MAPGIS 圖形參數(shù)變異的歸一化

高志勇，邢立新，元楠楠，陳 瀟

(吉林大學(xué)地球探測與科學(xué)技術(shù)學(xué)院，長春130026)

0 引 言

MAPGIS主要應(yīng)用于環(huán)境治理、城市規(guī)劃、礦產(chǎn)資源具體評價(jià)、地質(zhì)填圖、地學(xué)制圖、災(zāi)害預(yù)測以及土地管理等相關(guān)領(lǐng)域［1］。MAPGIS是集當(dāng)代最先進(jìn)的圖形、圖像、地質(zhì)、地理、遙感、測繪、人工智能和計(jì)算機(jī)科學(xué)于一體的大型智能軟件系統(tǒng)，是集數(shù)字制圖、數(shù)據(jù)庫管理及空間分析為一體的空間信息系統(tǒng)，是進(jìn)行現(xiàn)代化管理與決策的先進(jìn)工具［2，3］。MAPGIS圖形編輯器分別提供對點(diǎn)、線、面3種圖元的空間數(shù)據(jù)和圖形屬性進(jìn)行編輯的功能，是個(gè)功能強(qiáng)大的圖形編輯系統(tǒng)。

由于工作圖件內(nèi)容復(fù)雜，尤其是在多幅非標(biāo)準(zhǔn)尺度制圖的集成時(shí)，會(huì)發(fā)生地圖參數(shù)或投影參數(shù)不一致，即圖形參數(shù)產(chǎn)生變異。在圖件集成時(shí)需要文件合并，圖元會(huì)出現(xiàn)異常、錯(cuò)亂和重疊等問題。這些問題的本質(zhì)在于點(diǎn)圖元大小、線的寬度、區(qū)的紋理等圖元發(fā)生了變化，投影參數(shù)假統(tǒng)一。針對上述問題，筆者在地質(zhì)制圖過程中利用地圖參數(shù)、圖元屬性參數(shù)、整圖變換之間的關(guān)系實(shí)現(xiàn)了多區(qū)域數(shù)字化非標(biāo)準(zhǔn)制圖的快速與準(zhǔn)確集成。

1 影響實(shí)際圖形參數(shù)變異的主要因素

實(shí)際圖形參數(shù)受到圖形屬性參數(shù)、地圖參數(shù)的直接影響。通過整圖變換與制圖比例尺的變換同樣能改變實(shí)際圖形參數(shù)。即圖形屬性參數(shù)、地圖參數(shù)為直接因素;整圖變換、制圖比例尺為間接因素。主要利用地圖參數(shù)中的參數(shù)比例。實(shí)際圖形參數(shù)受到圖形屬性參數(shù)與參數(shù)比例兩者的影響。關(guān)系如下

1.1 圖形參數(shù)

圖形參數(shù)分為圖形屬性參數(shù)與圖形實(shí)際參數(shù)［4］。圖形屬性參數(shù)直接控制圖元維度。包括子圖號、子圖高度、子圖寬度、旋轉(zhuǎn)角度以及顏色等。圖形實(shí)際參數(shù)即為制圖完成的各個(gè)可測量參數(shù)。在數(shù)字化地質(zhì)資料集成時(shí)，如果參數(shù)比例一致，圖形參數(shù)不會(huì)改變;在參數(shù)比例不一致的情況下，圖形參數(shù)將會(huì)發(fā)生變化，即圖形參數(shù)變異。

1.2 地圖參數(shù)

地圖是按一定的數(shù)學(xué)法則和制圖綜合理論，運(yùn)用地圖符號系統(tǒng)，以圖形、符號、影像或數(shù)字等形式表示地球(或其他星球)上的自然地理和社會(huì)經(jīng)濟(jì)現(xiàn)象的空間分布、組合、聯(lián)系及其隨時(shí)間而變化的空間結(jié)構(gòu)模型［5］。MAPGIS中的地圖參數(shù)等同于地圖圖件中的組成元素與制圖原則。地圖參數(shù)包括坐標(biāo)、單位及比例尺和圖幅范圍。地圖參數(shù)可通過文件導(dǎo)入，也可通過編輯工程中的地圖參數(shù)進(jìn)行設(shè)置。在單位及比例尺菜單中包括水平單位、垂向單位、水平比例尺、垂向比例尺、圖形參數(shù)單位、參數(shù)比例以及水平垂向單位比是否相同。修改地圖參數(shù)通常分為通過文件導(dǎo)入和編輯工程中的地圖參數(shù)兩種方法。

1.2.1 通過文件導(dǎo)入

通過已經(jīng)編輯過地圖參數(shù)的文件(點(diǎn)、線、區(qū))導(dǎo)入，MAPGIS能自動(dòng)對未設(shè)置地圖參數(shù)的文件進(jìn)行更改，最終使地圖參數(shù)達(dá)到一致。

1.2.2 編輯工程中的地圖參數(shù)

工程文件未建立新文件時(shí)，應(yīng)進(jìn)行地圖參數(shù)設(shè)置，以確定制圖的規(guī)則。在設(shè)置地圖參數(shù)后，即可新建文件。也可在工作臺處點(diǎn)擊右鍵，調(diào)出菜單，選擇修改地圖參數(shù)一項(xiàng)，對地圖參數(shù)再次修改。

1.3 整圖變換

MAPGIS整圖變換是對地圖的點(diǎn)、線和面元素等參數(shù)進(jìn)行變換，其中包括對位移參數(shù)X、Y位移、比例參數(shù)X、Y和旋轉(zhuǎn)參數(shù)旋轉(zhuǎn)角度的修改。筆者利用整圖變換中的重要選項(xiàng)“參數(shù)比例變化直接作用于圖形參數(shù)”解決上述問題［6］。

當(dāng)選擇“參數(shù)變化”，而不選擇“參數(shù)比例變化直接作用于圖形參數(shù)”對圖元進(jìn)行整圖變換時(shí)，點(diǎn)、線、面位置坐標(biāo)和圖元參數(shù)都會(huì)變換。圖元參數(shù)大小是不變的，而參數(shù)比例是變化的。如:圖元大小為10×10，參數(shù)比例為X∶1，Y∶1。整圖變換X、Y比例參數(shù)都為10。進(jìn)行以上操作后，圖元大小還是10×10，而參數(shù)比例為X∶10，Y∶10，圖元實(shí)際參數(shù)擴(kuò)大了10倍。即地圖打印比例尺增大到原比例尺的10倍(見表1)。

當(dāng)選擇“參數(shù)變化”同時(shí)選擇“參數(shù)比例變化直接作用于圖形參數(shù)”對圖元進(jìn)行整圖變換時(shí)，圖元參數(shù)會(huì)變換，而參數(shù)比例不會(huì)變換。進(jìn)行以上操作后，圖元大小是100×100，參數(shù)比例為X∶1，Y∶1(見表2)。

表1 不選擇“參數(shù)比例變化直接作用于圖形參數(shù)”對照Tab.1 Comparison of non－selected parameter variation applied in the map parameter directly

表2 選擇“參數(shù)比例變化直接作用于圖形參數(shù)”對照Tab.2 Comparison of selected parameter variation applied in the map parameter directly

經(jīng)證實(shí):當(dāng)不選擇“參數(shù)比例變化直接作用于圖形參數(shù)”時(shí)，只有參數(shù)比例變化;當(dāng)選擇“參數(shù)比例變化直接作用于圖形參數(shù)”時(shí)，只有圖元參數(shù)變化，即只有圖元的大小變化。

1.4 制圖比例尺

對于已制圖完成的地圖改變比例尺會(huì)改變圖元實(shí)際參數(shù)。在工程輸出中，X軸比例與Y軸比例為1∶1，圖元按照制圖尺寸輸出成圖。如果更改X、Y比例，能改變輸出成圖的圖元實(shí)際參數(shù):X軸比例為n;Y軸比例為m，則輸出圖元實(shí)際參數(shù)大小為an×bm(a、b為原比例尺中圖元實(shí)際參數(shù)的長與寬)［7］。

2 問題分析

研究區(qū)涉及到3個(gè)區(qū)域(見圖1)。3個(gè)區(qū)域均利用MAPGIS軟件進(jìn)行編輯制圖，地圖參數(shù)為標(biāo)準(zhǔn)制圖的參數(shù)設(shè)置，完全執(zhí)行工作目的標(biāo)準(zhǔn)。所制作原圖比例尺為1∶50萬，將各自的1∶50萬圖件分別匯總到1∶150萬圖件上。

將3個(gè)區(qū)域的圖元文件進(jìn)行合并后，圖元出現(xiàn)混亂，大小不一，相互重疊(見圖2)。原因是Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ區(qū)域地圖參數(shù)的參數(shù)比例設(shè)置不同。對文件合并后，所有文件的參數(shù)比例都變換為1×1，圖2深色部分為Ⅰ，淺色部分為Ⅱ。Ⅰ參數(shù)比例為1×1，點(diǎn)注記為2×2;Ⅱ參數(shù)比例為0.333 3×0.333 3，點(diǎn)注記為6×6，即實(shí)際圖形參數(shù)為0.333 3×6=1.999 8。合并后Ⅱ參數(shù)比例變?yōu)?×1，Ⅱ的注記實(shí)際參數(shù)變?yōu)?×6，導(dǎo)致區(qū)填充圖案變寬、線圖元寬度和點(diǎn)圖元注記變大以及重疊等現(xiàn)象。圖2中虛線為兩景圖件分界線。

圖1 制圖區(qū)域概況Fig.1 Information of cartographic area

圖2 點(diǎn)、線、區(qū)文件合并示意圖Fig.2 The combination of point，line and polygon file illustration image

投影變換是將當(dāng)前地圖投影坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為另一種投影坐標(biāo)。包含坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換、不同投影系之間的變換以及同一投影系下不同坐標(biāo)的變換等多種變換。MAPGIS軟件中投影變換有3個(gè)主要功能:單個(gè)文件的投影變換、成批文件的投影變換及用戶文件投影變換［8，9］。

在制圖區(qū)域中，除Ⅲ按照標(biāo)準(zhǔn)投影的變換轉(zhuǎn)換地圖外，其余兩部分是利用整圖變換改變的比例尺，僅改變了打印的比例尺［10－12］，而參數(shù)依然是1∶50萬的參數(shù)。由表3可見，地圖完全不符合《全國礦產(chǎn)資源潛力評價(jià)數(shù)據(jù)模型空間坐標(biāo)系統(tǒng)及其參數(shù)規(guī)定分冊》中的1∶150萬投影要求。

表3 制圖區(qū)域及其省(市、自治區(qū))成圖比例尺及地圖投影規(guī)定Tab.3 Stipulation of preset scale of cartographic area and province and map projections

在地質(zhì)工作中，不是單一的比例尺變換，往往都伴隨著投影參數(shù)的變換。利用整圖變換能改變圖件的比例尺，但這種方法是錯(cuò)誤的。應(yīng)該利用MAPGIS自帶控件，實(shí)用服務(wù)－投影變換－P投影變換-D工作區(qū)直接投影變換。

3 圖形參數(shù)的歸一化

圖形參數(shù)歸一即不同制圖者圖件中的區(qū)、線、點(diǎn)分別合并為同一個(gè)文件，各個(gè)參數(shù)需達(dá)到統(tǒng)一，從而達(dá)到數(shù)字化地質(zhì)圖資料集成。歸一要求地圖參數(shù)，投影信息等主要因素要一致。在條件一致情況下，可直接對文件進(jìn)行合并。然而在條件不同的情況下如何實(shí)現(xiàn)資料集成，需要進(jìn)行一系列的分析與操作。筆者以經(jīng)過正確投影變換后地圖參數(shù)比例不同的Ⅰ與Ⅱ?yàn)閷?shí)例進(jìn)行說明。

根據(jù)圖元實(shí)際參數(shù)與參數(shù)比例、圖元屬性參數(shù)的關(guān)系和整圖變換的原理實(shí)現(xiàn)不同地圖參數(shù)的文件歸一化會(huì)出現(xiàn)圖元異常問題。兩區(qū)域地質(zhì)圖中的參數(shù)比例、圖形參數(shù)不同而圖元實(shí)際參數(shù)近似相同(見表4)。文件合并需要以參數(shù)比例1∶1為基準(zhǔn)，利用整圖變換將Ⅰ的參數(shù)比例變換為1∶1(見表5)。經(jīng)過整圖變換Ⅰ的圖元增大3倍，數(shù)據(jù)圖中已出現(xiàn)錯(cuò)亂、變異等現(xiàn)象。如果將Ⅰ圖形參數(shù)縮小至1/3就可復(fù)原地圖。再利用整圖變換將Ⅰ圖形屬性參數(shù)變換為2×2(見表6)。文件合并后如圖3所示。

表4 Ⅰ、Ⅱ地質(zhì)圖原參數(shù)對照表Tab.4 Comparison ofⅠ，Ⅱ original geological map parameters

表5Ⅰ、Ⅱ參數(shù)比例擴(kuò)大3倍后地質(zhì)圖參數(shù)對照表Tab.5 Comparison ofⅠ，Ⅱ geological mapparameters which are tripled

表6 Ⅰ、Ⅱ整圖變換后地質(zhì)圖參數(shù)對照表Tab.6 Comparison ofⅠ，Ⅱ transformed geological map parameters

圖3 處理后點(diǎn)、線、區(qū)文件合并示意圖Fig.3 The dealed combine illustration image

經(jīng)過變換后的數(shù)字化地質(zhì)圖，其參數(shù)比例、圖形屬性參數(shù)、圖元實(shí)際參數(shù)和投影變換完全一致，所以可以進(jìn)行文件合并，實(shí)現(xiàn)數(shù)字地質(zhì)圖資料的集成。由于工作的不謹(jǐn)慎還會(huì)出現(xiàn)參數(shù)比例不為1∶1的情況，筆者就不再贅述。

4 結(jié)論

1)為避免地圖參數(shù)變異，制圖必須規(guī)范化。由不同單位、不同制圖者合作編制的圖件，地圖參數(shù)、投影信息等必須完全統(tǒng)一;非標(biāo)準(zhǔn)制圖的參數(shù)要保證在制圖者之間公開，以保證圖件轉(zhuǎn)換過程中信息完整，不存在人工誤差。

2)非標(biāo)準(zhǔn)制圖需要注意圖形參數(shù)變異問題，利用圖形實(shí)際參數(shù)與整圖變換及地圖參數(shù)關(guān)系能克服多景、多幅非標(biāo)準(zhǔn)制圖集成時(shí)導(dǎo)致的圖元混亂等現(xiàn)象，實(shí)現(xiàn)圖形參數(shù)變異的歸一化。保證制圖的目的與標(biāo)準(zhǔn)要求，對數(shù)字化地質(zhì)資料集成及其應(yīng)用具有一定的指導(dǎo)意義和參考價(jià)值。該方法可擴(kuò)展至不同比例尺，不同參數(shù)，不同投影信息的數(shù)字化地圖資料的集成。

3)制圖中因Ⅱ參數(shù)比例必須能被1整除，Ⅱ的參數(shù)只能無限接近于標(biāo)準(zhǔn)的Ⅰ省參數(shù)，鑒于地圖允許誤差范圍≤0.1 mm，在整除時(shí)小數(shù)點(diǎn)后保留6位。如果轉(zhuǎn)換比例能被1整除，則用此方法能完美集成。

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