警用地理信息柵格電子地圖制作研究

朱圣，向煜，宋華平

(重慶數(shù)字城市科技有限公司，重慶 400020)

1 引言

“警用地理信息系統(tǒng)”(Police Geographic Information System，簡稱PGIS)是“金盾工程”的重要組成部分，它以公安信息網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)，以警用電子地圖為核心，以地理信息技術(shù)為支撐，以信息共享和綜合利用為目標(biāo)，將各類警務(wù)信息空間化，實(shí)現(xiàn)了公安基礎(chǔ)信息基于空間電子地圖的可視化管理，是地理信息技術(shù)與公安信息系統(tǒng)相結(jié)合的綜合應(yīng)用，有效地拉動(dòng)了公安信息整合和信息共享的進(jìn)程，全面提升公安信息化應(yīng)用水平［1］。PGIS將傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫帶入可視化空間中，彌補(bǔ)了公安機(jī)關(guān)常規(guī)信息化應(yīng)用系統(tǒng)中分析數(shù)據(jù)的局限性，提高了各警務(wù)部門的快速響應(yīng)能力和協(xié)同處理能力。

矢量地圖柵格化技術(shù)是將矢量數(shù)據(jù)在不同比例尺下按照預(yù)先設(shè)計(jì)好的制圖樣式渲染成圖像并切割為瓦片(tiles)，客戶端取得這些瓦片后按照其相互位置關(guān)系拼接成整體地圖的方法。這種方法使得服務(wù)端不必每次在后臺(tái)動(dòng)態(tài)生成顯示地圖圖片，極大程度降低了服務(wù)器負(fù)擔(dān)，提供了很好的用戶體驗(yàn)。如何使用地圖預(yù)生成技術(shù)建立警用地理信息用柵格電子地圖庫，是PGIS平臺(tái)建設(shè)的核心內(nèi)容之一。本研究依據(jù)警用地理信息地圖配圖規(guī)范，探討在ArcGIS平臺(tái)下建立警用地理信息系統(tǒng)電子?xùn)鸥竦貓D的數(shù)據(jù)組織結(jié)構(gòu)、配圖方案、制作工藝流程。

2 總體設(shè)計(jì)

電子地圖的編制是一項(xiàng)綜合性的系統(tǒng)工程，要設(shè)計(jì)和編制出理想的電子地圖，首先，要理解編制對(duì)象的管理特點(diǎn)，而后根據(jù)其管理特點(diǎn)選取合適的數(shù)學(xué)基準(zhǔn)、表現(xiàn)內(nèi)容、表示方法，作為制圖設(shè)計(jì)和編制的指導(dǎo)［2］。根據(jù)警用地理信息應(yīng)用的需求，警用地理信息電子地圖總體設(shè)計(jì)思路如下:

(1)在電子地圖坐標(biāo)系的選取上，采用WGS－84坐標(biāo)系，并進(jìn)行Web Mercator投影。選取這樣的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)不僅能滿足各業(yè)務(wù)警種GPS接入服務(wù)的需求，還能保證各面狀對(duì)象的形狀的不變形，如:正方形的物體投影后不會(huì)變?yōu)殚L方形，保證了方向和相互位置的正確性。

(2)在電子地圖的制圖資料的選取上，為保證能制作省、市、區(qū)各級(jí)電子?xùn)鸥竦貓D，選取1∶1 000 000、1∶250 000、1∶50 000、1∶10 000、1∶500地圖數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)資料進(jìn)行加工制作。

(3)在電子地圖表現(xiàn)內(nèi)容的選取上，緊緊圍繞公安管理對(duì)象為主題，重點(diǎn)突出表示公安分局、派出所轄區(qū)的管理范圍和公安機(jī)關(guān)的空間分布，在此基礎(chǔ)上充分利用圖面空間，盡可能反映較多公共場所的信息，內(nèi)容涵蓋全面，分布有層次。警用公共地理信息要素宜選取與基礎(chǔ)地理信息更新周期一致的要素作為地理底圖的要素，對(duì)動(dòng)態(tài)變化、頻繁更新的信息不在電子?xùn)鸥竦貓D進(jìn)行顯示。

(4)在電子地圖內(nèi)容表現(xiàn)形式上，以形象生動(dòng)的符號(hào)并結(jié)合明度、飽和度較高的色彩對(duì)公安管理專題內(nèi)容進(jìn)行重點(diǎn)表示，使其處在視覺信息傳遞的第一層面。

(5)在電子地圖的生產(chǎn)流程上，充分利用ArcGIS平臺(tái)，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行電子地圖的配色方案設(shè)計(jì)和技術(shù)方法的創(chuàng)新，解決好ArcGIS與PGIS平臺(tái)之間的數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換問題，并在工作效率上取得突破。

3 地圖數(shù)據(jù)組織結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

根據(jù)警用地理信息的特點(diǎn)，筆者構(gòu)建了一個(gè)警用地理信息數(shù)據(jù)庫，該數(shù)據(jù)庫以關(guān)系型數(shù)據(jù)庫Oracle為平臺(tái)，通過ArcSDE進(jìn)行管理，包括警用基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫，警用公共地理信息數(shù)據(jù)庫，業(yè)務(wù)專用地理信息數(shù)據(jù)庫，組織結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 數(shù)據(jù)組織結(jié)構(gòu)

警用基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)由測繪部門提供，包含衛(wèi)星影像、道路、居民地、水系、植被等基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)在應(yīng)用系統(tǒng)中，主要發(fā)揮著背景地圖的作用和定位參考的作用，是地理信息應(yīng)用的基礎(chǔ)。

警用公共地理信息數(shù)據(jù)是指與公安業(yè)務(wù)密切相關(guān)、且為各警務(wù)部門所共同需要的公用性信息，包括公共場所、黨政機(jī)關(guān)、公安機(jī)關(guān)、賓館飯店、金融機(jī)構(gòu)、教育機(jī)構(gòu)、媒體機(jī)構(gòu)、科研機(jī)構(gòu)、駐華使領(lǐng)館、標(biāo)志性建筑、公安機(jī)關(guān)轄區(qū)、街區(qū)道路、消防站點(diǎn)、加油站、危險(xiǎn)品倉庫、體育場、堵卡點(diǎn)、警用分區(qū)、攝像頭等內(nèi)容。

警用業(yè)務(wù)專用地理信息是指業(yè)務(wù)性特強(qiáng)、僅與某一種公安業(yè)務(wù)密切相關(guān)的或包含某種特定保密信息的一些具有特殊業(yè)務(wù)用途的信息。包含業(yè)務(wù)警種的組織(機(jī)構(gòu))信息、警用基礎(chǔ)設(shè)施信息、業(yè)務(wù)管理的案事件、業(yè)務(wù)管理的場所、線路和區(qū)域、業(yè)務(wù)管理的物品、業(yè)務(wù)管理的機(jī)構(gòu)、業(yè)務(wù)工作方(預(yù))案信息等等內(nèi)容。

4 配圖方案設(shè)計(jì)

4.1 柵格電子地圖分級(jí)

柵格地圖圖片分為21個(gè)級(jí)別，相鄰級(jí)別之間圖片大小的經(jīng)緯度跨度、地圖比例尺按倍數(shù)關(guān)系變化，詳見表1。柵格地圖圖片尺寸為256×256像素，屏幕分辨率為96DPI，格式為Png。

各級(jí)柵格地圖圖片相對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)源比例尺 表1

4.2 要素內(nèi)容選取

柵格電子地圖要素選取參照《警用地理信息地圖選用技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》，遵循先分類選取，然后分要素選取的原則，隨著比例尺的增大、要素內(nèi)容應(yīng)隨之增加，各級(jí)比例尺電子地圖顯示內(nèi)容應(yīng)符合下一級(jí)要素內(nèi)容包括上一級(jí)要素內(nèi)容，在較小比例尺層級(jí)上充分考慮圖面美觀，不宜放置過多要素［3］。

4.3 色彩設(shè)計(jì)

地圖信息在表達(dá)上主要通過點(diǎn)線面以及復(fù)雜的圖形來表達(dá)，一般來講，點(diǎn)要素在最上面也最突出，線要素其次，面要素一般位于最下面起到背景的作用，但是色彩的運(yùn)用可以改變這一視覺上的層次順序［4］。色彩在視覺圖形傳輸中，不僅能增加地圖的信息負(fù)載量，而且能提高地圖作品的藝術(shù)感染力。警用電子?xùn)鸥竦貓D按行政轄區(qū)配色成四色地圖，其顏色值分別為淡紫(237，222，253)、淡綠(238，254，228)、淡紅(253，222，220)、淡藍(lán)(246，238，227)。底圖色彩淺淡、素雅，圖元的邊界線選用簡單設(shè)置的線型，用藍(lán)色表示水域，綠色表示植被覆蓋區(qū)域，紅色表示黨政機(jī)關(guān)和公安警力，深紫色表示軌道交通站點(diǎn)，黑色表示社會(huì)團(tuán)體、服務(wù)對(duì)象、社區(qū)、企事業(yè)單位、體育場館等。除路名標(biāo)注用白色陰影外，其他字體標(biāo)注不做任何效果設(shè)置，具體效果如圖2所示。

圖2 配色效果圖

4.4 地圖符號(hào)設(shè)計(jì)

地圖符號(hào)按《警用地理信息圖形符號(hào)》規(guī)定的符號(hào)、線型、色彩等要求進(jìn)行設(shè)計(jì)。符號(hào)采用基礎(chǔ)圖形+【圖形】或【文字】方式標(biāo)示?；A(chǔ)圖形采用象形、寫意、幾何等方法設(shè)計(jì)。在基礎(chǔ)圖形的基礎(chǔ)上，疊加相應(yīng)的文字或圖形，組合成對(duì)應(yīng)符號(hào)，典型符號(hào)如圖3所示。

圖3 警用地理信息圖形符號(hào)示例

5 制作工藝流程

根據(jù)以上的相關(guān)設(shè)計(jì)，筆者建立并設(shè)計(jì)了一套完整的基于ArcGIS平臺(tái)編制警用電子?xùn)鸥竦貓D的技術(shù)工藝，不僅確保了地圖編制的科學(xué)性，而且縮短了成圖周期。電子?xùn)鸥竦貓D制作技術(shù)路線如圖4所示。

圖4 制作流程圖

(1)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)加工:主要根據(jù)收集的1∶1 000 000、1∶250 000、1∶50 000、1∶10 000、1∶500比例尺地圖數(shù)據(jù)，遵循設(shè)計(jì)思想進(jìn)行電子地圖風(fēng)格的設(shè)計(jì)，對(duì)區(qū)、街道鄉(xiāng)鎮(zhèn)界、河流湖泊、居民地、各級(jí)道路、鐵路、地鐵、橋梁、公園綠地、各類地名數(shù)據(jù)進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換、要素編碼、要素分級(jí)等預(yù)處理操作。

(2)警用專題數(shù)據(jù)加工:主要從警用公共地理信息數(shù)據(jù)庫，業(yè)務(wù)專用地理信息數(shù)據(jù)庫中調(diào)用相關(guān)的專題要素進(jìn)行地圖表達(dá)。按照警用地理信息的需要展示的內(nèi)容主旨選取相關(guān)的專題類別，并根據(jù)電子?xùn)鸥竦貓D分級(jí)展示要求，考慮地圖的載負(fù)量及圖面效果，對(duì)相應(yīng)尺度的專題要素進(jìn)行分級(jí)權(quán)重設(shè)置處理。加載的警用專題要素主要包括公安機(jī)關(guān)、黨政機(jī)關(guān)、行政機(jī)構(gòu)、教育機(jī)構(gòu)、科研設(shè)計(jì)單位、人民團(tuán)體與民主黨派、社會(huì)福利機(jī)構(gòu)及基層群眾自治組織、文化團(tuán)體、醫(yī)療衛(wèi)生機(jī)構(gòu)、金融證券機(jī)構(gòu)、新聞廣電與出版社、郵電通訊物流單位等。

(3)數(shù)據(jù)分級(jí):在基礎(chǔ)底圖數(shù)據(jù)和警用專題數(shù)據(jù)加工完成后，根據(jù)已設(shè)計(jì)好的警用電子地圖21個(gè)級(jí)別對(duì)地圖要素進(jìn)行分級(jí)組織。

(4)符號(hào)制作:警用地理信息電子地圖內(nèi)容豐富，設(shè)計(jì)的符號(hào)形式多樣，但是ArcGIS Deskpro符號(hào)庫提供的符號(hào)有限，無法滿足警用地理信息符號(hào)化需要，需借助字體編輯器Font Creator進(jìn)行擴(kuò)充。首先在Font Creator中將在平面設(shè)計(jì)軟件中制作好的符號(hào)轉(zhuǎn)為Truetype字體，并保存為*.ttf文件，然后，在ArcGIS中使用Style Manager將字體文件中的符號(hào)和ArcGIS自帶的點(diǎn)、線、面等符號(hào)類型進(jìn)行組合，創(chuàng)建警用地理信息要素符號(hào)庫。

(5)要素符號(hào)化:按《警用地理信息圖形符號(hào)》規(guī)定的符號(hào)、線型、色彩等要求對(duì)地圖數(shù)據(jù)進(jìn)行符號(hào)化。在符號(hào)化過程中，不同類型的點(diǎn)狀要素(如公安機(jī)關(guān)和公交站點(diǎn))符號(hào)化后若相互壓蓋，根據(jù)其權(quán)重設(shè)置，優(yōu)先選取權(quán)重高、有定位意義的要素;連續(xù)排列的同類點(diǎn)狀要素(如門牌號(hào)碼)要進(jìn)行抽稀處理，優(yōu)先選取靠近道路邊的數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示。

(6)數(shù)據(jù)檢查:數(shù)據(jù)檢查包括圖形和屬性兩個(gè)部分，對(duì)不符合要求的進(jìn)行修改。包括空間參考系、位置精度、屬性精度、完整性、邏輯性、符號(hào)化表達(dá)、要素用色等內(nèi)容，檢查方法包括人工對(duì)照檢查、計(jì)算機(jī)自動(dòng)檢查、人機(jī)交互檢查等方法。

(7)地圖輸出:數(shù)據(jù)檢查無誤后，將配圖成果發(fā)布為ArcGIS Server的地圖服務(wù)，然后選擇創(chuàng)建緩存瓦片，將地圖成果按21個(gè)級(jí)別分級(jí)輸出為PNG格式的電子?xùn)鸥竦貓D，使用ArcGIS Server生成柵格圖片時(shí)，應(yīng)遵循以下原則:

①地圖的縮放比例尺要符合表1中21個(gè)級(jí)別中某一級(jí)別的比例尺;

②該級(jí)別圖片的起始點(diǎn)應(yīng)當(dāng)能被單圖經(jīng)緯跨度數(shù)值整除;

③圖片范圍應(yīng)處于東經(jīng)及北緯區(qū)域，也就是說從(0，0)到(180，90N);

④圖片DPI必須設(shè)置為“90”。

最后，通過EzTileMapTool柵格地圖格式轉(zhuǎn)換工具將其轉(zhuǎn)換為警用地理信息專用的聚合圖像文件格式。

6 結(jié)語

本文針對(duì)警用地理信息系統(tǒng)建設(shè)的需求，介紹了一種在ArcGIS平臺(tái)實(shí)現(xiàn)柵格電子地圖制作的完整工藝流程，是對(duì)制圖技術(shù)創(chuàng)新的一次有益嘗試。以該方法制作的電子?xùn)鸥竦貓D，具有成圖速度快，藝術(shù)效果好、地圖質(zhì)量高等優(yōu)點(diǎn)，已成功應(yīng)用于重慶市公安警用地理信息系統(tǒng)建設(shè)中。

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