省級重點工作用圖影像地圖數據庫體系建設研究

黃國清，徐素薇*，向 浩，曹 侃，李 響

（1. 湖北省航測遙感院，湖北 武漢 430074；2. 武漢智圖科技有限責任公司，湖北 武漢 430223）

遙感衛星影像圖因信息豐富、直觀、易讀而被經常使用。湖北省已形成海量的數據庫成果和地圖成果，但伴隨著應用的日益廣泛和需求的不斷變化，在數據的循環利用、地圖的快速編制等方面，仍存在一定的困難。一是地圖數據難以實現統一與共享：不同數據庫成果標準不同、側重點不同、采集精度和現勢性不一[1]，與之對應的地圖成果同樣存在數學基礎與成果格式不同、地圖要素分層不規范、屬性信息缺失、不同級別地圖表達不一致等問題；二是傳統制圖工藝與流程決定了地圖制作的周期較長[2-3]，在短時間內不能按照應急要求完成專題地圖的定制，無法有效保證重點工作用圖的現勢性和及時性。

本研究針對上述存在的困難，基于對已有多來源數據進行分析，充分利用高分辨率影像資源，結合湖北省各級行政區劃特點，研究提出了建設多尺度地圖數據庫的思路和方法。構建滿足省、市、縣及任意范圍為制圖區域的湖北省多源多尺度重點工作用圖影像地圖數據庫體系，編制數據庫標準技術規程，設計重點工作用圖地圖符號庫及標準配圖模板，形成了地圖數據庫快速制圖方案。

1 省級重點工作用圖地圖數據庫體系構建

省級重點工作用圖影像地圖數據庫體系建設內容主要包括數據多源性分析與整合、重點工作用圖數據庫標準研制、地圖數據庫多尺度劃分、地圖符號庫與標準配圖模板建設等。分析已有資料和數據成果，結合制圖需求對多源數據進行整合，構建滿足重點工作用圖編制的地圖數據庫。對地圖數據庫要素進行尺度分級，以滿足省、市、縣各級行政區及任意范圍地圖編制的比例尺需求，總體技術流程見圖1。

圖1 總體技術流程

1.1 整合多源數據庫

對比多源數據的空間位置、屬性信息、采集精度等，通過數據整合、數據更新、格式轉換、要素提取、屬性掛接、制圖綜合等處理方法，吸取不同數據的特點，從中提取出統一的、比單一數據更好、更豐富的信息，從而形成一套現勢性強、準確性高、滿足重點工作用圖需要的地圖數據庫。數據來源主要包括遙感影像、專題信息和地理信息數據。

1）遙感影像數據。自然資源湖北省衛星技術應用中心統籌獲取高分辨率衛星遙感數據，全省亞米級影像數據保持半年更新，2 m 級及重點區域亞米級影像數據保持季度更新，為體系構建提供不斷更新的海量遙感衛星影像數據支撐。

2）專題信息數據。以省級重點工作需要為導向，收集最新的國土空間規劃、三區三線、土地利用現狀、耕地監測等資料作為專題數據，并不斷補充完善，豐富數據庫內容。專題數據作為單獨圖層，一般使用線符號或透明填充符號配置，出圖時按需取用。

3）地理信息底圖數據。分析湖北省地理國情監測數據、城市空間監測數據、湖北省天地圖、湖北省標準地圖、基礎地理信息數據等成果及各部門專項數據，對各類數據進行分析、篩選、提取及更新。所涉及界線、高等級道路與水系等以相關權威部門提供的為準，并主要以地理國情監測成果數據作為補充，當各來源數據出現矛盾時，屬性以公開出版地圖為準，位置按照最新遙感影像進行更新。

1.2 重點工作用圖數據庫標準建設

建立重點工作用圖數據庫標準，規定數據庫數學基礎、數據庫要素內容與分層、要素屬性結構與字段、屬性賦值等內容，確保數據庫的規范性、統一性、嚴謹性。

1）數學基礎。地圖數據庫采用2000 國家大地坐標系、1985國家高程基準，高程系統為正常高，高程單位為米。制圖投影采用高斯-克呂格投影，省圖采用6°分帶，中央經線采用111°，其他區域地圖采用3°分帶。因湖北省地跨多個投影分度帶，制圖時中央經線選擇制圖區域所在面積較大的分度帶。

2）數據庫內容與空間要素分層。重點表示境界與政區、交通、水系、居民地及設施、地貌等5 大類內容，分別儲存于數據庫的5 個數據集中，數據集進一步細化要素層［4］。境界與政區數據集細分為省級行政區、地級行政區、縣級行政區、鎮級行政區等要素線層及對應的政區面層；交通數據集細分為鐵路、公路、城市道路、隧道、機場、火車站等要素層；水系數據集細分為面狀水系、線狀水系、水利及附屬設施等要素層；居民地及設施數據集細分為政府駐地、公共服務及其設施、其他重要地名等要素層；地貌數據集細分為山峰和山脈等要素層。

3）空間要素屬性結構。以地理國情監測成果數據庫的屬性結構為基礎，針對重點工作用圖制圖需求，對原始屬性字段進行取舍，保留制圖必須的字段，如名稱、道路編號、等級、類型等，并創造新增部分制圖字段，形成重點工作用圖地圖數據庫特有的要素屬性結構。

4）新增制圖字段。設計新增部分字段主要是為控制各類要素的上圖顯示以滿足快速配圖需要，水系層增加“注記等級”字段用于控制水系注記分級顯示，增加“幾何等級”字段用于控制單線水系制圖時水系漸變的表達，增加“顯示比例尺”字段用于控制各級比例尺數據庫的點、線、面要素分級顯示等。

5）屬性字段賦值。完善空間數據屬性信息，正確填寫屬性字段值。同一要素層存在多類要素，類型屬性值必填以便區分；同類要素不同點、線、面形式，屬性值保持統一。

1.3 建設多尺度地圖數據庫

滿足縣級及以上行政區劃與城市圈地圖的快速編制是本次研究最主要目的。湖北省下轄13 個地級行政區、103 個縣級行政區，即39個市轄區、26個縣級市、35個縣、2個自治縣、1個林區。考慮到重點工作用圖的使用場景，及紙質地圖的實用性與便攜性，以常用的全開紙張規格測算各級行政區地圖比例尺。其中縣級行政區地圖比例尺大多介于1∶3～1∶12 萬之間，地市行政區地圖比例尺介于1∶10～1∶30 萬之間，湖北省全開地圖比例尺約1∶70 萬。綜上考慮，建設5級尺度的基礎數據庫，多尺度基礎數據庫構成。

針對影像地圖特性和重點工作用圖的內容需要，基于地圖制圖規則、區域地理要素特征等，確定各級基礎數據庫最終地圖上圖內容。在1∶5萬數據庫基礎上，逐級綜合選取分別形成1∶10萬、1∶25萬、1∶50 萬和1∶100萬等數據庫成果[5-6]，保證各尺度數據庫要素表達的一致性，覆蓋全省范圍，滿足全省各級行政區域和重點區域的地圖成圖

1.4 地圖符號庫與標準配圖模板建設

地圖符號設計的原則是使符號具有可定位性、概括性、可感受性、組合性、邏輯性和系統性[7-8]。符號庫用于對地圖數據的可視化表達，針對地圖數據庫內容及地圖類型，按點、線、面、注記4種形式設計并制作地圖符號庫。根據紙質地圖成圖尺寸及符號上圖效果，確定各地圖符號的大小、顏色、形狀、粗細、透明度等[9-11]，影像地圖符號及注記一般設計白色描邊。

標準配圖模板是存儲地圖符號和圖層設置的工程文件[12]，包括地圖要素分層設置、標注設置、要素符號化設置、附加信息要素設置及要素是否上圖設置等。

1）地圖要素分層設置。數據庫要素層與地圖圖層一般是多對一的關系，通過對要素層類型字段進行定義查詢，控制顯示圖層為單一要素層；通過對要素層顯示比例尺字段進行定義查詢，控制要素的分級顯示；通過對要素層顯示字段進行定義查詢，為要素顯示提供人工動態調整的空間。規范圖層命名并按地圖內容顯示順序排序，確保要素上下層關系正確。

2）標注設置。根據設計的注記符號規格，完成各圖層標注內容設置和標注樣式設置，通過調整標注設置中的放置屬性，完成標注位置、自適應策略、標注密度、沖突解決等設置[13-15]，完善標注的擺放方式設置，使圖面顯示效果達到最佳狀態。

3）要素符號化設置。通過圖層指定字段與符號庫符號名稱相匹配，使地圖數據庫的要素以地圖符號庫的樣式顯示，即可完成要素符號化，其過程高效、便捷。

4）附加信息要素設置。包含圖名、指北針、圖例、比例尺、編制單位、編制時間等配置，以上設置直接存儲在對應標準配圖模板中，模板按尺寸和方向分為全開橫版、全開豎版、雙全開橫版、雙全開豎版等。

5）要素是否上圖設置。五級尺度數據庫本質上是定義了要素不同顯示級別的同一數據庫。從地圖的應用場景和用途考慮，影像本身就是豐富的信息，地圖重點表示的是宏觀層面的信息，側重為不同尺度下地圖表達的內容，而非圖面關系與細節顯示。通過定義查詢“顯示比例尺”來控制地圖要素的分級顯示。

綜上所述，利用GIS 軟件制圖技術，完成以上內容的設置，形成標準配圖模板，實現數據庫內容快速可視化表達與符號化顯示。

2 基于地圖數據庫體系的快速制圖

本文地圖制圖使用ArcGIS平臺實現，通過預先制作地圖編制所需的地圖符號庫、配圖模板等相關組件，結合地圖數據庫，形成以地圖制圖模型驅動地圖編制的方法，能夠滿足重點工作用圖及時響應、快速生產的目的。

2.1 重點工作用圖地圖制圖模型優化

制圖模型的建立具有系統性與指導性，以制圖模型為基底進行地圖內容表達的動態調整，保留人工調整的空間，重點考慮因素有：①區域特征不同。城區、郊區、山區等特征不同則內容表達有所差異；水網密集區與稀疏區，其水系選取指標不同，就重點工作用圖影像地圖而言主要是面狀水系的取舍，如1∶10萬數據庫水庫、湖泊、坑塘密集區按圖上面積4.4 mm2、稀疏區按圖上面積3.8 mm2選取，但具有特殊意義的要保留。②表達專題不同。主題相關信息詳細突出表示，非相關信息視情況簡略弱化表示，避免地圖主次不清、層次不明。③成圖比例尺不同。在現有數據庫中選擇比例尺最為接近的某級數據庫，在其基礎上進一步細化內容的選取與表達。④用戶重點關注對象不同。用戶的需求點和最關注的信息應清晰表達，以滿足本質需要。

制圖時根據需要，充分分析地圖用途、區域特點、地圖比例尺與載負量等，以要素的面積、長度、等級、名稱、連通性等為具體指標，進行控制微調，在各項設置的基礎上進行調整，以實現最佳地圖輸出效果。制圖模型的各項組件均可持續優化升級與循環利用，并在實踐中不斷完善以服務更多生產需求。

2.2 快速制圖試驗

選取武漢市、武漢新城作為制圖實驗區，用以驗證地圖數據庫體系滿足行政區劃和任意區域為制圖范圍的地圖編制需求。

武漢市為湖北省省會城市，面積8569.15 km2，制圖比例尺采用1∶20 萬，使用1∶25 萬地圖數據庫數據。因其交通密集，制圖時在標準配圖模板的基礎上減小了交通要素的寬度、標注的字體大小等，降低交通要素對影像信息的壓蓋程度（地圖成果見圖2）。

圖2 武漢市衛星影像圖

武漢新城地跨武漢市、鄂州市，規劃面積約719 km2，制圖比例尺采用1∶5 萬，使用1∶5 萬地圖數據庫數據。該區域有較多大型水庫、湖泊，制圖時在標準配圖模板的基礎上加大了水系注記的標注字號。

利用傳統制圖工藝編制以上地圖，需要進行數據收集、數據處理、符號設計及制作、地圖分層、地圖符號化、圖面整飾等工作，制作周期至少需要數天時間。本研究基于地圖數據庫體系，省略了傳統制圖中數據收集、數據處理、符號設計及制作等環節，將地圖分層、地圖符號化、注記設置存儲于標準配圖模板中。根據制圖需求，在標準配圖模板中加載地圖數據庫中所需表達數據，設置數據顯示比例尺，即完成自動化成圖。在成圖基礎上根據區域特征進行模型優化、圖面整飾，得到最終地圖產品。制圖周期縮短至數小時，制圖效率明顯提升。

3 結論

本文闡述了通過整合多源數據庫成果、對數據庫進行尺度分級的方法，研究構建了多源多尺度重點工作用圖地圖數據庫，編制了數據庫標準技術規程，形成了地圖數據庫快速制圖方案。充分利用現有的基礎地理信息資源，整合行業專題信息，建設規模化、集成化、一體化的基礎地理數據信息庫，實現數據共享與循環利用，達到一庫多用、一庫快用、一庫實用的目的，對各項資源整合與規范化處理具有借鑒與指導意義。數據庫地圖編制方案可實現全省任意區域、任意幅面影像專題地圖的快速成圖與可視化，提高應急響應速度與處理能力，可用于宏觀決策、自然資源監測、專題分析、空間治理、城市規劃等方面，滿足不同層級、不同尺度的空間數據直觀展示的需要。