基于ArcGIS 自由式制圖表達技術在信息化制圖中的探討

● 王超雄

（廣西地圖院，廣西 南寧 530023）

隨著當代信息化科技水平的發展，地圖制圖技術得到了進一步提高。傳統的計算機地圖制圖技術有一定的局限性，操作者制作不同用途的成果圖件，或者某些數據丟失、損壞時，需要重新制圖，所以必須同時修改數據庫和符號兩套數據，這導致工作量增大，出圖效率降低。為應對更為復雜的制圖要求，筆者認為可以先通過自由式制圖表達技術將制圖信息與基礎地理信息數據結合起來，實現數據建庫和制圖編圖的有序銜接，再進行制圖綜合、制圖編輯，從而提高制圖效率。

1 自由式制圖表達技術的概述

一般情況下，一個制圖表達必須擁有一個符號圖層或者多個符號圖層，制圖表達分為規則制圖表達和自由式制圖表達。規則制圖表達指對要素進行符號化的處理，按照預先制定好的規則進行表達。自由制圖表達技術則按照制圖要求，將符號表現形式編輯好，存儲到數據庫中[1]。自由式制圖表達技術是將動態制圖表達規則轉換為可以進行交互的真實規則，根據制圖需要，修改要素類結構，控制一系列規則來表達制圖。在普通制圖表達技術的基礎上，通過特定的交互式窗口來控制制圖符號規則，是普通制圖表達技術的延伸與再開發。

傳統信息化制圖是通過改造基礎數據庫模型，將制圖信息作為建庫數據的一部分存儲在數據庫中，采用人工交互編輯的方式，進行地形要素的符號化和地圖整飾工作[2]。這種作業模式需要耗費大量的時間來建設維護數據庫，更新效率低且數據冗余。

目前業界通常采用2 種符號體系將GIS 地理要素進行符號化，一種是傳統的標準符號體系，一種是制圖表達符號體系。

在制圖過程中，有些特定地理要素，比如漸變水系線要素需要使用專用符號來表達，有些符號需要動態生成，這兩種情況都需要“特殊符號”，但在原始數據的基礎上附加標準符號化和制圖表達符號化并不能生成“特殊符號”。此時需要自由式制圖表達技術來實現這些“特殊符號”。自由式制圖表達技術將動態幾何轉換為可以進行交互的真實幾何，控制著制圖表達規則的所有部分，并且可以根據需要修改制圖表達規則。

2 自由式制圖表達技術的方法路線

2.1 自由式制圖表達技術的實現原理

在制作地圖之初，先在空間地理信息的基礎上，建立以單要素為主的制圖數學模型，該模型能夠表達地理信息與制圖信息之間的聯系；之后，以數學模型為基礎對制圖信息進行重新整合，并以此建立新的制圖表達方式[3]。自由式制圖表達技術的運作原理就是把這一套規則集成在一個交互式的系統軟件中，以此為基礎，實現地圖制圖。具體的原理如下：

（1）創建空制圖表達。定義存儲模型，將數據與符號存儲在同一套地理數據庫中，實現圖庫一體。（2）制作符號樣式。根據符號樣式，分解符號，逐個繪制符號幾何，定義符號規則和幾何效果并將兩者組合起來。（3）研發特定符號的生成工具，增加對自由式制圖表達的靈活編輯。

2.2 自由式制圖表達技術實現方法

2.2.1 自由式制圖表達技術的轉換方式

自由式制圖表達技術不僅可解決制圖沖突，還可解決制圖中符號、注記壓蓋等問題，把整體符號分解為離散型符號，以便符號遍歷檢索，自動移開壓蓋。通過編程獲取制圖表達算法，遍歷制圖表達規則和幾何效果，把整體型符號分解為單個圖元，再進行組合顯示。

2.2.2 自由式制圖表達技術模板

創建空的制圖表達模板，存儲于空的圖層中，通過調用模板達到快速制圖的目的。（1）運用現成的模板，解決數據冗余。比如解決花邊、圖例、比例尺等整飾的問題。（2）按照新的圖元組合的圖形外觀繪制原有要素的圖形外觀。（3）采用圖庫一體化，在原始數據表中新增2 個字段，一個用于存儲自由制圖表達的索引，另一個用于存儲制圖符號（幾何+規則）。

3 技術難點與應用

3.1 技術難點

（1）行政區劃圖制圖一大難點是水系漸變，水系漸變一般是水系網出圖需要達到的效果，表明水流的方向從水系線粗的地方流向細的地方。自由式制圖表達技術在建設水系矢量數據庫時對數據預處理后，將水系自動分級，出圖時，通過自由表達窗口菜單按規則設置顯示水系等級，達到漸變的效果（見圖1）。

圖1 自由式制圖表達技術的水系漸變效果預覽圖

（2）行政區劃圖制圖另一難點是境界跳繪。當境界與道路、河流的中心線重合時，需要以左右間隔的跳繪的方式繪制境界，目前國內外的制圖軟件中，境界跳繪幾乎是通過手工繪制處理。而運用自由式制圖表達技術時，操作者可通過需要跳繪的境界線的點坐標組和每節符號的長度，在自由式制圖表達窗口菜單輸入跳繪類型和跳繪節數（3 節或4 節），從而實現境界跳繪的效果。

（3）在行政區劃圖、地理國情普查成果圖等制圖中，地名點沖突問題的自動解決也是一個難點問題。自由式制圖表達技術可以當前地名點坐標為基點，利用arcgis 緩沖區算法識別一定范圍內同名地名點或重復點，自動刪掉同名地名點。

運用傳統的制圖方式制作一個縣的行政區劃圖一般需要2 天時間，而使用自由式制圖表達技術在數據編輯縮編完善的基礎上，一般只需要幾個小時就能完成，提高了制作圖件的效率。

3.2 在地理國情普查成果圖中的運用

2018 年5 月，《廣西第一次全國地理國情普查成果地圖集》（以下簡稱《圖冊》）由廣西地圖院編制、印刷完成。廣西地圖院以廣西第一次全國地理國情普查成果作為基礎數據，采用了自由式制圖表達、圖庫一體化地圖編制出版流程編制《圖冊》。

制作《圖冊》過程中需要處理的一個要素是地表覆蓋，即面狀要素制圖。一個縣乃至廣西全區的所有地類圖斑中全覆蓋的面狀圖斑數量比較龐大，可達幾十萬甚至上百萬的數量級，普通軟件很難處理這些數據。操作者運用自由式制圖表達技術處理此類數據時，可對數據進行融合優化，有以下3 個思路步驟。

（1）按照鎮界對地表覆蓋數據進行切割，分塊處理數據，減少每次處理的數據量，保證程序穩定運行。此方法可有效地解決數據內存溢出的問題。

（2）構建并實時維護圖斑鄰接關系，提高空間查詢檢索效率。此方法可應用于要素接邊處理以及偽節點等處理。

（3）分組融合小圖斑，提高融合效率。通過切割地表覆蓋數據，構建多邊形鄰接關系，對＜200 m2的碎小圖斑分組融合（見圖2），這樣可提高地表覆蓋數據的制圖綜合效率，也可應用于其他相關數據，如水面、房屋面等制圖綜合中。

圖2 碎小圖斑自動融合前后效果預覽圖

4 結語

自由式制圖表達是一種基于圖庫一體化思想的制圖方法，優化了制圖工藝流程，解決了傳統工藝難以實現的復雜符號制作問題，如境界跳繪、水系漸變、地名點沖突等。該技術可應用于地理國情普查（監測）制圖、1∶1 萬一體化制圖系統、快速供圖服務系統、多模式地圖集一體化編制系統中，還可應用于其他各種復雜符號動態表達、制圖沖突處理。