GIS在專題圖快速制圖中的應用研究

梁漢媚

(1. 北京市測繪設計研究院, 北京 100038;2. 城市空間信息工程北京市重點實驗室, 北京 100038)

0 引言

“天地圖”于2011年正式上線運行,將向公眾提供權威、全面、統一的地理信息服務[1]。全國各省市正在大力開展“天地圖”省市級分節點專題圖的建設工作,并把重點放在地理信息系統(geographic information system,GIS)能產生出高質量的矢量式地圖和圖表的能力上[2-3]。例如,“天地圖·北京”已經研發了2022北京冬奧會、傳統地名保護名錄(第一批)、北京市市級濕地名錄、鄉村地名、北京大運河休閑主題游、漫步北京親河湖享自然主題游線路、漫步北京清明節紅色旅游主題游、北大紅樓與早期北京革命活動舊址、地理國情監測數據等多套專題圖層。

專題圖制作的重點內容之一是基于GIS快速制作適用于不同場景的電子地圖。GIS不僅能夠以多種格式管理和存儲海量的地理數據,同時還能夠為制圖學提供強有力的數據存儲、評價和分析功能[4-6]。制圖學家將地圖視覺化和GIS結合起來設計出了電子地圖,使得地圖的制作與使用出現了前所未有的重大變革[7-9],用戶對地理空間數據的需求增長日益明顯[10-11]。

針對目前GIS技術在地圖制圖中的廣泛應用需求,筆者結合制作“天地圖·北京”的工作實踐,對使用GIS進行專題地圖制圖的主要流程、關鍵技術和應用優勢等方面進行了梳理和總結,以期為“天地圖”的生產制作提供技術支持和實踐支撐。

1 專題圖制圖流程

“天地圖·北京”專題圖制圖流程主要包括資料收集、GIS數據結構設計、地圖制圖、質量檢測與地圖審核、切片和發布等環節,如圖1所示。本研究以ArcGIS軟件為例,重點介紹使用GIS數據快速制作不同風格多版電子專題地圖的關鍵技術,即GIS數據結構設計和地圖制圖。其他步驟與已有研究大致相同[1],不再贅述。

圖1 基于ArcGIS開展地圖制圖的主要流程

1.1 GIS數據結構設計

電子地圖的核心是地圖數據。為了使GIS數據滿足地圖制圖的要求,須在GIS數據設計階段就要對GIS數據進行合理的結構設計,主要包括要素幾何類型設計、屬性結構設計和要素分層設計等方面。

1.1.1要素幾何類型設計

GIS數據分為點、線、面三種幾何類型。為了滿足地圖顯示表達效果,在制圖時需要對部分要素進行針對性的處理。如橋梁要素在數據庫中一般是以線狀要素存在,橋梁應該是在河流或者道路現狀要素的上面,但是在符號化時經常會出現橋梁與河流或者道路相交的錯誤情況。為了滿足制圖要求,在數據庫設計時,尤其在大比例尺數據庫中,既要保留橋梁的兩邊邊線,還要添加一個橋面要素,以保證地圖制圖顯示效果的合理性。

1.1.2屬性項設計

在地圖制圖中為了辨識某些地物的屬性,可采用注記來標記地物的特點,如地鐵站的不同出入口可以用A、B、C、D等字樣進行標注。這些注記通常是通過添加要素的屬性項來實現的,因此在數據結構設計時就要合理地設計要素的屬性項。

1.1.3要素分層設計

GIS數據包括水系、交通、居民地、行政區劃、植被、管線和地貌等多種地理要素,每種要素又可進一步分為點狀、線狀和面狀三種幾何形狀。為了方便數據的管理和應用,可按照要素類別和幾何類型進行合理的分層,避免制圖時不同要素的壓蓋或遮擋。

1.2 地圖制圖

地圖制圖是將地理要素用指定的符號進行繪制并輸出的過程。符號化過程如圖2所示。

圖2 符號化流程圖

地圖制圖時不光要對要素進行符號化處理,還需要對相關地理要素進行標注,如河流名稱、居民地名稱等。文字標注需要對字體類型、大小、顏色、放置位置等進行設置,使地圖表達層次清晰、直觀、易讀。

2 專題圖制圖關鍵技術

基于“天地圖·北京”的數據標準和制圖要求,本研究設計了不同風格的符號庫,形成了多版的配圖方案。關鍵技術包括適用于不同應用場景的地圖服務類型構建、多種存儲方式的制圖符號系統構建、制圖符號共享方式構建等。

2.1 適用于不同應用場景需求的地圖服務類型構建

電子地圖的使用場景大致包括常規用途、影像用途、規劃用途和大屏建設展示等類型。為滿足規劃底圖、大屏建設以及其他個性化場景的應用需求,參考主流地圖風格,本研究制定了常規版、影像版、灰色版和極夜版等多種風格地圖服務類型。

2.2 適用于多種存儲方式的制圖符號系統構建

將圖層要素數據轉換為制圖表達,并存儲在地理信息數據庫中,能夠實現服務端對圖層數據的快速共享。例如建筑物的陰影的制圖表達存儲在屬性表中后,可以方便不同版本專題地圖對建筑物陰影的共享。這種存儲在服務端的方式,改變了以前將符號化信息只存放客戶端的存儲和使用方式。

2.3 適用于不同場景風格的制圖符號共享方式構建

交通、建筑物等重要骨架,水系、綠地的渲染規則以及興趣點的標注進行個性化表達和共性共享,并以Mxd或.lir客戶端文件的方式實現了符號系統的共享應用。對于同一套數據,通過創建不同應用目的的制圖表達符號,就能應用在對應需求的地圖中。如將灰色版專題圖的灰色底色改為極夜底色,地圖的整體風格就能從灰色版切換為極夜版。對于多套數據,通過直接替換原圖層就能快速更新基礎數據且保持原符號系統的共享應用。

3 “天地圖·北京”專題地圖制圖案例

本文以北京市為研究區,基于上述流程和關鍵技術,獲得了“天地圖·北京”的常規版配圖、影像版配圖、灰色版配圖和極夜版配圖四種專題地圖,如圖3所示,審圖號為京S(2021)019號,實現了不同場景地圖的輕松切換和快速出圖,可滿足不同場景的應用需要。

(a)常規版配圖 (b)影像版配圖

4 GIS在地圖制圖中的優勢

結合上述“天地圖·北京”不同場景專題圖的制作過程,對GIS在地圖制圖上的應用優勢進行了總結,具體如下：

4.1 符號隨屬性變化動態顯示

GIS地圖制圖能夠實現圖庫一體,使符號隨著要素屬性的變化而實時動態變化。例如,在“天地圖·北京”的交通符號的設計中,不同道路的等級屬性主要通過道路的寬度和顏色進行表示。當修改了道路的等級屬性后,數據庫中的道路表達規則會根據道路的屬性信息繪制出道路的顯示效果。如某條道路從省道升級為國道,只要修改了這條道路的等級屬性,便可將這條道路的顏色和寬度自動顯示出國道的效果。

4.2 不同地圖要素疊加分層快速處理

GIS軟件對于圖形信息的處理有分層編輯、分層管理和分層存放的功能。地圖信息的疊加要根據圖面所負載數據的詳細度和要表達的主題內容來決定[12-13]。在“天地圖·北京”影像地圖中,常規版的設計和編輯可以運用ArcGIS圖形信息的分層功能,將需要在影像中表達的共有城市地理地圖進行提取,把圖中的主要地理信息,如居民地、交通線、境界線、興趣點等進行信息采集,借助分層功能進行圖形數據分層,組合成新的專題數據,再疊加到影像中進行符號化,就形成了影像地圖。

4.3 不同地理信息的共享交換

“天地圖·北京”有一套完整的電子地圖符號和注記說明和統一的數據融合技術要求。基于這些要求,結合ArcGIS對空間數據和屬性數據的強大管理能力,形成了統一的數據規范、分類編碼、交換格式、術語、文件格式和質量指標體系,實現了不同信息系統的互聯互通,為信息共享和交換提供了支持[14-15]。

5 結束語

綜上所述,在地圖制圖中,使用GIS數據實現制圖表達,能夠實現對地理信息數據的高效處理,極大地減少地圖制圖的工作量,提高地圖制圖的效率和質量。不過,ArcGIS不是專業的制圖軟件,雖然已具備一定的制圖功能,但是在平面編輯設計方面還須進一步完善,如GIS數據經過制圖表達后,會出現圖形顯示效果降低等問題。因此,在未來的地圖制圖過程中,應繼續加強ArcGIS制圖表達方面的相關研究,不斷完善和開發ArcGIS的圖文編輯功能,改進地理信息數據與平面可視化有機結合的實現方式,更好地提升地圖制圖效果和應用價值,以期促進地圖制圖技術更好更快發展。