基于ArcGIS數據驅動頁面技術的控規快速制圖
——以福清控規單元劃分為例

魏銘 馮俊杰 郭螣昕 張偉勛

(福建省城鄉規劃設計研究院 福建福州 350001)

0 引言

2018年3月，國務院機構改革方案公布，將住建部門的規劃管理職能納入新組建的自然資源部，新部委隨后提出建立國土空間規劃體系的要求。在此過渡期間內，規劃編制單位的相關規劃成果既要滿足于傳統住建體系規劃要求，又要考慮和未來國土規劃體系接軌。各規劃院急需發展一套可相互兼容、靈活敏捷的編制和制圖流程。基于此，本研究結合福清單元控規劃分這類制圖與可視化工作量繁重的控規類項目，發展一套基于數據驅動頁面技術的控規快速制圖流程。

“數據驅動”在這里有兩個定義：廣義定義為依靠數據而不是直覺或個人經驗進行事件驅動的過程；狹義定義為一種面向表編程的計算機編程范式[1]。“數據驅動頁面”是ESRI公司在ArcGIS產品進入10代后開發的制圖模塊，它基于要素圖層或索引圖層將不同地理數據帶入布局視圖的動態元素當中，結合圖廓、圖題、指南針等靜態元素，從而生成多張圖則的制圖技術[2]。

1 CAD控規制圖流程存在的問題

歷史進程上來看，我國的規劃行業脫胎于傳統的建筑學。建筑工程大量使用了CAD軟件進行制圖，大部分高校的規劃專業也是從建筑專業發展而來的[3]。在制圖思路與制圖模式上也一直依賴CAD軟件，這樣能夠較好地與建筑工程進行銜接，然而CAD制圖也在規劃設計項目中帶來如下問題。

1.1 綜合制圖效率低下

CAD在繪圖的精度和自由度上有優勢，但由于缺乏比例尺設計，沒有地圖要素符號自動注記、自動縮放和地圖要素概括能力[4]。CAD雖然也擁有布局視圖和數據模型隔離的設計邏輯，然而由于天生缺乏對屬性類數據的結構化索引能力，地圖要素并不能在布局視圖中進行聯動，使得CAD制圖只能一張一張出圖。雖然通過湘源、飛時達等二次開發軟件可以對部分圖框、內圖廓線、標題等靜態元素進行自動化處理，但還是有大量表格、頁碼、標注、排版等工作無法在CAD內部完成，仍需進入Photoshop等專業軟件進行二次加工處理，花費大量人工監督干預的成本。

1.2 難以避免人工錯誤

當圖則數量接近幾十上百張后，表格、標注很容易發生人工置換錯誤，若此時圖則已裝訂成紙質成果，則改圖會增加印刷成本，造成浪費。若打印成圖集后，審核未發現問題就交給甲方，則會造成嚴重的生產事故，損害設計單位的信譽。

1.3 難以標準化

由于CAD不像GIS有專門的樣式管理模塊，導致其難以有效地進行制圖標準化管理。CAD本身的數據版本和軟件版本是緊耦合的，某個版本CAD出的圖經常在另一個版本的CAD上打不開，間接影響了工作效率，增加了溝通協作成本。

1.4 GIS化數據要求

隨著時代的發展，規劃、自然資源等部門越來越多地依靠GIS系統管理自己的規劃數據。以福建福清為例，福清規劃局擁有自己的GIS控規管理平臺，因此福清的控規單元劃分項目里，甲方明確提出需要提供GIS數據成果，好納入自己的GIS控規管理平臺中。若仍然像傳統項目那樣直接用CAD出圖則，則CAD數據要做一份，GIS數據要做一份，工作量翻倍，一旦發生指標，空間要素的修改，得改兩份數據。隨著未來機構改革，規劃職能的遷移，越來越多的項目資料、項目成果都要求支持原生GIS數據。

1.5 難以適應未來行業發展趨勢

規劃信息化有兩個主要方向：一種以CAD環境為主，保留其大部分原生功能，二次開發添加GIS數據管理模塊[5]；另一種以GIS環境為主，二次開發添加CAD數據調用及繪圖模塊；前者對傳統規劃人員友好，學習成本低，但GIS數據管理及后期擴展能力弱；后者GIS數據管理及擴展能力強，但對傳統規劃人員有更高的專業要求。隨著規劃職能從住建向自然資源遷移，CAD這類的規劃數據將越來越難以適應自然資源使用需求。另一方面，三維、遙感影像、無人機、大數據、CFD、互聯網等技術在規劃設計中的應用頻率也越來越高，傳統基于CAD的軟件環境已無法應付這種復雜的規劃可視化表達要求[6]。

2 數據驅動制圖的優勢

由于數據驅動頁面制圖核心技術是基于GIS平臺生態的，GIS特有的屬性數據和圖形數據分離管理特性使得流水化、模塊化生產制圖成為可能，在未來的規劃改革中，將發揮重大作用。

2.1 制圖效率對比

數據驅動頁面制圖的主要工作時間放在了制圖布局模板設計上，后期出圖全是自動化的，而CAD制圖每張都需要制圖人員花費相同的時間，成線性增長，當制圖工作量越大時，數據驅動制圖效益越明顯。通過實驗對比，115張圖則傳統CAD出圖需要約96h，數據驅動制圖初次實踐只用了36h，后期熟練后，更可縮短至8h，制圖速度提高了10倍。數據驅動制圖在改圖上和CAD制圖相比擁有絕對優勢，傳統改圖無論修改量如何，一改就是一整套圖都要改，至少需要6h以上，而該技術視修改量，可降低至10min。

2.2 制圖數學基礎成熟

GIS平臺有十分成熟的數學基礎，在地理坐標精準度、坐標轉換、投影變換上有極大優勢，再加上其擁有比例尺顯示模塊，在地圖綜合制圖概括上極其方便，在將來以地理學為主導的自然資源規劃上，親和度高。

2.3 提高服務速度與運轉周期

規劃設計類項目時常面對評審會日期不確定，從接到通知到截止時間短得不合理，多次提出修改要求的現實問題。我國又容易出現規劃“大運動”，新興項目類型短時間內委托量巨大。在項目時間分配上，制圖占很大比例。數據驅動制圖便能很好地解決這個問題。通過提高制圖效率，從而提高規劃院的服務響應時間。由于其流水化、模塊化的特性，一個熟練的數據驅動制圖人員可以同時為多個項目進行制圖，降低了人力成本的。

2.4 新的設計表現語言

基于GIS的數據驅動頁面制圖在頁面排版布局上更高效，以往一些需要花費很多人工操作才能形成的樣式效果，如多頁一張圖則，單張圖則上多個指標控制表等設計可以直接使用。GIS還有利于統一要素符號樣式，且形式美學程度高。GIS制圖樣式管理能力強大，新設計出來的符號樣式色彩效果能快速標準化，總結后進行再開發利用。數據驅動頁面制圖的GIS平臺對色彩管理、字體、注記表現、跨平臺跨軟件后期處理能力也比CAD更強大。規劃設計師將擁有更多的設計表現語言。

2.5 規劃設計院總體設計整合能力強

規劃設計的對象城市是世界上最復雜的人造物體，未來的規劃一定是多學科、多專業一起配合設計的。隨著甲方對規劃設計的要求越來越高，將來的規劃院多源數據處理與多專業綜合分析能力會愈發重要。數據驅動制圖的GIS平臺比CAD擁有更強的數據管理整合能力，如今大量規劃院都在建立自己的規劃支持系統(PSS:Planning Support System)[7]；其他無論是勘察測繪，還是大數據分析，互聯網公眾參與，AI人工智能、物聯網、智慧城市等項目或應用，都極度依賴GIS技術。數據驅動制圖這種制圖技術，更契合這種規劃設計院發展趨勢。

3 數據驅動制圖的實現

3.1 福清控規單元劃分項目情況

福清市規劃局已編制了大量控規，但控規與總規、專項、其他控規之間缺乏銜接，控制方法單一，時效性弱，控規修編與維護十分頻繁。管理上成果不統一，標準化建設困難，控制指標不明確，用地審批缺乏依據，急需進行控規單元劃分來幫助編制和管理實行4個有利：有利于各項規劃的“無縫化”銜接；有利于下層控規的“標準化” 編制；有利于規劃條件的“科學化” 制定；有利于規劃平臺的“動態化”管理。福清市已花了十幾年時間搭建了一套基于GIS的規劃管理信息系統，控規單元劃分成果只需要提交紙質成果和GIS數據，不需要提交CAD成果[8]。使用數據驅動制圖技術，可省去DWG及PSD工作流程，縮短整個制圖周期,如圖1所示。整個項目制圖流程圖如圖2所示。

圖1 數據驅動制圖可省去DWG及PSD制圖流程

圖2 數據驅動制圖基本流程

3.2 制圖數據準備

3.2.1坐標規整

福清控規單元劃分項目中使用到大量測繪、國土、住建、環保部門及互聯網數據，各部門坐標系都要統一轉成國家2000坐標系。基本坐標轉換規則為：矢量數據使用同名地物點計算七參數進行轉換；轉換精度要求不高的矢量數據使用空間矯正進行紡射轉換；柵格數據也使用七參數進行轉換；影像圖、地形底圖可使用地理配準來處理。

3.2.2底圖整理

需要確保編制范圍內底圖的完整性，不能留白。影像圖或地形暈眩圖要進行均色，調整影像對比度、飽和度、銳化，以保證底圖表現效果清晰，滿足地圖學審美及認知要求[9]。

3.2.3矢量圖層整理

設置好矢量圖層數據的疊置顯示順序，圖層內無重復冗余圖層，圖層命名符合最終規范。圖層內矢量數據無拓撲錯誤，圖層可通過幾何檢查。

3.2.4屬性數據整理

屬性數據字段無非法命名字段，字段名別名清晰易懂，字段名無重復項。屬性記錄本身無異常值。

3.3 模板制作

3.3.1圖則總體布局設計

制圖人員根據項目需求設計圖則布局，以福清控規單元劃分為例，先確定好索引圖層。本次項目中為分區單元和基本單元兩層索引圖層。然后明確需要體現的控規指標與管控內容及表現形式，表現形式可以使用圖、表格、標注等方式。最后結合圖題、圖廓、圖例等要素，設計出一組圖則模板草圖如圖3所示。制圖人員根據圖則模板草圖，制作制圖模板MXD文件。

圖3 基本單元圖則模板草圖

3.3.2注記處理

有2種方法來制作注記，一種是使用ArcGIS原生自帶的標注功能來放置注記，另外一種是使用Maplex引擎。Maplex可設置注記顯示先后順序、密集區域的重點標注、注記位置、字體方向等，使得注記放置更靈活，更好地解決注記沖突問題。Maplex設置較為復雜，本次項目中使用原生標注功能。

3.3.3符號設置

符號設計主要包括點、線、面及注記。點符號一般用于表現公服設施，符號內字體圖案要清晰。線符號粗細要符合地圖表達要求，部分線型重疊問題可使用ArcGIS制圖表達模塊來調整優先級和過渡效果。面符號顏色后期有紙質印刷要求的，需使用CMYK色彩空間來設定。

3.3.4比例尺、地圖整飾

和傳統地圖制圖不一樣，規劃制圖可先確定實際出圖紙張的大小，再選擇合適的比例尺。一般規劃設計使用A3大小的紙張打印，考慮到打印機600DPI，每張圖的實際紙張面積、底圖比例，再選用對應的比例尺。地圖整飾包括題注、圖廓線、頁碼、設計單位等要素，這些靜態元素是固定的不隨比例尺變化而變化，因此需在模板制作的時候就設定好，保證其大小比例和整體圖則相協調。

3.3.5蒙版

圖則中表現核心要素的內容要突出，次要要素內容顯示變淡或透明的效果，為此需要制作蒙版圖層。蒙版圖層要覆蓋整個項目范圍，蒙版顏色一般設計成無色，通過修改蒙版的透明度或對比度，來實現圖面主次表現效果。

3.4 數據驅動要素設置

3.4.1靜態元素設置

大部分靜態元素如：圖廓線、數據框大小、布局頁面大小、制作單位、項目名稱等在模板制作階段都已制作設置完成，在該階段進行最后的檢查。

3.4.2索引圖層設置

索引圖層中的逐個要素控制并定義了每頁圖則的顯示內容。在圖則總體布局設計階段，就要明確索引圖層，并設計好索引圖層的數據標準。在索引圖層屬性字段中，要明確設計好索引字段，確保索引字段唯一性。數據總庫中其他圖層數據也要擁有索引字段，以保證后期定義查詢能正常顯示。若其他需要顯示的數據圖層沒有設定好索引字段，可通過疊加分析、空間連接等工具，完成索引屬性字段的補充。其他圖層的索引字段可不唯一。索引圖層的頁邊距可設置合適百分比，以保證圖面效果不飽和。

3.4.3動態元素設置

動態元素一般是指根據索引圖層索引號進行屬性查詢后，有著相同索引號和空間范圍的元素。數據圖層中，點、線、面要素可直接通過設置圖層的頁面查詢來完成設置。頁碼、單元號等文字，也可通過插入動態文字的方式完成設置。圖例的設置分為兩種：靜態的或動態的。靜態的可通過在頁面布局中生成總的圖例，或直接插入圖片來完成。動態圖例需要結合動態表格(Graphic Table Element)來完成。

3.4.4動態表格設置

通過查詢索引圖層的索引號，可將對應索引號要素的屬性顯示在動態表格當中。通過設置表格的數據來源來建立索引，然后設置表格的格式，確定表格的長寬高及大小粗細。定義表格字段來確定要顯示的控制指標。設置索引字段的過濾條件來設置到底要顯示多少查詢到的記錄。設置排序信息來確認表格中記錄的顯示順序。最后，設置表格內字體大小、換行規則及表格顏色，來保證表格的美觀性。同樣可通過添加靜態表格來表現想要的控制指標內容。

3.5 數據驅動排版與打印

3.5.1排版

一個單元控規往往需要不止一頁來表示，這時候需要通過設計排版頁碼規則，通過python腳本來控制排版順序。以福清單元控規為例，一個單元控規圖則分為基本單元層面，分區單元層面兩頁來表達，多個分區單元之間，還需一張分區單元范圍示意圖，來表示單元分布范圍。為此需要在模板階段就制作3個mxd文件，在索引圖層中添加模板字段，給每個索引要素添加對應調用的模板號，進行排版[10]。同時也給每個索引要素添加頁碼字段，確定打印該要素時對應輸出的頁碼。

3.5.2打印

打印階段也同樣通過python腳本來實現，通過編程語句，遍歷索引圖層中所有的可索引要素，并通過先前排版設置好的排版字段和頁碼字段，調用正確的模板逐頁順序打印。

4 結論

數據驅動制圖技術在林業、國土、海洋行業中使用較為普及，在規劃行業運用較少。本文通過將數據驅動頁面制圖技術實際運用在福清單元控規劃分項目中，對比了GIS數據驅動制圖與傳統CAD制圖的優缺點，總結歸納了數據驅動規劃制圖的基本流程，其制圖效率及后期拓展性基本得到了福清項目組的認可。然而，CAD在建筑市政道路等工程類項目制圖中仍有著不可替代性，綜合性甲級院中CAD與GIS制圖流程數據轉換上仍需進一步研究。此外，數據驅動的規劃項目制圖還具有一定局限性，在傳統總規、控規、詳規中，部分制圖樣式仍然無法實現，需結合多種規劃類型項目進一步實踐完善。