基于ArcGIS Representation圖庫一體化的設計與實現

譚成國

(武大吉奧信息技術有限公司，湖北武漢 430223)

1 引言

地圖制圖具有藝術性為地圖學界所公認。至于地圖的藝術性指的是什么以及地圖制圖是不是一門藝術［2］，至今眾說紛紜。但可以明確的是地圖制圖學與藝術有一定關系，具有藝術性。隨著計算機技術的發展和應用，地理信息系統成為處理和分析地理空間信息的通用信息系統，其應用已深入到各行各業，如城市規劃、國土資源、軍事、電力、公安等［1］。然而，地圖要素的信息藝術表達與數字化信息數據的計算機自動繪制之間存在很多難以統一解決的問題，加之我國地圖制圖的國家標準圖式內容多、涉及面廣，如若達到地理信息數據與地圖制圖數據一體化存儲與管理，不但需要保證地理要素的獨立性和對象化，還要保證地理要素符號表達之間關系的合理性，方便普通大眾閱讀。為此，一直以來測繪工作者備受此難題困擾，兩者統一的過程中存在不同的觀點:一種觀點認為數字制圖是地理信息系統的一部分;另一觀點認為地理信息系統是基于數字制圖基礎上的進一步建設。

數字制圖［4］是空間地理信息的獲取、處理、傳輸、存儲及其表達的技術，最終得到數字式和非數字式的地圖產品，其主要目的在于紙質地圖生產和數字地圖制圖信息的顯示，強調空間地理信息的傳輸、表達和認知。地理信息系統是一種空間數據的采集、存儲、管理、分析、顯示與應用的信息系統與技術，強調空間地理信息的處理與分析。筆者認為地理信息系統和數字制圖可以相互借鑒，互相促進，共同發展。在空間數據采集、存儲、管理的基礎上，實現數字制圖、電子地圖、專題制圖等多種形式的地圖應用產品。為此在Arc-GIS軟件中設計和實現了地理信息數據管理與數字制圖輸出集成一體化，即圖庫一體化。

2 圖庫一體化設計

圖庫一體化是一個涉及空間數據采集生產、存儲管理、制圖輸出的全過程的完整的技術解決方案體系，包括數據生產標準、工藝流程、數據庫結構的制定以及支持工藝流程各階段數據編輯、處理的軟件系統。不但要考慮適應現行生產體系的軟硬件設備狀況、數據采集生產工藝流程的工作習慣、工作效率、投入成本等方面的要求;還要考慮使用海量存儲、編輯方便靈活、制圖符號表達嚴密的空間數據管理分析GIS軟件。

2.1 數據生產工藝流程

目前空間數據生產加工到應用的流程如圖1中的左邊的流程圖所示，受目前國內空間數據生產現狀，特別是大比例尺地理信息數據的生產，數據生產單位與數據管理單位以及數據的應用者之間存在著目的不同、利益不同的情況，使得數據加工流程涉及軟件雜多，生產單位為滿足數據的后期應用和制圖，不得不同時加工兩套數據:一套是地理信息系統接受的標準格式數據;一套是滿足制圖要求的DLG測繪產品數據。當需要地圖制圖或者分析應用時，測繪數據管理部門采取途徑(2－B、A)將地理信息數據檢查、加工、入庫，然后在空間數據庫的基礎上實現空間數據的分析應用，使用滿足制圖要求的DLG測繪產品數據進行制圖輸出;或者采取途徑(1－B)是將滿足制圖要求的測繪產品數據按照制圖圖形內容的方式整理入庫，單獨處理用于分析應用的地理信息數據。這種空間數據從生產、存儲管理到應用的過程方式，生產工作量大、投入多、費時費力。

所以，空間數據生產、更新、產品化生產流程要先進行空間數據生產，再通過空間數據的地圖要素表達，實現地圖制圖，數字化印刷輸出。該工藝生產流程節省人力、物力資源投入，能產生最大效益。

圖1 當前的數據生產工藝流程(左)和改進的數據生產工藝流程(右)

空間數據的獲取、生產與更新到空間數據庫的流程不作為本文的主要研究內容，本文主要尋求解決:如何能在滿足空間數據的存儲管理的同時，實現地理要素對象同地圖制圖關聯，方便編輯修改。研究發現，ArcGIS 9.3產品中的Representation技術能夠滿足該生產流程的需要。

2.2 ArcGIS Representation

Representation是基于規則的高級智能化制圖［7］方式，作為要素類的屬性存儲于Geodatabase中，能夠在多用戶的環境和空間數據遷移的過程中共享和重用制圖方案。每個圖層可以存儲多種方式的Representation，這樣針對相同的數據源，可以制作出不同的制圖效果。此外，Representation提供了非常靈活的制圖方式，用戶可以通過繪圖的方式制作精美的符號，并且可以對同一圖層中某一些要素采用不同的制圖符號化方案。

圖2 地理要素的Representation實現例子(引自［8］)

如圖2所示的例子，Representation是根據存儲在Geodatabase系統表中的Representation Rules和Overrides來對地理數據符號化。Representation存儲在數據的屬性表中分別用RuleID和Override兩個字段存儲，其中RuleID是整型，記錄采用Geodatabase系統表中存儲的哪項規則進行符號化，即規則的索引;而Override是BLOB類型。每個符號化方案在屬性表中由一組RuleID和Override兩個字段存儲。Representation Rules能夠采用與原始數據不同的幾何形狀來符號化空間數據，而不影響原始數據。一個圖層可以采用多種Representation Rules進行符號化，Representation Rules由Symbol Layer和Geometric Effects組成，其中Symbol Layer可以是點狀，線狀或者面狀圖層，而Geometric Effects是Representation Rules的可選項，能夠改變符號放置的位置，但不影響其數據源，同時也可以改變符號的形狀甚至幾何類型。Geometric Effects可以是針對某一個符號圖層，或者是Representation Rule中的所有符號圖層。

每個圖層都可以設置不同的配色方案，符號大小等，而Overrides則存儲的是符號化時對規則的修改，可以采用不同于設置規則的方式進行符號化。Override包括Shape Overrides和Property Overrides兩種，均可在Editing事務內通過Representation工具條進行修改。

2.3 數據庫設計

空間地理信息是通過地圖制圖來傳輸和表達的，信息技術的發展有了數字制圖，和紙質地圖相比，數字制圖的符號用來動態地顯示在屏幕上，叫做顯示符號;輸出在紙張上一定比例尺的地圖符號，叫做制圖表達。目前的大多GIS軟件都能夠實現地理要素的顯示符號，但當需要制圖輸出時，則需要進行制圖處理。

為此，在ArcGIS下采用 StyleManager(符號管理器)建立包括點、線、面、注記等多種形式的符號，并通過地理要素編碼(Code)和顯示符號之間建立對應關系。同時，通過ArcGIS Representation的技術，定義地理要素類、地理要素和地理要素編碼、顯示符號以及制圖表達之間的對應、包含關系，如圖3所示。

圖3 圖庫一體化顯示符號與制圖表達關系

地理要素類具有相通的幾何類型，具有相同的幾何特征與屬性特征的地理要素一起構成地理要素類。每個地理要素有唯一的地理要素編碼，地理要素編碼與顯示符號之間存在映射關系，兩者之間并非一一映射。制圖表達可以通過顯示符號進行轉換，并且地理要素可以存在多個制圖表達。顯示符號可以在符號庫中查找到。

實際出圖中采用了符號庫和Represtation兩種方法結合來實現制圖輸出。程序設置地理要素對應的顯示符號(讀取生產規范的數據字典設計表即可)，并將制圖輸出的規則做成制圖文件表，地圖制圖輸出時，讀取制圖規則表自動將需要編輯整理的要素類生成制圖表達，結合人工編輯工作，完成圖面檢查后，程序設置添加制圖模板。

（1）柴油機負荷超過規定降低負荷使之在規定范圍內。(2)各缸供油量不均勻調整噴油泵。（3）氣門間隙不正確、氣門密封不良，導致氣門漏氣.燃燒惡化調整氣門間隙，檢查密封錐面，并消除缺陷。（4）噴油提前角太小，噴油太遲使部分燃油在排氣管中燃燒調整噴油提前角。（5）進氣量不足，空氣濾清器或氣管阻塞，渦輪增壓氣機殼過臟等，清洗和清除塵埃污物，必要使更換濾芯。（6）渦輪增壓器彈力七封環燒壞或磨損，渦輪各結合面漏氣等檢查或更換氣封環，擰緊結合面螺釘。

3 圖庫一體化的實現

3.1 地圖制圖與出版

地理信息系統通常僅用來存儲管理數字地圖和生產普通要求的紙質地圖。制作相對要求高一點的紙質地圖則需要將數字地圖轉化到專業的繪圖軟件(如:CorelDraw)中進行地圖出版加工，才能夠滿足生產的要求。地圖出版處理工作主要包括出版編輯、地圖整飾、河流漸變、面符填充、符號蒙片、注記裁減、符號間壓蓋關系處理［3］等，最后通過要素分版、出版數據的轉換生成EPS數據、顏色空間轉換、圖像疊加等工序制版印刷生產出紙質地圖。

ArcGIS軟件支持顏色空間RGB到CMYK的轉換以及轉換成出版數據EPS格式。對于地圖整飾、河流漸變、屬性符號［5］、面符號填充、符號蒙片、注記裁減、符號間壓蓋關系處理等則可以通過Representation結合人工編輯來完成。

制圖表達處理 表1

3.2 制圖表達規則處理

ArcGIS提供了豐富的制圖表達規則，通過添加Marker layer、Stroke layer、Fill layer，并配合 GeoMetric Effects、Marker Placements、Hatch 等能夠實現較多的樣式，解決了制圖工作中大量人工編輯問題，減少了工作量。表1羅列了幾種常見的制圖編輯中通過規則實現的制圖表達。

不過ArcGIS制圖表達規則的編輯工具還存在一些有待改進之處，主要表現在:

(1)制圖表達規則還需要更加豐富。比如:面中的Marker不能點取移動。

(2)Representation的編輯工具還不夠方便，需要增加更多靈活的編輯功能。

(3)設置為Representation后圖形顯示的效率明顯減低，重繪速度較慢。

隨著其功能的不斷升級，如果能夠在空間數據生產更新流程中做到按照增量記錄修改更新的地理要素對象，那么繪圖編輯人員在地圖制圖的過程中只需要按照變化的地理要素對象重新核對一下圖面效果，有范圍目的的進行修編，從而減少地圖更新帶來的制圖修改工作量。

4 結語

通過分析地圖制圖與地理信息數據庫的關系，結合生產流程，運用ArcGIS軟件平臺實現了圖庫一體化，為測繪數據管理單位提供了管理加工空間數據產品的新思路，能夠有效的解決空間數據在制圖中存在的問題和不足，減少了生產加工工作量，提高了生產效率。但需要進一步研究基于單一比例尺的數據實現自動綜合，使之適應不同比例尺的制圖輸出以及優化空間數據庫的生產和更新流程，從而促進信息化測繪技術體系的發展，為地圖服務提供保障。

［1］龔健雅.地理信息系統基礎［M］.北京:科學出版社，2001

［2］凌善金，陸林，金世勝.論地圖制圖的藝術屬性［J］.裝飾，2003(10)

［3］梅洋，李霖.顧及符號關系處理的地圖符號庫設計與實現［J］.測繪通報，2007(8)

［4］劉海硯.地圖制圖與空間數據生產一體化理論和技術的研究［D］.鄭州:解放軍信息工程大學，2002

［5］趙宇娟.基于GeoWay的圖庫一體化的技術實現［J］.甘肅科技，2008，24(19)

［6］周炤.數字制圖中地圖符號化控制技術研究與實踐［D］.鄭州:解放軍信息工程大學，2007

［7］Esri ArcGIS Desktop help 9.3［EB/OL］.ESRI Company ，USA 2009 http://webhelp.esri.com/arcgisdesktop/9.3

［8］Paul Hardy ＆ Thierry Kressmann.Cartography，Database and GIS:Not Enemies，but Allies!［ EB/OL］.http://www.pghardy.net/paul/papers/index.html

［9］Paul Hardy，Cory Eicher，Marc－Olivier Briat，Thierry Kressmann.Database－stored Representations and Overrides，Supporting Automated Cartography with Human Creativity［EB/OL］.http://www.pghardy.net/paul/papers/index.html