GIS數(shù)據(jù)與制圖數(shù)據(jù)一體化建庫(kù)技術(shù)方法探討

潘正強(qiáng)

(廣西航空遙感測(cè)繪院，廣西南寧530023)

一、引 言

GIS數(shù)據(jù)與制圖數(shù)據(jù)是DLG表現(xiàn)的兩種形式。當(dāng)前，大多數(shù)測(cè)繪生產(chǎn)部門為了滿足制圖和建庫(kù)的需要，一般在生產(chǎn)過(guò)程中都會(huì)生產(chǎn)兩套數(shù)據(jù)：GIS建庫(kù)數(shù)據(jù)和制圖數(shù)據(jù)。這種生產(chǎn)模式的好處是：不需要過(guò)多考慮兩種數(shù)據(jù)之間的關(guān)系，只需要按建庫(kù)和制圖的要求各自生產(chǎn)出一套成果數(shù)據(jù)。但兩套數(shù)據(jù)成果采用的是兩條技術(shù)路線，不僅質(zhì)檢、修改及更新都需要分別進(jìn)行，同時(shí)也帶來(lái)了數(shù)據(jù)重復(fù)生產(chǎn)、冗余等一系列問(wèn)題，兩套成果數(shù)據(jù)的同步維護(hù)十分困難。

本文在“數(shù)字北海地理空間框架”項(xiàng)目的基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫(kù)建設(shè)過(guò)程中，引入“圖庫(kù)一體”的模式，探討解決空間分析和數(shù)字制圖兩大應(yīng)用需求間的矛盾，達(dá)到“一套數(shù)據(jù)，兩種用途”，即一套GIS數(shù)據(jù)，既能支撐建庫(kù)與應(yīng)用分析，又能基于建庫(kù)數(shù)據(jù)進(jìn)行快速標(biāo)準(zhǔn)地形圖制圖，使得GIS數(shù)據(jù)建庫(kù)與制圖達(dá)到“所見即所得”的目的。

二、數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)及關(guān)鍵技術(shù)

基于數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行制圖是從數(shù)據(jù)建庫(kù)到成果展現(xiàn)的重要環(huán)節(jié)，而如何利用數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)進(jìn)行制圖符號(hào)的表達(dá)卻一直存在諸多難點(diǎn)。

首先，數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)是僅存在幾何關(guān)系的骨架數(shù)據(jù)，在進(jìn)行初步的符號(hào)化后為了滿足復(fù)雜的制圖效果，就需要在符號(hào)屬性、制圖規(guī)則、自由表達(dá)3個(gè)層面上對(duì)同一套數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)進(jìn)行制圖編輯，以達(dá)到不改變數(shù)據(jù)本身而實(shí)現(xiàn)多種制圖效果的數(shù)據(jù)庫(kù)制圖要求;其次，地圖制作過(guò)程中70%以上的工作量都集中在對(duì)注記的編輯，如何高效地實(shí)現(xiàn)注記位置的正確放置且提供便利的編輯工具是影響數(shù)據(jù)庫(kù)制圖優(yōu)劣的重要因素;最后，制定合理的制圖流程，實(shí)現(xiàn)大批量庫(kù)存數(shù)據(jù)的快速制圖、出版，才能滿足各行業(yè)對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)制圖的迫切需求。

1.制定數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)

制定涵蓋數(shù)據(jù)生產(chǎn)、建庫(kù)、制圖全過(guò)程的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范，是達(dá)到建庫(kù)與制圖一體化的前提。在前期數(shù)據(jù)生產(chǎn)中，如果能夠采集除GIS數(shù)據(jù)外的一些必要的制圖所需信息，必然會(huì)給后期的快速制圖提供極大的方便。建立涵蓋數(shù)據(jù)生產(chǎn)、建庫(kù)、制圖全過(guò)程的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范，是前期數(shù)據(jù)采集支持GIS制圖的有效保障;而建立綜合數(shù)據(jù)模型是實(shí)現(xiàn)融合GIS數(shù)據(jù)與制圖數(shù)據(jù)的關(guān)鍵。

綜合數(shù)據(jù)模型包括單純空間數(shù)據(jù)、屬性數(shù)據(jù)和制圖數(shù)據(jù)3個(gè)部分，如圖1所示。數(shù)據(jù)模型各部分內(nèi)容的填充可以根據(jù)實(shí)際情況在相關(guān)生產(chǎn)環(huán)節(jié)靈活指定?；趯?duì)象級(jí)別的制圖數(shù)據(jù)與空間數(shù)據(jù)綁定，不但真正意義上實(shí)現(xiàn)了一套數(shù)據(jù)多種用途，而且極大地方便了建庫(kù)后制圖數(shù)據(jù)的更新。

圖1 綜合數(shù)據(jù)模型

2.關(guān)鍵技術(shù)

基于綜合數(shù)據(jù)模型的GIS數(shù)據(jù)建庫(kù)，運(yùn)用了相應(yīng)的制圖規(guī)則進(jìn)行自動(dòng)化制圖功能實(shí)現(xiàn)，無(wú)需改變數(shù)據(jù)實(shí)體，只需很少一部分的編輯處理即可遵守現(xiàn)有的基于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的制圖規(guī)范，實(shí)現(xiàn)了很好的地形圖及相關(guān)專題圖的制圖效果，大大縮短了手工調(diào)整所花費(fèi)的時(shí)間，使得由庫(kù)到圖得到快速的自動(dòng)化實(shí)現(xiàn)，關(guān)鍵技術(shù)如下：

(1)智能化標(biāo)注

智能化的標(biāo)注能力，從標(biāo)注位置、放置策略、沖突處理3個(gè)方面解決點(diǎn)、線、面對(duì)象幾乎所有的自動(dòng)標(biāo)注問(wèn)題。

1)對(duì)標(biāo)注位置、偏移量、重復(fù)標(biāo)注、間隔標(biāo)注等基本需求的精確控制。無(wú)需在前期進(jìn)行數(shù)據(jù)預(yù)處理，無(wú)需采集專門的注記層，以點(diǎn)或線的形式指定注記的位置。

2)對(duì)標(biāo)注放置策略及標(biāo)注沖突處理等高級(jí)需求的控制，可以滿足諸如標(biāo)注大小、根據(jù)面要素面積大小自動(dòng)進(jìn)行縮放等高級(jí)制圖需求。其中，最主要的是解決標(biāo)注與要素(包括點(diǎn)、線、面、面邊界)的自動(dòng)沖突避讓問(wèn)題，通過(guò)設(shè)置要素權(quán)重，實(shí)現(xiàn)圖面上所有標(biāo)注按照要素權(quán)重由高到低動(dòng)態(tài)優(yōu)先避讓。

3)標(biāo)注轉(zhuǎn)注記及多種注記編輯能力。標(biāo)注轉(zhuǎn)為注記后，可對(duì)注記進(jìn)行拆分打散、移動(dòng)、縮放、刪除、修改樣式等編輯功能，為前期未解決的遺留問(wèn)題提供解決方案。

(2)制圖表達(dá)規(guī)則處理機(jī)制

采用制圖表達(dá)規(guī)則處理機(jī)制，為很多高級(jí)制圖效果的實(shí)現(xiàn)提供了必要手段。這些高級(jí)效果符號(hào)的實(shí)現(xiàn)可以完全基于制圖表達(dá)規(guī)則，不依賴于實(shí)體數(shù)據(jù)，即在不改變庫(kù)數(shù)據(jù)空間位置的前提下編輯符號(hào)要素，且實(shí)現(xiàn)規(guī)則覆蓋和自由表達(dá)兩級(jí)編輯方式。采用制圖表達(dá)規(guī)則處理機(jī)制，可以解決的制圖問(wèn)題有：橋梁符號(hào)與道路方向一致;道路線平滑、圍墻線反向;境界跳繪、河流漸變等。

(3)程序符號(hào)實(shí)現(xiàn)復(fù)雜符號(hào)

采用算法程序?qū)崿F(xiàn)復(fù)雜符號(hào)的繪制表達(dá)的能力，解決如電力線等采用通用符號(hào)制作方法無(wú)法正確表達(dá)或難以表達(dá)的問(wèn)題。采用程序符號(hào)可以繪制的復(fù)雜符號(hào)有：臺(tái)階、階梯路、室外樓梯、依比例尺溫室大棚，以及各種依比例尺水閘、船閘等。

(4)制圖難點(diǎn)功能實(shí)現(xiàn)

制圖表達(dá)規(guī)則處理機(jī)制為技術(shù)手段，通過(guò)開發(fā)靈活的模塊工具解決了河流漸變、境界跳繪的制圖技術(shù)難點(diǎn)。區(qū)別于傳統(tǒng)方式，在解決上述高級(jí)制圖問(wèn)題時(shí)不必進(jìn)行較復(fù)雜的數(shù)據(jù)預(yù)處理，即可滿足后期制圖編輯的需求，具體體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

1)河流漸變。在實(shí)現(xiàn)河流漸變效果時(shí)需要先在相應(yīng)的生產(chǎn)平臺(tái)中進(jìn)行河流打斷、賦等級(jí)參數(shù)，然后根據(jù)等級(jí)參數(shù)掛接不同線粗的符號(hào)以實(shí)現(xiàn)漸變。在系統(tǒng)中由用戶指定符號(hào)漸變值域、分段個(gè)數(shù)和漸變因子，執(zhí)行后自動(dòng)打斷制圖符號(hào)并動(dòng)態(tài)繪制符號(hào)。

2)境界跳繪。以往實(shí)現(xiàn)境界跳繪同樣需要編輯原始數(shù)據(jù)，在跳繪處進(jìn)行打斷、刪除操作，而系統(tǒng)通過(guò)提供自由表達(dá)后，可隨意切割、移動(dòng)、隱藏符號(hào)，而非原始數(shù)據(jù)。

3)沖突檢測(cè)工具。包括符號(hào)沖突檢測(cè)和注記沖突檢測(cè)。前者可以檢測(cè)圖面中的點(diǎn)、線、面要素，其幾何關(guān)系并沒(méi)有發(fā)生壓蓋、重疊等沖突，但掛接符號(hào)后由于符號(hào)寬度、大小的設(shè)定值而在一定比例尺下發(fā)生符號(hào)沖突問(wèn)題;后者可以檢測(cè)圖面中注記相互壓蓋的沖突問(wèn)題。功能的設(shè)計(jì)采用交互批處理的方式，檢測(cè)結(jié)果以可視化列表展現(xiàn)沖突問(wèn)題，且可雙向縮放定位沖突位置，便于用戶后期編輯。

(5)流程化及模版可定制性滿足多種制圖任務(wù)

通過(guò)以制圖模版為驅(qū)動(dòng)，采用流程化的模版配置工具，引導(dǎo)用戶快速、便捷地完成制圖任務(wù)。在批量進(jìn)行制圖作業(yè)時(shí)，由于空間數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的統(tǒng)一規(guī)范性，提供預(yù)先配置好的制圖模版，用戶針對(duì)同一批數(shù)據(jù)加載相同的制圖模版，無(wú)需多余操作即可完成80%的制圖工作，只需再進(jìn)行少量細(xì)部編輯即可完成高效的制圖任務(wù);在進(jìn)行有特殊需求的制圖任務(wù)時(shí)，充分利用各類制圖表達(dá)規(guī)則相關(guān)參數(shù)，再加上后期制圖效果的人工交互編輯，可以制作完成一幅效果比較好的地形圖。

三、一體化制圖工藝流程

針對(duì)建庫(kù)數(shù)據(jù)特點(diǎn)及數(shù)據(jù)庫(kù)快速制圖的技術(shù)要求，基于建庫(kù)數(shù)據(jù)進(jìn)行快速制圖的工藝流程如圖2所示。

數(shù)據(jù)庫(kù)制圖的工作流程為：①進(jìn)行制圖配置，在后臺(tái)由制圖專業(yè)人員完成，內(nèi)容包括符號(hào)配置、制圖規(guī)則配置、政區(qū)鄰接表配置、圖層及地物順序配置等;②進(jìn)行自動(dòng)化制圖，直接在系統(tǒng)界面輸入圖幅號(hào)與相應(yīng)的圖廓整飾信息，即可實(shí)現(xiàn)制圖效果;③進(jìn)行制圖精編，目前自動(dòng)化制圖基本上可以解決80%以上的問(wèn)題，但諸如注記沖突、符號(hào)壓蓋等無(wú)法通過(guò)程序自動(dòng)化實(shí)現(xiàn)，需要人機(jī)交互進(jìn)行制圖的精編;④將制圖輸出AI數(shù)據(jù)、圖片數(shù)據(jù)、DXF交換格式等;⑤進(jìn)行制圖保存，制圖編輯后的效果將保存到數(shù)據(jù)庫(kù)。

圖2 工藝流程圖

四、制圖效果及實(shí)現(xiàn)規(guī)則

1.地圖注記效果

地圖注記主要根據(jù)地物要素的屬性字段進(jìn)行自動(dòng)標(biāo)注，有普通注記、沿線注記、注記分式注記等方式，如圖3、圖4所示。

圖3 沿線注記

圖4 分式注記

2.豐富制圖表達(dá)規(guī)則

(1)圖層疊加順序的控制

在GIS數(shù)據(jù)庫(kù)中，對(duì)空間數(shù)據(jù)按照地理特征來(lái)進(jìn)行分類與組織;但對(duì)于制圖數(shù)據(jù)來(lái)說(shuō)，重點(diǎn)是處理好符號(hào)與符號(hào)之間的關(guān)系，以達(dá)到地理要素線劃的美觀。因此，按照GIS入庫(kù)數(shù)據(jù)圖層組織順序難以制作出符合制圖規(guī)范的地圖，需要通過(guò)提供圖層疊加順序控制的制圖規(guī)則來(lái)解決此類問(wèn)題，以保證獲得既科學(xué)又具有美感的地圖。

(2)圖層內(nèi)部地物類疊加順序的控制

基礎(chǔ)地形圖在對(duì)應(yīng)DLG數(shù)據(jù)符號(hào)化的過(guò)程中，除了不同圖層要素間的分層顯示與壓蓋，還需要體現(xiàn)相同圖層要素中不同地物類對(duì)象之間上下關(guān)系。如在交通運(yùn)輸要素中，道路中心線在數(shù)據(jù)中是不能反映不同道路在空間上的位置關(guān)系的。在沒(méi)有高架橋的情況下，一般來(lái)說(shuō)是保證高等級(jí)道路在顯示上是連貫的，但是高等級(jí)公路和低等級(jí)公路是在同一個(gè)圖層要素中，顯示的上下關(guān)系無(wú)法通過(guò)圖層疊加順序來(lái)控制。基于此類情況，需引入圖層內(nèi)部地物類疊加順序控制的制圖規(guī)則，用以解決這種制圖問(wèn)題，如圖5所示。

圖5 圖層內(nèi)部地物類疊加順序控制

(3)符號(hào)依據(jù)指定字段旋轉(zhuǎn)

有向點(diǎn)、線等有向地物進(jìn)行制圖表達(dá)時(shí)，需要根據(jù)角度方向掛接符號(hào)，根據(jù)角度字段(如Angle)旋轉(zhuǎn)符號(hào)的制圖規(guī)則能夠滿足有向地物的制圖要求。

(4)虛線符號(hào)實(shí)部相交

虛線符號(hào)實(shí)交的制圖規(guī)則能夠自動(dòng)處理虛線符號(hào)在相交處必須實(shí)部相交問(wèn)題，直接運(yùn)用該規(guī)則即能處理小路、時(shí)令河等地物類相交問(wèn)題。

(5)虛線符號(hào)拐點(diǎn)處為實(shí)部

虛線符號(hào)拐點(diǎn)處為實(shí)部的制圖規(guī)則確保了虛線符號(hào)在拐點(diǎn)處為實(shí)部。

(6)填充點(diǎn)在面內(nèi)

植被填充面符號(hào)在面邊界上出現(xiàn)半個(gè)植被點(diǎn)符號(hào)是制圖中一個(gè)非常令人頭疼的問(wèn)題，通過(guò)填充點(diǎn)在面內(nèi)的制圖規(guī)則能夠很好地解決此類問(wèn)題，運(yùn)用該規(guī)則程序能夠自動(dòng)將邊界上半個(gè)符號(hào)情況剔除。

(7)橋梁符號(hào)與道路方向一致

橋梁與道路的位置關(guān)系處理是圖庫(kù)一體化流程中一個(gè)重要的制圖細(xì)節(jié)。在此通過(guò)圖層疊加順序控制將橋梁置于道路上方，橋梁和道路的背景壓蓋問(wèn)題利用符號(hào)背景圖元來(lái)解決，橋梁與道路方向嚴(yán)格一致則使用橋梁符號(hào)與道路方向一致的制圖規(guī)則來(lái)控制，如圖6所示。

圖6 橋梁符號(hào)與道路方向一致

(8)交叉口自動(dòng)處理

制圖表達(dá)時(shí)雙線道路符號(hào)在交叉口處需要打斷，交叉口自動(dòng)處理的制圖規(guī)則能夠?qū)崿F(xiàn)該制圖要求。

五、結(jié)束語(yǔ)

“建庫(kù)與制圖一體化”思想是今后數(shù)據(jù)庫(kù)建設(shè)、更新、維護(hù)的一種趨勢(shì)，由于GIS建庫(kù)與制圖對(duì)數(shù)據(jù)的要求有較大的差異，目前還沒(méi)有相關(guān)制圖和建庫(kù)一體化的技術(shù)規(guī)范和要求。在“數(shù)字北海地理空間框架”基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫(kù)建設(shè)的過(guò)程中，基于本文的思路，從數(shù)據(jù)采集規(guī)范、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、約束要素之間的相互關(guān)系等技術(shù)方法，實(shí)現(xiàn)了基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)建庫(kù)和制圖的一體化管理。

［1］蘇浩.基于省級(jí)基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫(kù)的管理與業(yè)務(wù)體系建設(shè)研究［J］.測(cè)繪與空間地理信息，2010，33(3)：80-83，86.

［2］萬(wàn)自霞，沈佳潔.GIS空間數(shù)據(jù)與地圖制圖融合技術(shù)［J］.地理空間信息，2010(3)：138-140.

［3］鄔倫，劉瑜，張晶，等.地理信息系統(tǒng)原理、方法和應(yīng)用［M］.北京：科學(xué)出版社，2004.