面向地圖數(shù)據(jù)庫(kù)的快速成圖系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

楊 柳

(江蘇省基礎(chǔ)地理信息中心,江蘇 南京 210013)

0 引言

隨著測(cè)繪地理信息技術(shù)的不斷發(fā)展,地圖服務(wù)的應(yīng)用日益廣泛,尤其在各類突發(fā)事件的決策和救援中發(fā)揮了重要作用[1]。以往的地圖編制模式中生產(chǎn)工序較多、生產(chǎn)周期較長(zhǎng),為滿足應(yīng)急的需求,陜西、內(nèi)蒙古、山東等省份(自治區(qū))先后開展了快速出圖技術(shù)的研究,一定程度上提升了地圖編制工作的自動(dòng)化水平[2-5]。為進(jìn)一步提高地圖服務(wù)保障能力,江蘇省從地圖編制的實(shí)際需求出發(fā),對(duì)全省水系、交通、境界、居民地等基礎(chǔ)要素以及各類專題要素進(jìn)行了整理和綜合,建成了能滿足省、市、縣多種制圖需求的多尺度地圖數(shù)據(jù)庫(kù),并在此基礎(chǔ)上,進(jìn)一步建設(shè)了快速成圖系統(tǒng),將建庫(kù)數(shù)據(jù)快速轉(zhuǎn)換為地圖數(shù)據(jù),實(shí)現(xiàn)普通地圖和多種專題地圖的制作。

1 需求分析

快速成圖系統(tǒng)基于多尺度地圖數(shù)據(jù)庫(kù),面向普通地圖和多種專題地圖的制作需求,系統(tǒng)的設(shè)計(jì)應(yīng)滿足以下幾點(diǎn)要求。

(1)地圖要素快速選取。江蘇水網(wǎng)密集、路網(wǎng)縱橫,實(shí)際出圖時(shí)應(yīng)根據(jù)需求對(duì)地圖數(shù)據(jù)庫(kù)中的要素?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行選取,使圖面負(fù)載量保持合理。因此應(yīng)研發(fā)地圖要素快速選取功能,減少制圖數(shù)據(jù)準(zhǔn)備的工作量。

(2)快速地圖符號(hào)化。地圖符號(hào)是地圖的基本語(yǔ)言,清晰易讀的地圖符號(hào)能保證讀圖者快速閱讀、牢固記憶。應(yīng)設(shè)計(jì)預(yù)制的地圖符號(hào)配置方案,通過地圖符號(hào)的快速匹配,實(shí)現(xiàn)從數(shù)據(jù)庫(kù)到地圖的轉(zhuǎn)換。同時(shí),應(yīng)提供多套地圖符號(hào),滿足多種應(yīng)用場(chǎng)景的需求[6]。

(3)注記生成與處理。為保證易讀性,地圖注記的字體、字大、字色、間隔等隨要素類型的不同而變化。面對(duì)多樣的注記放置規(guī)則,應(yīng)研究其自動(dòng)化生成和處理技術(shù)。

(4)專題地圖制作。專題地圖種類繁多、應(yīng)用廣泛,是普通地圖的重要補(bǔ)充。應(yīng)研發(fā)專題地圖制作功能,涵蓋多種常見圖表的制作與編輯,與專題信息數(shù)據(jù)庫(kù)聯(lián)動(dòng),實(shí)現(xiàn)水系、交通、旅游、開發(fā)區(qū)、水利工程、地貌、政策熱點(diǎn)等多種專題地圖的制作。

(5)關(guān)鍵環(huán)節(jié)自動(dòng)化處理。地圖制圖過程中存在符號(hào)選擇、沖突處理、注記調(diào)整、水系漸變、境界跳繪等一系列常規(guī)性、重復(fù)性的工作,在傳統(tǒng)制圖模式中耗費(fèi)大量人力,應(yīng)針對(duì)這些問題研究關(guān)鍵技術(shù),并對(duì)貫穿其中的專家知識(shí)規(guī)則進(jìn)行梳理總結(jié),提高地圖制作的自動(dòng)化、智能化程度[7-8]。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 總體框架

快速成圖系統(tǒng)總體技術(shù)框架分為5層,包括數(shù)據(jù)層、服務(wù)層、業(yè)務(wù)層、顯示層和用戶層,系統(tǒng)采用C/S結(jié)構(gòu),軟件架構(gòu)基于ArcEngine和.Net技術(shù)搭建,如圖1所示。

圖1 總體技術(shù)框架

2.2 功能設(shè)計(jì)

快速成圖子系統(tǒng)總體上分為工程文檔、數(shù)據(jù)獲取、地圖處理、整飾輸出、專題統(tǒng)計(jì)、工具輔助6大主要功能模塊,如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)主要功能

2.2.1 工程文檔

該模塊主要管理作業(yè)工程和文檔,包括最近工程、打開工程、保存工程、關(guān)閉工程、添加臨時(shí)數(shù)據(jù)、打開MXD和導(dǎo)出MXD等功能。

2.2.2 數(shù)據(jù)獲取

該模塊基于地圖服務(wù)采用多種定位形式實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的空間定位、投影選擇、數(shù)據(jù)裁切和符號(hào)化。

2.2.3 地圖處理

該模塊支持對(duì)地圖要素的快速選擇,以及點(diǎn)要素、線要素、面要素和注記的相關(guān)調(diào)整處理,通過境界跳繪、暈渲生成、境界普色、水系漸變等功能,實(shí)現(xiàn)了復(fù)雜制圖工序的快速自動(dòng)化處理。

2.2.4 整飾輸出

該模塊包含色帶生成、頁(yè)面設(shè)置、圖名設(shè)置、圖例生成、花邊生成、附圖管理等整飾功能,以及在出版視圖下的地圖輸出功能。

2.2.5 專題統(tǒng)計(jì)

專題處理模塊包含專題圖表生成、專題圖編輯、表格編輯、專題圖渲染等專題圖編輯與處理功能。

2.2.6 工具輔助

該模塊主要提供要素的幾何處理、拓?fù)涮幚砗涂旖莨ぞ?包含線打斷、面分割、合并、延伸、反向、要素修整、復(fù)制、粘貼等功能,實(shí)現(xiàn)對(duì)圖面細(xì)節(jié)的進(jìn)一步處理。

3 關(guān)鍵技術(shù)

3.1 面向多尺度地圖數(shù)據(jù)庫(kù)的地圖定位與要素選取

地圖定位是地圖編制的第一步工作,本系統(tǒng)設(shè)計(jì)了坐標(biāo)定位、文件定位、單擊定位、地名定位、行政區(qū)定位等多種定位方式,明確制圖區(qū)域的范圍,并根據(jù)紙張大小、頁(yè)面邊距等參數(shù),測(cè)算出成圖比例尺,并據(jù)此連接服務(wù)器中相應(yīng)的地圖數(shù)據(jù)庫(kù),進(jìn)行制圖數(shù)據(jù)下載。

針對(duì)江蘇水路密集的情況,結(jié)合多尺度地圖數(shù)據(jù)庫(kù)中設(shè)置的選取等級(jí),本系統(tǒng)設(shè)計(jì)了要素選取功能,可以實(shí)現(xiàn)水系、交通、境界、居民地和表面注記等的快速選取。對(duì)于未被選取的要素進(jìn)行邏輯刪除,即將其改為不顯示狀態(tài),從而確保操作的可恢復(fù)性。

3.2 制圖知識(shí)規(guī)則庫(kù)

系統(tǒng)圍繞知識(shí)規(guī)則驅(qū)動(dòng)快速制圖的核心理念,針對(duì)傳統(tǒng)制圖專家經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行了梳理總結(jié),記錄了如居民地選取比例、河流化簡(jiǎn)彎曲參數(shù)、水系漸變起始寬度、道路連通閾值、注記沖突處理策略等一系列經(jīng)驗(yàn)參數(shù),建立制圖知識(shí)規(guī)則庫(kù),同時(shí)支持結(jié)合具體需求作自定義調(diào)整,從而指導(dǎo)制圖數(shù)據(jù)的高效處理。

3.3 快速成圖模板庫(kù)

為應(yīng)對(duì)不同范圍、不同尺度、不同用途的快速制圖需求,系統(tǒng)中基于已有的制圖經(jīng)驗(yàn)將多種幅面、多種比例尺、多種用途地圖中的要素表達(dá)、注記風(fēng)格、整飾設(shè)計(jì)等進(jìn)行了歸納總結(jié),梳理地圖要素的表達(dá)內(nèi)容、選取指標(biāo),并設(shè)計(jì)了相應(yīng)的符號(hào)化方案、配色方案、注記方案、圖外整飾方案,制作了多種風(fēng)格的配圖模板、圖外整飾模板并建庫(kù)管理。制圖時(shí)可根據(jù)需要自主定義或選擇特定方案,實(shí)現(xiàn)成圖過程中對(duì)圖面效果的快速選擇。地圖整飾知識(shí)庫(kù)示例如表1所示。

表1 地圖整飾知識(shí)庫(kù)

3.4 注記規(guī)則庫(kù)

地圖注記的生成和排列是一個(gè)復(fù)雜的過程,受要素類型、地圖符號(hào)、閱讀習(xí)慣等諸多因素影響,其自動(dòng)化程度以及注記質(zhì)量直接影響地圖編制效率和地圖產(chǎn)品質(zhì)量。系統(tǒng)根據(jù)不同的要素類型和用圖需求,探索整理了注記字體、注記大小、注記顏色、擺放位置等一系列知識(shí),并用規(guī)則化的語(yǔ)言存儲(chǔ)到注記規(guī)則知識(shí)庫(kù)中,規(guī)則示例如表2所示。

表2 注記規(guī)則知識(shí)庫(kù)

4 快速制圖實(shí)驗(yàn)與結(jié)果評(píng)價(jià)

針對(duì)江蘇省域內(nèi)不同區(qū)域的特點(diǎn),選擇金壇區(qū)、興化市、祿口街道等幾個(gè)地區(qū)進(jìn)行快速制圖實(shí)驗(yàn),以測(cè)試系統(tǒng)的效率。實(shí)驗(yàn)按照普通地圖制作流程,從連接服務(wù)器進(jìn)行地圖定位、數(shù)據(jù)裁切、地圖符號(hào)化,到最終的地圖成果輸出,分別統(tǒng)計(jì)了各區(qū)域的快速制圖用時(shí)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表3所示。

表3 實(shí)驗(yàn)區(qū)域與快速成圖用時(shí)

可以看出,利用快速成圖系統(tǒng),在較短時(shí)間內(nèi)可以實(shí)現(xiàn)普通地圖的生成。與傳統(tǒng)地圖編制工藝相比,本系統(tǒng)提供的快速制圖能力極大地提高了地圖編制的效率。

5 結(jié)語(yǔ)

本文分析了快速成圖系統(tǒng)的設(shè)計(jì)需求,并介紹了江蘇省快速成圖系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案,通過一系列關(guān)鍵技術(shù)的研究,本系統(tǒng)形成了從地圖定位、數(shù)據(jù)下載、地圖符號(hào)化到地圖輸出的完整工藝流程,實(shí)現(xiàn)了從建庫(kù)數(shù)據(jù)到地圖成果的快速轉(zhuǎn)換,能夠滿足普通地圖和多種專題地圖的制作需求。實(shí)驗(yàn)表明,應(yīng)用本系統(tǒng)可極大提高地圖編制的效率,為輔助決策、生態(tài)保護(hù)、應(yīng)急救援等提供有力的地圖保障。接下來(lái),應(yīng)進(jìn)一步探索關(guān)鍵技術(shù),優(yōu)化算法效率,并繼續(xù)擴(kuò)充地圖快速成圖模板庫(kù),豐富系統(tǒng)的應(yīng)用場(chǎng)景。