁線顏色、橋梁長線長度、橋梁短線長度、橋梁短線角度、是否包含矩形塊、矩形塊顏色；長城屬性表包括ID、長城短線長度、長城短線寬度、長城短線間間隔、長城線顏色；在建高速公路屬性表包括ID、線劃個數(shù)、中心線寬度、道路寬度、邊線寬度、中心線顏色、道路顏色、邊線顏色、實部長度、虛部長度。

根據(jù)填充對象的不同，面狀地圖符號可分為顏色填充、點狀圖元填充和暈線填充，分別對應(yīng)3張參數(shù)表來存儲填充對象的參數(shù)信息。面狀地圖符號的繪制采用程序塊方法實現(xiàn)。顏色填充屬性表包括ID、要素類型、面域顏色、輪廓線寬度、輪廓線顏色；點狀圖元填充屬性表包括ID、要素類型、圖元名稱、圖元寬度、圖元高度、角度、填充方式、垂直間隔、水平間隔；暈線填充屬性表包括ID、要素類型、角度、間隔、填充方式、線寬、線型、顏色1、顏色2。

圖3 符號庫中典型符號示例

地圖色彩庫使用Access數(shù)據(jù)庫來存儲，分為分級統(tǒng)計圖配色、分區(qū)統(tǒng)計圖符號配色、行政區(qū)劃配色和色帶配色4個類別，分別對應(yīng)4張色彩參數(shù)表，存放色彩組合值。根據(jù)實際配色中使用的色彩數(shù)目，色彩參數(shù)表中最多可存儲10個色彩值。色彩配置樣本是從已公開出版的優(yōu)秀地圖/地圖集或相關(guān)的論文中總結(jié)、抽象所得，保證了色彩模板對地圖設(shè)計的適用性和藝術(shù)性。色彩參數(shù)表包括ID、顏色數(shù)、顏色1、…、顏色10。

地圖內(nèi)容配置樣本庫使用數(shù)據(jù)庫參數(shù)表來存儲地圖內(nèi)容，建立特定比例尺下特定類別專題地圖內(nèi)容（地物要素集合）的對應(yīng)關(guān)系，同時存儲地物要素所對應(yīng)的地圖符號信息。樣本庫的內(nèi)容（地物要素及其符號）是日常制圖經(jīng)驗的總結(jié)，將一些公認(rèn)優(yōu)秀的符號組合方案存儲下來，專門用來指導(dǎo)地圖的符號設(shè)計。制圖人員可參考樣本庫中已設(shè)計好的符號信息，也可將自己設(shè)計好的樣本庫保存起來。一個地圖內(nèi)容配置樣本庫由一個Access數(shù)據(jù)庫文件組成，包括點狀地圖要素、線狀地圖要素、面狀地圖要素、地圖注記要素4張主表，以及控制線符號和面符號參數(shù)信息的多張從表。

2.3 地圖輔助設(shè)計與成圖

地圖輔助設(shè)計與成圖是系統(tǒng)的核心功能，主要包括地圖版式設(shè)計、地圖符號系統(tǒng)設(shè)計、地圖整飾設(shè)計、專題統(tǒng)計符號生成、多源數(shù)據(jù)（表格、文本等）融合等功能。地圖輔助設(shè)計與成圖的主界面如圖4所示。

圖4 地圖輔助設(shè)計與成圖主界面

2.3.1 地圖版式設(shè)計

1）地圖數(shù)學(xué)基礎(chǔ)的還原。地理數(shù)據(jù)進(jìn)入CorelDraw后丟失了數(shù)學(xué)基礎(chǔ)，如地圖投影和比例尺，因而需將進(jìn)入CorelDraw的空間數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化到對應(yīng)的比例尺下，再進(jìn)行地圖圖面配置設(shè)計。在地理底圖數(shù)據(jù)預(yù)處理時，根據(jù)地圖的比例尺和實際地圖范圍，可計算并導(dǎo)出地理底圖（地圖投影坐標(biāo)系下）對應(yīng)比例尺下的地圖范圍，將導(dǎo)入CorelDraw的制圖數(shù)據(jù)縮放到對應(yīng)的地圖范圍下，即可將制圖數(shù)據(jù)還原到原始比例尺下。

2）確定最大制圖范圍、內(nèi)圖廓尺寸以及比例尺?？紤]到印刷的需要，需預(yù)留出紙張空白空間，以全開紙張為例，其計算過程為選定紙張，確定最大制圖范圍后，可根據(jù)導(dǎo)入制圖數(shù)據(jù)的比例尺計算地圖在當(dāng)前確定紙張和制圖范圍下的比例尺，并將制圖數(shù)據(jù)進(jìn)行縮放，使之處于最大制圖范圍內(nèi)，并自動生成內(nèi)圖廓。根據(jù)實際制圖經(jīng)驗，地圖范圍通過主區(qū)界線向四周擴大10 mm，即為內(nèi)圖廓范圍。圖廓設(shè)計界面如圖5所示。

圖5 圖廓設(shè)計界面

3）地圖圖面配置設(shè)計，即充分利用地圖幅面，針對圖名、圖廓、圖例、附圖、附表、比例尺以及各種文字的版面設(shè)計。利用視覺平衡模型，以地圖生產(chǎn)中常用的地圖圖面配置方案為示例庫，實現(xiàn)地圖圖面的自動配置，為地圖設(shè)計人員提供較合理的設(shè)計方案。在地圖圖面要素配置過程中，需考慮紙張大小和地圖比例尺，首先用矩形框代表圖名、圖例、比例尺等地圖圖面要素的大小和位置；然后結(jié)合地圖圖面要素配置規(guī)則，計算出不同地圖圖面要素的尺寸大小、位置，并使地圖圖面協(xié)調(diào)。另外，利用視覺平衡評價模型來評價生成的版式是否達(dá)到了視覺平衡效果，并通過對矩形框的大小和位置進(jìn)行微調(diào)使圖面盡量達(dá)到視覺平衡。地圖圖面要素與地圖主圖之間的沖突需在地圖自動設(shè)計過程中進(jìn)行探測，若地圖圖面要素與地圖主圖存在交叉沖突，則自動搜尋合適位置，為用戶提供更規(guī)范、美觀的地圖圖面要素配置模板。地圖版式設(shè)計界面如圖6所示。

圖6 地圖版式設(shè)計界面

2.3.2 地圖符號系統(tǒng)設(shè)計與地圖要素符號化

首先對地圖圖層進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化命名，再選擇地圖類別對應(yīng)的地圖內(nèi)容配置樣本庫，將其中的地物要素圖層與當(dāng)前地圖圖層做匹配，然后對地圖進(jìn)行快速符號化，最后對圖層進(jìn)行排序，控制圖層之間的壓蓋關(guān)系。

2.3.3 地圖整飾設(shè)計

地圖整飾設(shè)計主要涉及比例尺、圖例、地圖色帶和花邊等的生成。根據(jù)用戶選擇的地圖內(nèi)容模板設(shè)置圖例的樣式，使用圖例生成程序即可自動生成圖例；比例尺和色帶可使用相應(yīng)程序自動生成；對于花邊，系統(tǒng)建立了常用的花邊樣式庫，可管理花邊并自動生成花邊。

2.3.4 專題統(tǒng)計符號設(shè)計與生成

專題統(tǒng)計符號主要包括生成統(tǒng)計圖表、分區(qū)統(tǒng)計圖和分級統(tǒng)計圖。對于專題統(tǒng)計圖表，系統(tǒng)使用TeeChart控件來完成多種圖表的繪制，主要包括常用的柱形圖、扇形圖、點狀圖等，并能通過屬性編輯改變相應(yīng)的表達(dá)形式（如是否3D樣式、圖表背景顏色、圖的旋轉(zhuǎn)角度等）。對于分級統(tǒng)計圖，系統(tǒng)提供了數(shù)據(jù)自動分級模型，并能使用分級色彩模板對已分級的行政區(qū)劃進(jìn)行著色。對于分區(qū)統(tǒng)計圖，可自動實現(xiàn)常用的統(tǒng)計圖表繪制。統(tǒng)計數(shù)據(jù)支持Excel格式和Access數(shù)據(jù)庫格式。

2.3.5 多源數(shù)據(jù)融合

除了矢量數(shù)據(jù)、影像數(shù)據(jù)和DEM外，專題地圖設(shè)計中還包括圖像數(shù)據(jù)、統(tǒng)計數(shù)據(jù)、表格數(shù)據(jù)、文檔數(shù)據(jù)等，系統(tǒng)可將txt、Word、PDF三類常用格式的文本文件和jpg、png、tif等多種圖片格式導(dǎo)入CDR中，同時提供Excel格式數(shù)據(jù)的無損導(dǎo)入。其實現(xiàn)方式是將Excel導(dǎo)出為PDF，再導(dǎo)入到CDR中。

2.3.6 地圖設(shè)計書框架生成

在地圖設(shè)計過程中將產(chǎn)生地圖設(shè)計的相關(guān)參數(shù)，如版式設(shè)計參數(shù)、地圖要素、地圖配色、比例尺等。首先將地圖設(shè)計參數(shù)導(dǎo)出為txt文本或圖片，再使用ActiveX Automation技術(shù)建立與Word程序的鏈接，自動生成一個Word文檔，即地圖設(shè)計書框架，為地圖設(shè)計人員提供方便。

3 實踐案例

以安徽省部分區(qū)域數(shù)據(jù)為樣例，按照專題地圖的設(shè)計流程，利用本文所設(shè)計的地圖輔助設(shè)計工具中已集成的符號庫、色彩庫、地圖內(nèi)容配置樣本庫、花邊樣式庫等素材，借助輔助設(shè)計工具中已實現(xiàn)的制圖功能，實現(xiàn)了相應(yīng)圖種樣圖的快速制作，結(jié)果樣圖見圖7。

圖7 樣圖示例

在制圖過程中，從地理底圖數(shù)據(jù)的投影選擇、要素簡化、ArcGIS矢量數(shù)據(jù)到CorelDraw格式無損轉(zhuǎn)換大部分制圖工作都可通過輔助設(shè)計工具來完成；在CorelDraw中利用制圖插件可進(jìn)行地圖圖廓版式設(shè)計、地圖符號設(shè)計與符號化、底圖配色、地圖整飾設(shè)計（圖例、比例尺、色帶和花邊的生成）、專題統(tǒng)計符號的繪制。當(dāng)然，少部分細(xì)節(jié)目前仍需要人工參與處理，如少部分注記沖突處理、圖例局部調(diào)整等?？傮w看來，本文研究的基于CorelDraw的專題地圖輔助設(shè)計工具能夠幫助制圖人員快速制圖，并有效提高專題地圖的設(shè)計效率。

4 結(jié) 語

本文從需求分析、技術(shù)方案、功能設(shè)計與實現(xiàn)等方面研究了基于CorelDraw的專題地圖輔助設(shè)計工具的實現(xiàn)方法，并根據(jù)設(shè)計思路實現(xiàn)了系統(tǒng)的功能，已應(yīng)用于實際專題地圖的生產(chǎn)。從生產(chǎn)單位應(yīng)用情況來看，該工具提高了制圖效率，取得較好的實驗效果，對于專題地圖自動設(shè)計具有一定的指導(dǎo)和借鑒意義。

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