福建省公開(kāi)版地圖快速設(shè)計(jì)制作及綜合技術(shù)流程研究

摘 要：本文基于筆者多年從事公開(kāi)版地圖編制的相關(guān)工作經(jīng)驗(yàn)，以公開(kāi)版地圖的快速編制為研究對(duì)象，分析了基礎(chǔ)地理信息在公開(kāi)版地圖快速編制中的作用，探討了具體的實(shí)施流程和關(guān)鍵技術(shù)手段，全文是筆者長(zhǎng)期工作實(shí)踐基礎(chǔ)上的理論升華，相信對(duì)從事相關(guān)工作的同行能有所裨益。

關(guān)鍵詞：公開(kāi)版 地圖 快速編制

中圖分類(lèi)號(hào)：P28 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2013）05（c）-0034-02

在測(cè)繪工作面臨由數(shù)字化向信息化過(guò)渡的今天，實(shí)時(shí)、有效的地理信息綜合服務(wù)顯得尤為重要，人們對(duì)地理信息產(chǎn)品的需求更加迫切，而地圖作為地理信息社會(huì)服務(wù)的主要產(chǎn)品形式，市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)也日趨激烈。20世紀(jì)90年代地圖的制作工藝發(fā)生了很大變革，印前桌面出版系統(tǒng)逐漸替代了傳統(tǒng)手工制圖，實(shí)現(xiàn)了由手工制圖到機(jī)助制圖的轉(zhuǎn)變。隨著近年來(lái)制圖技術(shù)與GIS 技術(shù)的發(fā)展，單純的依靠印前桌面出版系統(tǒng)制圖的方式已經(jīng)落后，而將印前桌面出版系統(tǒng)與GIS技術(shù)結(jié)合已是公開(kāi)版地圖出版的大方向，基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)的圖形化應(yīng)用已經(jīng)成為加強(qiáng)測(cè)繪公共服務(wù)、提高測(cè)繪保障能力的必要工作。

1 基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)與公開(kāi)版地圖數(shù)據(jù)的比較

利用基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫(kù)編制公開(kāi)版地圖，其工作實(shí)質(zhì)就是利用基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)建立可輸出發(fā)排的公開(kāi)版地圖數(shù)據(jù)（一般是pdf格式）。

1.1 基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫(kù)

基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫(kù)即空間型的GIS 數(shù)據(jù)庫(kù)，它是將國(guó)家基本比例尺地形圖上各類(lèi)要素，包括水系、境界、交通、居民地、地形、植被等按照一定的規(guī)則分層，按照標(biāo)準(zhǔn)分類(lèi)編碼，對(duì)各要素的空間位置、屬性信息及相互空間關(guān)系等數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、編輯、處理建成的數(shù)據(jù)庫(kù)。根據(jù)國(guó)家基礎(chǔ)地理信息系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)，國(guó)家級(jí)地理數(shù)據(jù)庫(kù)的比例尺分為1∶100萬(wàn)、1∶25萬(wàn)和1∶5萬(wàn)三級(jí)；省級(jí)地理數(shù)據(jù)庫(kù)的比例尺分為1∶25萬(wàn)、1∶5萬(wàn)和1∶1萬(wàn)三級(jí)。

1.2 公開(kāi)版地圖數(shù)據(jù)

公開(kāi)版地圖數(shù)據(jù)是通過(guò)將基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為圖形化的數(shù)字圖形來(lái)建立地理底圖，依托豐富的地圖語(yǔ)言的表達(dá)，著重表示一種或數(shù)種自然要素或社會(huì)經(jīng)濟(jì)現(xiàn)象并能夠公開(kāi)出版發(fā)行的地圖數(shù)據(jù)。公開(kāi)版地圖比例尺一般依據(jù)實(shí)際需要或者介質(zhì)尺寸而定。

1.3 利用基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)編制公開(kāi)版地圖的核心任務(wù)

從基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)到制圖圖形數(shù)據(jù)就是從面向?qū)ο蟮臄?shù)據(jù)到面向圖形數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換，要素的符號(hào)化及設(shè)計(jì)、制圖綜合、要素關(guān)系的協(xié)調(diào)處理以及脫密處理是編制公開(kāi)版地圖的核心工作。

2 關(guān)鍵技術(shù)

2.1 地圖數(shù)據(jù)庫(kù)的建立

地理信息系統(tǒng)的發(fā)展是從地圖制圖開(kāi)始的，因而GIS的主要功能之一是應(yīng)用于地圖制圖，建立地圖數(shù)據(jù)庫(kù)。與傳統(tǒng)的周期長(zhǎng)、更新慢的手工制圖方式相比，利用GIS 建立起地圖數(shù)據(jù)庫(kù)，可以達(dá)到一次投入、多次產(chǎn)出的目的。

（1）數(shù)學(xué)基礎(chǔ)。

一般采用等角圓錐投影，以米或毫米為單位；要求數(shù)據(jù)視覺(jué)無(wú)縫；保證要素相對(duì)位置基本準(zhǔn)確；屬性能滿(mǎn)足圖形化輸出要求；要求數(shù)據(jù)現(xiàn)勢(shì)性強(qiáng)。

（2）工藝流程。

選取集數(shù)字制圖、數(shù)據(jù)庫(kù)管理及空間分析為一體的地理信息系統(tǒng)軟件平臺(tái)ARCGIS作為制圖編輯和地圖庫(kù)管理軟件，做到從基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)的獲取到地圖符號(hào)化、屬性編輯、數(shù)據(jù)更新、專(zhuān)題選取、分幅裁切、編輯的一體化。工藝流程見(jiàn)圖1。

2.2 符號(hào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和制作

公開(kāi)版地圖要滿(mǎn)足人們對(duì)地理信息的需求，就必須達(dá)到科學(xué)性、藝術(shù)性、實(shí)用性的統(tǒng)一，而地圖符號(hào)則是用以表達(dá)地圖內(nèi)容的基本標(biāo)記，是地圖編輯設(shè)計(jì)的重要環(huán)節(jié)。

（1）設(shè)計(jì)原則。

地圖符號(hào)由形狀、尺寸、色彩、定位點(diǎn)、文字等因素構(gòu)成，用以表達(dá)各種地物及現(xiàn)象的空間位置、性質(zhì)和相互關(guān)系，符號(hào)的設(shè)計(jì)與地圖的用途、內(nèi)容、比例尺、區(qū)域資料特征、視覺(jué)要求、使用要求、生產(chǎn)與成本等因素密切相關(guān)。在符號(hào)的設(shè)計(jì)中按照點(diǎn)狀符號(hào)、線(xiàn)狀符號(hào)、面狀符號(hào)和注記四種類(lèi)型來(lái)設(shè)計(jì)基本符號(hào)，力求做到形象、簡(jiǎn)潔、主次分明、邏輯性強(qiáng)。

①專(zhuān)題地圖部分，盡可能采用國(guó)家及部門(mén)標(biāo)準(zhǔn)，有利于標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化。②新設(shè)計(jì)符號(hào)應(yīng)遵循圖案化、簡(jiǎn)明化一般原則。整個(gè)符號(hào)系統(tǒng)應(yīng)具有邏輯性、統(tǒng)一性、準(zhǔn)確性、對(duì)比性，色彩設(shè)計(jì)應(yīng)具有象征性，制圖和印刷可能實(shí)現(xiàn)性等普遍原則。

（2）制作矢量符號(hào)庫(kù)。

地圖符號(hào)的制作是數(shù)字制圖的基礎(chǔ)，在制圖軟件中建立地圖的點(diǎn)、線(xiàn)、面符號(hào)庫(kù)，將相應(yīng)的點(diǎn)、線(xiàn)、面符號(hào)信息塊加入到符號(hào)庫(kù)中，制作中應(yīng)注意以下問(wèn)題。

①符號(hào)生成的定位點(diǎn)應(yīng)與國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)地形圖圖式的規(guī)定一致。②地圖上各類(lèi)線(xiàn)狀符號(hào)往往是由沿線(xiàn)狀要素中軸線(xiàn)延伸重復(fù)串接的符號(hào)單元而成，符號(hào)生成是以線(xiàn)狀要素的中心線(xiàn)為中心加寬和漸變。③線(xiàn)狀符號(hào)制作中要注意符號(hào)生成的方向，如堤壩等，一般是沿線(xiàn)狀要素前進(jìn)的右方向生成。④面狀符號(hào)是由填充符號(hào)在面域內(nèi)按一定方式配置組合而成，在制作中應(yīng)再加入三種信息：行距、行向傾角、排列方式。行向傾角指暈線(xiàn)方向與X軸夾角，排列方式一般有“井”字填充、“品”字填充和散列填充等，在不規(guī)則填充中應(yīng)對(duì)符號(hào)的大小、旋轉(zhuǎn)角度和填充間距做隨機(jī)的調(diào)整。⑤符號(hào)規(guī)格的設(shè)定應(yīng)有延續(xù)性，通過(guò)參數(shù)變化可適用于不同比例尺的成圖要求。

2.3 數(shù)據(jù)的脫密處理

地圖涉密與否涉及國(guó)家安全，而這一問(wèn)題可否解決，關(guān)系到本文討論的核心任務(wù)能否完成，同時(shí)依據(jù)《中華人民共和國(guó)測(cè)繪法》、《中華人民共和國(guó)地圖編制出版管理?xiàng)l例》、《公開(kāi)地圖內(nèi)容表示若干規(guī)定》等法律、法規(guī)，必須對(duì)地圖內(nèi)容進(jìn)行脫密處理。地圖涉密與否涉及到空間與屬性?xún)煞矫嬉蛩?。在?shí)際生產(chǎn)中我們主要對(duì)涉密的屬性數(shù)據(jù)直接刪除不表示，要素的空間位置采用適當(dāng)位移，方法是對(duì)要素的精度進(jìn)行自動(dòng)干擾，一般采用以下兩種方法對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行精度處理。

2.3.1 數(shù)學(xué)控制法

在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，我們一般聯(lián)合使用以下三種方法干擾地圖精度。

（1）投影變換法。

一般在處理數(shù)據(jù)時(shí)，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行投影，而成圖的投影方式一般不采用高斯-克呂格投影或WGS84坐標(biāo)系統(tǒng)，其投影參數(shù)不表示在地圖上，試驗(yàn)證明，在不提供投影參數(shù)及經(jīng)緯網(wǎng)的情況下，要將地圖掃描糾正到指定坐標(biāo)上是非常困難的，我們?cè)捎?0個(gè)點(diǎn)糾正無(wú)投影參數(shù)及經(jīng)緯網(wǎng)的1∶25萬(wàn)地圖，結(jié)果其精度大于1∶50萬(wàn)地圖的精度要求（100 m）。

（2）圖幅變換法。

利用數(shù)學(xué)控制網(wǎng)法處理的目的是增大地圖的誤差，使其誤差大于國(guó)家對(duì)公開(kāi)版地圖規(guī)定的1∶50萬(wàn)精度（100 m），選用先進(jìn)行仿射變換模型進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。在脫密過(guò)程中，處理方法是首先拼接地圖，在拼接成一個(gè)完整地圖后生成TIC點(diǎn)，然后進(jìn)行TIC點(diǎn)線(xiàn)形變化，變化的方向是隨機(jī)的。

TIC點(diǎn)變換方法的優(yōu)點(diǎn)是改變了地圖的絕對(duì)坐標(biāo)，缺點(diǎn)是產(chǎn)生的誤差是系統(tǒng)誤差，可以通過(guò)線(xiàn)形變換的方式反向糾正，因此，為避免出現(xiàn)系統(tǒng)誤差，仍然要使用誤差隨機(jī)干擾法進(jìn)行處理。

（3）誤差隨機(jī)干擾法。

TIC點(diǎn)變換完成后，再利用一定的模式，對(duì)圖內(nèi)均勻選擇的100個(gè)以上點(diǎn)進(jìn)行隨機(jī)的誤差干擾，干擾的方向是隨機(jī)的，干擾的距離大于0.3 mm，干擾的目的是在圖幅內(nèi)形成隨機(jī)誤差，在保持要素之間邏輯關(guān)系的基礎(chǔ)上改變要素之間的相對(duì)關(guān)系，避免TIC點(diǎn)變化控制點(diǎn)太少的缺點(diǎn)。為保密起見(jiàn)，這里不介紹干擾誤差的算法。

（4）精度分析。

以《泉州休閑農(nóng)業(yè)交通圖》（1∶32萬(wàn)）為例，我們?cè)谶M(jìn)行了投影變換、TIC變換后，又進(jìn)行了誤差隨機(jī)干擾，在圖內(nèi)選擇了133 個(gè)點(diǎn)增加了干擾，干擾值在200～500 m之間，干擾方向是隨機(jī)的。

為驗(yàn)證經(jīng)過(guò)以上3次變換的地圖精度，對(duì)地圖重新進(jìn)行了誤差評(píng)估，方法是隨機(jī)選取圖上要素特征點(diǎn)，與原圖進(jìn)行誤差比較，計(jì)算每個(gè)點(diǎn)的誤差。誤差的分布情況是最小誤差77 m，最大誤差599 m，平均中誤差312 m，誤差大于100 m 的點(diǎn)占94%，而且誤差在各個(gè)方向上呈平均分布。誤差遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于公開(kāi)出版地圖所要求的1∶50萬(wàn)比例尺精度（100 m），甚至大于1∶100萬(wàn)比例尺地形圖所要求的200 m。

2.3.2 要素綜合位移法

雖然利用數(shù)學(xué)的方法對(duì)數(shù)據(jù)精度進(jìn)行了干擾，但是為避免要素的泄密，符合《公開(kāi)地圖內(nèi)容表示若干規(guī)定》，在編制過(guò)程中，我們有選擇地使用了數(shù)據(jù)，對(duì)不能公開(kāi)表示的要素進(jìn)行了刪減、綜合、位移處理，主要注意以下要素的處理：編制完成的圖不提供投影方式與投影參數(shù)，不表示控制網(wǎng)；要?jiǎng)h除測(cè)量控制點(diǎn)；要?jiǎng)h除各項(xiàng)經(jīng)濟(jì)建設(shè)的數(shù)據(jù)；要?jiǎng)h除保密道路、未公開(kāi)的機(jī)場(chǎng)；要?jiǎng)h除管線(xiàn)要素；如果要表示地貌，要對(duì)等高線(xiàn)進(jìn)行適當(dāng)?shù)木C合，等高距要合適，圖面上不表示高程點(diǎn)，要符合國(guó)家《公開(kāi)地圖內(nèi)容表示若干規(guī)定》的要求。敏感要素（例如水庫(kù)的大壩、重要的橋梁）要進(jìn)行適當(dāng)位移。

2.4 制圖綜合

制圖綜合就是根據(jù)地圖用途、比例尺、景觀(guān)條件等，用科學(xué)的概括與選取手段，在地圖上準(zhǔn)確地反映制圖對(duì)象的類(lèi)型特征和典型特點(diǎn)，抽象出其基本規(guī)律的過(guò)程。由于專(zhuān)題地圖依賴(lài)介質(zhì)尺寸，一般以行政區(qū)為單位編制，造成地圖綜合取舍尺度的不同，所以在編制過(guò)程中必須依照行政區(qū)的范圍確定取舍尺度，而不設(shè)立統(tǒng)一的比例尺，以16K全國(guó)地圖集為例：上海的比例尺1∶35萬(wàn)，而新疆的比例尺1∶510萬(wàn)。實(shí)踐過(guò)程中必須把抽象的制圖綜合操作程序化，并把制圖綜合任務(wù)轉(zhuǎn)化為計(jì)算機(jī)環(huán)境下自動(dòng)執(zhí)行與優(yōu)化的可執(zhí)行操作鏈，從而達(dá)到提高制圖綜合自動(dòng)化、智能化水平的目的。

3 結(jié)語(yǔ)

運(yùn)用以上方法我社已經(jīng)快速編制出版了《廈門(mén)戶(hù)外休閑旅游詳圖》、《泉州市地圖冊(cè)》等產(chǎn)品，取得了良好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。在高新技術(shù)飛快發(fā)展和社會(huì)需求不斷變化的情況下，如何利用好基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)來(lái)擴(kuò)大和提升測(cè)繪信息綜合服務(wù)的功能是我們要研究和解決的課題，而公開(kāi)版地圖是地理信息社會(huì)化服務(wù)最主要的形式。利用基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)編制公開(kāi)版地圖，可以改變傳統(tǒng)地圖集以頁(yè)面為基礎(chǔ)的線(xiàn)性為主的數(shù)據(jù)處理方式，使地圖出版做到所有圖種地理底圖數(shù)據(jù)來(lái)源相同，更新一致，提取靈活，編輯檢查成果得到沉淀，提高地圖編制能力，加快市場(chǎng)反應(yīng)速度。

參考文獻(xiàn)

[1]王敬恩，康義凱.小比例尺地圖編制的GIS設(shè)計(jì)[J].測(cè)繪標(biāo)準(zhǔn)化，2008（4）.

[2]地圖編制與應(yīng)用[J].中國(guó)地理與資源文摘，1994（4）.

[3]田洪軍，梁彥慶，黃志英，等.基于GIS的農(nóng)用地等別圖制圖綜合問(wèn)題研究[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2006（4）.

[4]武利.MCAI地圖編制課件的應(yīng)用探討[J].現(xiàn)代測(cè)繪，1998（4）.

[5]梁建國(guó)，徐占華，顏宇.CorelDraw VBA在地圖制圖中的應(yīng)用[J].測(cè)繪科學(xué)， 2009（S2）.

[6]徐占華，梁建國(guó)，向澤君.重慶市公開(kāi)版地圖數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)研究[J].測(cè)繪與空間地理信息，2010（5）.

[7]談地圖編制出版管理[J].中國(guó)測(cè)繪， 1999（4）.

[8]陳春玲.地市級(jí)區(qū)域地圖集的選題策劃與設(shè)計(jì)思路[J].地理空間信息，2007（5）.