甘 雨

(江蘇省基礎(chǔ)地理信息中心,江蘇 南京 210013)

0 引言

第三次國土調(diào)查是一項(xiàng)重大的國情國力調(diào)查,旨在細(xì)化和完善國土資源管理精準(zhǔn)化水平和社會經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的需要。通過調(diào)查,進(jìn)一步完善土地利用基礎(chǔ)數(shù)據(jù),掌握準(zhǔn)確、翔實(shí)的國土利用現(xiàn)狀和專項(xiàng)成果情況[1]。第三次國土調(diào)查成果圖集是以三調(diào)成果為基礎(chǔ)編制的,全面反映土地利用現(xiàn)狀,為各級政府、部門貫徹落實(shí)方針政策和決策部署提供重要的科學(xué)依據(jù)。然而,三調(diào)成果數(shù)據(jù)中各圖斑僅有類型信息而沒有屬性信息,僅根據(jù)該成果數(shù)據(jù)無法成圖。因此,本文根據(jù)三調(diào)圖集編制的實(shí)際需要,提出一種基于快速制圖服務(wù)系統(tǒng)的三調(diào)圖集編制方法,對三調(diào)成果進(jìn)行分析、整理,從江蘇省快速制圖數(shù)據(jù)庫中提取相應(yīng)的地理要素,最終兩個過程文件在快速成圖子系統(tǒng)中進(jìn)行疊加和鑲嵌等處理,在提高制圖效率的同時保證制圖表達(dá)的科學(xué)性和準(zhǔn)確性,為當(dāng)前的地圖制圖工作提供參考。

1 三調(diào)成果數(shù)據(jù)分析

三調(diào)成果數(shù)據(jù)中各圖斑數(shù)據(jù)僅有類型信息沒有屬性信息,如河流水面沒有河名信息,交通運(yùn)輸用地沒有道路編號名稱等相關(guān)信息,居民地僅有權(quán)屬范圍沒有駐地信息,僅根據(jù)該成果數(shù)據(jù)是無法成圖。為了豐富圖面信息,保證圖面效果,針對三調(diào)數(shù)據(jù)屬性信息不全的問題,需要采用權(quán)威的道路、水系、居民地等屬性數(shù)據(jù)來補(bǔ)充圖面信息。

快速制圖服務(wù)系統(tǒng)涵蓋基于制圖表達(dá)知識規(guī)則的地圖數(shù)據(jù)庫、地圖編制半自動化等技術(shù),可以為三調(diào)圖集編制提供重要的數(shù)據(jù)來源。根據(jù)三調(diào)技術(shù)規(guī)程建立相應(yīng)的知識規(guī)則,在快速制圖軟件中完成對各地理要素的綜合選取并鑲嵌圖斑數(shù)據(jù),然后進(jìn)行圖面沖突處理,配置圖名、比例尺等整飾要素后成圖。

2 快速制圖服務(wù)系統(tǒng)

2.1 快速成圖子系統(tǒng)

作為快速制圖服務(wù)系統(tǒng)的子系統(tǒng),快速成圖子系統(tǒng)基于已有的制圖經(jīng)驗(yàn),將不同尺度要素表達(dá)的內(nèi)容、規(guī)范進(jìn)行整理,圍繞知識規(guī)則驅(qū)動快速制圖的核心理念,設(shè)計(jì)相應(yīng)的各類方案,包括符號化方案、注記方案、配色方案、圖外整飾方案等,并制作不同風(fēng)格的配圖模板(符號化規(guī)則)、注記規(guī)則表和制圖版式,針對要素選取、曲線化簡、注記編輯、線狀要素編輯等工藝相關(guān)的專家經(jīng)驗(yàn)值進(jìn)行梳理總結(jié)[2],建立制圖專家知識規(guī)則庫,實(shí)現(xiàn)地圖要素的快速符號化、半自動化編輯和地圖整飾輸出,滿足地圖快速制作和輸出需求。

快速成圖子系統(tǒng)主要有基礎(chǔ)功能、數(shù)據(jù)源、地圖處理、注記處理、圖面編輯、工具箱與地圖整飾等功能模塊,如圖1所示。

圖1 快速成圖子系統(tǒng)主要功能模塊

快速成圖子系統(tǒng)依托具有現(xiàn)勢性的多尺度地圖數(shù)據(jù)庫,采用地圖數(shù)據(jù)加制圖規(guī)則的模式,從傳統(tǒng)制圖工藝中總結(jié)專家經(jīng)驗(yàn),制定了常用比例尺的出圖規(guī)則,制作了多種用途的符號模板,并提供交互式模板,可自主設(shè)定參數(shù),采用了基于地理實(shí)體的自然河選取等級快速賦值、水系、交通要素選取等級連通性檢查等新技術(shù),實(shí)現(xiàn)全省多尺度、多類型地圖的全域或局部快速生產(chǎn),能夠滿足三調(diào)圖集居民地、道路、水系等地理要素的提取和縮編要求。

2.2 基于三調(diào)知識的制圖表達(dá)規(guī)則

通過建立的三調(diào)知識規(guī)則,在快速制圖軟件中快速完成對各地理要素的綜合選取及避讓,以減少人工工作量。

2.2.1 地名點(diǎn)綜合選取模型及表達(dá)規(guī)則

散列的地名點(diǎn)、成群分布的山峰等都是地圖中群點(diǎn)目標(biāo)的實(shí)例[3]。從群點(diǎn)分布特征的研究出發(fā),參照生物群體的“適者生存”進(jìn)化思想,利用Voronoi圖對群點(diǎn)的空間分布特征進(jìn)行描述,分別針對邊界點(diǎn)、內(nèi)部點(diǎn)的化簡提出選取模型,并結(jié)合開方根模型計(jì)算不同比例尺下的選取數(shù)量,基于知識規(guī)則驅(qū)動,繼而獲得特定比例尺下要素目標(biāo)的選取結(jié)果,保持點(diǎn)目標(biāo)分布的覆蓋范圍及相對疏密關(guān)系,如圖2所示。

圖2 保持空間分布特征的地名點(diǎn)選取

2.2.2 水系、道路綜合選取模型及表達(dá)規(guī)則

與點(diǎn)要素的綜合選取相比,網(wǎng)狀要素的綜合選取過程要復(fù)雜得多。地圖表達(dá)上呈網(wǎng)狀的要素目標(biāo)類型主要包括以道路要素為代表的人工構(gòu)筑物、以河流為代表的自然地物。綜合考慮要素目標(biāo)的各項(xiàng)特征,包括屬性等級、長度形狀、拓?fù)溥B通性以及空間分布密度,本文提出一種顧及Stroke特征的網(wǎng)狀要素綜合選取模型。將描述要素目標(biāo)完整地理意義的stroke特征引入選取過程,按照屬性等級、連通性、長度的優(yōu)先級順序評價單個Stroke的重要性,通過約束條件來區(qū)分Stroke類型為保留型、刪除型與約束型,對于約束型Stroke結(jié)合鄰近關(guān)系約束條件實(shí)施進(jìn)一步刪除策略。采用依次刪除探測的方法保留部分弧段以保證水系、道路的連通性,同時將保留的弧段動態(tài)地歸并到周圍Stroke中并更新相應(yīng)信息,在保證連通性的同時兼顧了要素目標(biāo)的重要性和區(qū)域分布的密度差異[4],如圖3所示。

圖3 水系、道路刪除時顧及連通性

2.2.3 面向不同地理要素的沖突關(guān)系處理規(guī)則

本文基于0.2 mm的要素間隔指標(biāo)建立要素沖突檢測與處理規(guī)則庫,并提出一種基于緩沖區(qū)分析的線面要素、面面要素避讓關(guān)系快速處理方法,基于線或面輪廓邊線作雙側(cè)緩沖區(qū),對臨近面要素進(jìn)行擦除處理。同時,構(gòu)建不同要素之間的協(xié)同空間關(guān)系,提出了一種基于協(xié)同移位算法的點(diǎn)目標(biāo)、線目標(biāo)的沖突檢測和快速處理方法,保證兩者之間的空間關(guān)系協(xié)調(diào)。在專家經(jīng)驗(yàn)和制圖表達(dá)規(guī)則的基礎(chǔ)上,構(gòu)建符號移位規(guī)則庫,作為沖突檢測和處理的依據(jù)。利用約束Delaunay三角網(wǎng)建立不同要素之間的協(xié)同關(guān)系,并識別沖突區(qū)域。借助Stroke模型構(gòu)建要素群分布模式形態(tài),作為特殊形態(tài)要素移位的約束條件。綜合考慮要素上下文環(huán)境和制圖知識規(guī)則,建立了滿足生產(chǎn)需求的沖突檢測和處理模型,完成多尺度數(shù)據(jù)庫中點(diǎn)目標(biāo)、線目標(biāo)符號沖突處理任務(wù)。

2.3 不同比例尺下要素快速選取

為實(shí)現(xiàn)不同比例尺下各要素的快速選取,利用多尺度快速制圖數(shù)據(jù)庫中HYDL層屬性項(xiàng)“GRADE2”(記錄水系要素選取等級),保證去除部分等級低的水系后,即可用于某些較小比例尺的水系的快速制圖,如在1∶5萬數(shù)據(jù)中去掉8級水系即可用于1∶7萬比例尺下的快速制圖,也可快速實(shí)現(xiàn)主區(qū)、鄰區(qū)要素密度對比效果。利用多尺度快速制圖數(shù)據(jù)庫中LRDL層屬性項(xiàng)“GRADE2”(記錄道路要素選取等級),確保去掉部分等級低的道路時,其他高等級道路能夠形成閉合網(wǎng),保證路網(wǎng)的連通性和完整性。利用多尺度快速制圖數(shù)據(jù)庫中AGNP層中的屬性項(xiàng)“PRIORITY”(記錄點(diǎn)狀居民地的優(yōu)先級),輔助不同比例尺下地名點(diǎn)的密度篩選。利用快速成圖子系統(tǒng)中的要素選取工具,根據(jù)每幅圖的制圖需求,對圖上各類要素的顯示等級做相應(yīng)調(diào)整,保證主、鄰區(qū)水網(wǎng)、路網(wǎng)的構(gòu)網(wǎng)情況良好且地名點(diǎn)密度合理。

3 基于快速制圖數(shù)據(jù)庫的三調(diào)圖集制圖表達(dá)

3.1 圖斑縮編

三調(diào)各調(diào)查單元的地類圖斑數(shù)量最大達(dá)47萬個,最小在2萬到3萬個之間。為了能夠清晰、真實(shí)地反映地理對象的分布特征,也為了方便讀圖,需要對三調(diào)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行縮編處理,包括縮放、圖形選取、綜合及處理圖上各要素之間的關(guān)系。根據(jù)縮編技術(shù)指標(biāo),將地類圖斑縮編至不同比例尺后,數(shù)據(jù)中以面狀符號表示的交通運(yùn)輸用地、水域和水系設(shè)施用地等線狀圖斑,會出現(xiàn)因不足選取指標(biāo)而被舍去,造成圖面不合理、不連貫。通過面向地類圖斑的自動化與定制化處理,逐步完成傳統(tǒng)人工制圖綜合知識與經(jīng)驗(yàn)向計(jì)算機(jī)執(zhí)行的轉(zhuǎn)換,采用計(jì)算機(jī)加人工校核的方式,在兼顧語義與拓?fù)潢P(guān)系的基礎(chǔ)上,側(cè)重復(fù)雜圖斑的分裂、融合與迭代合并,包括海量圖斑自適應(yīng)平衡分塊與邊界修正、海量分塊圖斑并進(jìn)行綜合。

3.2 地理要素提取與處理

在快速制圖服務(wù)系統(tǒng)中,根據(jù)三調(diào)各個調(diào)查單元的范圍文件,設(shè)定好圖廓尺寸,通過套框法計(jì)算比例尺,將每個調(diào)查單元的水系、道路、地名點(diǎn)、境界等地理要素從數(shù)據(jù)庫中提取出來,并設(shè)置相應(yīng)的空間參考。首先,從快速制圖數(shù)據(jù)庫中提取道路、水系、行政區(qū)劃等地理要素,并利用快速制圖服務(wù)系統(tǒng)要素選取功能進(jìn)行綜合化簡。然后,根據(jù)三調(diào)內(nèi)容的分類圖式、圖例、色標(biāo)而設(shè)計(jì)完成的三調(diào)圖集的符號模板,通過快速成圖子系統(tǒng)的制圖功能,對選取之后的地理要素符號化。再次,通過快速制圖服務(wù)系統(tǒng)的注記生成功能,生成相關(guān)注記。最后,對圖面進(jìn)行處理,比如水系要素需要進(jìn)行水系漸變等,道路要素需要進(jìn)行道路關(guān)系處理等。

3.3 要素鑲嵌與整飾輸出

將經(jīng)過處理后的圖斑數(shù)據(jù)、地理要素?cái)?shù)據(jù)在快速成圖子系統(tǒng)中進(jìn)行鑲嵌處理,它不僅僅是要素的簡單疊加,還要處理圖面沖突,既要兼顧整體效果,同時也要考慮特殊圖斑綜合的需求。地類圖斑經(jīng)過縮編之后,由于一片區(qū)域的選取指標(biāo)相同,可能會導(dǎo)致某些局部區(qū)域的某類地物過少。從圖面平衡效果考慮,對該類地物進(jìn)行相應(yīng)的補(bǔ)充。地類圖斑和地理要素疊加、鑲嵌之后,還要進(jìn)行相應(yīng)的人工調(diào)整,如人工檢查、校核、處理地類圖斑的邊線等,其中地理要素與地類圖斑的沖突關(guān)系處理尤為重要,例如水域用地與單線水系關(guān)系的處理、交通用地與道路線關(guān)系的處理、水域用地和交通用地圖斑剖分融合等。

通過快速制圖服務(wù)系統(tǒng)提供的整飾輸出功能,進(jìn)行地圖整飾,包括圖例、比例尺、指北針生成、圖名添加、統(tǒng)計(jì)表格生成等,最終以PDF 格式輸出。

4 結(jié)語

傳統(tǒng)制圖工序煩瑣,耗時嚴(yán)重?？焖僦茍D服務(wù)系統(tǒng)最大限度地利用計(jì)算機(jī)技術(shù)研發(fā)核心功能模塊,實(shí)現(xiàn)地圖要素的半自動化編輯、快速符號化和地圖整飾配置,可以快速完成不同比例尺專題圖制作和輸出。本文通對三調(diào)成果數(shù)據(jù)進(jìn)行處理,獲取地類圖斑,同時通過江蘇省快速制圖服務(wù)系統(tǒng)從快速制圖數(shù)據(jù)庫中提取相應(yīng)的地理要素,最終在快速成圖子系統(tǒng)中進(jìn)行疊加和鑲嵌等處理,配置圖名、比例尺等整飾要素,形成各個調(diào)查單元的成果圖。該方法通過建立三調(diào)知識規(guī)則,在快速制圖軟件中快速地完成了對各地理要素的綜合選取及注記避讓,減少了人機(jī)交互的工作量,大幅提高專題圖生產(chǎn)效率的同時保證了地圖的科學(xué)性和實(shí)用性。