快速制圖服務系統在三調成果圖集編制中的應用

甘 雨

(江蘇省基礎地理信息中心,江蘇 南京 210013)

0 引言

第三次國土調查是一項重大的國情國力調查,旨在細化和完善國土資源管理精準化水平和社會經濟可持續發展的需要。通過調查,進一步完善土地利用基礎數據,掌握準確、翔實的國土利用現狀和專項成果情況[1]。第三次國土調查成果圖集是以三調成果為基礎編制的,全面反映土地利用現狀,為各級政府、部門貫徹落實方針政策和決策部署提供重要的科學依據。然而,三調成果數據中各圖斑僅有類型信息而沒有屬性信息,僅根據該成果數據無法成圖。因此,本文根據三調圖集編制的實際需要,提出一種基于快速制圖服務系統的三調圖集編制方法,對三調成果進行分析、整理,從江蘇省快速制圖數據庫中提取相應的地理要素,最終兩個過程文件在快速成圖子系統中進行疊加和鑲嵌等處理,在提高制圖效率的同時保證制圖表達的科學性和準確性,為當前的地圖制圖工作提供參考。

1 三調成果數據分析

三調成果數據中各圖斑數據僅有類型信息沒有屬性信息,如河流水面沒有河名信息,交通運輸用地沒有道路編號名稱等相關信息,居民地僅有權屬范圍沒有駐地信息,僅根據該成果數據是無法成圖。為了豐富圖面信息,保證圖面效果,針對三調數據屬性信息不全的問題,需要采用權威的道路、水系、居民地等屬性數據來補充圖面信息。

快速制圖服務系統涵蓋基于制圖表達知識規則的地圖數據庫、地圖編制半自動化等技術,可以為三調圖集編制提供重要的數據來源。根據三調技術規程建立相應的知識規則,在快速制圖軟件中完成對各地理要素的綜合選取并鑲嵌圖斑數據,然后進行圖面沖突處理,配置圖名、比例尺等整飾要素后成圖。

2 快速制圖服務系統

2.1 快速成圖子系統

作為快速制圖服務系統的子系統,快速成圖子系統基于已有的制圖經驗,將不同尺度要素表達的內容、規范進行整理,圍繞知識規則驅動快速制圖的核心理念,設計相應的各類方案,包括符號化方案、注記方案、配色方案、圖外整飾方案等,并制作不同風格的配圖模板(符號化規則)、注記規則表和制圖版式,針對要素選取、曲線化簡、注記編輯、線狀要素編輯等工藝相關的專家經驗值進行梳理總結[2],建立制圖專家知識規則庫,實現地圖要素的快速符號化、半自動化編輯和地圖整飾輸出,滿足地圖快速制作和輸出需求。

快速成圖子系統主要有基礎功能、數據源、地圖處理、注記處理、圖面編輯、工具箱與地圖整飾等功能模塊,如圖1所示。

圖1 快速成圖子系統主要功能模塊

快速成圖子系統依托具有現勢性的多尺度地圖數據庫,采用地圖數據加制圖規則的模式,從傳統制圖工藝中總結專家經驗,制定了常用比例尺的出圖規則,制作了多種用途的符號模板,并提供交互式模板,可自主設定參數,采用了基于地理實體的自然河選取等級快速賦值、水系、交通要素選取等級連通性檢查等新技術,實現全省多尺度、多類型地圖的全域或局部快速生產,能夠滿足三調圖集居民地、道路、水系等地理要素的提取和縮編要求。

2.2 基于三調知識的制圖表達規則

通過建立的三調知識規則,在快速制圖軟件中快速完成對各地理要素的綜合選取及避讓,以減少人工工作量。

2.2.1 地名點綜合選取模型及表達規則

散列的地名點、成群分布的山峰等都是地圖中群點目標的實例[3]。從群點分布特征的研究出發,參照生物群體的“適者生存”進化思想,利用Voronoi圖對群點的空間分布特征進行描述,分別針對邊界點、內部點的化簡提出選取模型,并結合開方根模型計算不同比例尺下的選取數量,基于知識規則驅動,繼而獲得特定比例尺下要素目標的選取結果,保持點目標分布的覆蓋范圍及相對疏密關系,如圖2所示。

圖2 保持空間分布特征的地名點選取

2.2.2 水系、道路綜合選取模型及表達規則

與點要素的綜合選取相比,網狀要素的綜合選取過程要復雜得多。地圖表達上呈網狀的要素目標類型主要包括以道路要素為代表的人工構筑物、以河流為代表的自然地物。綜合考慮要素目標的各項特征,包括屬性等級、長度形狀、拓撲連通性以及空間分布密度,本文提出一種顧及Stroke特征的網狀要素綜合選取模型。將描述要素目標完整地理意義的stroke特征引入選取過程,按照屬性等級、連通性、長度的優先級順序評價單個Stroke的重要性,通過約束條件來區分Stroke類型為保留型、刪除型與約束型,對于約束型Stroke結合鄰近關系約束條件實施進一步刪除策略。采用依次刪除探測的方法保留部分弧段以保證水系、道路的連通性,同時將保留的弧段動態地歸并到周圍Stroke中并更新相應信息,在保證連通性的同時兼顧了要素目標的重要性和區域分布的密度差異[4],如圖3所示。

圖3 水系、道路刪除時顧及連通性

2.2.3 面向不同地理要素的沖突關系處理規則

本文基于0.2 mm的要素間隔指標建立要素沖突檢測與處理規則庫,并提出一種基于緩沖區分析的線面要素、面面要素避讓關系快速處理方法,基于線或面輪廓邊線作雙側緩沖區,對臨近面要素進行擦除處理。同時,構建不同要素之間的協同空間關系,提出了一種基于協同移位算法的點目標、線目標的沖突檢測和快速處理方法,保證兩者之間的空間關系協調。在專家經驗和制圖表達規則的基礎上,構建符號移位規則庫,作為沖突檢測和處理的依據。利用約束Delaunay三角網建立不同要素之間的協同關系,并識別沖突區域。借助Stroke模型構建要素群分布模式形態,作為特殊形態要素移位的約束條件。綜合考慮要素上下文環境和制圖知識規則,建立了滿足生產需求的沖突檢測和處理模型,完成多尺度數據庫中點目標、線目標符號沖突處理任務。

2.3 不同比例尺下要素快速選取

為實現不同比例尺下各要素的快速選取,利用多尺度快速制圖數據庫中HYDL層屬性項“GRADE2”(記錄水系要素選取等級),保證去除部分等級低的水系后,即可用于某些較小比例尺的水系的快速制圖,如在1∶5萬數據中去掉8級水系即可用于1∶7萬比例尺下的快速制圖,也可快速實現主區、鄰區要素密度對比效果。利用多尺度快速制圖數據庫中LRDL層屬性項“GRADE2”(記錄道路要素選取等級),確保去掉部分等級低的道路時,其他高等級道路能夠形成閉合網,保證路網的連通性和完整性。利用多尺度快速制圖數據庫中AGNP層中的屬性項“PRIORITY”(記錄點狀居民地的優先級),輔助不同比例尺下地名點的密度篩選。利用快速成圖子系統中的要素選取工具,根據每幅圖的制圖需求,對圖上各類要素的顯示等級做相應調整,保證主、鄰區水網、路網的構網情況良好且地名點密度合理。

3 基于快速制圖數據庫的三調圖集制圖表達

3.1 圖斑縮編

三調各調查單元的地類圖斑數量最大達47萬個,最小在2萬到3萬個之間。為了能夠清晰、真實地反映地理對象的分布特征,也為了方便讀圖,需要對三調原始數據進行縮編處理,包括縮放、圖形選取、綜合及處理圖上各要素之間的關系。根據縮編技術指標,將地類圖斑縮編至不同比例尺后,數據中以面狀符號表示的交通運輸用地、水域和水系設施用地等線狀圖斑,會出現因不足選取指標而被舍去,造成圖面不合理、不連貫。通過面向地類圖斑的自動化與定制化處理,逐步完成傳統人工制圖綜合知識與經驗向計算機執行的轉換,采用計算機加人工校核的方式,在兼顧語義與拓撲關系的基礎上,側重復雜圖斑的分裂、融合與迭代合并,包括海量圖斑自適應平衡分塊與邊界修正、海量分塊圖斑并進行綜合。

3.2 地理要素提取與處理

在快速制圖服務系統中,根據三調各個調查單元的范圍文件,設定好圖廓尺寸,通過套框法計算比例尺,將每個調查單元的水系、道路、地名點、境界等地理要素從數據庫中提取出來,并設置相應的空間參考。首先,從快速制圖數據庫中提取道路、水系、行政區劃等地理要素,并利用快速制圖服務系統要素選取功能進行綜合化簡。然后,根據三調內容的分類圖式、圖例、色標而設計完成的三調圖集的符號模板,通過快速成圖子系統的制圖功能,對選取之后的地理要素符號化。再次,通過快速制圖服務系統的注記生成功能,生成相關注記。最后,對圖面進行處理,比如水系要素需要進行水系漸變等,道路要素需要進行道路關系處理等。

3.3 要素鑲嵌與整飾輸出

將經過處理后的圖斑數據、地理要素數據在快速成圖子系統中進行鑲嵌處理,它不僅僅是要素的簡單疊加,還要處理圖面沖突,既要兼顧整體效果,同時也要考慮特殊圖斑綜合的需求。地類圖斑經過縮編之后,由于一片區域的選取指標相同,可能會導致某些局部區域的某類地物過少。從圖面平衡效果考慮,對該類地物進行相應的補充。地類圖斑和地理要素疊加、鑲嵌之后,還要進行相應的人工調整,如人工檢查、校核、處理地類圖斑的邊線等,其中地理要素與地類圖斑的沖突關系處理尤為重要,例如水域用地與單線水系關系的處理、交通用地與道路線關系的處理、水域用地和交通用地圖斑剖分融合等。

通過快速制圖服務系統提供的整飾輸出功能,進行地圖整飾,包括圖例、比例尺、指北針生成、圖名添加、統計表格生成等,最終以PDF 格式輸出。

4 結語

傳統制圖工序煩瑣,耗時嚴重。快速制圖服務系統最大限度地利用計算機技術研發核心功能模塊,實現地圖要素的半自動化編輯、快速符號化和地圖整飾配置,可以快速完成不同比例尺專題圖制作和輸出。本文通對三調成果數據進行處理,獲取地類圖斑,同時通過江蘇省快速制圖服務系統從快速制圖數據庫中提取相應的地理要素,最終在快速成圖子系統中進行疊加和鑲嵌等處理,配置圖名、比例尺等整飾要素,形成各個調查單元的成果圖。該方法通過建立三調知識規則,在快速制圖軟件中快速地完成了對各地理要素的綜合選取及注記避讓,減少了人機交互的工作量,大幅提高專題圖生產效率的同時保證了地圖的科學性和實用性。