基于ArcGIS的海圖符號庫制作關鍵技術研究

馬慶榮，熊小青，邢增招

（1.國家測繪地理信息局 第七測量大隊，海南 海口 570203）

基于ArcGIS的海圖符號庫制作關鍵技術研究

馬慶榮1，熊小青1，邢增招1

（1.國家測繪地理信息局 第七測量大隊，海南 海口 570203）

針對ArcGIS中復合型海圖符號制作繁雜、尺寸比例不規范等問題，在研究國際電子海圖標準規范的基礎上，分析對比了多種國內外符號制作方案，提出了以ArcGIS為符號制作平臺、以AutoCAD為圖元繪制工具的互補型海圖符號庫制作方案。該方案符合IHO S-52規范中電子海圖符號庫的構建要求，解決了復合線符號拐角或連接處出現毛邊、組成圖元錯位遮蓋等問題，并建立了一套較為完整的電子海圖符號庫。

海圖符號；符號制作；ArcGIS；符號管理器

21世紀是海洋的世紀，隨著海洋的不斷開發與利用，人們對電子海圖的應用需求也越來越迫切。海圖符號作為直觀表達海洋地理事物和海洋地理現象的一種可視化工具，是電子海圖制圖與顯示的基礎[1]，其優劣直接影響用圖人員對海圖信息的理解[2]。目前國內外許多GIS及制圖軟件都提供了常用的地圖符號庫，然而涵蓋的標準海圖符號較少，因此如何高效地制作出一套完整的符合國際電子海圖規范的海圖符號具有十分重要的研究價值[3]。

現今國內外較為流行的符號制作軟件有ArcGIS、MapInfo、AutoCAD、MicroStation等[4]。然而采用單一的軟件，制作復合型海圖符號流程復雜，且符號的尺寸比例不易把握，容易造成符號的制作效率低、效果差。

本文針對以上問題，認真研究了海圖符號標準規范，對比分析了多種國內外GIS與制圖軟件的符號制作方案，提出了以ArcGIS為符號制作平臺、以AutoCAD為圖元繪制工具、以FontCreator為中間轉換軟件的互補型海圖符號庫制作方案。

1 常用軟件的符號制作方案對比

目前國內外許多GIS、制圖軟件都提供了常用的地圖符號庫，并支持用戶自定義符號功能，各具特色[3]，表1為各軟件的符號設計功能對比。

表1 常用軟件符號設計功能對比分析表

由表1可知，若采用某單一軟件進行海圖符號制作，不可避免其在符號制作功能模塊中存在的不足。為實現海圖符號在符合國際電子海圖規范基礎上的高效制作與完善的組織管理，本文以ArcGIS為平臺，以AutoCAD為補充進行海圖符號的制作，充分利用ArcGIS已有的豐富的圖元庫、高效的符號管理器圖元組合機制、完善的符號組織管理體系及AutoCAD豐富精確的圖元繪制功能，彌補單個軟件存在的不足。

2 主要研究內容及技術流程

海圖符號庫的設計與制作的整體流程如圖1所示，可分為兩部分內容：①海圖符號數據庫的制作，使用ArcGIS的符號管理器功能模塊構建Style類型的地圖符號數據庫，在該符號庫中制作符合S-52標準的海圖符號，主要包括點符號、復合線符號、面符號；②符號索引表是根據S-52標準規范中不同物標類型與其對應的海圖符號所建立的一個對照關系表，基于建好的索引表可以根據物標的類型用程序直接調用其對應的標準符號進行顯示。本文主要對海圖符號庫的制作及其過程中遇到的問題及解決方案進行詳細解析。

圖1 符號庫制作與符號索引表建立流程

2.1 點符號制作

點符號所對應的物標主要包括燈塔、浮標、沉船、障礙物等。在S-52標準中，每一類物標都具有其分類標識屬性字段，不同的分類標識值對應不同的符號。例如，“障礙物”物標具有“CATOBS”分類標識，此標識的值域為1～10，分別描述了水中隱樹/樁墩、井蓋、擴散器等10種障礙物類型與其海圖符號的對應關系。由此構建物標與其對應符號的索引表，作為符號制作及后續工作中自動渲染的依據。

單色點符號的制作流程為：①在AutoCAD中繪制出標準圖元，并以位圖的形式存儲；②在字體編輯器FontCreator中將其制作成字體文件，供ArcGIS任意調動；③使用ArcGIS中提供的編輯方法進行修改，完成點狀符號的制作。圖2為點符號制作的整體流程。

圖2 點符號制作的流程

對于由多種顏色組成的點符號，需要將其按照顏色種類分解為多個圖元，分別按照以上步驟進行制作，最終在StyleManager中將同一符號的各個圖元按照一定的順序組合起來，并設置各圖元的顏色、大小、相對位置即可得到目標符號。圖3a為多顏色點符號的制作頁面，圖3b、c為采用多顏色點符號的物標實例。

圖3 點符號的制作示意

2.2 線符號制作

線狀符號通常可以進行縱向和橫向分解，從縱向上可將其分解為若干基本線條的組合和疊加；從橫向上可將其看作圖元在線前進方向上的周期性重復。

根據構成復雜度可以將線符號分為簡單線符號與復合線符號。①簡單線符號制作過程相對簡單，可直接通過符號管理器設置線型和顏色來完成，按照標準規范的要求，采用簡單線符號進行表達的物標包括海岸線、等深線、河流、道路等；②復合線符號通常含有復雜的線上整飾信息，其制作過程相對較為復雜，如圖4b中所示的錨泊區邊界線符號，從橫向上可將其分解為圖元1和圖元2，按照圖4a中圖元排列與周期的規律在前進方向的不斷重復，從縱向上可將其分解為圖4a中2種線條的疊加，采用復合線符號進行表達的物標包括海底電纜、導航線、航道等。

復合線符號的制作過程可總結為以下幾步：①根據符號規范中的復雜線符號信息，將片段符號縱向分解為多個線圖層，每個線圖層分解為對應的多個點符號圖元，并按照點符號制作流程將其分別制作為點符號；②在樣式管理器中新建Marker Line Symbol類型的線符號；③將分解后的點符號按照標準規范重新組合為縱向分解的多個線圖層，將縱向分解的多個線圖層進行疊加、位置調整，最終制作出符合標準的復合線符號。

圖4 線符號的制作示意

2.3 面符號制作

面符號是用于在二維平面上表示面狀分布的地理實體或現象的符號，通常由一條封閉的輪廓線與輪廓線范圍內配置的點狀符號、陰影線或顏色塊構成。因此需要通過制作符合標準規范的輪廓線符號與填充內容符號來完成海圖面符號的制作。

輪廓線符號的制作方法與線符號的制作過程相同，常用的填充方式主要包括單色填充、點狀符號填充、線符號填充。圖5為采用不同填充方式制作的海圖符號，圖5 a圖為采用線填充制作的物標密集區的符號；圖5b為采用點符號填充的稀疏灌木區的符號；圖5c為采用顏色填充制作的障礙物符號。

圖5 面符號樣式

以點符號填充的方式為例，海圖面符號的具體制作過程為：①根據符號規范將面符號分解為輪廓線符號與填充符號；②根據線符號的制作方法將輪廓線符號進一步分解為橫向和縱向疊加圖元，并確定填充符號的最小圖元，統一在CAD中繪制并制作成點符號；③將制作的點符號進行疊加組合，制作出輪廓線符號與最小填充點符號；④填充符號設置，在ArcGIS符號管理器中選擇點符號填充的方式，首先設置填充的點符號對象，然后根據符號規范中的Pattern Type與Pattern Spacing選取規則格網填充或隨機填充的方式，根據Pattern Spacing下面的Distance值設置填充的符號間隔；⑤輪廓線符號設置，將按照標準規范制作的輪廓線符號設置為面符號的邊界線。

2.4 難點解析

1）復合線符號在拐點或兩條線的交點處出現毛邊、出頭現象，這是由于許多線狀海圖符號構成復雜，進行橫向分解不到位導致的，如圖6a所示。為有效避免這種情況，需要對線符號進行更為細分的橫向分解，確保橫向圖元足夠小，效果如圖6b所示。

2）多層復合符號在一段距離后出現圖元錯位現象，如圖7a所示，這種情況主要是由于在符號管理器中設置圖元的重復屬性時，不同圖元重復間隔不同造成的，這種現象大部分出現在線符號和面符號中的邊線上。為避免此現象的出現，需要確保一個復合符號中的不同圖元的重復間隔設置為相同，且起始位置處沒有壓蓋。修改后的效果如圖7b所示。

圖6 圖元符號效果

圖7 圖元錯位現象

3 結 語

本文以ArcGIS為平臺，以AutoCAD為補充的模式進行海圖符號庫的制作，充分利用了ArcGIS已有的豐富的圖元庫、高效的符號管理器圖元組合機制、完善的符號組織管理體系及AutoCAD豐富精確的圖元繪制功能，避免了采用單一的ArcGIS制作復合型海圖符號時過程繁雜、精確度不高的缺點，解決了復合型線符號拐角或連接處出現毛邊及圖元錯位的問題，有效提高了海圖符號制作效率和規范性。通過這種方式成功建立了一套完整的符合S-52國際電子海圖標準規范的海圖符號庫，增強了電子海圖數據顯示的規范性，為用圖人員對海圖信息的理解提供了幫助。

[1] 董箭,彭認燦,李改肖,等．基于ArcGIS的海圖符號庫設計與實現[J]．海洋測繪,2009,29(6)∶64-67

[2] 閻浩文,褚衍東,楊樹文．計算機地圖制圖原理與算法基礎[M]．北京∶科學出版社,2007

[3] 張成為．GIS中地圖符號的研究[D]．長春∶吉林大學,2006

[4] 劉報春,王君,唐俊,等．ArcInfo到MicroStation的海圖符號數據轉換方法研究[J]．海洋測繪,2011,31(5)∶71-74

[5] 趙鵬,陳偉,趙一華．內河電子江圖與信息系統中的關鍵技術[J]．交通科技,1999(4)∶49-52

[6] 鄔倫,劉瑜,張晶,等．地理信息系統原理方法和應用[M]．北京∶科學出版社,2001

[7] 黨安榮,賈海峰,易善楨,等．地理信息系統應用指南[M]．北京∶清華大學出版社,2003

[8] 劉愛超．基于GIS的國際標準電子海圖顯示系統的研究與實現[D]．青島∶山東科技大學,2011

[9] 車森,孫群,李少梅,等．支持多種格式輸出的地圖符號庫研究[J]．測繪科學技術學報,2008(1)∶35-37

[10] 趙美．地圖符號設計中的美感探討[C]．第六屆全國地圖學與GIS學術會議,烏魯木齊∶中國地理學會,2006

[11] 李基鴻．ArcGIS中自定義地圖符號[J]．計算機與現代化, 2004(7)∶113-114

[12] 牛芩濤,盛業華．基于ArcGIS的地圖符號庫的設計與實現[J]．四川測繪,2003,26(3)∶114-116

P283.1

B

1672-4623（2016）01-0065-04

10.3969/j.issn.1672-4623.2016.01.019

馬慶榮，碩士，從事GIS應用研究。

2015-01-06。

項目來源：國家測繪地理信息局重點實驗室開放研究基金資助項目（2012B09）。