《新疆影像掛圖》的設(shè)計(jì)與制作

彭 異，何宗宜，王鵬博，張敏智

(武漢大學(xué) 資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，湖北 武漢 430079)

一、引 言

《新疆影像掛圖》(以下簡稱《影像掛圖》)作為新疆歷史上第一次采用遙感數(shù)據(jù)制作的系列影像掛圖，以精美的寫真影像結(jié)合地圖符號(hào)、注記全面地反映了新疆各地區(qū)建設(shè)成就、優(yōu)美的自然環(huán)境，以及與人們?nèi)粘Ｉ钕⑾⑾嚓P(guān)的其他地理信息，通過客觀反映新疆近些年來的發(fā)展變化，滿足了國民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展對(duì)地理信息應(yīng)用需求，且對(duì)于提升新疆測(cè)繪地理信息服務(wù)政務(wù)工作水平具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

二、《影像掛圖》的設(shè)計(jì)原則

1) 《影像掛圖》作為一種新型的地圖產(chǎn)品表現(xiàn)形式，將直接復(fù)照客觀現(xiàn)象的遙感信息與經(jīng)過專業(yè)人員處理的地理信息相結(jié)合來科學(xué)、直觀反映地理現(xiàn)象的空間關(guān)系。因此是采用最新的遙感影像數(shù)據(jù)及現(xiàn)勢(shì)性和權(quán)威性較高的地圖資料，設(shè)計(jì)編制反映各縣市的地理相關(guān)信息。

2) 內(nèi)容選擇上，《影像掛圖》主要標(biāo)示與新疆近年來在城市建設(shè)、經(jīng)濟(jì)發(fā)展、資源利用等方面?zhèn)ゴ蟪删拖嚓P(guān)的內(nèi)容，并盡可能反映較多的信息，突出其快速的發(fā)展及美好的前景，增加地圖的實(shí)用性。

3) 《影像掛圖》的設(shè)計(jì)采用先進(jìn)的數(shù)字地圖制圖技術(shù)，利用遙感影像、數(shù)字制圖和電子出版等高新技術(shù)，輔以前衛(wèi)的地圖設(shè)計(jì)理念，制作出現(xiàn)勢(shì)性強(qiáng)、成圖周期短、制作成本低、成品質(zhì)量高的影像地圖。

三、《影像掛圖》的設(shè)計(jì)

1. 幅面和版式設(shè)計(jì)

幅面選擇時(shí)采用全開幅面，尺寸1170 mm×870 mm，內(nèi)圖廓尺寸1090 mm×790 mm，25 mm是花邊，15 mm是壓白。而圖名、圖例要根據(jù)影像的實(shí)際情況調(diào)整位置或版式(橫版或豎版)，盡量不壓蓋影像。兩幅全開的中間重疊10 mm，右壓左，下壓上。圖名下方用拼音，圖名可根據(jù)影像實(shí)際情況采用豎向排列。

2. 地圖內(nèi)容設(shè)計(jì)

《影像掛圖》作為一種新型的地圖產(chǎn)品表現(xiàn)形式，以“突出影像，輔以地圖”為指導(dǎo)思想，因此在影像圖內(nèi)容選擇上，主要標(biāo)示單位、交通網(wǎng)及地名信息等。

需要標(biāo)注的單位主要包括重要的政府機(jī)關(guān)、公共機(jī)構(gòu)、單位、公司等。根據(jù)穩(wěn)定性優(yōu)先標(biāo)示政府機(jī)關(guān)、派出所、醫(yī)院、學(xué)校等，而一般的公司盡量不標(biāo)示。交通網(wǎng)的標(biāo)示優(yōu)先標(biāo)示快速路、高架路、主干道和次干道，其他一些等級(jí)較低、連通性較差的街道要進(jìn)行一些適當(dāng)?shù)倪x取工作。同時(shí)為了豐富地圖內(nèi)容，還需要在圖中添加一些地名信息，主要包括區(qū)域名、縣市表面注記、道路名等。

3. 地圖符號(hào)與注記設(shè)計(jì)

地圖符號(hào)設(shè)計(jì)時(shí)大部分選擇點(diǎn)狀符號(hào)，因?yàn)樗粌H可以表示制圖對(duì)象所在的具體位置、定名屬性、等級(jí)等補(bǔ)充信息，而且由于是非比例尺符號(hào)，不會(huì)遮蓋實(shí)際地物而影響其他要素的表達(dá)。

同時(shí)，在地圖符號(hào)設(shè)色上，政府機(jī)關(guān)一般已公認(rèn)采用紅色來表示。其他單位，充分考慮符號(hào)通用性及與影像的協(xié)調(diào)性，大部分采用的是藍(lán)底白字的符號(hào)來設(shè)計(jì)。

另外，影像地圖中的注記比較適合采用較粗、較大的字體。因此，在影像地圖設(shè)計(jì)中選用黑體、方正準(zhǔn)圓簡體、方正綜藝簡體等字體，可使地圖顯得更加美觀、大方。

四、《影像掛圖》影像數(shù)據(jù)處理

《影像掛圖》是融合型的影像地圖，需要盡可能多地反映影像上的地理信息。但由于底圖的來源不同，不同地區(qū)的航空攝影數(shù)據(jù)也存在著明顯的色彩差異。為了使每個(gè)地區(qū)的影像都盡可能地保持一致的色調(diào)，在影像底圖的設(shè)計(jì)和編制過程中，需要對(duì)影像色彩和色調(diào)進(jìn)行處理，消除數(shù)據(jù)之間的色差。

在色調(diào)處理之前，原始影像中存在無法顯示其圖面內(nèi)容而只呈現(xiàn)一片黑色的情況，且存在黑白底片的情況。針對(duì)上述情形的影像，處理方法通常是先分離通道，再合并通道，在合并通道時(shí)選擇RGB模式，最后進(jìn)行兩次自動(dòng)調(diào)整色調(diào)即可完成影像圖面內(nèi)容的顯示；而黑白底片的影像只需要進(jìn)行前兩步即可。

在Photoshop中處理影像色調(diào)的工具很多，常見的有色階、色彩平衡、色相/飽和度、亮度/對(duì)比度等。色階、亮度/對(duì)比度主要用來調(diào)節(jié)影像的亮度，而色彩平衡、色相/飽和度則用來調(diào)節(jié)影像的色彩組成(如圖1所示)。通過影像亮度及色彩成分的調(diào)整,能使影像準(zhǔn)確反映綠化狀況，但會(huì)導(dǎo)致某些其他地物色彩與實(shí)際不符，如河流表現(xiàn)為暗色調(diào)。而某一區(qū)域河網(wǎng)的疏密及其結(jié)構(gòu)既是重要的自然特征，也體現(xiàn)了該區(qū)域河流運(yùn)輸?shù)臉?gòu)架，是影像圖要表現(xiàn)的重要信息，因此需要把河流突出顯示出來。經(jīng)多次試驗(yàn)比較后，將水域設(shè)為深藍(lán)色，這種設(shè)色既能保留原來水面質(zhì)感，又能活躍和襯托圖面效果。

圖1 影像數(shù)據(jù)整體色調(diào)處理

對(duì)水域色調(diào)的處理，不僅可以用Photoshop 中的“筆工具”(其功能類似于CorelDraw中的貝塞爾曲線)通過描繪水域面的邊界來選取相應(yīng)的面狀區(qū)域并進(jìn)行設(shè)色，還可以利用Photoshop下的“魔棒工具”選取大面積水域并予以賦色，使其保持邊線的柔和感(如圖2所示)。

圖2 影像數(shù)據(jù)水系色調(diào)處理

魔棒工具提取背景區(qū)域時(shí)，是將相同顏色或相近顏色的規(guī)則或不規(guī)則圖形選擇出來。選擇魔棒工具后，在圖像中單擊需要選擇的顏色區(qū)域，即可得到需要的選區(qū)。但魔棒在提取相近顏色范圍時(shí)，是根據(jù)事先預(yù)設(shè)定好的容差限值來判斷的。一般而言，容差設(shè)置得越小，提取的范圍越精確，相應(yīng)的工作量也越大；相反，容差設(shè)置得越大，提取的范圍也越粗糙，得到的結(jié)果的質(zhì)量也越差。此外，通過魔棒的選取會(huì)使得所選區(qū)域和背景區(qū)域被明顯地分隔開，導(dǎo)致在對(duì)選中區(qū)域進(jìn)行色調(diào)處理時(shí)，選中區(qū)域的色調(diào)和背景區(qū)域的色調(diào)有明顯的跳躍感。為了減少圖面色調(diào)的不自然過度，對(duì)于選取的區(qū)域還要經(jīng)過羽化處理。羽化主要是使選取的邊緣模糊，緩和邊界地帶。同時(shí)為了方便后面色調(diào)的調(diào)整，對(duì)于選取好的區(qū)域，將其存儲(chǔ)選區(qū)，若需要再調(diào)整色調(diào)，只需直接對(duì)存儲(chǔ)好的選區(qū)進(jìn)行編輯即可，而不需要再次通過魔棒選取。

五、《影像掛圖》矢量數(shù)據(jù)制作

在影像數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上疊加經(jīng)過處理的地圖矢量數(shù)據(jù)，主要包括道路、符號(hào)、注記三大類。

1. 道路數(shù)據(jù)制作

《影像掛圖》中道路要素制作的最大特征在于道路的寬度不同于矢量圖進(jìn)行道路的制作時(shí)將同一等級(jí)的道路設(shè)置成相同寬度，而是根據(jù)影像的實(shí)際情況描繪。用貝塞爾曲線工具將道路按中心線繪制下來，并復(fù)制分為兩層，根據(jù)設(shè)計(jì)好的顏色和實(shí)際寬度來設(shè)置道路的屬性，最后通過圖層之間的疊加，實(shí)現(xiàn)同級(jí)道路和不同級(jí)道路之間的連通。在道路交叉路口和立交橋的連接處，通過節(jié)點(diǎn)工具進(jìn)行裁切、焊接、變形等操作，使其與實(shí)際影像相符(如圖3所示)。

2. 符號(hào)配置

各類象形、圖形及幾何符號(hào)的運(yùn)用，可以起到強(qiáng)調(diào)對(duì)象和活躍圖面的作用，更是一種美觀上的需求。所有的地名信息都是先找到其定位點(diǎn)，將原始矢量數(shù)據(jù)上的點(diǎn)用相應(yīng)的設(shè)計(jì)好的符號(hào)替換，再配置注記。定位符號(hào)的主要作用是為文字注記的標(biāo)注對(duì)象進(jìn)行定位，并直觀地向讀圖者表達(dá)所定位標(biāo)注的對(duì)象的特征信息。因此，在標(biāo)注定位符號(hào)的過程中，在大比例尺遙感影像地圖上要力求標(biāo)注的位置準(zhǔn)確無誤，同時(shí)注意協(xié)調(diào)符號(hào)與文字注記之間的位置關(guān)系。

圖3 道路矢量數(shù)據(jù)處理

3. 注記配置

地圖注記對(duì)地圖符號(hào)起補(bǔ)充作用，影像圖有了注記便具有了可閱讀性和可翻譯性。注記的位置選擇以接近并明確表示被注對(duì)象為原則，通常在注記對(duì)象的右方不壓蓋重要物體的位置配置注記，當(dāng)右邊沒有合適位置時(shí)，也可放在上方、下方、左方。

在注記稠密處，配置要緊湊，盡量靠近所說明的物體，道路名稱注記不要相互穿插和交叉。盡可能地使注記不遮斷重要地物和地物輪廓線的轉(zhuǎn)彎處和彎曲部，避免壓蓋道路、河流、有方位意義的物體，以及居民地的出入口、道路、河流的交叉點(diǎn)或轉(zhuǎn)彎點(diǎn)。在注記過程中遇到的少數(shù)在字庫中無法找到的生僻文字，則可以利用CorelDRAW的強(qiáng)大制圖功能，將生僻字通過解體重組而得到。

六、《影像掛圖》矢量數(shù)據(jù)制作關(guān)鍵技術(shù)

1. 矢量數(shù)據(jù)校準(zhǔn)

矢量圖制作時(shí)需要在影像上疊加交通網(wǎng)、單位、地名信息等，利用現(xiàn)有的SHP格式的矢量數(shù)據(jù)，轉(zhuǎn)化成CorelDRAW能使用的數(shù)據(jù)格式，并在其基礎(chǔ)上進(jìn)行矢量化，可以簡化編制工作。但是由于矢量和影像圖投影方式的不同，矢量數(shù)據(jù)和影像圖存在一定量的偏移。因此，在將SHP格式的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成CorelDRAW能使用的數(shù)據(jù)格式之前，還需要對(duì)已有的矢量數(shù)據(jù)進(jìn)行校準(zhǔn)處理。

ArcGIS中圖形配準(zhǔn)有兩種方式，即Spatial Adjustment和Georeference。而Spatial Adjustment和Georeference工具條的主要區(qū)別在于前者用來配準(zhǔn)矢量數(shù)據(jù)坐標(biāo)和調(diào)整形狀，后者用于將柵格數(shù)據(jù)配準(zhǔn)到矢量數(shù)據(jù)。因此在進(jìn)行數(shù)據(jù)校準(zhǔn)時(shí)選擇Spatial Adjustment工具。

Spatial Adjustment工具主要是通過尋找矢量圖和影像圖的同名點(diǎn)，并通過仿射變換，以及對(duì)坐標(biāo)軸進(jìn)行放縮、旋轉(zhuǎn)、平移來完成校準(zhǔn)過程。因此在校準(zhǔn)過程中需要設(shè)置至少3個(gè)同名點(diǎn)，而且保證同名點(diǎn)覆蓋整個(gè)地圖區(qū)域，以減少誤差(如圖4所示)。

圖4 矢量數(shù)據(jù)校準(zhǔn)

進(jìn)行數(shù)據(jù)校正之后，影像底圖和矢量數(shù)據(jù)也不是完全匹配的，而校正的過程也只是將矢量數(shù)據(jù)和影像底圖盡可能地匹配。在大部分?jǐn)?shù)據(jù)吻合的情況下，如果小區(qū)域還存在明顯的不匹配情況，可以針對(duì)小區(qū)域再進(jìn)行局部數(shù)據(jù)校準(zhǔn)處理。

2. 數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換

配準(zhǔn)好的SHP格式的數(shù)據(jù)不能直接在CorelDRAW中使用，需要借助AutoCAD軟件下DXF的數(shù)據(jù)格式，使其作為兩種不同數(shù)據(jù)之間轉(zhuǎn)換的橋梁，將現(xiàn)有的矢量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成CorelDRAW中能直接利用的數(shù)據(jù)。

但簡單地利用已經(jīng)將標(biāo)注轉(zhuǎn)化為注記的SHP格式數(shù)據(jù)另存為DXF格式的數(shù)據(jù)，只能將原始的線狀和面狀的矢量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成CorelDRAW能讀取的數(shù)據(jù)格式，而所有的點(diǎn)狀數(shù)據(jù)通過該方法進(jìn)行數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換時(shí)，都不能獲得預(yù)期效果。

點(diǎn)狀數(shù)據(jù)不能通過DXF完成數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，可以將其先轉(zhuǎn)換成面狀數(shù)據(jù)。ArcGIS中提供了將點(diǎn)直接轉(zhuǎn)換成面的工具，即緩沖區(qū)功能。在將點(diǎn)狀數(shù)據(jù)進(jìn)行格式轉(zhuǎn)換之前，先利用緩沖功能對(duì)點(diǎn)狀矢量數(shù)據(jù)進(jìn)行緩沖，將其轉(zhuǎn)換成面狀數(shù)據(jù)，再利用上述轉(zhuǎn)換方法完成點(diǎn)狀矢量數(shù)據(jù)格式的轉(zhuǎn)換(如圖5所示)。

圖5 矢量數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換

影像在裁切過程中未能將其調(diào)至統(tǒng)一大小，在能清晰顯示其范圍輪廓后，需要對(duì)其尺寸進(jìn)行統(tǒng)一處理。利用Photoshop中的圖像大小工具，在勾選約束比例保持其分辨率不變的情況下改變圖像的大小，以達(dá)到規(guī)范統(tǒng)一大小的目的。

七、結(jié)束語

通過精心設(shè)計(jì)與制作的《新疆影像掛圖》，是集科學(xué)性、實(shí)用性和藝術(shù)性為一體的地圖作品。它不僅反映新疆的城市建設(shè)規(guī)模、城市建設(shè)現(xiàn)狀、城市面貌、水系、地形地貌等基礎(chǔ)地理信息，而且為各級(jí)領(lǐng)導(dǎo)和管理部門進(jìn)行宏觀決策提供了科學(xué)依據(jù)。它用清晰遙感影像為底圖，附以新穎、美觀的符號(hào)及版式設(shè)計(jì)，給人們一種很強(qiáng)的視覺沖擊及美的享受。

《新疆影像掛圖》的公開出版發(fā)行不僅為社會(huì)各界提供了一種了解新疆各縣市發(fā)展現(xiàn)狀的便捷方式，而且彌補(bǔ)了新疆影像掛圖編制史上的一塊空白，同時(shí)為人們的日常生活出行等帶來了方便，得到了普遍的好評(píng)。

參考文獻(xiàn)：

[1] 祝國瑞.地圖學(xué)[M].武漢：武漢大學(xué)出版社,2004.

[2] 何宗宜.計(jì)算機(jī)地圖制圖[M].北京:測(cè)繪出版社,2008.

[3] 李勇,尹朝陽.《南京市影像地圖集》(主城篇)的設(shè)計(jì)編制與研究[J].測(cè)繪通報(bào),2010(12):62-65.

[4] 何宗宜，苗靜.《珠海市影像地圖集》的設(shè)計(jì)與制作[J].測(cè)繪通報(bào),2011(10):73-76.

[5] 黃余明.《上海市影象地圖集》的設(shè)計(jì)與編制[J].世界地理研究,2002,11(4):106-112.

[6] 何宗宜,譚芬,魏秀琴.地圖矢量數(shù)據(jù)處理研究[J].測(cè)繪科學(xué)，2006，31(6):74-77.

[7] 孔令華，曾光華.《印象武漢·影像地圖集》的編制與設(shè)計(jì)特點(diǎn)[J].勘察科學(xué)技術(shù),2010(4):48-50.