基于GIS的靜態(tài)圖式表達(dá)方法與制圖表達(dá)方法的對(duì)比分析

梁　磊,余躍平

(四川省第二測(cè)繪地理信息工程院,四川 成都 610100)

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基于GIS的靜態(tài)圖式表達(dá)方法與制圖表達(dá)方法的對(duì)比分析

梁磊,余躍平

(四川省第二測(cè)繪地理信息工程院,四川 成都 610100)

摘要：針對(duì)GIS生成的地圖產(chǎn)品脫離GIS地理空間數(shù)據(jù)，割裂地理要素與地圖對(duì)象完整性，導(dǎo)致輸出地圖產(chǎn)品更新困難。結(jié)合制圖單位實(shí)際生成需求，研究GIS靜態(tài)圖式表達(dá)和GIS制圖表達(dá)；基于GIS制圖模板和GIS符號(hào)庫(kù)，采用C#+ArcEngine編程技術(shù)，實(shí)現(xiàn)GIS專題制圖系統(tǒng)。系統(tǒng)具有GIS靜態(tài)圖式渲染功能和GIS制圖表達(dá)功能，并以某區(qū)域?qū)ｎ}制圖項(xiàng)目為例，對(duì)比分析不同方式專題制圖效果。結(jié)果表明基于地理空間數(shù)據(jù)規(guī)則的地圖制圖表達(dá)技術(shù)能夠兼顧GIS和地圖制圖對(duì)數(shù)據(jù)的不同要求，可快速完成地圖制作，部分解決傳統(tǒng)上必須通過(guò)大量人工編輯才能夠完成的制圖任務(wù)，一定程度提高工作效率。

關(guān)鍵詞：地圖產(chǎn)品；GIS；靜態(tài)圖式表達(dá)；制圖表達(dá)；地理空間數(shù)據(jù)

本文從增強(qiáng)GIS空間信息完整性和專題制圖表達(dá)效果出發(fā)，研究GIS靜態(tài)地圖表達(dá)技術(shù)和基于地理空間數(shù)據(jù)規(guī)則的制圖表達(dá)技術(shù)，并將其應(yīng)用到一個(gè)實(shí)際的專題快速出圖系統(tǒng)中。理論和試驗(yàn)表明，本文給出的GIS專題制圖表達(dá)技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)不同專題信息的制圖效果，對(duì)提高GIS專題制圖效率、促進(jìn)GIS制圖技術(shù)發(fā)展具有理論參考意義和實(shí)用價(jià)值。

1GIS制圖技術(shù)研究

1.1基于GIS的地圖表達(dá)模型

傳統(tǒng)的地圖制圖由GIS軟件完成地圖符號(hào)后，地圖產(chǎn)品在出版軟件中完成。其直接結(jié)果導(dǎo)致地圖空間數(shù)據(jù)的不連續(xù)性，割裂地理要素與地圖對(duì)象完整性，導(dǎo)致地圖產(chǎn)品更新困難。這種制圖邏輯上主要包括：地圖數(shù)據(jù)庫(kù)與地圖制圖編輯工具，形式化描述為

MS=DB[map]+DB[visual]+Tool[map].

(1)

式中：MS表示地圖制圖;DB[map]表示制圖數(shù)據(jù)庫(kù);DB[visual]表示為地圖要素可視化;Tool[map]表示地圖制圖工具。

傳統(tǒng)的GIS地圖制圖通過(guò)圖形編輯設(shè)計(jì)地圖符號(hào)建立包含點(diǎn)線面3種符號(hào)的符號(hào)庫(kù)，并采用對(duì)照表將地圖符號(hào)庫(kù)與地圖中的地理要素之間固定關(guān)聯(lián)，這種方法稱為靜態(tài)圖式表達(dá)，可形式化描述為

SGISCR =DB[GIS]+DB[sysmolizeInfo].

(2)

式中：SGISCR表示靜態(tài)GIS地圖制圖;DB[GIS]表示地理空間數(shù)據(jù)庫(kù);DB[sysmolizeInfo]表示為地圖符號(hào)。

第二步計(jì)算各圖書(shū)館四項(xiàng)指標(biāo)的人均率。例如某圖書(shū)館服務(wù)人口總數(shù)為5 000人，每年有40 000次訪問(wèn)，則該圖書(shū)館人均率=40 000÷5 000=8次/人。

靜態(tài)圖式表達(dá)主要建立在地理信息分類的基礎(chǔ)上，采用地理分層方式組織和表達(dá)地理對(duì)象，在制圖綜合過(guò)程，當(dāng)位置沖突需要移動(dòng)要素時(shí)，只能改變?cè)幸氐膸缀挝恢?，?dǎo)致制圖信息與地理信息不完整。

規(guī)則化數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)制圖表達(dá)是將制圖數(shù)據(jù)建立空間數(shù)據(jù)庫(kù)，并建立規(guī)則字段，用于存儲(chǔ)制圖表達(dá)規(guī)則，利用GIS的覆蓋功能實(shí)現(xiàn)地圖制圖的完整性和自由性，可形式化描述為

RGISCR=DB[GIS]+DB[sysmolizeInfo]+DB[Rule].

(3)

式中：RGISCR表示規(guī)則化數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)制圖表達(dá);DB[GIS]表示地理空間數(shù)據(jù)庫(kù);DB[sysmolizeInfo]表示為地圖符號(hào);DB[Rule]表示地圖表達(dá)規(guī)則。

規(guī)則化數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)制圖表達(dá)模型，每個(gè)要素都包含制圖信息，每個(gè)制圖信息包括圖形的幾何特征、符號(hào)、符號(hào)化相關(guān)信息。對(duì)于位置沖突，將制圖表現(xiàn)轉(zhuǎn)換為自由式表達(dá)，實(shí)現(xiàn)對(duì)單個(gè)要素的覆蓋，而不改變要素的地理幾何信息，從而實(shí)現(xiàn)基于單個(gè)要素的制圖表達(dá)，見(jiàn)表1。

表1　基于GIS的地圖表達(dá)模型分析表

1.2靜態(tài)圖式表達(dá)

靜態(tài)圖式表達(dá)將地圖符號(hào)庫(kù)與地圖中的地理要素之間固定關(guān)聯(lián)，以符號(hào)樣式來(lái)渲染表達(dá)各類地物[6]。根據(jù)符號(hào)繪制的幾何類型，可將其分為4類：點(diǎn)符號(hào)、線符號(hào)、面符號(hào)和文本。點(diǎn)符號(hào)常用于描述地圖上點(diǎn)狀物例如井、觀測(cè)點(diǎn)、獨(dú)立樹(shù)等地物。線符號(hào)常用于繪制線要素和面邊界以及渲染其他地圖線，例如，道路、管線、欄柵、陡坎等線性地物，通常采用線型及其組合符號(hào)表達(dá)。面符號(hào)用于填充面和其他實(shí)體地圖元素，例如，宗地、綠地等的符號(hào)化。通過(guò)對(duì)符號(hào)、配色方案、渲染規(guī)則和其他相關(guān)地圖元素構(gòu)成的庫(kù)進(jìn)行編譯，從而形成符號(hào)樣式庫(kù)。樣式是符號(hào)、顏色、地圖元素及其他圖形元素組成的集合，有助于一組用戶創(chuàng)建和共享協(xié)調(diào)一致的制圖信息[7]。

靜態(tài)圖式表達(dá)是通過(guò)圖形編輯設(shè)計(jì)地圖符號(hào),建立包含點(diǎn)線面3種符號(hào)的樣式庫(kù),根據(jù)地圖符號(hào)與地理對(duì)象的關(guān)聯(lián)關(guān)系，渲染表達(dá)地圖，圖1為靜態(tài)圖式表達(dá)流程。

圖1　靜態(tài)圖式表達(dá)流程

基于ArcEngine開(kāi)發(fā)平臺(tái)，靜態(tài)制圖表達(dá)根據(jù)地理要素類別與符號(hào)之間關(guān)聯(lián)關(guān)系，用程序去調(diào)用符號(hào)庫(kù)中的對(duì)應(yīng)的符號(hào)，完成地理對(duì)象的符號(hào)化表達(dá)。具體實(shí)現(xiàn)如下：

MXD模板文檔配置方法：通過(guò)基于MXD文檔符號(hào)化方法,將文檔所有圖層調(diào)用符號(hào)編輯器完成圖層符號(hào)化，加載，然后根據(jù)地理要素類別動(dòng)態(tài)設(shè)置MXD圖層數(shù)據(jù)源即設(shè)置圖層FeatureClass對(duì)象。

基于StyleGallery對(duì)象的符號(hào)化方法：StyleGallery對(duì)象是地圖符號(hào)樣式的集合對(duì)象，它代表一個(gè)Style通過(guò)這個(gè)對(duì)象可以將一個(gè)Style符號(hào)文件中的樣式提取出來(lái)供系統(tǒng)使用。在ArcEngine中調(diào)用IStyleGallery接口，該接口定義操作一個(gè)樣式的種類、樣式類、樣式條目的方法和屬性。

1.3地理數(shù)據(jù)規(guī)則化制圖表達(dá)

制圖表達(dá)(Representation)是一個(gè)要素類屬性，用于指定和存儲(chǔ)一系列規(guī)則，這些規(guī)則將指定要素類中要素的繪制方式，并與數(shù)據(jù)一同存儲(chǔ)在地理數(shù)據(jù)庫(kù)中，主要由兩部分組成：規(guī)則(rule)和覆蓋(override)[8-10]。制圖規(guī)則由符號(hào)圖層(SymbolLayer)和幾何效果(GeometricEffects)組成：符號(hào)圖層是制圖表達(dá)規(guī)則的基本結(jié)構(gòu)單元，它可以是點(diǎn)狀、線狀或者面狀圖層3種類型中的任意一種；幾何效果是制圖表達(dá)規(guī)則的可選組成部分，在繪制要素幾何時(shí)，幾何效果會(huì)進(jìn)行動(dòng)態(tài)修改以獲得所需位置、大小等外觀，但不會(huì)影響數(shù)據(jù)源[11-12]。覆蓋還可以針對(duì)要素類中每個(gè)要素的外觀進(jìn)行單獨(dú)編輯以滿足苛刻制圖規(guī)范的要求或僅改進(jìn)要素的顯示效果[13]。例如：可以針對(duì)高速路上的橋、隧道或特定環(huán)境設(shè)定不同的規(guī)則進(jìn)行符號(hào)化。

數(shù)據(jù)源的要素類(Features)包含有要素類型幾何字段和一組用于分析和數(shù)據(jù)管理的屬性字段，制圖規(guī)則作為要素類一個(gè)屬性，是在要素類的存儲(chǔ)表上增加了兩個(gè)額外的制圖字段(RuleID和Overrides)：RuleID字段是一個(gè)整型字段，用于保存對(duì)每個(gè)要素的制圖表達(dá)規(guī)則的引用；Override字段是一個(gè)BLOB字段，用于保存特定于要素的制圖表達(dá)規(guī)則的覆蓋值[14]。圖2為規(guī)則化制圖表達(dá)流程。

圖2　規(guī)則化制圖表達(dá)流程

基于ArcEngine開(kāi)發(fā)平臺(tái)，規(guī)則化制圖表達(dá)根據(jù)要素類制圖表達(dá)模板，用程序去調(diào)用模板中對(duì)應(yīng)的制圖表達(dá)規(guī)則，完成地理對(duì)象的符號(hào)化表達(dá)，然后結(jié)合制圖表達(dá)工具整飾地圖。具體實(shí)現(xiàn)如下：通過(guò)IRepresentationWorkspaceExtension接口獲取模板要素類制圖表達(dá)規(guī)則，然后IRepresentationRule接口將模板規(guī)則賦值給新建的規(guī)則，并設(shè)置要素類制圖表達(dá)規(guī)則，最后用IRepresentationRenderer接口實(shí)現(xiàn)制圖表達(dá)渲染，從而實(shí)現(xiàn)地圖的符號(hào)化。

2專題制圖制作流程分析

為了保證專題制圖制作流程的完整性和系統(tǒng)性，在實(shí)施過(guò)程中已經(jīng)引入工作流模式：①根據(jù)專題題圖制作實(shí)際需要，結(jié)合地圖圖式規(guī)范，在符號(hào)管理器中，針對(duì)點(diǎn)狀、線狀、面狀符號(hào)在符號(hào)編輯界面中分別調(diào)用已有符號(hào)或經(jīng)過(guò)多種簡(jiǎn)單符號(hào)組合來(lái)制作圖式規(guī)程要求的符號(hào)，創(chuàng)建專題符號(hào)庫(kù)；在創(chuàng)建模板要素類屬性對(duì)話框的制圖表達(dá)選項(xiàng)卡中，對(duì)創(chuàng)建要素類的制圖表達(dá)規(guī)則及其他的制圖表達(dá)設(shè)置參數(shù)；②建立各要素類符號(hào)庫(kù)符號(hào)、制圖表達(dá)規(guī)則模板庫(kù)與要素類對(duì)照關(guān)系表；③在專題圖制作過(guò)程中利用系統(tǒng)加載制圖數(shù)據(jù)后能夠根據(jù)方案設(shè)置自動(dòng)加載對(duì)應(yīng)方案制圖模板、自動(dòng)符號(hào)化、自動(dòng)配置注記、自動(dòng)整飾；④手工交互對(duì)地圖進(jìn)行編輯完成專題制圖輸出與打印,具體流程見(jiàn)圖3。

圖3　專題制圖制作流程

3實(shí)驗(yàn)與討論

為檢驗(yàn)本文方法的有效性，以ArcGIS10.1為GIS平臺(tái)，采用Visual2010+.NET對(duì)制圖方法進(jìn)行了試驗(yàn)分析。按照制圖工藝流程對(duì)項(xiàng)目進(jìn)行分析，制定方案，利用系統(tǒng)完成地圖制作。圖4為顯示利用靜態(tài)圖式表達(dá)在系統(tǒng)中的符號(hào)化顯示效果。圖5為顯示利用制圖表達(dá)功能在系統(tǒng)中的符號(hào)化顯示效果，其中點(diǎn)符號(hào)已與道路對(duì)齊，道路通過(guò)橋梁跨越鐵路，河流的地方通過(guò)掩膜工具實(shí)現(xiàn)交接部分覆蓋，滿足地圖制圖規(guī)范要求。

圖4　靜態(tài)圖式表達(dá)

圖5　規(guī)則化制圖表達(dá)

4結(jié)論

靜態(tài)圖式表達(dá)能完成一般地物的制圖表達(dá)，但是難以解決要素個(gè)性化制圖表達(dá)、要素制圖沖突覆蓋制圖表達(dá)等，采用規(guī)則化數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)地圖表達(dá)解決前者的問(wèn)題，而且將規(guī)則信息存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫(kù)，實(shí)現(xiàn)符號(hào)信息共享。規(guī)則化數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)地圖表達(dá)能將GIS數(shù)據(jù)快速生產(chǎn)成為電子地圖數(shù)據(jù)和地圖出版數(shù)據(jù)，節(jié)省部分的人工介入工作量，減少繁瑣的人工編輯，提高工作效率。這種基于規(guī)則的數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)地圖制圖表達(dá)將極大地改善數(shù)據(jù)地圖表現(xiàn)過(guò)程，特別在動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)表現(xiàn)過(guò)程中具有關(guān)鍵的作用，是未來(lái)地圖制圖工作的一個(gè)重要發(fā)展方向。

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[責(zé)任編輯：張德福]

DOI:10.19349/j.cnki.issn1006-7949.2016.10.010

收稿日期：2014-11-07；修回日期：2015-10-12

基金項(xiàng)目：數(shù)字制圖與國(guó)土信息應(yīng)用工程國(guó)家測(cè)繪地理信息局重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開(kāi)放基金(DM2013SC12)；測(cè)繪地理信息公益性行業(yè)科研專項(xiàng)經(jīng)費(fèi)項(xiàng)目(201412010)

作者簡(jiǎn)介：梁磊(1987-)，男，工程師,碩士研究生.

中圖分類號(hào)：P208

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1006-7949(2016)10-0049-04

Comparative analysis of the static graphic render and cartographic representations based on GIS

LIANG Lei,YU Yueping

(The second Engineering Institute of Sichuan Surveying,Mapping and Geographic Information,Chengdu 610100,China)

Abstract：At present,it is known that the map products exported by GIS system depart from GIS spatial data and break the integrity of geographical elements and map object,which lead to the difficulties for map product updating.To solve the problem above,with GIS cartographic template and GIS symbol library this paper studies the GIS static graphic render and GIS cartographic representations.Then using C# and ArcEngine programming technology,the paper realizes the GIS static graphic render function and GIS cartographic representations,applies it to thematic mapping project in some city and analyzes the results of the different modes of thematic mapping.It has been found that GIS cartographic representations based on the geographic data rule can satisfy the different requirements for data and mapping and can complete the map production quickly,which partly solves the traditional artificial editing by taking a lot work to complete drawing task and improves the work efficiency.

Key words：map products；GIS；GIS static graphic render；cartographic representations；geographic data