地震應(yīng)急專(zhuān)題制圖規(guī)則及其領(lǐng)域本體模型研究1

席　楠　楊天青　姜立新（中國(guó)地震臺(tái)網(wǎng)中心，北京 100045）

地震應(yīng)急專(zhuān)題制圖規(guī)則及其領(lǐng)域本體模型研究1

席楠楊天青姜立新
（中國(guó)地震臺(tái)網(wǎng)中心，北京 100045）

席楠，楊天青，姜立新，2016.地震應(yīng)急專(zhuān)題制圖規(guī)則及其領(lǐng)域本體模型研究.震災(zāi)防御技術(shù)，11（2）：384—395. doi：10.11899/zzfy20160222

本文從地震應(yīng)急專(zhuān)題圖快速產(chǎn)出需求出發(fā)，結(jié)合應(yīng)急專(zhuān)題圖的區(qū)域差異性、階段性和實(shí)時(shí)性等特點(diǎn)，按照專(zhuān)題圖的制作流程對(duì)制圖規(guī)則進(jìn)行分類(lèi)，歸納總結(jié)了最小比例尺、符號(hào)、標(biāo)注和沖突處理四類(lèi)制圖規(guī)則，并構(gòu)建了基于領(lǐng)域本體和XML的應(yīng)急專(zhuān)題制圖規(guī)則表達(dá)模型，實(shí)現(xiàn)了規(guī)則數(shù)據(jù)的圖形化管理，為基于規(guī)則庫(kù)的地震應(yīng)急專(zhuān)題圖快速制圖系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和研發(fā)提供理論基礎(chǔ)和技術(shù)支持。

應(yīng)急專(zhuān)題圖制圖規(guī)則領(lǐng)域本體XML

引言

21世紀(jì)以來(lái)，我國(guó)已發(fā)生2次8級(jí)以上劇烈地震，一次是2001年的昆侖山8.1級(jí)地震，由于發(fā)生在無(wú)人區(qū)，損失較?。涣硪淮尉褪桥e世震驚的2008年5月12日的四川汶川8.0級(jí)強(qiáng)烈地震，造成了巨大的人員傷亡和前所未有的經(jīng)濟(jì)損失（姜立新等，2012）。大地震發(fā)生后，抗震減災(zāi)工作的正確部署和迅速高效的實(shí)施，對(duì)于減輕地震災(zāi)害發(fā)揮著重要作用?？拐饻p災(zāi)決策的制定需要全面、及時(shí)和準(zhǔn)確地把握相關(guān)信息，包括地理環(huán)境、社會(huì)經(jīng)濟(jì)狀況、災(zāi)情、救災(zāi)物資、人員分布等，其中多數(shù)屬于空間信息（高東輝等，2007），地震應(yīng)急專(zhuān)題圖就是表達(dá)和說(shuō)明這些信息的重要手段。借助各種應(yīng)急專(zhuān)題圖所展現(xiàn)的專(zhuān)題內(nèi)容，決策者能夠更加快速、直觀地了解災(zāi)情，更加及時(shí)、有效地制定決策，更加準(zhǔn)確、高效地指揮救災(zāi)。自汶川地震以來(lái)，地震應(yīng)急專(zhuān)題圖的制作已經(jīng)成為國(guó)家及各省地震應(yīng)急指揮中心的一項(xiàng)重要工作。

地震應(yīng)急專(zhuān)題圖是標(biāo)示破壞性地震影響范圍內(nèi)的一種或數(shù)種地震、災(zāi)情、自然或社會(huì)經(jīng)濟(jì)要素的地圖。地震要素主要包括震中、余震、地震影響場(chǎng)、震區(qū)活斷層、震區(qū)歷史地震以及震區(qū)烈度區(qū)劃等地震相關(guān)空間信息。災(zāi)情要素主要包括人員傷亡、房屋受損、次生災(zāi)害以及地震烈度等災(zāi)情相關(guān)空間信息。不同于普通的專(zhuān)題圖，地震應(yīng)急專(zhuān)題圖具有三個(gè)特點(diǎn)：①區(qū)域差異性。由于我國(guó)不同區(qū)域的居民點(diǎn)、交通、學(xué)校和醫(yī)院等社會(huì)經(jīng)濟(jì)要素的密度差異顯著，根據(jù)不同震區(qū)繪制的應(yīng)急專(zhuān)題圖在某些要素密集區(qū)域會(huì)產(chǎn)生符號(hào)遮蓋和標(biāo)注疊壓等問(wèn)題。②階段性。地震應(yīng)急期一般劃分為應(yīng)急啟動(dòng)、緊急救援和過(guò)渡性安置3個(gè)階段（王海鷹等，2013）。在這3個(gè)階段中，地震應(yīng)急專(zhuān)題圖的產(chǎn)出需求不同。應(yīng)急啟動(dòng)階段的專(zhuān)題圖產(chǎn)品是基于地震速報(bào)結(jié)果、快速評(píng)估結(jié)果和應(yīng)急基礎(chǔ)數(shù)據(jù)生成的，為初步判定地震災(zāi)害規(guī)模和應(yīng)急響應(yīng)級(jí)別服務(wù)，對(duì)時(shí)效性要求很高，一般采用A4或A3幅面；緊急救援階段的專(zhuān)題圖產(chǎn)品主要基于通過(guò)各種手段獲取的災(zāi)情信息，為指揮部更加全面、實(shí)時(shí)和詳盡地掌握災(zāi)情服務(wù)，信息量更大，一般采用A3或A1幅面；過(guò)渡性安置階段的專(zhuān)題圖產(chǎn)品主要基于災(zāi)區(qū)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查信息，為受災(zāi)群眾安置和災(zāi)區(qū)恢復(fù)重建服務(wù)，對(duì)專(zhuān)題內(nèi)容的精細(xì)度要求更高，一般采用A1或A0幅面。③實(shí)時(shí)性。在地震應(yīng)急期，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查、手機(jī)短信、互聯(lián)網(wǎng)等多種途徑獲取的災(zāi)情信息不斷傳輸回指揮部，相關(guān)協(xié)同機(jī)構(gòu)也會(huì)提供各類(lèi)的專(zhuān)業(yè)數(shù)據(jù)，使得專(zhuān)題圖的數(shù)據(jù)經(jīng)常性地變動(dòng)，因此應(yīng)急專(zhuān)題圖還需要進(jìn)行及時(shí)更新。

由于地震應(yīng)急救援的緊迫性，地震應(yīng)急專(zhuān)題圖的快速產(chǎn)出受到應(yīng)急部門(mén)的高度重視。目前，地震行業(yè)內(nèi)普遍采用的專(zhuān)題圖快速生成方法是模板匹配法，即首先利用專(zhuān)業(yè)的GIS軟件制作不同地震災(zāi)情專(zhuān)題的地圖模板文件，再基于組件式軟件開(kāi)發(fā)技術(shù)進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)，建立脫離GIS桌面軟件的專(zhuān)題圖快速生成系統(tǒng)，能通過(guò)簡(jiǎn)單的人機(jī)交互將地震信息，如震中、影響場(chǎng)、災(zāi)情等，疊加到預(yù)先制定的專(zhuān)題地圖模板上，從而實(shí)現(xiàn)地震災(zāi)情專(zhuān)題地圖的快速制圖（魏艷旭等，2014）。該方法的優(yōu)勢(shì)在于沒(méi)有制圖軟件使用經(jīng)驗(yàn)的工作人員也能完成制圖工作，在一定程度上提高了地震應(yīng)急專(zhuān)題圖的制圖效率，滿足了專(zhuān)題圖的流程化輸出需求。但是，采用模板技術(shù)自動(dòng)生成的專(zhuān)題圖存在制圖不規(guī)范、專(zhuān)題要素不清晰和符號(hào)標(biāo)注壓蓋等問(wèn)題，并且由于不同專(zhuān)題的地圖模板文件眾多，當(dāng)需要更新基礎(chǔ)數(shù)據(jù)或修改共性錯(cuò)誤時(shí)，操作起來(lái)費(fèi)時(shí)費(fèi)力，嚴(yán)重影響了制圖效率。因此，必須將制圖流程規(guī)范化和規(guī)則化，并且在制圖系統(tǒng)中嵌入存儲(chǔ)專(zhuān)家制圖知識(shí)的規(guī)則庫(kù)。專(zhuān)題圖規(guī)則庫(kù)作為制圖規(guī)則的集合，提供對(duì)規(guī)則的定義、存儲(chǔ)、管理等功能，由于專(zhuān)題制圖涉及規(guī)則眾多、總結(jié)困難、難以形式化表達(dá)等原因，對(duì)專(zhuān)題制圖規(guī)則庫(kù)的研究還在起步階段（馬健等，2013）。

本體（Ontology）原是一個(gè)哲學(xué)上的概念，用于描述事物的本質(zhì)，在近幾年作為信息抽象和知識(shí)描述的工具被計(jì)算機(jī)領(lǐng)域所采用（丘威等，2006）。本體的定義有很多，被廣泛的接受是：本體是一種形式化的，對(duì)于共享概念體系的明確而又詳細(xì)的說(shuō)明（Gruber，1993）。實(shí)際上，本體就是對(duì)特定領(lǐng)域之中某套概念及其相互之間關(guān)系的形式化表達(dá)。本體的應(yīng)用可以澄清領(lǐng)域知識(shí)的結(jié)構(gòu)，合理規(guī)范地表示領(lǐng)域知識(shí)，提高知識(shí)的利用效率，同時(shí)使用統(tǒng)一的術(shù)語(yǔ)和概念定義可以提高知識(shí)共享的可能性（張敏等，2010）。

XML（可擴(kuò)展標(biāo)記語(yǔ)言）已經(jīng)成為Web上信息表達(dá)和數(shù)據(jù)交換的標(biāo)準(zhǔn)。它提供了一種非常靈活的方式來(lái)表達(dá)數(shù)據(jù)：用戶可以指定自己的標(biāo)簽來(lái)表示他們的數(shù)據(jù)，XML在描述數(shù)據(jù)內(nèi)容的同時(shí)能突出對(duì)結(jié)構(gòu)的描述，從而體現(xiàn)出數(shù)據(jù)之間的關(guān)系（徐德智等，2007）。另外，XML還具有便于讀取、解析、檢驗(yàn)以及支持跨平臺(tái)共享的優(yōu)勢(shì)。

本文從面向地震應(yīng)急專(zhuān)題圖的制圖需求出發(fā)，對(duì)制圖規(guī)則進(jìn)行歸納總結(jié)，利用基于本體的XML語(yǔ)言構(gòu)建規(guī)則表達(dá)模型，實(shí)現(xiàn)制圖規(guī)則的表達(dá)、存儲(chǔ)和管理，為基于規(guī)則庫(kù)的地震應(yīng)急專(zhuān)題圖快速制圖系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和研發(fā)提供理論基礎(chǔ)和技術(shù)支持。

1　地震應(yīng)急專(zhuān)題圖的制作流程

地震應(yīng)急專(zhuān)題圖的制作流程如圖1所示，即地震發(fā)生后，首先由地震快速評(píng)估系統(tǒng)根據(jù)震中位置、發(fā)震時(shí)間和震級(jí)評(píng)估出地震影響范圍。其次，按照應(yīng)急時(shí)段來(lái)選擇相應(yīng)類(lèi)別和圖幅尺寸的專(zhuān)題圖模板，并且根據(jù)震中位置和評(píng)估影響范圍來(lái)確定專(zhuān)題圖的圖幅范圍和比例尺。再次，根據(jù)發(fā)震區(qū)域?qū)ｎ}要素的密集程度，選擇適合要素圖層的最小顯示比例尺，隱藏過(guò)密的次要要素，從而確定最終顯示的圖層內(nèi)容。接著，選取適合該類(lèi)型和圖幅尺寸的專(zhuān)題圖的符號(hào)規(guī)則及標(biāo)注規(guī)則，依次繪制要素符號(hào)和標(biāo)注，并通過(guò)沖突處理規(guī)則優(yōu)化標(biāo)注位置并避免標(biāo)注壓蓋等問(wèn)題。最后，根據(jù)地震背景信息繪制圖名、出圖時(shí)間、出圖單位和圖例等圖飾內(nèi)容，完成專(zhuān)題制圖。

圖1　地震應(yīng)急專(zhuān)題圖制作流程圖Fig.1　Flow chart of earthquake emergency thematic map production

2　地震應(yīng)急專(zhuān)題制圖規(guī)則的分類(lèi)總結(jié)

地震應(yīng)急專(zhuān)題制圖規(guī)則的歸納和總結(jié)是構(gòu)建規(guī)則庫(kù)的基礎(chǔ)。由于專(zhuān)題制圖涉及的知識(shí)錯(cuò)綜復(fù)雜，國(guó)內(nèi)外學(xué)者根據(jù)不同的需求、從不同的角度研究了制圖規(guī)則的分類(lèi)、表達(dá)方式及應(yīng)用。趙國(guó)成等（2014）按照專(zhuān)題圖的符號(hào)化過(guò)程將制圖規(guī)則分為符號(hào)化控制、制圖分層、圖形沖突處理、特殊效果處理和地圖整飾規(guī)則，用于構(gòu)建和優(yōu)化制圖模板，有利于降低制圖門(mén)檻；馬俊等（2012）將專(zhuān)題圖設(shè)計(jì)規(guī)則按照作用分為策略、描述性和控制規(guī)則，構(gòu)建了專(zhuān)題圖設(shè)計(jì)知識(shí)庫(kù)的框架體系，對(duì)產(chǎn)生式、框架式等規(guī)則表示方法有較深入的研究；田晶等（2007）根據(jù)地圖用途和用戶要求、提供數(shù)據(jù)的可能性和要素空間分布特征三個(gè)方面來(lái)歸納專(zhuān)題圖的表示方法規(guī)則，并建立了規(guī)則映射數(shù)據(jù)庫(kù)的模型，為制圖規(guī)則庫(kù)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)提供了一種參考；張文元等（2011）研究了目視航圖的要素綜合規(guī)則、符號(hào)化規(guī)則和注記配置規(guī)則，并基于ArcGIS的COM組件開(kāi)發(fā)了一個(gè)目視航圖制圖原型系統(tǒng)，是基于規(guī)則庫(kù)制圖系統(tǒng)的一個(gè)較好的實(shí)例；ESRI公司（2012）所開(kāi)發(fā)的ArcGIS軟件中，Maplex標(biāo)注引擎內(nèi)置了自動(dòng)標(biāo)注的優(yōu)化算法，具有標(biāo)注位置和沖突處理等功能，能夠比較完整地解決點(diǎn)、線、面要素標(biāo)注的壓蓋問(wèn)題。

本文充分考慮了地震應(yīng)急專(zhuān)題圖的需求特點(diǎn)以及制圖規(guī)則的技術(shù)可行性，按照專(zhuān)題圖的制作流程將制圖規(guī)則分為圖層內(nèi)容、最小比例尺、符號(hào)、標(biāo)注和沖突處理規(guī)則。其中，圖層內(nèi)容規(guī)則，即不同應(yīng)急時(shí)段應(yīng)展現(xiàn)的專(zhuān)題要素、圖層內(nèi)容及圖幅尺寸，在中國(guó)地震局組織專(zhuān)家編制并參照?qǐng)?zhí)行的《破壞性地震應(yīng)急專(zhuān)題地圖產(chǎn)出流程與制作規(guī)范（試行）》中已有明確規(guī)定，因此本文著重研究了其他四類(lèi)規(guī)則，在研究過(guò)程中主要參考了ArcGIS軟件中MapLex標(biāo)注引擎中的標(biāo)注方法（ESRI，2010），國(guó)家測(cè)繪局發(fā)布的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)（中華人民共和國(guó)國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局，中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì)，2006；中華人民共和國(guó)國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局，中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì)，2006；中華人民共和國(guó)國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局，中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì)，2007）以及制圖專(zhuān)家的建議。

（1）最小比例尺規(guī)則

最小比例尺規(guī)則是針對(duì)某要素圖層預(yù)先設(shè)定一個(gè)閾值，當(dāng)制圖比例尺小于此閾值時(shí)隱藏該圖層，以避免由于要素過(guò)度密集致使符號(hào)及標(biāo)注被壓蓋。最小比例尺規(guī)則受發(fā)震區(qū)域和圖幅尺寸的影響。由于我國(guó)不同區(qū)域居民地要素的分布密度差異較大，需根據(jù)區(qū)域特點(diǎn)來(lái)確定其最小顯示比例尺。同時(shí)，由于要素符號(hào)和標(biāo)注的大小，以及制圖比例尺均受制圖幅面影響，還需按照不同圖幅尺寸來(lái)確定最小顯示比例尺。

各要素圖層最小比例尺的計(jì)算采用的實(shí)驗(yàn)方法是在不同制圖幅面下，選擇要素相對(duì)密集的區(qū)域，以1:10000的比例尺為單位逐漸縮小當(dāng)前的制圖比例尺，直到滿足要素與要素、標(biāo)注與標(biāo)注或要素與標(biāo)注互不壓蓋條件的極限為止，此時(shí)的制圖比例尺即為該要素圖層在此圖幅尺寸下的最小比例尺。對(duì)于居民地要素圖層，還需要以省為單位，通過(guò)實(shí)驗(yàn)計(jì)算其在各省不同圖幅尺寸下的最小比例尺，如表1中鄉(xiāng)鎮(zhèn)駐地的最小比例尺所示。另外，當(dāng)?shù)卣鹩绊懛秶采w多個(gè)省份時(shí)，應(yīng)比較地震烈度Ⅷ度以上范圍內(nèi)各省居民地要素圖層的最小比例尺，取其中最大的作為該要素圖層的最小比例尺。

表1　在不同幅面下部分省份內(nèi)的鄉(xiāng)鎮(zhèn)駐地最小比例尺Table 1　Minimum scale of rural settlement layer in different provinces and map coverages

（2）符號(hào)規(guī)則

符號(hào)規(guī)則是表示專(zhuān)題要素在不同符號(hào)類(lèi)型及制圖幅面下的尺寸、線寬和填充顏色等特征。地震應(yīng)急專(zhuān)題圖的專(zhuān)題要素主要包括矢量要素和柵格要素，其中矢量要素又分為點(diǎn)、線和面三類(lèi)。點(diǎn)要素的表達(dá)包括點(diǎn)符號(hào)的空間分布、樣式和尺寸；線要素的表達(dá)包括線符號(hào)的空間分布、樣式和線寬；面要素的表達(dá)包括面符號(hào)的空間分布、暈線的樣式、線寬以及面符號(hào)的填充。柵格要素的表達(dá)采用分級(jí)渲染的方式，這種方式也可用于反映矢量要素的數(shù)量和質(zhì)量特征，如在震區(qū)歷史地震圖中，通過(guò)歷史地震要素符號(hào)的尺寸分級(jí)渲染來(lái)表示震級(jí)的大小。

本文中要素符號(hào)的樣式參考了相關(guān)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，并按照?qǐng)D幅美觀、辨識(shí)度強(qiáng)和要素分級(jí)顯示的原則來(lái)設(shè)計(jì)符號(hào)的表達(dá)。對(duì)于居民地、交通等基礎(chǔ)地理要素，還要按照不同的要素級(jí)別和制圖幅面從點(diǎn)符號(hào)的尺寸、線符號(hào)及面符號(hào)暈線的寬度等方面加以區(qū)分，如表2中居民地要素的符號(hào)尺寸隨著行政級(jí)別的上升和制圖幅面的增大而變大。

表2　在不同幅面下居民地要素的樣式和尺寸Table 2　Style and size of settlement-place symbols in different map coverages

（3）標(biāo)注規(guī)則

標(biāo)注規(guī)則是表示專(zhuān)題要素在不同符號(hào)類(lèi)型及圖幅尺寸下的標(biāo)注位置、標(biāo)注樣式、標(biāo)注距離和標(biāo)注間距等特征。地圖標(biāo)注是計(jì)算機(jī)環(huán)境下的地圖注記（喬站明等，2011），是根據(jù)要素屬性自動(dòng)生成描述性的文本并動(dòng)態(tài)地放置在要素周?chē)倪^(guò)程。由于地震應(yīng)急專(zhuān)題圖階段性和實(shí)時(shí)性的特點(diǎn)，專(zhuān)題數(shù)據(jù)和制圖比例尺是動(dòng)態(tài)變化的，需要預(yù)先設(shè)定在不同的要素類(lèi)型和制圖幅面下的標(biāo)注規(guī)則。

標(biāo)注位置與要素類(lèi)型相關(guān)，點(diǎn)、線和面要素根據(jù)其特點(diǎn)分別有不同的標(biāo)注位置規(guī)則。①點(diǎn)要素的標(biāo)注應(yīng)圍繞符號(hào)周?chē)凑諆?yōu)先級(jí)選擇最佳的位置（ESRI，2010），如圖2（a）所示，數(shù)字越小表示優(yōu)先級(jí)越高，當(dāng)最優(yōu)位置被占時(shí)，按照優(yōu)先級(jí)從高到低依次變換標(biāo)注位置，若所有位置都被占，應(yīng)按照沖突處理規(guī)則解決。②線要素的標(biāo)注位置有八種（ESRI，2010），如圖2（b）所示，標(biāo)注位置的選擇由線要素符號(hào)的特點(diǎn)決定，如街道要素符號(hào)為較寬的直線，標(biāo)注位置選擇筆直居中；河流要素符號(hào)為較細(xì)的曲線，標(biāo)注位置選擇彎曲偏移。③面要素的標(biāo)注位置有六種（ESRI，2010），如圖2（c）所示，標(biāo)注位置的選擇由面要素符號(hào)的特點(diǎn)決定，行政區(qū)劃、湖泊等面積較大的要素標(biāo)注于要素符號(hào)的幾何中心，而水庫(kù)等面積較小的要素標(biāo)注于符號(hào)周?chē)?。另外，?biāo)注位置的選擇還需參考相關(guān)制圖規(guī)范，例如行政區(qū)劃的標(biāo)注一般應(yīng)為水平，而河流和湖泊的標(biāo)注一般應(yīng)為彎曲。

圖2　點(diǎn)、線和面要素的標(biāo)注位置示意圖Fig 2　Illustrations of labeling positions of point，line and surface elements

標(biāo)注樣式包括標(biāo)注的字體、顏色和尺寸。標(biāo)注的字體一般采用微軟雅黑。對(duì)于基礎(chǔ)地理要素，如居民地等，標(biāo)注顏色一般選取黑色。但是對(duì)于需要突出表達(dá)的專(zhuān)題要素，如交通、水系等，標(biāo)注的顏色與符號(hào)的顏色一致。標(biāo)注的尺寸與要素符號(hào)的尺寸類(lèi)似，也與要素級(jí)別和制圖幅面相關(guān)，可參考要素符號(hào)的尺寸、要素密度及重要性來(lái)設(shè)計(jì)。

標(biāo)注距離是指要素符號(hào)與要素標(biāo)注之間的距離，適用于點(diǎn)要素和標(biāo)注在符號(hào)周?chē)拿嬉?。?biāo)注距離有兩個(gè)參數(shù)：最佳距離和最大距離。當(dāng)在最佳距離的要素標(biāo)注與其他要素符號(hào)或標(biāo)注沖突時(shí)，可放置在最大距離范圍內(nèi)的其他地方。標(biāo)注距離的設(shè)置應(yīng)注意要素級(jí)別，如鄉(xiāng)鎮(zhèn)要素標(biāo)注的最佳距離為1個(gè)單位，最大距離為最佳距離的1倍，則區(qū)縣要素標(biāo)注的最佳距離為2個(gè)單元，最大距離為最佳距離的2倍。這是由于區(qū)縣要素常常被密集的鄉(xiāng)鎮(zhèn)要素包圍，適當(dāng)增加區(qū)縣要素的標(biāo)注距離能有效地避免標(biāo)注壓蓋。

標(biāo)注間距是指要素標(biāo)注中，字與字之間允許的最大距離，適用于線要素和標(biāo)注在符號(hào)內(nèi)的面要素。為了標(biāo)注美觀和設(shè)計(jì)方便，標(biāo)注間距的單位為該標(biāo)注中字符的寬度，一般將標(biāo)注間隔設(shè)置為5個(gè)字符寬度。允許標(biāo)注沿線要素或在面要素內(nèi)部間隔分布能夠一定程度上避免標(biāo)注壓蓋。

（4）沖突處理規(guī)則

沖突處理規(guī)則是處理標(biāo)注與標(biāo)注、標(biāo)注與符號(hào)之間壓蓋問(wèn)題的策略，包括標(biāo)注優(yōu)先級(jí)、要素權(quán)重、標(biāo)注隱藏、標(biāo)注堆放、標(biāo)注縮小和刪除重復(fù)標(biāo)注等六種規(guī)則。

標(biāo)注優(yōu)先級(jí)是指繪制要素標(biāo)注的順序，優(yōu)先級(jí)較高的標(biāo)注會(huì)先于優(yōu)先級(jí)較低的標(biāo)注放置。并且當(dāng)標(biāo)注間發(fā)生沖突時(shí)，優(yōu)先級(jí)較低的要素標(biāo)注將被換到其他位置、縮小甚至隱藏，以保證優(yōu)先級(jí)較高的要素標(biāo)注不被遮擋。標(biāo)注優(yōu)先級(jí)的設(shè)置應(yīng)遵循專(zhuān)題要素高于底圖要素、點(diǎn)要素高于線要素及線要素高于面要素的原則。

要素權(quán)重是指要素的相對(duì)重要性，給每個(gè)要素設(shè)置一個(gè)權(quán)重（0—100），以避免標(biāo)注壓蓋重要的要素。權(quán)重為0的要素視為可以壓蓋，而權(quán)重為100的要素則視為不能被壓蓋。當(dāng)沒(méi)有標(biāo)注空間而必須壓蓋要素時(shí)，選擇總權(quán)重最低的要素。對(duì)于不同專(zhuān)題圖，應(yīng)首先確保專(zhuān)題要素不被壓蓋，如行政區(qū)劃圖中鄉(xiāng)鎮(zhèn)以上級(jí)別的居民點(diǎn)，要素權(quán)重應(yīng)設(shè)置為100；交通圖中機(jī)場(chǎng)和碼頭要素權(quán)重應(yīng)設(shè)置為100。

標(biāo)注隱藏是指在要素或標(biāo)注密集區(qū)域，依據(jù)標(biāo)注的優(yōu)先級(jí)和權(quán)重，隱藏部分重要性較低的要素標(biāo)注，如行政村、縣道、四級(jí)以下河流等。

標(biāo)注堆放是指對(duì)于較長(zhǎng)的標(biāo)注或者復(fù)合標(biāo)注（兩項(xiàng)或者多項(xiàng)要素屬性組成的標(biāo)注），可以采取堆放的形式來(lái)節(jié)約橫向空間。換行位置可以通過(guò)空格等標(biāo)識(shí)符或者設(shè)定的每行最大字符數(shù)來(lái)選擇。

標(biāo)注縮小是指對(duì)標(biāo)注的尺寸做適當(dāng)?shù)目s小，以適應(yīng)標(biāo)注密集區(qū)域。一般設(shè)置為在原始標(biāo)注尺寸上縮小2號(hào)。

刪除重復(fù)標(biāo)注是指對(duì)于重復(fù)的要素標(biāo)注有選擇地進(jìn)行刪除，多用于線狀要素?？梢栽O(shè)置不允許標(biāo)注出現(xiàn)重復(fù)的距離閾值，刪除小于這一閾值內(nèi)的重復(fù)標(biāo)注。

作者通過(guò)Arcmap軟件實(shí)現(xiàn)了以上制圖規(guī)則，并已應(yīng)用于數(shù)次大震應(yīng)急專(zhuān)題圖中，如圖3所示。本文又以駐地要素為例，在相同地區(qū)、比例尺和幅面下繪制了應(yīng)用規(guī)則前后的兩幅專(zhuān)題圖，如圖4所示。應(yīng)用規(guī)則前，要素密集區(qū)域存在許多標(biāo)注壓蓋問(wèn)題，使得駐地信息的可讀性極差；應(yīng)用標(biāo)注后，標(biāo)注位置規(guī)則使標(biāo)注被放置在最優(yōu)位置，標(biāo)注距離規(guī)則使尺寸較大的標(biāo)注避開(kāi)了要素密集區(qū)域，標(biāo)注優(yōu)先級(jí)規(guī)則保證了更重要的要素標(biāo)注的可讀性，要素權(quán)重規(guī)則避免了標(biāo)注與要素的重疊，標(biāo)注縮小規(guī)則使密集區(qū)域的要素也能在無(wú)壓蓋的前提下標(biāo)注。應(yīng)用規(guī)則后的專(zhuān)題圖在清晰度、完整度和美觀度方面都顯著優(yōu)于前者。

圖3　基于制圖規(guī)則的地震應(yīng)急專(zhuān)題圖示例Fig 3　Illustration of earthquake emergency thematic map based on cartography rules

3　制圖規(guī)則的領(lǐng)域本體模型及應(yīng)用

上文所總結(jié)的制圖規(guī)則是通過(guò)非結(jié)構(gòu)化語(yǔ)言表達(dá)的，計(jì)算機(jī)無(wú)法識(shí)別，也就無(wú)法應(yīng)用在專(zhuān)題圖快速制圖系統(tǒng)中。因此，本文嘗試?yán)帽倔w模型，對(duì)制圖規(guī)則涉及的各種知識(shí)及其關(guān)系進(jìn)行抽象，以形式化和結(jié)構(gòu)化的語(yǔ)言進(jìn)行表達(dá)，使計(jì)算機(jī)能夠識(shí)別和推理，并為制圖規(guī)則的應(yīng)用提供語(yǔ)義支持.

3.1領(lǐng)域本體

領(lǐng)域本體是用于描述指定領(lǐng)域知識(shí)的一種專(zhuān)門(mén)本體，是對(duì)特定領(lǐng)域內(nèi)概念及概念間關(guān)系的精確描述。領(lǐng)域本體是一個(gè)四元組，記作O=｛C，A，R，I｝。其中，C是概念集，指特定領(lǐng)域中屬于概念的集合；A表示屬性集，主要用來(lái)表現(xiàn)概念自身的特征；R是關(guān)系集，指領(lǐng)域中概念間的相互作用；I為實(shí)例集，指概念中的具體例子。

3.2制圖規(guī)則表達(dá)模型的構(gòu)建

關(guān)于專(zhuān)題制圖規(guī)則領(lǐng)域本體表達(dá)模型的研究甚少，因此本文中制圖規(guī)則表達(dá)模型的構(gòu)建借鑒了其他領(lǐng)域本體的應(yīng)用情況。作者按照以下四個(gè)步驟構(gòu)建應(yīng)急專(zhuān)題制圖規(guī)則的領(lǐng)域本體模型。

（1）提取地震應(yīng)急專(zhuān)題制圖規(guī)則領(lǐng)域中的重要概念。領(lǐng)域本體是描述概念以及概念與概念之間的關(guān)系，首先要列舉出制圖規(guī)則領(lǐng)域中的所有概念以及對(duì)該概念的詳細(xì)解釋?zhuān)⑶裔槍?duì)每個(gè)概念，要列出它所有可能的屬性，每個(gè)屬性都有對(duì)應(yīng)的屬性值。本文第2節(jié)中已經(jīng)對(duì)制圖規(guī)則相關(guān)的術(shù)語(yǔ)、概念和屬性作了詳盡的說(shuō)明，此處不再贅述。

圖4　標(biāo)注和沖突處理規(guī)則應(yīng)用對(duì)比圖Fig 4　Before-and-after map of applying the rules of labeling and conflict resolution

（2）將制圖規(guī)則領(lǐng)域概念分類(lèi)組織，描述概念間的類(lèi)屬關(guān)系，建立本體框架。通過(guò)步驟1已經(jīng)產(chǎn)生了制圖規(guī)則領(lǐng)域中大量的概念和術(shù)語(yǔ)，但是缺乏組織結(jié)構(gòu)，這時(shí)需要按照一定的邏輯將它們進(jìn)行分組，從而形成一個(gè)知識(shí)的框架體系，得到領(lǐng)域本體的框架結(jié)構(gòu)，如圖5所示。

（3）定義概念與概念之間的關(guān)系及概念的實(shí)例。在搭建完成本體框架以后，要定義概念間關(guān)系，其中有4種基本關(guān)系：①概念之間整體與部分的關(guān)系，part-of；②概念之間的繼承關(guān)系，kind-of；③概念的實(shí)例與概念間的關(guān)系，instance-of；④概念是另一個(gè)概念的屬性，attribute-of。以圖5為例，要素圖層是專(zhuān)題圖的組成部分之一，是整體與部分的關(guān)系；標(biāo)注樣式、間距、距離和位置均是標(biāo)注表達(dá)規(guī)則，是繼承關(guān)系；要素類(lèi)型是對(duì)要素圖層性質(zhì)的說(shuō)明，是要素圖層的屬性；A3、A1或A0是地震應(yīng)急專(zhuān)題圖常用的制圖幅面，是專(zhuān)題圖關(guān)于圖幅尺寸的一個(gè)實(shí)例。另外，在明確了概念間的關(guān)系后，就需要將概念的實(shí)例填入到本體中，實(shí)例可以是數(shù)字、符號(hào)、文本、公式甚至是規(guī)則。

（4）利用XML語(yǔ)言對(duì)制圖規(guī)則的領(lǐng)域本體進(jìn)行形式化描述。制圖規(guī)則領(lǐng)域的本體框架及關(guān)系為基于XML的規(guī)則表達(dá)奠定了基礎(chǔ)。在本體框架中，具有包含和繼承關(guān)系的概念定義為XML文檔中的元素和子元素；對(duì)象類(lèi)型的屬性定義為對(duì)應(yīng)元素的子元素；簡(jiǎn)單類(lèi)型的屬性定義為對(duì)應(yīng)元素的屬性。元素之間的嵌套關(guān)系對(duì)應(yīng)于對(duì)象模型的層狀關(guān)系。

圖5　應(yīng)急專(zhuān)題制圖規(guī)則的本體框架及關(guān)系Fig 5　Ontology framework and relationship of cartography rules in emergency thematic map

圖6是基于XML的應(yīng)急專(zhuān)題制圖規(guī)則數(shù)據(jù)文檔中的示例，描述了標(biāo)注規(guī)則中的地震數(shù)據(jù)標(biāo)注子類(lèi)里震中要素的標(biāo)注規(guī)則，包括標(biāo)注樣式、標(biāo)注位置、標(biāo)注距離以及要素優(yōu)先級(jí)和權(quán)重等規(guī)則。XML標(biāo)簽的嵌套結(jié)構(gòu)有效地表達(dá)了本體框架中的樹(shù)狀關(guān)系，使制圖規(guī)則的表達(dá)簡(jiǎn)明、清晰。

圖6　制圖規(guī)則本體的XML表達(dá)示例Fig 6　Illustration of describing cartography rules using XML

3.3制圖規(guī)則數(shù)據(jù)的管理

在完成制圖規(guī)則本體模型的構(gòu)建和基于XML的本體表達(dá)語(yǔ)言的研究后，本文還實(shí)現(xiàn)了制圖規(guī)則庫(kù)的管理，如圖7所示，通過(guò)XML解析器自動(dòng)分析規(guī)則文件的結(jié)構(gòu)，并通過(guò)圖形化界面快速讀取、查詢和編輯制圖規(guī)則數(shù)據(jù)文件，為基于規(guī)則庫(kù)的地震應(yīng)急專(zhuān)題圖快速制圖系統(tǒng)的研發(fā)奠定了基礎(chǔ)。

圖7　應(yīng)急專(zhuān)題制圖規(guī)則庫(kù)管理應(yīng)用示例Fig 7　Illustration of cartography rules management of emergency thematic map

4　結(jié)束語(yǔ)

本文分析了地震應(yīng)急專(zhuān)題圖快速制圖系統(tǒng)的現(xiàn)狀和問(wèn)題，提出研究基于規(guī)則庫(kù)的專(zhuān)題圖快速生成技術(shù)的必要性，結(jié)合地震應(yīng)急專(zhuān)題圖的需求特點(diǎn)和制作流程對(duì)制圖規(guī)則進(jìn)行歸納總結(jié)，在魯?shù)榈却笳饝?yīng)急中得到應(yīng)用，提高了地震應(yīng)急專(zhuān)題圖的美觀度和清晰度。文中在研究應(yīng)急專(zhuān)題制圖規(guī)則的框架體系及關(guān)系的基礎(chǔ)上，構(gòu)建了基于領(lǐng)域本體和XML的制圖規(guī)則表達(dá)模型，并實(shí)現(xiàn)了規(guī)則庫(kù)的圖形化管理，為基于規(guī)則庫(kù)的地震應(yīng)急專(zhuān)題圖快速制圖系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和研發(fā)提供理論基礎(chǔ)和技術(shù)支持，有助于進(jìn)一步提高地震應(yīng)急專(zhuān)題制圖的規(guī)范性、時(shí)效性和便捷性。XML能表達(dá)應(yīng)急專(zhuān)題制圖規(guī)則領(lǐng)域本體中的基本關(guān)系，但無(wú)法表達(dá)包含If-Then條件關(guān)系的產(chǎn)生式規(guī)則，在以后工作中需繼續(xù)研究制圖規(guī)則的表達(dá)方式，完善制圖規(guī)則內(nèi)容，研發(fā)基于規(guī)則庫(kù)的地震應(yīng)急專(zhuān)題圖快速制圖系統(tǒng)。

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The Research of Earthquake Emergency Thematic Mapping Rules and Its Domain Ontology Model

Xi Nan，Yang Tianqing and Jiang Lixin
（China Earthquake Networks Center，Beijing 100045）

In this paper，we discuss the requirement of earthquake emergency thematic auto-mapping system，analyze three characteristics of emergency thematic map including regional differences，stages and real time，and then classify thematic mapping rules into minimum-scale rule，symbol rule，labeling rule and conflict-solution rule according to the process of thematic mapping.After inducing and concluding emergency thematic mapping rules，we construct the expression model of the rules based on domain ontology and XML，realize the graphical management of data with the rules，and provide theoretical basis and technical support for the design and development of earthquake emergency thematic auto-mapping system.

Emergency Thematic Map；Cartography Rules；Domain Ontology；XML

國(guó)家科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目（2012BAK15B06）資助

2015-04-11

席楠，男，生于1986年。工程師。主要從事地震應(yīng)急和GIS應(yīng)用研究。Email：xinan314@seis.ac.cn