蘭 林，毛媛媛，張 穎，陸 楠

（江蘇省水利工程規(guī)劃辦公室，江蘇 南京 210029）

0 引言

水利圖集是展現(xiàn)水利發(fā)展成就的載體，囊括規(guī)劃、設(shè)計、建設(shè)、運行、管理等諸多領(lǐng)域的體系布局和工作思路方面，成為了解研究水利的窗口與工具。隨著信息化建設(shè)進程的加快，水利建設(shè)管理與空間地理的聯(lián)系變得更加緊密，對圖集的需求越來越大，促使水利圖集功能向更加全面、應(yīng)用向更為廣泛的方向發(fā)展。

國內(nèi)出版的水利圖集較少，側(cè)重于以水利工程、水資源、農(nóng)業(yè)灌溉、水土保持等專題圖組展示水系與工程布局；國外出版的水資源分布圖集，包含氣候變化、景觀用水、大壩建設(shè)、生物多樣性及水資源管理等分類地圖[1]，反映水資源的自然稟賦和保護情況?？傮w上缺少全面反映水利各個領(lǐng)域現(xiàn)狀，滿足各類業(yè)務(wù)需求的綜合型圖集，究其原因是對編制技術(shù)研究不足，表現(xiàn)在編目設(shè)計、地圖主題表現(xiàn)、數(shù)據(jù)遴選、地圖數(shù)據(jù)管理等方面。因此結(jié)合編制新版江蘇省水利圖集的契機，采用先進的信息管理、測繪技術(shù)，著力于編制技術(shù)革新與方案完善，實現(xiàn)水利信息的地圖化應(yīng)用與管理，展現(xiàn)水利專業(yè)特點，形成先進實用的圖集編制方案，為水利工作提供地圖工具，是研究亟待解決的重點。

1 思路與任務(wù)

1.1 設(shè)計思路

全面分析水利圖集的應(yīng)用需求、功能特性和業(yè)務(wù)特點，整合共享地理信息資源，構(gòu)建水利地圖底圖庫，完善數(shù)據(jù)組織方式，以統(tǒng)一的設(shè)計原則、實用的主題結(jié)構(gòu)、專業(yè)的表現(xiàn)形式，通過研究圖集編制的關(guān)鍵技術(shù)，實現(xiàn)地理信息在地圖中的發(fā)布、參證、交互等功能[2]。

1.2 開發(fā)任務(wù)

開發(fā)圍繞技術(shù)研發(fā)和組織實施 2 條線展開：

1）技術(shù)研發(fā)。技術(shù)研發(fā)是編制方向和手段，確定圖集設(shè)計目標。技術(shù)研發(fā)包括以下內(nèi)容：a.功能設(shè)計。基于水利業(yè)務(wù)需求重點分析規(guī)劃設(shè)計、防汛防旱、調(diào)研巡查、空間管控、事務(wù)協(xié)調(diào)等方面，衍生出與之對應(yīng)的圖層。b.內(nèi)容編目。設(shè)計分析主題、地域、水利專業(yè)特點等，組合圖層形成分幅圖，并分組歸納。c.地理數(shù)據(jù)組織。地理數(shù)據(jù)組織是繪圖基礎(chǔ)，建立為制圖服務(wù)的數(shù)據(jù)庫及繪圖數(shù)據(jù)的調(diào)用模式。d.專題圖設(shè)計。分析和遴選反映主題的要素類別，篩選出圖元實體，確定每幅圖包含的圖形。e.制圖綜合。制圖綜合研究圖元實體的表現(xiàn)形式。

2）組織實施。組織實施是實施保障，提高開發(fā)工作效率，促進目標實現(xiàn)。為提高開發(fā)效率，避免出現(xiàn)反復(fù)修改的情形，可按照草圖—典型圖—初稿—定稿的開發(fā)流程，分工明確地開展階段工作，草圖階段確定圖集的編目，典型圖階段確定分幅圖的主題和要素，初稿階段完善圖集結(jié)構(gòu)框架和圖元細節(jié)，定稿階段查漏補缺，統(tǒng)一風(fēng)格。

水利圖集開發(fā)任務(wù)與流程如圖1 所示，從技術(shù)研發(fā)、組織實施、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化 3 個流程說明主要步驟和工作。

圖1 圖集開發(fā)任務(wù)與流程

2 功能設(shè)計

分為本體和客體 2 個功能：本體為水利事業(yè)服務(wù)，從工作職能上細分功能；客體從擴大使用范圍和周期上考慮，發(fā)揮圖集廣譜功能。

2.1 本體功能設(shè)計

水利圖集具有以下本體功能：

1）水利總覽。展示水系、水利工程的布局和治理體系，從整體到局部運用多尺度展現(xiàn)其特征，以水系和工程的布局圖層為載體。

2）事權(quán)劃分。以多重境界描述治理范圍與對象，區(qū)分各級事權(quán)，以境界圖層為載體。

3）空間管控。以流域、區(qū)域、防洪、水資源等專業(yè)區(qū)劃單元說明水利治理的空間特征，作為參與國土空間管理的依據(jù)，以專業(yè)區(qū)劃圖層為載體。

4）工程管理。落實不同的管理需求區(qū)分工程等別，以工程分類分級圖層為載體。

5）調(diào)度運行。以輸水線路、工程組合體系，說明洪澇和供水調(diào)度方案、控制節(jié)點、樞紐工程的布設(shè)及作用，以高度概化圖層為載體。

6）邊際控制。為協(xié)調(diào)解決邊際涉水糾紛矛盾提供參證依據(jù)，清晰標明上下游、干支流、左右岸等空間關(guān)系，以各級行政區(qū)劃圖層為載體。

7）行業(yè)協(xié)調(diào)。標明交通、能源、城鎮(zhèn)建設(shè)等基礎(chǔ)設(shè)施的分布位置，是行業(yè)協(xié)調(diào)的重要工具，以公共圖層為基礎(chǔ)。

2.2 客體功能設(shè)計

圖集具有宣傳交流、拓展延伸、動態(tài)更新等客體功能。水利圖集是對外宣傳交流水利事業(yè)的優(yōu)質(zhì)媒介，讓大眾了解和參與水利事務(wù)，這就要求圖形語言的設(shè)計風(fēng)格易被接受與認知，便于推廣使用。水利圖集內(nèi)容經(jīng)拓展延伸后再利用，廣泛應(yīng)用于規(guī)劃設(shè)計、匯報演示、信息系統(tǒng)設(shè)計等場景，提升使用價值，設(shè)計時應(yīng)考慮基礎(chǔ)示范功能。水利圖集的生命周期取決于時效性，動態(tài)更新具備捕捉下墊面變化，聯(lián)動水利地理信息數(shù)據(jù)庫，滾動修訂地圖的功能。例如湖泊退圩還湖工程實施后，水域岸線和堤防的空間形態(tài)隨之變化，水利圖集中應(yīng)及時修正圖元信息，實現(xiàn)持續(xù)利用。

3 編目設(shè)計

用戶通過瀏覽編目總覽水利圖集。編目設(shè)計通過編排內(nèi)容結(jié)構(gòu)，匯編一系列水利專題圖，內(nèi)容上反映水旱災(zāi)害防御、水利基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、河湖綜合管理、農(nóng)村水利網(wǎng)絡(luò)、水資源利用與管理等各水利專業(yè)領(lǐng)域，結(jié)構(gòu)上體現(xiàn)研究分析水利問題的基礎(chǔ)、治理水利問題的視角、劃分與協(xié)調(diào)事權(quán)的層級。決定水利圖集編目的主要因素有主題、要素、專業(yè)區(qū)劃、管理等，從主題分類、地域重構(gòu)、專業(yè)分組3 個方面編排[3]，編目結(jié)構(gòu)設(shè)計如圖2 所示。

圖2 圖集編目結(jié)構(gòu)設(shè)計示意圖

3.1 主題分類

地圖主題集群地理要素反映某一空間特征，按功能屬性分為公共地理、水利基礎(chǔ)、水利專業(yè)等要素，公共地理要素來源于基礎(chǔ)測繪成果，水利基礎(chǔ)、專業(yè)要素來源于水利生產(chǎn)環(huán)節(jié)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)。對要素進行分類要便于數(shù)據(jù)的獲取和管理，為主題歸納提供基礎(chǔ)。

1）公共地理要素。綜述自然地理、社會經(jīng)濟和開發(fā)利用現(xiàn)狀，選取以下構(gòu)成水利治理基礎(chǔ)的要素成圖：反映下墊面情況的地形等高線、平原丘陵山脈、骨干河流湖泊水庫、城鎮(zhèn)建成區(qū)；反映國土分級管理的各級行政區(qū)劃境界及其駐地；反映開發(fā)利用狀況的公路、鐵路、航道，以及車站、碼頭、機場所組成的水陸空交通網(wǎng)絡(luò)，橋隧管線組成的線型基礎(chǔ)設(shè)施。分為行政區(qū)劃圖、地形地貌圖、交通線路圖、基礎(chǔ)設(shè)施圖等。

2）水利基礎(chǔ)要素。綜述水系、水利工程、水文設(shè)施的布局，類別或級別，選取以下水利研究的背景與工具要素成圖：反映水系級別的流域性、區(qū)域性、其他重要、縣鄉(xiāng)等河流，大中小型水庫，省管、市管、縣管湖泊；反映水利工程體系的控制性樞紐、大中小型涵閘、泵站等點狀工程，1～5 級堤防、引調(diào)水線路、梯級河網(wǎng)等線狀工程，行洪區(qū)、蓄滯洪區(qū)、灌區(qū)、塘壩窖池等面狀工程；反映水文監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)的水文站、水位站、水質(zhì)站、雨量站、墑情站及其等值線參數(shù)。分為流域區(qū)域水系圖、水利工程布局圖、水文站網(wǎng)圖等。

3）水利專業(yè)要素。綜述規(guī)劃、設(shè)計、運行、管理的空間分布特征，選取以下代表水利治理手段與方式的要素成圖：反映規(guī)劃分區(qū)研究而劃分的防洪、除澇、水資源分區(qū)；反映水工建筑物組合發(fā)揮綜合功能的控制性樞紐；反映防汛防旱，水資源配置，以及保障生態(tài)水量的調(diào)度線路、工程及特征參數(shù)。分為功能區(qū)劃圖、工程概化圖、防洪與供水形勢圖、洪澇與水源調(diào)度圖、水旱災(zāi)害地區(qū)分布圖。

3.2 地域重構(gòu)

水利不僅以行政區(qū)劃劃分治理單元，還從產(chǎn)匯流過程、洪澇成因的角度分析問題，以流域、水系或片區(qū)劃分治理單元，考慮工程布局?？缭降貐^(qū)界限問題。使地圖適應(yīng)水利業(yè)務(wù)特點的重要途徑是盡可能采用水利專業(yè)區(qū)劃作為圖幅范圍，進行地域重構(gòu)，以專業(yè)視野反映水利規(guī)劃建設(shè)和事權(quán)劃分的特點。從行政角度一般劃分為省級、設(shè)區(qū)市級、縣（市、區(qū)）級；從治理角度劃分為洪澇、水資源分區(qū)，水土保持、灌區(qū)等專業(yè)區(qū)劃，進一步分出洼地、圩垸區(qū)、匯流片、排水片區(qū)等；從事權(quán)角度劃分為流域、水系、水利等分區(qū)。

3.3 專業(yè)分組

以先基礎(chǔ)后專業(yè)，先整體后局部，先概要后具體的原則進行分組，設(shè)計以下 3 類組圖：

1）序圖組。包含政區(qū)、地形、交通、環(huán)境和水系等分幅圖，概要地說明涉水公共基礎(chǔ)要素的分布和交互情況。

2）專題圖組。包含水利功能區(qū)劃、概化工程、洪澇水源調(diào)度運行、水文情勢等分幅圖，說明水利行業(yè)建設(shè)特點。

3）市縣圖組。包括設(shè)區(qū)市、縣（市、區(qū)）的水系圖，說明水系和工程的等級關(guān)系，便于掌握各級水利關(guān)注點。

4 地理數(shù)據(jù)組織

水利地理數(shù)據(jù)源于基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)，兩者的分布形態(tài)和趨勢相似，有位置、范圍、功能和規(guī)模等屬性信息，構(gòu)成復(fù)雜多元的地理數(shù)據(jù)。水利行業(yè)經(jīng)過多年的建設(shè)積累，各地已基本建立水利地理信息數(shù)據(jù)庫[4]，為地理數(shù)據(jù)組織提供扎實的基礎(chǔ)，充分利用數(shù)據(jù)庫進行地圖化預(yù)處理，按照統(tǒng)一的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)構(gòu)建常用比例尺的全域水利底圖庫，為規(guī)模制圖提供基礎(chǔ)，組織框架如圖3 所示。

圖3 地理數(shù)據(jù)組織框架圖

4.1 數(shù)學(xué)基礎(chǔ)

水利地圖的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)為蘭伯特投影（雙標準緯線等角圓錐投影）、CGCS2000 坐標系和 1985 國家高程基準。蘭伯特投影適用于沿緯線方向延伸且連續(xù)的中緯度地區(qū)，我國大部分省區(qū)都位于此地區(qū)，其變形程度可控制在 0.1% 以內(nèi)，選用該投影能降低地圖模擬失真率。比例尺選取要兼顧地域范圍和圖集版面尺寸，常用 A4 或 A4 跨頁版面展示 1 幅圖，以此確定省域的比例尺約為 1∶2 000 000～1∶1 000 000，設(shè)區(qū)市域、功能區(qū)劃域約為 1∶800 000～1∶300 000，縣域約為 1∶250 000～1∶100 000，概化工程域約為 1∶10 000～1∶5 000[5]。對不符合格式的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化格式后再存儲。

4.2 圖元概括

圖元概括指縮減圖元的定位點數(shù)量，適應(yīng)不同圖幅和比例尺下客觀反映實體趨勢、形狀、擺布等事實，將點數(shù)量控制在合理的范圍內(nèi)，實現(xiàn)圖形有效表達[6]，主要利用 GIS 平臺的智能抽稀功能，輔助人工干預(yù)的方式對復(fù)雜的圖元進行概括，甄別主次關(guān)系、等別屬性、跨界情況、分布均衡等影響因子。對質(zhì)量特征概化時，保證線狀和面狀圖元的主要形態(tài)和分布位置；對數(shù)量特征概化時，制定圖元數(shù)量閾值，相同類型圖元以平行方式抽稀，避免出現(xiàn)地圖內(nèi)圖元疏密不均、地圖間圖元總數(shù)量差異過大及不平衡的情況。

4.3 創(chuàng)建實體

水利地理實體，如 1 條完整的河流、1 座大型水利樞紐，由若干點、線、面圖元組成，將圖元完整地組織成實體，完整表達出水利圖形空間形態(tài)，這是數(shù)據(jù)預(yù)處理的重要內(nèi)容。處理時將多個圖元與實體掛接，構(gòu)建常用水利實體庫，例如某河流 A 由多段岸線圖元組成，將這些圖元完全掛接到河流實體 A 中。水利地圖中多個實體共用 1 個圖元的情況較多，河流 A 交匯河流 B，交匯共用岸線圖元分別掛接到 A 和 B 中，形成各自的實體庫，以備繪圖要素篩選使用。

利用數(shù)據(jù)組織方法構(gòu)建覆蓋全域的底圖庫，以1∶2 000 000，1∶1 000 000，1∶500 000，1∶250 000等常用比例尺規(guī)格建設(shè)，基本能滿足繪圖需要。

5 專題圖設(shè)計

編目設(shè)計制定了專題圖的類別及主題，專題圖設(shè)計時需從底圖庫中遴選目標圖元實體，對水利要素分組排列，用水利地圖語言表達主題。

5.1 主題表達

主題通過要素編排和表達實現(xiàn)，從地圖庫中確定主次要素，設(shè)計表達方案。以江蘇省水利地圖集為例說明水利分區(qū)圖與縣區(qū)水利圖的具體設(shè)計，設(shè)計說明如表1 和 2 所示。水利專題圖以統(tǒng)一的體例說明水利基礎(chǔ)與專業(yè)要素的等級、組合及其功能，此為主要內(nèi)容，其他要素則輔助說明其參證位置。不同專題圖的內(nèi)容各有側(cè)重，水利分區(qū)圖與縣區(qū)水系圖的要素編排效果對比示意圖如圖4 所示。從圖4 對比同一地區(qū)可見：水利分區(qū)圖多了澇區(qū)和水利分區(qū)的范圍邊界，突出研究治理手段；縣區(qū)水系圖增加了水系要素的數(shù)量，突出基層管理面廣量大的特點，內(nèi)容上突出彼此的差異性，又相互論證和補充，表現(xiàn)出內(nèi)在聯(lián)系[7]。

圖4 水利分區(qū)圖與縣區(qū)水系圖的要素編排效果對比示意圖

表1 水利分區(qū)圖設(shè)計表

5.2 圖元實體遴選

為建立各類專題圖與海量水利實體匹配的邏輯關(guān)系，突出主題、層次和區(qū)分度，從全要素圖層中遴選可用實體對象。所選實體應(yīng)與主題匹配，單位面積內(nèi)的實體個數(shù)均衡，避免視覺沖突影響讀圖效果。河流依據(jù)級別、長度、跨界、數(shù)量等級指標，水利工程依據(jù)等級、等別、重要性和各地區(qū)數(shù)量等指標綜合篩選。以江蘇省設(shè)區(qū)市水利圖的河流篩選為例，篩選方法與步驟如下：

1）江蘇省 13 個設(shè)區(qū)市的河流總數(shù)量控制在5 000 條量級，形成省、市、縣三級分別以 1 500，5 000，12 000 條遞增的數(shù)量級；

2）挑出跨省、市、縣等重要跨界河流約 200 條，用于識別邊際水利問題；

3）設(shè)區(qū)市水利圖的比例尺中位數(shù)約為 1∶500 000，在圖上 5 km 實際長度是 1 cm，是適合辨識的有效長度，以此確定為最小控制長度，超過它的有 4 900 余條河流；

4）考慮各市的面積、地形平衡數(shù)量，丘陵地區(qū)的密度應(yīng)低于平原水網(wǎng)區(qū)，刪除級別較低、密集偏多的河流 500 余條，最終形成全省約 4 600 條河流的規(guī)模。

表2 縣區(qū)水系圖設(shè)計表

6 制圖綜合

制圖綜合的效果決定圖集風(fēng)格，用戶的視覺感知風(fēng)格形成初步印象，決定了下一步認知過程的準確性或局限性，水利地理圖元綜合效果具有獨特性，采用多種方法處理。

6.1 水利制圖綜合方法

水利制圖綜合遵循以縮小的圖形顯示物理世界的基本規(guī)則，但不能機械地以圖形大小和比例關(guān)系綜合，而應(yīng)以地圖的用途目的為重點，以制圖者對其認識為轉(zhuǎn)移。綜合方法采用輪廓簡化和符號移位等手段，在保持圖元形狀的前提下，依據(jù)比例尺簡化輪廓，調(diào)整曲率，平滑形態(tài)，對符號密集區(qū)進行適當移位和簡化，為強調(diào)重要性還會用到異頻放大方法。

實施整體和局部的綜合，使圖元形狀和分布規(guī)律在水利圖集中風(fēng)格統(tǒng)一。整體上要平衡和約束密度，把握水利圖元與自然地形的客觀規(guī)律，例如平原水網(wǎng)密度大于山丘河道，干流上水利工程密度大于支流。局部上水系綜合闡明本身的趨勢，同時交代與境界、基礎(chǔ)設(shè)施的交匯關(guān)系，以線型區(qū)別河道特征，山丘區(qū)河流具有“血管”式形態(tài)及確定的匯流關(guān)系，平原區(qū)河流具有散布形態(tài)，沒有明確的干支關(guān)系；工程綜合依據(jù)比例尺的基數(shù)變化設(shè)計工程的縮放方案，漸進式地展現(xiàn)工程布設(shè)由簡入繁的變化趨勢，例如復(fù)雜的水利樞紐由若干水閘、泵站、船閘、立交組成，在 1∶1 000 000 的小比例尺圖中以 1 個主導(dǎo)功能的圖例代替，而在 1∶10 000 的大比例尺概化圖中全面反映各個水工構(gòu)筑物。

圖元位置擺布優(yōu)先級是水利類，小比例尺地圖常出現(xiàn)水利圖元間或與其他圖元位置壓蓋的情況，需做適量位移處理，甚至僅保留 1 類要素說明主要特征，以突出主題，提高地圖易讀性。例如河流有2 道堤防時，在小比例尺圖中簡化為 1 道堤防。

6.2 圖例與注記

參考相關(guān)制圖規(guī)范，沿用圖例使用慣例，設(shè)計體現(xiàn)水利特色的符號庫，部分圖例設(shè)計案例如圖5所示，圖例風(fēng)格應(yīng)醒目鮮明，直觀易讀，展現(xiàn)水工美和力量感，以組合視覺變量表示內(nèi)容與深度，以形狀、尺寸、方向、顏色的變化區(qū)分水利要素的功能與規(guī)模。注記樣式最能反映水利特征，從視覺閾值的角度協(xié)調(diào)均勻，常用獨特的排列方式突出標識，文字排版賦予個性化風(fēng)格[8]，如：以藍色雁行字列標識河流名稱，以紅色陣型字列標識工程名稱，以屈曲字列標識流域水系界線等，部分注記效果如圖6 所示。河流注記能反映形態(tài)和趨勢特征，工程注記強調(diào)位置和功能。復(fù)雜冗長的名稱應(yīng)適當簡化，保留主要含義。

圖5 部分圖例設(shè)計示意

圖6 工程概化圖的圖例與注記示意

6.3 特殊問題處置

水域范圍線是水域和岸線的界線，在水利空間管控中具有重要意義。從數(shù)據(jù)庫中選用臨水邊界線作為水域范圍線，準確描述水流的自然形態(tài)，滿足水利治理對河勢控制、行洪安全和河湖空間完整的需求，具體可采用水庫的正常蓄水位、湖泊的多年平均水位、河道的常水位或平灘水位對應(yīng)的水面線繪制。對于違法侵占水面的行為不能以現(xiàn)狀地貌表示，應(yīng)以批準規(guī)劃中明確的水面范圍繪制。

為突出主題，疊放圖層時特別將交通圖層置于水系圖層下，在水利圖集中交通要素處于從屬地位，目的是突出水網(wǎng)布局等主題要素，順序如圖7所示。這是有別于其他種類地圖的差異化處置，效果上能避免因交通線路壓蓋河流而出現(xiàn)“虛線河、斷頭河”的情況，保持河流的連續(xù)性，提高主要圖元的易讀性。

圖7 圖層疊放順序示意

7 結(jié)語

水利圖集編制屬于水利、測繪等方面技術(shù)與信息技術(shù)結(jié)合的領(lǐng)域，本方案圍繞數(shù)據(jù)整合、地圖服務(wù)、業(yè)務(wù)應(yīng)用、數(shù)據(jù)更新等熱點，構(gòu)建了水利圖集的功能、整體架構(gòu)與內(nèi)容體系，設(shè)計了水系和工程復(fù)雜交織下的要素篩選及配圖樣式，展示了多種地域范圍下的地圖主題與風(fēng)格，實現(xiàn)多圖元背景下化繁為簡的精準表達方式，基于通用平臺建立了水利地圖底圖庫，為地圖的更新和融合提供了基礎(chǔ)，使編制方案更具有針對性、專業(yè)性和規(guī)范性，提升了工作效率，帶動了水利制圖水平進步。

隨著國土空間治理體系建設(shè)的不斷深入，水利圖集將為河湖空間管控、水網(wǎng)格局優(yōu)化等工作提供更為精準和詳實的參證服務(wù)，需要繼續(xù)拓展圖集內(nèi)容，豐富專題圖的表現(xiàn)形式，提高要素的信息量和精準度，使編制方案日臻完善。編制水利圖集是水利信息化服務(wù)的手段，響應(yīng)智慧水利關(guān)于資源共享的要求，可整合多元數(shù)據(jù)信息，深入挖掘信息資源，發(fā)揮再利用價值，推動水利一張圖建設(shè)。