公益性制圖的基本問題與研究方向

劉萬增，趙 勇，趙婷婷，朱秀麗，吳晨琛，李 然，翟 曦

(國家基礎地理信息中心，北京 100830)

地圖是一種符號化的地理信息成果形式，是對自然和社會現象抽象、概括、建模和表達，是“空間信息的載體”，也是人們認識周圍世界空間分布格局的重要手段[1-2]。公益性地圖是為政府等公益性部門宏觀規劃、應急救災、指揮決策及日常辦公應需而制作的一種專題地圖。它是基于政府對公益性地圖的要求，利用不同比例尺的基礎地理信息數據，按照制圖規范，通過尺度轉換和符號映射，實現地理信息和專題信息的快速符號化、自動注記和圖幅整飾等，涉及數據采集、處理、分析、挖掘、制圖等一系列技術環節。相對于常規地圖制圖，公益性制圖具有權威性、高效性、易讀性、創新性等基本特性，追求的是高效率和高質量的統一。常規制圖是以犧牲時間保質量，應急制圖是以犧牲質量保效率[3-7]，很難實現“既快又好”的應需制圖目標。如何在最短的時間內應需提供高質量、高現勢性、內容豐富的公益性地圖產品，滿足政府等公益性部門宏觀規劃、應急救災、指揮決策等需要，已成為我國自然資源管理部門面臨的迫切問題[1]，如圖1所示。

1 公益性制圖的職能定位

隨著我國政府的施政理念由管理型政府向服務型政府的轉變，政府科學決策對地圖的需求頻次和要求越來越高，公益性地圖應需保障服務成為新時期自然資源管理部門一項重要任務。

1.1 履行法定職責

《中華人民共和國測繪法》第25條規定：縣級以上人民政府測繪地理信息主管部門應當根據突發事件應對工作需要，及時提供地圖、基礎地理信息數據等測繪成果，做好遙感監測、導航定位等公益性測繪保障工作。公益性地圖保障服務是新時期自然資源部門的法定職責，做好公益性地圖保障服務工作，也是落實自然資源管理“兩統一”職責的重要舉措。

1.2 落實應急規劃

黨中央、國務院對防災減災工作高度重視。《國家中長期科學和技術發展規劃綱要(2006—2020)》將公共安全列為重點領域，將國家公共安全應急信息平臺及重大自然災害監測與防御列為其優先主題。《國家突發事件應急體系建設規劃》與《國家航空應急救援體系建設“十二五”規劃》對測繪應急保障能力提出更高的要求。公益性地圖應需保障服務是全面落實國家突發事件應急體系建設規劃的重要工作。

1.3 服務政府用圖

隨著測繪地理信息大范圍普及和應用，各種類型的地圖已經廣泛應用于國家重大突發事件處置、政府重大決策、重大活動策劃及政府部門日常工作中，從國家經濟社會發展戰略的部署到各行業發展戰略規劃的制定，從國家重大活動的策劃、安保等到政府日常事務處理、社會管理等，都需要具有空間定位及展示時空布局特性的專題地圖做支撐。

2 公益性制圖的基本特性

公益性制圖是高質量、高效率的公益性地圖應需保障的基礎，具有以下基本特性：

2.1 權威性

公益性地圖的服務對象主要是政府部門，地圖質量直接影響國家重大決策，不容有任何差錯[8-9]。與普通地圖制圖相比，公益性制圖對地圖數學精度、內容完整性、可靠性、權威性和現勢性要求更高。

2.2 高效性

公益性地圖主要面向國家應急救災、重大活動、決策規劃及重大新聞事件報道等，對服務時效性提出了非常高的要求，通常為幾個小時或更短時間。例如，《國家航空應急救援體系建設“十二五”規劃》要求在災害發生后4 h內將現場地圖上傳到國務院應急管理部門；政府工作用圖一般要求12 h左右制作完成3～5幅A1幅面的地圖；新聞地圖一般要求1～2 d時間完成新聞地圖的資料收集、制圖與審圖等工作。因此，高效性是公益性制圖的重要特性。

2.3 易讀性

公益性地圖包括政務地圖、救災地圖、新聞地圖等。相對而言，救災地圖保障需要重點解決有沒有的問題，其更關注地圖的時效性[4]。政務工作用圖是黨政機關長期使用的工作用圖；新聞地圖是面向公眾需要公開出版的媒體地圖，這兩種公益性地圖除了滿足以上幾個特點之外，還必須體現地圖的易讀性[10]、藝術性和美觀性。

2.4 創新性

從任務來源的角度看，公益性地圖服務具有時間不定、地點不定、圖種不定的特點，無論是應急救災、決策規劃、重大活動還是媒體報道等，只要有用圖需要，隨時可能下達制圖任務：一般是某時間，提供某地點某類型的圖。對制圖人員來講，任務時間、內容皆不確定，無法提前進行地圖儲備，在短時間內，解決地圖“從無到有、從有到精、從精到美”的問題，必然對數據收集、處理、制圖和服務都提出了更高要求，常規的技術手段根本無法滿足這種特殊需求，必須依靠技術創新。

3 公益性制圖的基本問題

公益性制圖具有的權威性、高效性、易讀性、創新性等基本特性決定了其與常規制圖方法存在明顯不同。常規的制圖方法在工藝流程、技術要求等方面都無法滿足公益性應需制圖對制圖效率和質量的需求，還存在許多技術難題需要研究和解決。比如，解決公益性地圖快速、精準問題，就必須解決數據來源問題，即如何實現資料的快速收集和高效處理[11-12]；解決公益性地圖美觀問題，達到效率和美觀的平衡，必須解決精細化高效制圖問題。現有的技術和方法往往能夠實現其中1～2個目標，如應急快速系統可以實現高效制圖的目標，但是在精準和美觀性上一般很少顧及[13-14]。平面制圖軟件如Illustrator、CorelDraw等具有強大的地圖編輯能力，能夠實現地圖精細編輯，只要有足夠的時間，地圖美觀性的問題一般都能解決，但其主要依賴人工編輯，制圖效率低，無法滿足高效制圖需求[1]。

總之，公益性地圖應需保障服務面臨的主要問題包括以下4個方面。

3.1 公益性地圖應需保障服務技術體系尚未建立

由于公益性制圖還是一個相對小眾的技術領域，從事該項工作的研究人員相對較少，同時缺乏大項目的支撐，很難形成系統性、體系性的研究成果。雖然一些單位根據工作需求，開發了一些制圖工具軟件，但由于缺乏統一的技術標準，這些零星的碎片化的成果推廣起來難度和成本都很高，造成行業內部各單位之間在制圖技術水平上的不均衡。因此，雖然公益性地圖保障服務從未間斷過，但是公益性制圖的技術體系卻一直沒有建立起來。

3.2 缺乏專題數據應需快速獲取、處理與知識挖掘算法

良好的數據基礎是做好公益性制圖工作的必備條件。實現公益性應需制圖，除了豐富的數據儲備之外，還必須解決制圖專題數據的實時高效處理問題，目前這些技術還不夠成熟，一旦有應急任務，往往是采用人海戰術，加班加點才能完成，工作強度、難度大，效率低。

3.3 應需高效制圖技術還不夠成熟

需要突破眾包協同精細化制圖、應急快速制圖、在線應需制圖及跨媒介地圖可視化等關鍵技術，滿足不同服務對象、不同事件類型對地圖高效率、高質量保障服務的需求。

3.4 缺乏公益性制圖的相關技術標準

由于缺乏公益性地圖應需保障服務的技術標準，目前，各省各單位分別按照各自傳統的做法開展公益性制圖和保障工作，難以實現部門間數據共享與業務協同，同時公益性地圖保障服務的規范性、權威性也難以保障。

4 主要研究方向

4.1 公益性制圖的技術體系

公益性制圖技術體系包括數據的快速獲取、處理、制圖、服務等技術環節，要實現公益性地圖應需保障服務“應需、快速、精準、美觀”的目標，必須建立并不斷優化公益性地圖應需保障服務的工藝流程和技術標準等，形成包括裝備、軟件、數據、標準在內的公益性制圖技術體系，為我國公益性地圖應需保障服務工作提供新思路、新方法、新機制。研究技術思路如圖2所示。

4.2 公益性制圖的技術標準

為了確保公益性地圖應需保障服務的規范性、權威性，實現部門間數據共享與業務協同，急需制定公益性地圖技術標準，包括制圖數據標準、地圖符號標準、工藝流程標準、地圖產品標準、地圖服務標準等。

4.3 公益性制圖的關鍵技術

建立了公益性制圖技術體系和技術標準后，在技術實現層面，還需要研究突破公益性制圖數據高效獲取、處理、挖掘及可視化表達的算法，開發公益性制圖相關軟件系統，為實現公益性地圖服務“按需保障、既快又好”的目標提供技術支撐。

4.3.1 專題數據知識挖掘算法

缺乏專題數據應需快速獲取、處理與知識挖掘算法，是制約公益性地圖保障效率的重要因素。為了改變這種被動局面，需要研究基于泛在數據的專題數據快速獲取、高效處理、質量控制與知識挖掘等算法，包括不同來源的數據時空一致性處理、專題信息自動化提取、多源數據的關聯化挖掘等，并開發相應的軟件系統,為公益性地圖應需保障服務提供數據和專題知識支撐。

4.3.2 眾包協同精細制圖技術

眾包協同精細化制圖重點解決公益性制圖“既快又好”的問題，需要研究基于空間數據庫版本技術的分區域增量采集、存儲與集成表達模型、知識引導的分區域制圖要素沖突的快速檢測與協同處理、模型驅動的碎片化眾包編輯信息的增量集成等關鍵技術。

4.3.3 矢量瓦片在線制圖技術

矢量瓦片在線制圖技術主要滿足公益性地圖的在線自助制圖的需求，需要研究解決矢量瓦片在線組織、可視化表達與高分辨率輸出等技術難題。

4.3.4 跨媒介可視化表達技術

根據國家重大突發事件處置、政府決策等對地理信息跨媒介、輕量級、便捷化服務的需求，研究圖文一體的地理信息數據跨媒介可視化數據模型，形成空間型、多尺度、可編輯、可量測、圖文一體的跨媒介電子文檔平臺，實現地理信息跨媒介圖文融合與一致性可視化表達[15]。

4.3.5 “一張圖”移動會商技術

為有效提升公益性地圖的使用效能，更好地服務于政府決策，需要突破移動端自由組網與“一張圖”協同會商技術。實現服務器主節點與多移動終端子節點自由組網，解決政務用圖系統基于“一張圖”的多終端模式實時通訊的技術難題，開發移動端多用戶實時協同標繪和同屏互動會商系統，實現突發事件應急處置過程中信息共享、數據同步、協同標繪與高效決策。

5 結 語

公益性地圖保障服務是新時期自然資源部門的法定職責，實現公益性應需高效制圖是測繪地理信息工作者長期奮斗的目標， 迫切需要解決一系列的技術和機制問題。本文重點從技術的角度初步分析了我國公益性應需高效制圖的職能定位、特性、面臨的問題和今后的研究方向。要從根本上解決公益性應需高效制圖問題，還需建立高效協同的應需保障工作機制，重點解決數據共享、信息互通、業務協同的問題。