基于天地圖的湖北省快速制圖系統(tǒng)構(gòu)建

曾 真，王海羽，胡 挺

（1.湖北省地圖院，湖北 武漢 430079）

基于天地圖的湖北省快速制圖系統(tǒng)構(gòu)建

曾 真1，王海羽1，胡 挺1

（1.湖北省地圖院，湖北 武漢 430079）

介紹了基于天地圖地理信息數(shù)據(jù)庫(kù)的快速制圖系統(tǒng)。通過(guò)插件的方式，在制圖軟件Adobe Illustrator中引入了GIS數(shù)據(jù)處理功能，以擴(kuò)展其地圖數(shù)據(jù)處理及制圖功能。通過(guò)對(duì)湖北省老河口市部分區(qū)域的研究表明，使用該系統(tǒng)制圖的效率可比傳統(tǒng)制圖提高約80%，縮短了制圖周期。

天地圖；快速制圖；GIS；數(shù)據(jù)庫(kù)

天地圖是國(guó)家測(cè)繪地理信息局主導(dǎo)建設(shè)的地理信息公共服務(wù)平臺(tái)，旨在向政府部門(mén)、企業(yè)和公眾等用戶提供基礎(chǔ)地理信息公共產(chǎn)品的在線瀏覽、查詢、開(kāi)發(fā)等功能服務(wù)[1]。天地圖?湖北是天地圖的省級(jí)節(jié)點(diǎn)，擁有豐富的基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)和專題數(shù)據(jù)[2]。基于該數(shù)據(jù)基礎(chǔ)的快速制圖服務(wù)，在應(yīng)急搶險(xiǎn)、政府決策、反映市情市理等方面有著重要應(yīng)用，同時(shí)也是天地圖公共服務(wù)平臺(tái)提供的主要服務(wù)功能之一[3]。

然而，如何在充分利用GIS數(shù)據(jù)豐富語(yǔ)義信息的同時(shí)兼顧效率，達(dá)到快速制圖的目的，是當(dāng)前需要解決的問(wèn)題。GIS軟件雖能充分表達(dá)數(shù)據(jù)的語(yǔ)義信息，但其地圖制圖功能普遍較弱，設(shè)計(jì)與生產(chǎn)的地圖很難達(dá)到出版要求；而專業(yè)制圖軟件的制圖功能強(qiáng)大，但需對(duì)GIS線劃數(shù)據(jù)進(jìn)行大量處理工作。針對(duì)上述問(wèn)題，目前的解決方法有兩種：建立基于GIS的地圖表達(dá)模型；通過(guò)中間格式或GIS軟件與制圖軟件之間的互操作，將GIS數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為快速制圖所需的數(shù)據(jù)格式。前者的研究仍停留在形式化描述階段，尚無(wú)法應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)；后者在數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換過(guò)程中，可能存在嚴(yán)重的信息丟失現(xiàn)象，且轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)仍需大量的人工處理才可形成符合出版要求的地圖。

本文設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一種基于天地圖地理信息數(shù)據(jù)庫(kù)的快速制圖系統(tǒng)，通過(guò)插件的方式，在制圖軟件Adobe Illustrator（AI）中引入了GIS的數(shù)據(jù)處理功能，以擴(kuò)展其地圖數(shù)據(jù)處理及制圖功能，提高了地圖制圖工作效率，縮短了制圖周期，同時(shí)將出版級(jí)地圖的成果在天地圖平臺(tái)上發(fā)布。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1.1 系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)

系統(tǒng)采用數(shù)據(jù)存儲(chǔ)層、服務(wù)層、接口層和應(yīng)用層4 層邏輯架構(gòu)，采用Oracle數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)原始基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)，以ArcSDE為服務(wù)層，使用插件式開(kāi)發(fā)技術(shù)在AI中嵌入GIS數(shù)據(jù)處理模塊，形成系統(tǒng)應(yīng)用層，見(jiàn)圖1。

圖1 邏輯結(jié)構(gòu)圖

1.2 系統(tǒng)功能模塊設(shè)計(jì)

系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊、符號(hào)庫(kù)模塊、地圖制圖規(guī)則模塊、地圖制圖模塊和地圖發(fā)布模塊5個(gè)功能模塊，如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)功能模塊設(shè)計(jì)

1）數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊，完成天地圖?湖北數(shù)據(jù)庫(kù)中的GIS數(shù)據(jù)到AI中制圖數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換，主要功能包括數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)提取、興趣點(diǎn)提取和注記預(yù)處理。

2）符號(hào)庫(kù)模塊，針對(duì)AI進(jìn)行地圖制圖符號(hào)的設(shè)計(jì)與管理，主要包括符號(hào)庫(kù)和符號(hào)庫(kù)管理插件兩個(gè)部分[4]。符號(hào)庫(kù)管理插件將UI插件嵌套在AI中可進(jìn)行點(diǎn)符號(hào)的修改替換，采用C++進(jìn)行邏輯開(kāi)發(fā)，采用Adobe Flash Builder進(jìn)行符號(hào)配置可視化界面的開(kāi)發(fā)。其主要功能包括符號(hào)的設(shè)計(jì)、入庫(kù)、配置和替換等。

3）地圖制圖規(guī)則模塊，包括地圖制圖規(guī)則庫(kù)和規(guī)則庫(kù)管理插件兩部分，用于對(duì)各要素注記進(jìn)行配置。地圖制圖規(guī)則庫(kù)采用外掛數(shù)據(jù)庫(kù)方式進(jìn)行制圖知識(shí)規(guī)則的組織；規(guī)則庫(kù)管理插件將標(biāo)準(zhǔn)C++封裝為AI標(biāo)準(zhǔn)插件，負(fù)責(zé)制圖規(guī)則的入庫(kù)和調(diào)用管理等，主要包括點(diǎn)注記規(guī)則和線注記規(guī)則，面注記可通過(guò)點(diǎn)注記（面的中心點(diǎn)）或線注記（大型面的中心線）表示。

4）地圖制圖模塊，為系統(tǒng)的核心模塊，負(fù)責(zé)對(duì)數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)進(jìn)行自動(dòng)制圖，主要功能包括GIS數(shù)據(jù)到AI數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換、要素選擇、要素關(guān)系處理（如壓蓋、移位避讓等沖突）、注記智能配置、要素符號(hào)化表達(dá)、制圖環(huán)境參數(shù)設(shè)置等。針對(duì)GIS數(shù)據(jù)，基于地圖符號(hào)庫(kù)（樣式庫(kù)），由制圖規(guī)則庫(kù)驅(qū)動(dòng)，地圖制圖模塊負(fù)責(zé)對(duì)GIS數(shù)據(jù)的自動(dòng)轉(zhuǎn)換處理、要素自動(dòng)選擇、要素關(guān)系處理、自動(dòng)注記配置、要素符號(hào)化表達(dá)等進(jìn)行智能化處理。

5）地圖發(fā)布模塊，以插件的形式嵌入到AI中的地圖制圖核心模塊，實(shí)現(xiàn)對(duì)不同格式地圖的導(dǎo)出、切片、打印等，以及地圖在天地圖平臺(tái)的發(fā)布，同時(shí)生成數(shù)據(jù)地理信息附屬文件，方便后期校準(zhǔn)發(fā)布。

1.3 關(guān)鍵技術(shù)研究

1.3.1 基于Text Engine的智能注記配置

點(diǎn)注記、線注記和面注記的配置方式各不相同。

對(duì)于點(diǎn)注記對(duì)象，給定一個(gè)具體位置，并在該位置上設(shè)定好屬性。點(diǎn)注記有8個(gè)方位，當(dāng)前方位有沖突時(shí)，就轉(zhuǎn)到下一個(gè)方位。每次沖突處理，都只轉(zhuǎn)當(dāng)前點(diǎn)的位置，若有些點(diǎn)的重要性較強(qiáng)，則在點(diǎn)規(guī)則表里把它的權(quán)值提高。在作圖時(shí)，權(quán)值高的點(diǎn)會(huì)先畫(huà)[5]。

對(duì)于線注記對(duì)象，創(chuàng)建線時(shí)需給定一個(gè)具體路徑。在配置線注記時(shí)，注記內(nèi)容的正向會(huì)自動(dòng)跟隨給定路徑的走向，且道路交叉口較容易發(fā)生注記沖突。當(dāng)發(fā)生注記沖突時(shí)，優(yōu)先級(jí)高的注記應(yīng)盡量保持原狀，只調(diào)整優(yōu)先級(jí)低的注記位置。在檢測(cè)注記內(nèi)容是否在道路交叉路口時(shí)，先得到道路注記每個(gè)字符的最小外接矩形，并與道路交叉點(diǎn)的最小外接矩形比較求交集，從而判斷注記是否在道路交叉口，若兩個(gè)最小外接矩形相交，則改變注記字符間距或注記的首尾間距，再把注記的新位置與道路交叉口進(jìn)行比較，最終得到一 個(gè)合適的位置，使得注記有效避開(kāi)道路交叉口[6-7]。

面狀要素的標(biāo)注一般分為兩種：以面狀要素的中心點(diǎn)進(jìn)行標(biāo)注，適合于較規(guī)則或面積較小的面狀要素；提取面狀要素的骨架線，再按照線狀要素的標(biāo)注方法進(jìn)行標(biāo)注。

1.3.2 數(shù)據(jù)及信息的無(wú)縫轉(zhuǎn)換

為實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)及信息的無(wú)縫轉(zhuǎn)換，采用ArcEngine的開(kāi)發(fā)接口獲取GIS數(shù)據(jù)，再將GIS數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換變成紙質(zhì)坐標(biāo)。AI中的Art對(duì)象提供的擴(kuò)展方式可存放GIS數(shù)據(jù)的屬性信息，因此使用AI提供的接口轉(zhuǎn)換制圖數(shù)據(jù)。該方式相當(dāng)于在GIS和AI之間搭建了一個(gè)橋梁，實(shí)現(xiàn)了GIS數(shù)據(jù)與制圖數(shù)據(jù)間的轉(zhuǎn)換。

1.3.3 要素智能配置及沖突處理技術(shù)

為實(shí)現(xiàn)要素智能配置和沖突處理，采用規(guī)則庫(kù)記錄要素間的權(quán)重，程序通過(guò)讀取要素權(quán)重，根據(jù)優(yōu)先級(jí)進(jìn)行繪圖，再檢測(cè)要素與注記、注記與注記是否壓蓋。若壓蓋則通過(guò)算法將要素自動(dòng)移位解決要素間的沖突，若道路圖層壓蓋則采用調(diào)整不同要素間圖層的順序來(lái)解決沖突問(wèn)題。在規(guī)則庫(kù)中記錄各圖層間的權(quán)重，圖層繪制前先按照權(quán)重對(duì)圖層重新排序，再對(duì)道路進(jìn)行符號(hào)化。

1.3.4 內(nèi)外部制圖符號(hào)庫(kù)的設(shè)計(jì)及配置

點(diǎn)符號(hào)的樣式既可使用AI軟件自帶的內(nèi)部符號(hào)面板中的符號(hào)；也可在繪制出圖前，調(diào)用該點(diǎn)規(guī)則庫(kù)的信息，通過(guò)修改CLASID值，在C++插件端調(diào)用AI的API修改相應(yīng)符號(hào)樣式，樣式與AI符號(hào)庫(kù)一一對(duì)應(yīng)，進(jìn)而從外部進(jìn)行符號(hào)設(shè)計(jì)和修改。

2 系統(tǒng)開(kāi)發(fā)及性能測(cè)試

通過(guò)對(duì)上述4個(gè)關(guān)鍵技術(shù)的深入研究，本文完成了基于天地圖的湖北省快速制圖系統(tǒng)的構(gòu)建。該系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)預(yù)處理與轉(zhuǎn)換子系統(tǒng)和快速地圖制圖子系統(tǒng)，其中數(shù)據(jù)預(yù)處理與轉(zhuǎn)換子系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了要素提取、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)檢查等功能；快速地圖制圖子系統(tǒng)包括4個(gè)模塊：AI地圖符號(hào)庫(kù)模塊、制圖規(guī)則庫(kù)模塊、自動(dòng)制圖模塊和地圖發(fā)布模塊，實(shí)現(xiàn)了制圖規(guī)則庫(kù)的定義、管理與配置，點(diǎn)線面要素符號(hào)的定義、管理與配置，地圖要素的符號(hào)配置、關(guān)系處理、沖突處理，地圖數(shù)據(jù)發(fā)布等功能。

為測(cè)試本系統(tǒng)的制圖效率[8]，以湖北省老河口市部分區(qū)域的第17、18、19、20級(jí)數(shù)據(jù)和湖北省黃石市第18級(jí)數(shù)據(jù)為測(cè)試數(shù)據(jù)，對(duì)比傳統(tǒng)人工制圖和快速制圖軟件制圖所用時(shí)間，結(jié)果如表1所示。不難看出，在保證成圖質(zhì)量的前提下，使用本系統(tǒng)進(jìn)行制圖可明顯縮短成圖時(shí)間，效率可提高約80%；且相同數(shù)據(jù)的符號(hào)庫(kù)可以通用，進(jìn)一步提高了制圖效率。老河口市成果圖如圖3所示。

表1 制圖效率測(cè)試表/d

同時(shí)經(jīng)過(guò)第三方軟件測(cè)試和試運(yùn)行，基于天地圖的湖北省快速制圖軟件達(dá)到了縮短出版級(jí)地圖制作周期的目的。

圖3 基于快速制圖系統(tǒng)的老河口市第20級(jí)數(shù)據(jù)成果圖

3 結(jié) 語(yǔ)

本系統(tǒng)的數(shù)據(jù)預(yù)處理與轉(zhuǎn)換子系統(tǒng)可提高出版地圖生產(chǎn)設(shè)計(jì)的自動(dòng)化程度，減少數(shù)據(jù)庫(kù)到地圖成圖過(guò)程中的人工工作量，并實(shí)現(xiàn)了制圖數(shù)據(jù)切片與快速輸出；快速地圖制圖子系統(tǒng)可提高地圖制圖的生產(chǎn)效率，降低人工工作帶來(lái)的產(chǎn)品差錯(cuò)率，提高地圖編制整體質(zhì)量，提升地圖和地理信息在應(yīng)急搶險(xiǎn)、政府決策、反映市情市理等需要快速地圖（地理底圖）領(lǐng)域中的制圖效率和服務(wù)能力。

基于天地圖的湖北省快速制圖系統(tǒng)具有的重要意義為：①實(shí)現(xiàn)了一種基于GIS數(shù)據(jù)庫(kù)的新型快速制圖方法；②實(shí)現(xiàn)了地圖制圖軟件環(huán)境下的自動(dòng)地圖制圖插件開(kāi)發(fā)技術(shù)；③實(shí)現(xiàn)了地圖制圖規(guī)則驅(qū)動(dòng)下的要素自動(dòng)配置及關(guān)系處理技術(shù)；④完成了地圖制圖工藝改進(jìn)，有效提升了制圖效率；⑤研發(fā)了國(guó)產(chǎn)的MapPublisher軟件，具有重要推廣價(jià)值。

今后還需在以下兩個(gè)方面深入分析：①針對(duì)天地圖提供的其他級(jí)別實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行軟件功能的測(cè)試與試運(yùn)行，在實(shí)際地圖生產(chǎn)中優(yōu)化和完善軟件功能。②為滿足更多制圖單位的需求，需進(jìn)一步研究基于CorelDraw等制圖軟件下的技術(shù)移植與開(kāi)發(fā)，完成基于CorelDraw等制圖軟件的快速出圖插件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)，并將成果進(jìn)行推廣。

[1] 楊勇,李霖,王紅,等.基于國(guó)家基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)的地圖制圖系統(tǒng)[J].武漢大學(xué)學(xué)報(bào)(信息科學(xué)版),2008(3)：261-264

[2] 雷瑛,錢(qián)金波.“天地圖?甘肅”在地質(zhì)災(zāi)害應(yīng)急中的應(yīng)用初探[J].礦山測(cè)量,2013(5)：6-8

[3] 梅洋,趙勇,彭震中,等.基于天地圖的應(yīng)急影像地圖快速制作研究[J].測(cè)繪通報(bào),2012(3)：32-35

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P208

B

1672-4623（2017）05-0048-03

10.3969/j.issn.1672-4623.2017.0051.5

曾真，高級(jí)工程師，主要從事地圖編制與地理信息系統(tǒng)方面工作與研究。

2016-09-14。