基于空間數據庫驅動的自動化制圖設計與實現

李瑞芳

（山西省測繪地理信息院，山西 太原 030001）

0.引言

測繪成果檔案是參與測繪活動所獲得的測量數據、成果成圖、科技文獻、技術文件以及詳細記載，通過原始記錄與歷史資料的積累可以更好地服務于國家經濟建設、社會發展和國防安全，對推進戰略實施、措施辦法、行動指南具有極其珍貴的應用參考價值。隨著當今社會信息化的推進，國家電子政務的應用推廣，使得測繪成果檔案的價值不斷得到體現，各行各業地理空間信息資源信息需求的不斷擴大，對測繪成果檔案工作的服務質量提出更高的要求。如何充分利用先進技術，適應新形勢下國家地理信息服務體系的信息管理，是測繪成果檔案工作面臨的新課題。

山西省測繪地理信息院測繪成果應用中心（以下簡稱測繪成果應用中心）作為測繪成果保管單位，對基礎測繪項目歸檔的成果檔案進行及時接收、清理、核對、整理。通過測繪成果分發服務系統向政府及各社會相關部門提供各種基礎地形圖、坐標定位數據、地理信息數據等，盡早向社會發布。為了提高社會服務的能力，測繪成果應用中心需要在有限人員的前提下，提高制圖的自動化能力，特別是常用的1∶50000的標準地形圖的制圖能力。基于目前情況下開發了1∶50000空間數據建庫自動化制圖軟件，該軟件是對山西省1∶50000的測繪成果數據進行圖數一體化管理，消除現有數據庫與符號化數據庫兩套數據庫管理的弊端，提高1∶50000的數據利用效率，建立良好的檔案管理環境和先進的信息服務系統，為地區經濟建設和應急處理發揮更加關鍵的作用。

1.系統架構設計

1.1 目標建設

測繪成果應用中心每年從國家基礎地理信息中心獲得山西省基礎測繪成果1∶50000地形圖的更新數據，并且要及時向社會發布，向各相關行業提供國家規定的標準分幅的符號化制圖數據。測繪成果應用中心負責地圖生產任務的布置和地圖編繪生產任務，完成地理數據庫的制圖更新，并對地圖文檔統一維護管理。

1.2 技術路線

1∶50000 地形圖產品設計符合國家基本比例尺地圖編繪規范和圖式規范要求。1∶50000地形圖生產任務具有“統一分配、集中管理、分散生產”的特性，從數據管理的角度看，生產體系的服務器端負責管理維護中心制圖數據庫，布置和分配制圖任務，制圖數據匯交更新任務，客戶端負責制圖編輯作業。服務器端向客戶端提供制圖數據，客戶端完成制圖編輯后，返回制圖數據，服務器端對中心數據庫進行更新。根據制圖的需要，制作說明文檔，制圖區域規劃，將前期收集的數據按照制圖數據庫格式準備入庫數據，生成1∶50000地圖數據庫數據和1∶50000輔助制圖數據，通過對數據進一步加工處理，參照1∶50000地形圖制圖要求，將制圖區域數據經過數據入庫預處理，配置生成地圖文檔，自動優化制圖符號，根據地圖制作規范，作業員對入庫數據進行編輯，調整圖上注記壓蓋以及要素間一致性，并進行圖幅間接邊處理，通過機器和人工對數據交互檢查，做好質量控制，最終將數據制作完成符號化，制成符合《1∶50000地形要素數據規定》標準的基礎地形圖數據。技術路線設計（如圖1所示）：

圖1 技術路線

1.3 系統框架設計

1∶50000 空間數據建庫自動化制圖系統要實現的功能包括快速制圖、圖庫一體化數據存儲、制圖軟件一體化管理、人機交互處理等，響應時間、安全性、兼容性、可移植性、資源使用等性能要滿足系統要求，系統框架設計（如圖2所示）：

（1）系統生產流程采用先進的地理信息數據和制圖信息一體化的管理方式，通過地理信息數據庫驅動快速制圖產品生產，滿足地理信息數據和制圖產品同步更新的需求；

（2）提供制圖表達數據類型，實現空間數據與制圖要素的一體化空間數據存儲；

（3）能與ArcGIS Desktop一體化管理使用，能沿用ArcGIS的重要制圖功能，滿足制圖生產需要；

（4）空間數據符號化樣式、大小、方向，注記字體、樣式、大小、位置，要素壓蓋、掩膜，圖廓整飾等工作全部由軟件系統自動處理，允許制圖員以人機界面的交互形式根據需要自定義修改；

（5）按照有利于要素關系協調和重要要素在先、次要要素在后的原則，自上而下排列所有要素順序，并進行自動壓蓋、掩膜處理；

（6）對于水系、鐵路、居民地、公路等國家標準中有特殊制圖表達要求的空間要素，軟件系統提供專用處理工具；

（7）通過人工檢查修改，可以達到或接近1∶50000的最新的國家制圖標準；

（8）通過系統的自動化預處理功能可完成地圖制圖80%的工作量，人工交互修改的工作量控制在20%以內。

圖2 框架設計

2.數據庫設計

1∶50000 空間數據建庫制圖系統的數據庫數據模型詳細定義了數據庫中要素數據分層、幾何類型、空間參考、屬性表字段定義、屬性域、要素類之間及要素類與屬性表之間的關聯關系等內容。

2.1 中心數據庫設計

中心數據庫（如圖3所示）物理上由5個數據集組成，空間參考為經緯度。

（1）MainDataFrame：包括擴展地形要素數據（包括符號化信息）、地圖注記數據；

（2）IndexDataFrame：包括接圖表數據以及接圖表制圖參數元數據內容；

（3）CartoParaMeta：制圖參數元數據；

（4）MetaData：制圖元數據；

（5）AuxCarto：包括內外圖廓區制圖要素數據和制圖掩碼數據。

中心數據庫邏輯上由地形要素數據、制圖符號化數據、地圖注記數據、接圖表數據、內外圖廓區制圖要素數據、輔助制圖數據、制圖參數元數據、制圖元數據8個部分構成，各類數據內容的定義如下：

（1）地形要素數據：《1∶50000地形要素數據規定》所描述的基礎地理數據；

（2）制圖符號化數據：地形要素數據的符號化信息，包括制圖表達的規則、每個要素對制圖表達規則的引用以及例外信息；

（3）地圖注記數據：使用Anno數據類型存儲的注記內容；

（4）接圖表數據：政區略圖與圖幅鄰接表所使用的數據內容；

（5）內外圖廓區制圖要素數據：用來存儲在居民地、湖泊等面狀要素跨圖幅的情況下，可能需要在內外圖廓間加繪的要素；

（6）掩碼數據：Reps Mask Polygon；Layer Mask Polygon；

（7）制圖參數元數據：地圖文檔需的制圖參數內容；

（8）制圖元數據：圖歷簿。

圖3 中心數據庫

2.2 要素類數據設計

根據《1∶50000地形要素數據規定》，擴展地形要素數據由34個要素類構成，除本規定定義的字段，擴展地形要素添加了制圖表達規則、制圖表達例外、注記內容、注記開關等制圖輔助字段。以控制點CPTP層（如表1、表2所示）為例說明數據庫設計中要素類的表結構：

表1 CPTP（控制點層）

續表1：

表2 CPTP_GB_Domain

3.制圖系統實現

3.1 數據入庫

將1 ∶50000 山 西 省 的ArcGIS 格 式GDB 入 庫 數 據 導 入1∶50000國標數據導入制圖數據庫系統運行程序，選擇分幅數據提取，輸入全省制圖GDB數據庫，導出制圖數據輸出目錄，將1∶50000標準分幅圖幅號以文件形式輸入，圖例樣式采用城市圖例，批量添加即可制作成初始1∶50000標準分幅地圖模板。入庫界面（如圖4所示）：

圖4 入庫界面

3.2 制圖編輯

測繪成果應用中心數據庫使用ArcSDE無縫存儲全省范圍的1∶50000制圖地理數據，提供中心內局域網訪問能力。

地理數據的空間參考擬采用2000經緯度坐標系。整個制圖編輯環節的所有工作和流程使用客戶端提供的自動化/半自動化工具。制圖系統工程管理（如表3所示）：

表3 工程管理

自動化入庫數據滿足實現快速制圖的需求，能保障應急管理地理信息服務，地形數據向社會分發服務，還需要進一步制圖編輯。實現全要素制圖應按有利于要素關系協調原則和重要要素在先、次要要素在后的順序進行。一般順序為控制點、高程點、獨立地物、水系、鐵路、主要居民地、公路、次要居民地、一般公路、管線、地貌、植被與土質、注記、圖廓整飾等。交互編輯功能（如表4所示）：

表4 交互編輯功能

續表4：

3.3 質量控制

1∶50000 空間數據庫自動化制圖規模可以容納三年內山西省1∶50000的矢量數據制圖，生產規模可以支持5個客戶終端同時自動化制圖。系統能夠實現圖數一體化將核心地理數據和制圖數據統一組織存儲在中心數據庫中，應用數據庫驅動制圖理念，核心地理數據的更新將自動更新制圖產品的相關內容、地圖圖形以及地圖文字；生產系統滿足制圖生產環境的要求，從功能上和性能上滿足200幅以上地圖并發作業的要求，面向制圖系統管理員和制圖作業員，分別提供相應的管理功能和制圖編輯生產功能，涵蓋從核心地理數據到最終地圖產品再到成果匯交所涉及的一系列功能模塊；制圖作業員在制圖生產過程中不得更改核心地理數據內容，核心地理數據由制圖系統管理員維護管理，保證數據安全，滿足中心數據庫業務的要求。制圖數據質量檢查主要采用人機交互檢查，保證數據的相容性，數據類型的一致性和完整性。主要規則如下：

（1）制圖表達規則：執行“制圖預處理/檢查空符號”命令，對要素圖層的屬性表中“RuleID”字段值進行檢查，滿足制圖要求；

（2）GB碼與制圖規則匹配：通過制圖表達的屬性對話框，按照GB編碼選擇符號；

（3）符號屬性設置：檢查符號的大小、顏色、角度、可見性等制圖表達屬性的合理性；

（4）符號形狀與原始位置偏移量過大；

（5）內圖廓與圖形的交點數變化：圖幅接邊處原始數據圖形和制圖表達圖形與內圖廓的交點數目一致，交點偏移量在合理的范圍內，滿足圖幅接邊的要求；

（6）圖形破壞：利用功能檢查圖形是否有效，制圖表達的屬性對話框，擦除無效圖形，然后系統按原始數據位置自動生成正確的符號；

（7）核查制圖標注改變、重復；

（8）制圖標注包含特殊字符：制圖標注信息中包含制表符、換行符等特殊字符，有可能會導致最終輸出的PDF中包含亂碼文字。輸出PDF檢查有亂碼文字的情況。

4.結束語

目前在測繪的數據生產流中，數據生產或轉換軟件大部分是基于ArcGIS軟件，主要的技術手段一般都是數據的完全更新，本文基于目前存在的測繪成果檔案管理的現狀問題與不足，開發空間數據庫驅動的自動化制圖系統，利用1∶50000空間數據建庫自動化制圖。該系統的使用是對山西省1∶50000的測繪成果數據進行圖數一體化管理，充分考慮制圖的可行性原則，減少數據冗余的現象，提高1∶50000的數據利用效率。

自動化制圖系統實現了地理數據庫的制圖更新，對地圖數據進行了統一維護管理，保障了地質災害、森林火災等突發事件決策制定的應急管理地理信息服務，制作完成的制圖元數據通過測繪成果分發服務系統盡早向社會發布，并按照測繪成果管理有關規定向社會提供服務，使測繪成果及時快捷地服務于社會各行各業。