警用地理信息柵格電子地圖制作研究

朱圣，向煜，宋華平

(重慶數字城市科技有限公司，重慶 400020)

1 引言

“警用地理信息系統”(Police Geographic Information System，簡稱PGIS)是“金盾工程”的重要組成部分，它以公安信息網絡為基礎，以警用電子地圖為核心，以地理信息技術為支撐，以信息共享和綜合利用為目標，將各類警務信息空間化，實現了公安基礎信息基于空間電子地圖的可視化管理，是地理信息技術與公安信息系統相結合的綜合應用，有效地拉動了公安信息整合和信息共享的進程，全面提升公安信息化應用水平［1］。PGIS將傳統的數據庫帶入可視化空間中，彌補了公安機關常規信息化應用系統中分析數據的局限性，提高了各警務部門的快速響應能力和協同處理能力。

矢量地圖柵格化技術是將矢量數據在不同比例尺下按照預先設計好的制圖樣式渲染成圖像并切割為瓦片(tiles)，客戶端取得這些瓦片后按照其相互位置關系拼接成整體地圖的方法。這種方法使得服務端不必每次在后臺動態生成顯示地圖圖片，極大程度降低了服務器負擔，提供了很好的用戶體驗。如何使用地圖預生成技術建立警用地理信息用柵格電子地圖庫，是PGIS平臺建設的核心內容之一。本研究依據警用地理信息地圖配圖規范，探討在ArcGIS平臺下建立警用地理信息系統電子柵格地圖的數據組織結構、配圖方案、制作工藝流程。

2 總體設計

電子地圖的編制是一項綜合性的系統工程，要設計和編制出理想的電子地圖，首先，要理解編制對象的管理特點，而后根據其管理特點選取合適的數學基準、表現內容、表示方法，作為制圖設計和編制的指導［2］。根據警用地理信息應用的需求，警用地理信息電子地圖總體設計思路如下:

(1)在電子地圖坐標系的選取上，采用WGS－84坐標系，并進行Web Mercator投影。選取這樣的數學基礎不僅能滿足各業務警種GPS接入服務的需求，還能保證各面狀對象的形狀的不變形，如:正方形的物體投影后不會變為長方形，保證了方向和相互位置的正確性。

(2)在電子地圖的制圖資料的選取上，為保證能制作省、市、區各級電子柵格地圖，選取1∶1 000 000、1∶250 000、1∶50 000、1∶10 000、1∶500地圖數據為基礎資料進行加工制作。

(3)在電子地圖表現內容的選取上，緊緊圍繞公安管理對象為主題，重點突出表示公安分局、派出所轄區的管理范圍和公安機關的空間分布，在此基礎上充分利用圖面空間，盡可能反映較多公共場所的信息，內容涵蓋全面，分布有層次。警用公共地理信息要素宜選取與基礎地理信息更新周期一致的要素作為地理底圖的要素，對動態變化、頻繁更新的信息不在電子柵格地圖進行顯示。

(4)在電子地圖內容表現形式上，以形象生動的符號并結合明度、飽和度較高的色彩對公安管理專題內容進行重點表示，使其處在視覺信息傳遞的第一層面。

(5)在電子地圖的生產流程上，充分利用ArcGIS平臺，在此基礎上進行電子地圖的配色方案設計和技術方法的創新，解決好ArcGIS與PGIS平臺之間的數據格式轉換問題，并在工作效率上取得突破。

3 地圖數據組織結構設計

根據警用地理信息的特點，筆者構建了一個警用地理信息數據庫，該數據庫以關系型數據庫Oracle為平臺，通過ArcSDE進行管理，包括警用基礎地理信息數據庫，警用公共地理信息數據庫，業務專用地理信息數據庫，組織結構如圖1所示。

圖1 數據組織結構

警用基礎地理信息數據由測繪部門提供，包含衛星影像、道路、居民地、水系、植被等基礎地理數據。這些數據在應用系統中，主要發揮著背景地圖的作用和定位參考的作用，是地理信息應用的基礎。

警用公共地理信息數據是指與公安業務密切相關、且為各警務部門所共同需要的公用性信息，包括公共場所、黨政機關、公安機關、賓館飯店、金融機構、教育機構、媒體機構、科研機構、駐華使領館、標志性建筑、公安機關轄區、街區道路、消防站點、加油站、危險品倉庫、體育場、堵卡點、警用分區、攝像頭等內容。

警用業務專用地理信息是指業務性特強、僅與某一種公安業務密切相關的或包含某種特定保密信息的一些具有特殊業務用途的信息。包含業務警種的組織(機構)信息、警用基礎設施信息、業務管理的案事件、業務管理的場所、線路和區域、業務管理的物品、業務管理的機構、業務工作方(預)案信息等等內容。

4 配圖方案設計

4.1 柵格電子地圖分級

柵格地圖圖片分為21個級別，相鄰級別之間圖片大小的經緯度跨度、地圖比例尺按倍數關系變化，詳見表1。柵格地圖圖片尺寸為256×256像素，屏幕分辨率為96DPI，格式為Png。

各級柵格地圖圖片相對應的數據源比例尺 表1

4.2 要素內容選取

柵格電子地圖要素選取參照《警用地理信息地圖選用技術標準》，遵循先分類選取，然后分要素選取的原則，隨著比例尺的增大、要素內容應隨之增加，各級比例尺電子地圖顯示內容應符合下一級要素內容包括上一級要素內容，在較小比例尺層級上充分考慮圖面美觀，不宜放置過多要素［3］。

4.3 色彩設計

地圖信息在表達上主要通過點線面以及復雜的圖形來表達，一般來講，點要素在最上面也最突出，線要素其次，面要素一般位于最下面起到背景的作用，但是色彩的運用可以改變這一視覺上的層次順序［4］。色彩在視覺圖形傳輸中，不僅能增加地圖的信息負載量，而且能提高地圖作品的藝術感染力。警用電子柵格地圖按行政轄區配色成四色地圖，其顏色值分別為淡紫(237，222，253)、淡綠(238，254，228)、淡紅(253，222，220)、淡藍(246，238，227)。底圖色彩淺淡、素雅，圖元的邊界線選用簡單設置的線型，用藍色表示水域，綠色表示植被覆蓋區域，紅色表示黨政機關和公安警力，深紫色表示軌道交通站點，黑色表示社會團體、服務對象、社區、企事業單位、體育場館等。除路名標注用白色陰影外，其他字體標注不做任何效果設置，具體效果如圖2所示。

圖2 配色效果圖

4.4 地圖符號設計

地圖符號按《警用地理信息圖形符號》規定的符號、線型、色彩等要求進行設計。符號采用基礎圖形+【圖形】或【文字】方式標示。基礎圖形采用象形、寫意、幾何等方法設計。在基礎圖形的基礎上，疊加相應的文字或圖形，組合成對應符號，典型符號如圖3所示。

圖3 警用地理信息圖形符號示例

5 制作工藝流程

根據以上的相關設計，筆者建立并設計了一套完整的基于ArcGIS平臺編制警用電子柵格地圖的技術工藝，不僅確保了地圖編制的科學性，而且縮短了成圖周期。電子柵格地圖制作技術路線如圖4所示。

圖4 制作流程圖

(1)基礎數據加工:主要根據收集的1∶1 000 000、1∶250 000、1∶50 000、1∶10 000、1∶500比例尺地圖數據，遵循設計思想進行電子地圖風格的設計，對區、街道鄉鎮界、河流湖泊、居民地、各級道路、鐵路、地鐵、橋梁、公園綠地、各類地名數據進行坐標轉換、要素編碼、要素分級等預處理操作。

(2)警用專題數據加工:主要從警用公共地理信息數據庫，業務專用地理信息數據庫中調用相關的專題要素進行地圖表達。按照警用地理信息的需要展示的內容主旨選取相關的專題類別，并根據電子柵格地圖分級展示要求，考慮地圖的載負量及圖面效果，對相應尺度的專題要素進行分級權重設置處理。加載的警用專題要素主要包括公安機關、黨政機關、行政機構、教育機構、科研設計單位、人民團體與民主黨派、社會福利機構及基層群眾自治組織、文化團體、醫療衛生機構、金融證券機構、新聞廣電與出版社、郵電通訊物流單位等。

(3)數據分級:在基礎底圖數據和警用專題數據加工完成后，根據已設計好的警用電子地圖21個級別對地圖要素進行分級組織。

(4)符號制作:警用地理信息電子地圖內容豐富，設計的符號形式多樣，但是ArcGIS Deskpro符號庫提供的符號有限，無法滿足警用地理信息符號化需要，需借助字體編輯器Font Creator進行擴充。首先在Font Creator中將在平面設計軟件中制作好的符號轉為Truetype字體，并保存為*.ttf文件，然后，在ArcGIS中使用Style Manager將字體文件中的符號和ArcGIS自帶的點、線、面等符號類型進行組合，創建警用地理信息要素符號庫。

(5)要素符號化:按《警用地理信息圖形符號》規定的符號、線型、色彩等要求對地圖數據進行符號化。在符號化過程中，不同類型的點狀要素(如公安機關和公交站點)符號化后若相互壓蓋，根據其權重設置，優先選取權重高、有定位意義的要素;連續排列的同類點狀要素(如門牌號碼)要進行抽稀處理，優先選取靠近道路邊的數據進行顯示。

(6)數據檢查:數據檢查包括圖形和屬性兩個部分，對不符合要求的進行修改。包括空間參考系、位置精度、屬性精度、完整性、邏輯性、符號化表達、要素用色等內容，檢查方法包括人工對照檢查、計算機自動檢查、人機交互檢查等方法。

(7)地圖輸出:數據檢查無誤后，將配圖成果發布為ArcGIS Server的地圖服務，然后選擇創建緩存瓦片，將地圖成果按21個級別分級輸出為PNG格式的電子柵格地圖，使用ArcGIS Server生成柵格圖片時，應遵循以下原則:

①地圖的縮放比例尺要符合表1中21個級別中某一級別的比例尺;

②該級別圖片的起始點應當能被單圖經緯跨度數值整除;

③圖片范圍應處于東經及北緯區域，也就是說從(0，0)到(180，90N);

④圖片DPI必須設置為“90”。

最后，通過EzTileMapTool柵格地圖格式轉換工具將其轉換為警用地理信息專用的聚合圖像文件格式。

6 結語

本文針對警用地理信息系統建設的需求，介紹了一種在ArcGIS平臺實現柵格電子地圖制作的完整工藝流程，是對制圖技術創新的一次有益嘗試。以該方法制作的電子柵格地圖，具有成圖速度快，藝術效果好、地圖質量高等優點，已成功應用于重慶市公安警用地理信息系統建設中。

［1］賀日興，孫丕龍.警用地理信息平臺及其建設部署模式［J］.警察技術，2011，(3):3 ～7.

［2］姜青香，陳品祥，孔令彥.基于地圖數據庫的社區地圖集編制關鍵技術研究［J］.測繪通報，2010(11):62～65.

［3］于江珮，孔令華，劉美春.視覺傳達理論在絲綢地圖中的應用研究［J］.城市勘測，2010(5):120～122.

［4］施一軍，李勇.南京市1∶2000電子地圖數據生產關鍵技術研究［J］.城市勘測，2010(2):46～48.

［5］周北燕.《中華人民共和國行政區劃圖集》的設計與編制［J］.測繪通報，2008(6):46～49.

［6］胡友元，黃杏元.計算機地圖制圖［M］.北京:測繪出版社，1987.