梁漢媚

(1. 北京市測繪設(shè)計研究院, 北京 100038;2. 城市空間信息工程北京市重點(diǎn)實驗室, 北京 100038)

0 引言

“天地圖”于2011年正式上線運(yùn)行,將向公眾提供權(quán)威、全面、統(tǒng)一的地理信息服務(wù)[1]。全國各省市正在大力開展“天地圖”省市級分節(jié)點(diǎn)專題圖的建設(shè)工作,并把重點(diǎn)放在地理信息系統(tǒng)(geographic information system,GIS)能產(chǎn)生出高質(zhì)量的矢量式地圖和圖表的能力上[2-3]。例如,“天地圖·北京”已經(jīng)研發(fā)了2022北京冬奧會、傳統(tǒng)地名保護(hù)名錄(第一批)、北京市市級濕地名錄、鄉(xiāng)村地名、北京大運(yùn)河休閑主題游、漫步北京親河湖享自然主題游線路、漫步北京清明節(jié)紅色旅游主題游、北大紅樓與早期北京革命活動舊址、地理國情監(jiān)測數(shù)據(jù)等多套專題圖層。

專題圖制作的重點(diǎn)內(nèi)容之一是基于GIS快速制作適用于不同場景的電子地圖。GIS不僅能夠以多種格式管理和存儲海量的地理數(shù)據(jù),同時還能夠為制圖學(xué)提供強(qiáng)有力的數(shù)據(jù)存儲、評價和分析功能[4-6]。制圖學(xué)家將地圖視覺化和GIS結(jié)合起來設(shè)計出了電子地圖,使得地圖的制作與使用出現(xiàn)了前所未有的重大變革[7-9],用戶對地理空間數(shù)據(jù)的需求增長日益明顯[10-11]。

針對目前GIS技術(shù)在地圖制圖中的廣泛應(yīng)用需求,筆者結(jié)合制作“天地圖·北京”的工作實踐,對使用GIS進(jìn)行專題地圖制圖的主要流程、關(guān)鍵技術(shù)和應(yīng)用優(yōu)勢等方面進(jìn)行了梳理和總結(jié),以期為“天地圖”的生產(chǎn)制作提供技術(shù)支持和實踐支撐。

1 專題圖制圖流程

“天地圖·北京”專題圖制圖流程主要包括資料收集、GIS數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計、地圖制圖、質(zhì)量檢測與地圖審核、切片和發(fā)布等環(huán)節(jié),如圖1所示。本研究以ArcGIS軟件為例,重點(diǎn)介紹使用GIS數(shù)據(jù)快速制作不同風(fēng)格多版電子專題地圖的關(guān)鍵技術(shù),即GIS數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計和地圖制圖。其他步驟與已有研究大致相同[1],不再贅述。

圖1 基于ArcGIS開展地圖制圖的主要流程

1.1 GIS數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計

電子地圖的核心是地圖數(shù)據(jù)。為了使GIS數(shù)據(jù)滿足地圖制圖的要求,須在GIS數(shù)據(jù)設(shè)計階段就要對GIS數(shù)據(jù)進(jìn)行合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計,主要包括要素幾何類型設(shè)計、屬性結(jié)構(gòu)設(shè)計和要素分層設(shè)計等方面。

1.1.1要素幾何類型設(shè)計

GIS數(shù)據(jù)分為點(diǎn)、線、面三種幾何類型。為了滿足地圖顯示表達(dá)效果,在制圖時需要對部分要素進(jìn)行針對性的處理。如橋梁要素在數(shù)據(jù)庫中一般是以線狀要素存在,橋梁應(yīng)該是在河流或者道路現(xiàn)狀要素的上面,但是在符號化時經(jīng)常會出現(xiàn)橋梁與河流或者道路相交的錯誤情況。為了滿足制圖要求,在數(shù)據(jù)庫設(shè)計時,尤其在大比例尺數(shù)據(jù)庫中,既要保留橋梁的兩邊邊線,還要添加一個橋面要素,以保證地圖制圖顯示效果的合理性。

1.1.2屬性項設(shè)計

在地圖制圖中為了辨識某些地物的屬性,可采用注記來標(biāo)記地物的特點(diǎn),如地鐵站的不同出入口可以用A、B、C、D等字樣進(jìn)行標(biāo)注。這些注記通常是通過添加要素的屬性項來實現(xiàn)的,因此在數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計時就要合理地設(shè)計要素的屬性項。

1.1.3要素分層設(shè)計

GIS數(shù)據(jù)包括水系、交通、居民地、行政區(qū)劃、植被、管線和地貌等多種地理要素,每種要素又可進(jìn)一步分為點(diǎn)狀、線狀和面狀三種幾何形狀。為了方便數(shù)據(jù)的管理和應(yīng)用,可按照要素類別和幾何類型進(jìn)行合理的分層,避免制圖時不同要素的壓蓋或遮擋。

1.2 地圖制圖

地圖制圖是將地理要素用指定的符號進(jìn)行繪制并輸出的過程。符號化過程如圖2所示。

圖2 符號化流程圖

地圖制圖時不光要對要素進(jìn)行符號化處理,還需要對相關(guān)地理要素進(jìn)行標(biāo)注,如河流名稱、居民地名稱等。文字標(biāo)注需要對字體類型、大小、顏色、放置位置等進(jìn)行設(shè)置,使地圖表達(dá)層次清晰、直觀、易讀。

2 專題圖制圖關(guān)鍵技術(shù)

基于“天地圖·北京”的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)和制圖要求,本研究設(shè)計了不同風(fēng)格的符號庫,形成了多版的配圖方案。關(guān)鍵技術(shù)包括適用于不同應(yīng)用場景的地圖服務(wù)類型構(gòu)建、多種存儲方式的制圖符號系統(tǒng)構(gòu)建、制圖符號共享方式構(gòu)建等。

2.1 適用于不同應(yīng)用場景需求的地圖服務(wù)類型構(gòu)建

電子地圖的使用場景大致包括常規(guī)用途、影像用途、規(guī)劃用途和大屏建設(shè)展示等類型。為滿足規(guī)劃底圖、大屏建設(shè)以及其他個性化場景的應(yīng)用需求,參考主流地圖風(fēng)格,本研究制定了常規(guī)版、影像版、灰色版和極夜版等多種風(fēng)格地圖服務(wù)類型。

2.2 適用于多種存儲方式的制圖符號系統(tǒng)構(gòu)建

將圖層要素數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為制圖表達(dá),并存儲在地理信息數(shù)據(jù)庫中,能夠?qū)崿F(xiàn)服務(wù)端對圖層數(shù)據(jù)的快速共享。例如建筑物的陰影的制圖表達(dá)存儲在屬性表中后,可以方便不同版本專題地圖對建筑物陰影的共享。這種存儲在服務(wù)端的方式,改變了以前將符號化信息只存放客戶端的存儲和使用方式。

2.3 適用于不同場景風(fēng)格的制圖符號共享方式構(gòu)建

交通、建筑物等重要骨架,水系、綠地的渲染規(guī)則以及興趣點(diǎn)的標(biāo)注進(jìn)行個性化表達(dá)和共性共享,并以Mxd或.lir客戶端文件的方式實現(xiàn)了符號系統(tǒng)的共享應(yīng)用。對于同一套數(shù)據(jù),通過創(chuàng)建不同應(yīng)用目的的制圖表達(dá)符號,就能應(yīng)用在對應(yīng)需求的地圖中。如將灰色版專題圖的灰色底色改為極夜底色,地圖的整體風(fēng)格就能從灰色版切換為極夜版。對于多套數(shù)據(jù),通過直接替換原圖層就能快速更新基礎(chǔ)數(shù)據(jù)且保持原符號系統(tǒng)的共享應(yīng)用。

3 “天地圖·北京”專題地圖制圖案例

本文以北京市為研究區(qū),基于上述流程和關(guān)鍵技術(shù),獲得了“天地圖·北京”的常規(guī)版配圖、影像版配圖、灰色版配圖和極夜版配圖四種專題地圖,如圖3所示,審圖號為京S(2021)019號,實現(xiàn)了不同場景地圖的輕松切換和快速出圖,可滿足不同場景的應(yīng)用需要。

(a)常規(guī)版配圖 (b)影像版配圖

4 GIS在地圖制圖中的優(yōu)勢

結(jié)合上述“天地圖·北京”不同場景專題圖的制作過程,對GIS在地圖制圖上的應(yīng)用優(yōu)勢進(jìn)行了總結(jié),具體如下：

4.1 符號隨屬性變化動態(tài)顯示

GIS地圖制圖能夠?qū)崿F(xiàn)圖庫一體,使符號隨著要素屬性的變化而實時動態(tài)變化。例如,在“天地圖·北京”的交通符號的設(shè)計中,不同道路的等級屬性主要通過道路的寬度和顏色進(jìn)行表示。當(dāng)修改了道路的等級屬性后,數(shù)據(jù)庫中的道路表達(dá)規(guī)則會根據(jù)道路的屬性信息繪制出道路的顯示效果。如某條道路從省道升級為國道,只要修改了這條道路的等級屬性,便可將這條道路的顏色和寬度自動顯示出國道的效果。

4.2 不同地圖要素疊加分層快速處理

GIS軟件對于圖形信息的處理有分層編輯、分層管理和分層存放的功能。地圖信息的疊加要根據(jù)圖面所負(fù)載數(shù)據(jù)的詳細(xì)度和要表達(dá)的主題內(nèi)容來決定[12-13]。在“天地圖·北京”影像地圖中,常規(guī)版的設(shè)計和編輯可以運(yùn)用ArcGIS圖形信息的分層功能,將需要在影像中表達(dá)的共有城市地理地圖進(jìn)行提取,把圖中的主要地理信息,如居民地、交通線、境界線、興趣點(diǎn)等進(jìn)行信息采集,借助分層功能進(jìn)行圖形數(shù)據(jù)分層,組合成新的專題數(shù)據(jù),再疊加到影像中進(jìn)行符號化,就形成了影像地圖。

4.3 不同地理信息的共享交換

“天地圖·北京”有一套完整的電子地圖符號和注記說明和統(tǒng)一的數(shù)據(jù)融合技術(shù)要求。基于這些要求,結(jié)合ArcGIS對空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)的強(qiáng)大管理能力,形成了統(tǒng)一的數(shù)據(jù)規(guī)范、分類編碼、交換格式、術(shù)語、文件格式和質(zhì)量指標(biāo)體系,實現(xiàn)了不同信息系統(tǒng)的互聯(lián)互通,為信息共享和交換提供了支持[14-15]。

5 結(jié)束語

綜上所述,在地圖制圖中,使用GIS數(shù)據(jù)實現(xiàn)制圖表達(dá),能夠?qū)崿F(xiàn)對地理信息數(shù)據(jù)的高效處理,極大地減少地圖制圖的工作量,提高地圖制圖的效率和質(zhì)量。不過,ArcGIS不是專業(yè)的制圖軟件,雖然已具備一定的制圖功能,但是在平面編輯設(shè)計方面還須進(jìn)一步完善,如GIS數(shù)據(jù)經(jīng)過制圖表達(dá)后,會出現(xiàn)圖形顯示效果降低等問題。因此,在未來的地圖制圖過程中,應(yīng)繼續(xù)加強(qiáng)ArcGIS制圖表達(dá)方面的相關(guān)研究,不斷完善和開發(fā)ArcGIS的圖文編輯功能,改進(jìn)地理信息數(shù)據(jù)與平面可視化有機(jī)結(jié)合的實現(xiàn)方式,更好地提升地圖制圖效果和應(yīng)用價值,以期促進(jìn)地圖制圖技術(shù)更好更快發(fā)展。