通用地圖符號(hào)表達(dá)機(jī)制的研究

張志軍，邱俊武，于忠海

（1.天津市測繪院，天津 300381；2.武漢大學(xué) 資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，湖北 武漢 430079）

目前，實(shí)現(xiàn)地圖符號(hào)共享的主要障礙在于：地圖符號(hào)數(shù)據(jù)格式的差異；地圖符號(hào)設(shè)計(jì)方式的差異；地圖符號(hào)化接口的差異；地圖符號(hào)化結(jié)果的差異。針對這一情況，本文將對地圖符號(hào)的定義和分類進(jìn)行分析，通過對其表達(dá)模型、描述語法、配置過程的研究，提出一套通用地圖符號(hào)表達(dá)機(jī)制。

1 地圖符號(hào)的定義和分類

作為一門地圖語言，地圖符號(hào)使用約定的圖形來代指抽象的概念。根據(jù)約定性原理，采用演繹的方法可將地圖符號(hào)分成點(diǎn)狀符號(hào)、線狀符號(hào)和面狀符號(hào)［1－2］。魏文展根據(jù)集合論和拓?fù)鋵W(xué)的有關(guān)理論，導(dǎo)出3類地圖符號(hào)的數(shù)學(xué)定義［3］；之后黃鵠對其進(jìn)行簡化和改進(jìn)［4－5］；鐘業(yè)勛在此基礎(chǔ)上根據(jù)不同的約束條件，推導(dǎo)出不同形式地圖符號(hào)的數(shù)學(xué)定義［6］。本文中所述的地圖符號(hào)是指表示地圖要素的空間位置、質(zhì)量和數(shù)量特征的特定圖形記號(hào)。符號(hào)化是指為地圖符號(hào)所指代的地圖要素配置該符號(hào)所描述的特定圖形的過程。

2 地圖符號(hào)的構(gòu)成

圖元參數(shù)法將地圖符號(hào)拆分成基本幾何圖形單元（即圖元）和配置參數(shù)。本文參照相關(guān)測繪標(biāo)準(zhǔn)建立了一個(gè)通用的地圖符號(hào)表達(dá)模型，如圖1所示。

圖1 通用地圖符號(hào)表達(dá)模型

該模型分為4層：符號(hào)庫層、符號(hào)層、圖元層和圖形層。符號(hào)庫是地圖符號(hào)的集合，該層描述符號(hào)庫版本、作者、制作標(biāo)準(zhǔn)等相關(guān)信息；符號(hào)層描述一個(gè)地圖符號(hào)的構(gòu)成及其約束條件；圖元層描述構(gòu)成符號(hào)的圖元（或低維符號(hào)）及其配置參數(shù)，配置參數(shù)用于描述圖元（或低維符號(hào)）與地圖符號(hào)之間的空間關(guān)系；圖形層采用幾何參數(shù)、定位參數(shù)和繪制參數(shù)分別描述圖元的幾何形狀、位置和樣式信息。

3 基于XML的地圖符號(hào)描述

擴(kuò)展標(biāo)記語言（XML）是世界萬維網(wǎng)協(xié)會(huì)為適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展而制定的用于描述復(fù)雜信息的結(jié)構(gòu)化標(biāo)記語言，盡管它的發(fā)展時(shí)間不長，但現(xiàn)在已經(jīng)沒有人懷疑它給信息社會(huì)帶來的革命性影響［9］。XML的功能是非常強(qiáng)大的，同時(shí)對于人類和計(jì)算機(jī)程序來說，都容易閱讀和編寫［10］。因此，本文選擇XML作為地圖符號(hào)的描述語言。

3.1 符號(hào)圖元的描述

本文歸納總結(jié)了目前主流制圖軟件的符號(hào)庫，并參照《地圖符號(hào)庫建立的基本規(guī)定》定義了9種圖元類型，分為點(diǎn)圖元、線圖元和面圖元3大類，詳情見表1。

表1 圖元參數(shù)一覽表

用于描述一個(gè)圖形為圓，圓心坐標(biāo)為（0，0），半徑為70，線寬為10，紅色實(shí)線圓弧，黑色實(shí)心填充的符號(hào)圖元的xml文檔如下（一個(gè)坐標(biāo)單位相當(dāng)于打印紙面上0.01mm。）：

＜PGraphUnit＞

＜GraphUnitType＞PGT＿ELLIPSE＜/GraphUnitType＞

＜MapSymbolGeometryProp＞

＜pntCentralPointX＞0

＜/pntCentralPointX＞

＜nLongRadius＞70＜/nLongRadius＞

＜pntCentralPointY＞0

＜/pntCentralPointY＞

＜nShortRadius＞70＜/nShortRadius＞

＜/MapSymbolGeometryProp＞

＜MapSymbolPen＞

＜dwPenStyle＞PS＿SOLID＜/dwPenStyle＞

＜dwPenWidth＞10＜/dwPenWidth＞

＜dwStyleCount＞0＜/dwStyleCount＞

＜lbColor＞RGB（255，0，0）＜/lbColor＞

＜/MapSymbolPen＞

＜MapSymbolBrush＞

＜lbStyle＞BS＿SOLID＜/lbStyle＞

＜lbColor＞RGB（0，0，0）＜/lbColor＞

＜/MapSymbolBrush＞

＜/PGraphUnit＞

3.2 地圖符號(hào)的描述

3.2.1 點(diǎn)符號(hào)的描述

點(diǎn)符號(hào)分為無向點(diǎn)符號(hào)和有向點(diǎn)符號(hào)。前者是指在圖面上始終指向北圖廓的點(diǎn)符號(hào)，后者是指需要根據(jù)定位點(diǎn)或者定位線來確定方向的點(diǎn)符號(hào)。因此，點(diǎn)符號(hào)的配置參數(shù)即為旋轉(zhuǎn)角度。

3.2.2 線符號(hào)的描述

對于線符號(hào)，由一個(gè)矩形區(qū)域作為配置單元來提供定位基準(zhǔn)。該配置單元建立在一個(gè)邏輯坐標(biāo)系上，該坐標(biāo)系以定位線的起始點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)，以其延伸方向?yàn)閄方向，其法方向?yàn)閅軸，Y軸上以指向北圖廓線方向?yàn)檎较?，如圖2中虛線矩形框。

線符號(hào)的配置方式分為重復(fù)配置和拉伸配置。前者是指將配置單元沿著線狀地物中心線方向按照一定的間隔重復(fù)繪制，如長城、國界等。后者是指將配置單元拉伸至地物中心線上完成繪制，如機(jī)耕路、單線河。在拉伸配置時(shí)，點(diǎn)圖元和點(diǎn)符號(hào)不會(huì)變形，線圖元和面圖元可能發(fā)生變形。

3.2.3 面符號(hào)的描述

面符號(hào)分為輪廓線和內(nèi)部填充兩部分：輪廓線按線符號(hào)方法進(jìn)行描述；內(nèi)部填充分為若干層，每層采用一種填充方式［11］。填充方式分為：顏色填充、線填充和點(diǎn)符號(hào)填充。顏色填充是指用特定的色彩填充面域。線填充是指用暈線填充面域，其配置參數(shù)有：線間距、傾斜角度、線型、線寬和線色。點(diǎn)符號(hào)填充是指用點(diǎn)符號(hào)填充面域，分為隨機(jī)填充和規(guī)則填充。前者的配置參數(shù)為距離閾值，用于描述兩個(gè)點(diǎn)符號(hào)之間的最小距離。后者的配置參數(shù)有定位網(wǎng)格的行距、列距、是否錯(cuò)切和傾斜角度，以及X/Y方向偏移量和旋轉(zhuǎn)角度，用于描述一個(gè)規(guī)則格網(wǎng)參數(shù)及其仿射參數(shù)。對于邊界處的點(diǎn)符號(hào)有3種處理方式：裁剪、保留和刪除。

3.3 地圖符號(hào)的配置

為實(shí)現(xiàn)符號(hào)化結(jié)果的共享，本文將符號(hào)化結(jié)果拆分為橢圓、折線和多邊形3類通用的幾何圖形。一個(gè)地圖符號(hào)的配置過程如下：首先通過地圖符號(hào)的配置參數(shù)得到各組成單元的繪制順序和定位參數(shù)；然后依次根據(jù)各圖元的類型和幾何參數(shù)得到符號(hào)化結(jié)果；最后按照其繪制參數(shù)完成地圖符號(hào)的繪制和符號(hào)化結(jié)果的輸出。

4 地圖符號(hào)實(shí)例制作和試驗(yàn)

為驗(yàn)證本文提出的地圖符號(hào)表達(dá)機(jī)制的可行性和通用性，筆者在VC＋＋環(huán)境下，開發(fā)了符號(hào)制作軟件SymbolMaker和通用地圖符號(hào)化組件MapSymbol，分別實(shí)現(xiàn)符號(hào)的制作和符號(hào)化服務(wù)，并制作了3個(gè)地圖符號(hào)實(shí)例，在制圖軟件中實(shí)現(xiàn)符號(hào)化。

4.1 地圖符號(hào)制作

點(diǎn)符號(hào)實(shí)例：水準(zhǔn)點(diǎn)：本符號(hào)無約束參數(shù)，定位參數(shù)為符號(hào)的幾何中心，旋轉(zhuǎn)角度為0，由一個(gè)點(diǎn)圖元和兩個(gè)線圖元組成。制作過程如圖3所示。

圖3 水準(zhǔn)點(diǎn)制作

線符號(hào)實(shí)例：時(shí)令河：本符號(hào)為漸變符號(hào)，定位參數(shù)為時(shí)令河的中心線，配置參數(shù)為重復(fù)配置，由一個(gè)面圖元組成。制作過程如圖4所示。

圖4 時(shí)令河制作

面符號(hào)實(shí)例：草地：本符號(hào)無約束參數(shù)和輪廓線，內(nèi)部填充只有一層，為符號(hào)填充。點(diǎn)符號(hào)制作省略，邊界處理為刪除，填充格網(wǎng)水平間距為250，垂直間距為500，格網(wǎng)傾角為0，無錯(cuò)切，水平和垂直方向偏移量為0。制作過程如圖5所示。

圖5 草地制作

4.2 提供地圖符號(hào)化服務(wù)

將MapSymbol組件嵌入制圖軟件，提供地圖符號(hào)化服務(wù)，效果理想。圖6為Mapper（筆者開發(fā)的制圖軟件）中時(shí)令河符號(hào)的效果，圖7為ArcGIS中醫(yī)院符號(hào)的效果。

圖6 Mapper中時(shí)令河符號(hào)

圖7 ArcGIS中醫(yī)院符號(hào)

5 結(jié)束語

本文從地圖符號(hào)的本質(zhì)意義出發(fā)，研究地圖符號(hào)的幾何特征，并用統(tǒng)一的語法完成符號(hào)的描述，提出一套地圖符號(hào)表達(dá)機(jī)制。地圖符號(hào)的共享是實(shí)現(xiàn)地理信息共享的基石，是個(gè)長遠(yuǎn)而復(fù)雜的問題。筆者將在后續(xù)的研究中加強(qiáng)特殊符號(hào)（如崩崖）智能處理的研究。

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