專題地圖數(shù)據(jù)知識庫建設(shè)研究

程思聰，杜田，徐鵬飛

(1.武漢市測繪研究院，湖北 武漢 430022； 2.武漢大學(xué)資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，湖北 武漢 430079)

1 引 言

在互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與思維方式滲透全社會的今天，測繪信息獲取手段日新月異，帶來地理信息測繪領(lǐng)域的飛速發(fā)展。專題地圖作為測繪成果的重要形式，是測繪服務(wù)大眾最直觀的工具。目前的專題地圖編制不管從技術(shù)手段、數(shù)據(jù)管理、應(yīng)用領(lǐng)域等方面都有一定的局限性。從編制技術(shù)來說，多以CorelDRAW、AI等圖形處理軟件為主，以求最大程度獲取視覺效果；從數(shù)據(jù)特征來說，缺乏統(tǒng)一的規(guī)范和精確的數(shù)學(xué)坐標(biāo)，與基礎(chǔ)地形圖等測繪信息之間難以建立嚴(yán)格的對應(yīng)關(guān)系；從數(shù)據(jù)管理來說，目前以地圖產(chǎn)品為單元進(jìn)行地圖數(shù)據(jù)的管理，造成更新維護(hù)重復(fù)，降低了地圖管理的效率。針對這些問題，本文研究構(gòu)建專題地圖知識庫，通過對專題地圖數(shù)據(jù)進(jìn)行規(guī)范化處理，構(gòu)建標(biāo)準(zhǔn)地圖數(shù)據(jù)庫，將制圖規(guī)則經(jīng)驗(yàn)以知識庫的形式進(jìn)行存儲，為地圖編制技術(shù)的智能化應(yīng)用建立導(dǎo)向基礎(chǔ)，在保證成圖效果的前提下實(shí)現(xiàn)快速模板式出圖[1]。

2 專題地圖知識庫介紹

知識庫是知識工程中結(jié)構(gòu)化、易操作、易利用、全面有組織的知識群集，是針對某一(或某些)領(lǐng)域問題求解的需要，采用某種(或若干)知識表示方式在計(jì)算機(jī)存儲器中存儲、組織、管理和使用互相聯(lián)系的知識片集合。專題地圖知識庫將專題地圖編制中涉及的知識片通過歸類整理，融合專家設(shè)計(jì)思想及各種規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，在某種程度上實(shí)現(xiàn)知識的積累，最終以自動或半自動的方式作用于地圖數(shù)據(jù)要素上，既能減輕制圖人員的工作強(qiáng)度，也可以從成果質(zhì)量控制上起到監(jiān)督規(guī)范作用[2]。

相對于專題地圖數(shù)據(jù)庫，知識庫是一個(gè)更為綜合的概念，它將各種類型的數(shù)據(jù)庫信息融合形成具有傳遞導(dǎo)向性的工具體系。通過專題地圖知識庫的建設(shè)，實(shí)現(xiàn)從個(gè)人制圖能力到制圖知識的轉(zhuǎn)變，通過對各種數(shù)據(jù)要求、制圖規(guī)范、質(zhì)量控制等內(nèi)容進(jìn)行研究分析，結(jié)合經(jīng)驗(yàn)積累及專家意見，封裝為一個(gè)導(dǎo)向性知識體系，輔助專題地圖編制生產(chǎn)。

3 建設(shè)目標(biāo)

專題地圖知識庫的構(gòu)建以指導(dǎo)地圖編制工作實(shí)踐為主，在保證地圖視覺效果的同時(shí)解決上述地圖數(shù)據(jù)管理帶來的問題。本文專題地圖知識庫的構(gòu)建是建立在CorelDRAW制圖的基礎(chǔ)上，專題地圖知識庫是數(shù)據(jù)庫、制圖規(guī)則、數(shù)據(jù)框架等要素的融合，其中包含地圖數(shù)據(jù)、標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)、參數(shù)規(guī)則等一系列的內(nèi)容，從地圖數(shù)據(jù)管理、維護(hù)、更新、編制等方面進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的構(gòu)建，從而盡量減少制圖人員能力對地圖成果質(zhì)量的影響，提高制圖效率。

專題地圖知識庫以武漢市專題地圖為建設(shè)范圍，對不同尺度地圖數(shù)據(jù)要求、制圖規(guī)范、質(zhì)量控制等內(nèi)容進(jìn)行研究分析，建設(shè)成果包括專題地圖分類分層及編碼體系、常規(guī)幅面地圖內(nèi)容標(biāo)準(zhǔn)體系、統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)地圖數(shù)據(jù)、地圖專題庫、符號庫、顏色庫六個(gè)部分，其中專題地圖分類分層及編碼體系，常規(guī)幅面地圖內(nèi)容標(biāo)準(zhǔn)體系構(gòu)建知識規(guī)則，統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)地圖數(shù)據(jù)搭建知識基礎(chǔ)框架，專題庫、符號庫與顏色庫等構(gòu)成知識專題元素，共同組成專題地圖知識庫的全部內(nèi)容。

4 關(guān)鍵技術(shù)點(diǎn)

4.1 專題地圖分類分層及編碼體系

按照公開版地圖數(shù)據(jù)的組織方式，結(jié)合基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)要素規(guī)范與地理信息公共服務(wù)平臺數(shù)據(jù)規(guī)范[3]，對地圖要素類別、層次、編碼等內(nèi)容進(jìn)行規(guī)范制定。同時(shí)為方便今后數(shù)據(jù)更新與利用，建立起與基礎(chǔ)地理信息庫的對應(yīng)關(guān)系。

(1)要素分層結(jié)構(gòu)

不同于基礎(chǔ)地形圖的測繪規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，專題地圖要素更多是從社會應(yīng)用的角度出發(fā)，按照不同社會性質(zhì)進(jìn)行分類。根據(jù)專題地圖的圖面構(gòu)造特征，主要由基礎(chǔ)地理底圖要素、專題信息要素與附加信息要素構(gòu)成。其中基礎(chǔ)地理底圖要素主要起到背景定位作用，提高整個(gè)專題地圖的表達(dá)和傳輸效果[4]。專題信息體現(xiàn)專題地圖的主題表達(dá)功能，而附加信息要素承擔(dān)了專題地圖的視覺效果功能。結(jié)構(gòu)框架如圖1所示：

圖1 專題地圖要素分層結(jié)構(gòu)

(2)編碼結(jié)構(gòu)

要素編碼主要是為了方便向?qū)捷o助地圖編制的需要，使要素類別與層次特征能通過代碼識別，減少人工判斷干預(yù)。此外，為了與基礎(chǔ)地形圖數(shù)據(jù)庫相對接，便于今后數(shù)據(jù)更新維護(hù)與信息共享，每個(gè)要素編碼與相應(yīng)的地形圖數(shù)據(jù)編碼相對應(yīng)，由于分類體系不同，二者之間不存在一一對應(yīng)的關(guān)系。

要素編碼采用層次編碼法，將字母與數(shù)字相結(jié)合與專題信息分類相對應(yīng)。主題門類采用字母ABC表示，一級子類、二級子類、三級子類依據(jù)等級制和完全十進(jìn)制，幾何類型碼采用P、L、A、T分別標(biāo)識點(diǎn)、線、面以及文字要素類型，最終形成五層八位數(shù)字與字母相結(jié)合的專題信息類別體系。具體結(jié)構(gòu)如圖2所示：

圖2 專題地圖要素分層分類編碼

4.2 專題地圖統(tǒng)一框架標(biāo)準(zhǔn)

將不同范圍、不同尺度的地圖數(shù)據(jù)整合成全市域范圍完整統(tǒng)一的框架，并建立與基礎(chǔ)地理信息之間的坐標(biāo)對應(yīng)關(guān)系。此框架將作為專題地圖更新維護(hù)的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)，也是進(jìn)行不同比例尺、不同范圍、不同專題的專題地圖編制的唯一數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，從而徹底改變以往地圖管理與編制多個(gè)數(shù)據(jù)源帶來的重復(fù)建設(shè)、管理混亂、缺乏統(tǒng)一規(guī)范等問題。主要包括以下建設(shè)內(nèi)容：

(1)坐標(biāo)格網(wǎng)構(gòu)建

構(gòu)建專題地圖與2000地形圖坐標(biāo)格網(wǎng)的映射關(guān)系，使專題地圖數(shù)據(jù)與地形圖、影像圖之間能準(zhǔn)確套合，從而更好地保證專題地圖數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。格網(wǎng)映射圖如圖3所示：

圖3 格網(wǎng)映射圖

(2)數(shù)據(jù)整合與更新

通過格網(wǎng)映射，不同比例尺和范圍的地圖數(shù)據(jù)可以進(jìn)行套合，如圖4所示，從而將其整合為一套數(shù)據(jù)，成為信息最豐富完整的地圖數(shù)據(jù)源，主要包括套合、接邊與更新處理工作。其中套合接邊是針對同一區(qū)域不同尺度的數(shù)據(jù)處理。利用相同范圍的格網(wǎng)映射將不同比例尺的地圖數(shù)據(jù)進(jìn)行套合，并使大比例尺地圖數(shù)據(jù)信息添加到統(tǒng)一框架體系中，同時(shí)對相鄰區(qū)域進(jìn)行接邊。由于過去不同數(shù)據(jù)源沒有統(tǒng)一的數(shù)據(jù)規(guī)范，因此在同一界線、路網(wǎng)等要素會出現(xiàn)套合偏差，要對這種相同要素之間的偏差進(jìn)行編輯糾正。

(3)規(guī)范化處理

根據(jù)專題地圖分類分層及編碼體系對統(tǒng)一框架進(jìn)行規(guī)范處理，將圖層按照“要素名稱”進(jìn)行統(tǒng)一命名，明確每一條要素信息的分類及層次。統(tǒng)一框架的成果如圖5所示：

圖4數(shù)據(jù)套合

圖5 統(tǒng)一框架圖

4.3 常規(guī)幅面地圖參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)專題地圖編制工作實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，一般是按照圖幅尺寸規(guī)格進(jìn)行編制。充分考慮規(guī)格需求的同時(shí)，也要兼顧工作量，因此應(yīng)選擇合適的圖幅尺度進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)制定[5]。武漢市公共地圖及各類專題地圖主要包括A4幅面、A3幅面、四開、對開和掛圖等常規(guī)幅面(如表1所示)，每種常見幅面針對相應(yīng)的地圖范圍和比例尺，由此總結(jié)出14個(gè)制圖參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)，此標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了不同幅面和范圍的地圖內(nèi)容和要素參數(shù)。

常規(guī)幅面地圖參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)表 表1

參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)表中，包含對點(diǎn)、線、面、注記要素的形態(tài)參數(shù)的設(shè)定，結(jié)構(gòu)如表2所示：

要素參數(shù)表 表2

4.4 專題信息庫

在過去的專題地圖編制過程中，很多由專業(yè)單位提供的專題信息零散地存貯在各個(gè)不同的專題地圖中，跟隨歸檔文件分散存儲，只有位置名稱等圖面顯示的屬性，隨著時(shí)間推移，最終往往成為碎片化的、不完整的無效信息，形成資源浪費(fèi)。針對這部分專題信息建立專題信息庫，將所有專題信息在同一坐標(biāo)體系下集中存儲，并建立規(guī)范的屬性字段表，包括專題名稱、編碼、來源、時(shí)間等，成為各行業(yè)的專題信息庫，既是對歷史數(shù)據(jù)的規(guī)范整理，也為今后進(jìn)行交互式地圖定制服務(wù)積累專題資源。

專題信息庫結(jié)構(gòu)如圖6所示：

圖6 專題信息庫結(jié)構(gòu)

4.5 符號庫與顏色庫

(1)符號庫構(gòu)建

針對專題地圖編制中的常用符號建立不同類型的符號庫，利用CorelDRAW符號庫管理器進(jìn)行統(tǒng)一管理。符號庫的分類分層體系與專題地圖要素保持一致，其符號編碼是在專題地圖要素編碼的基礎(chǔ)上擴(kuò)展三位順序碼，用于標(biāo)識每個(gè)符號，符號庫結(jié)構(gòu)如圖7所示。

圖7 符號庫結(jié)構(gòu)

(2)顏色庫

顏色庫使用CorelDRAW中自帶的調(diào)色板管理器進(jìn)行管理，利用調(diào)色板編輯器進(jìn)行顏色樣式的編輯，主要包括顏色的編輯、添加、刪除以及排序重置等功能。通過編輯器新建的顏色樣式可導(dǎo)出為XML文件，也能被其他cdr文件導(dǎo)入使用。專題地圖顏色庫中存儲了多種配色風(fēng)格，如簡約、潔凈、清新、浪漫、明亮、濃烈、強(qiáng)硬等，適用于符號設(shè)計(jì)時(shí)選取搭配，除此之外，形成由淺至深不同亮度和飽和度的色彩搭配，專門用于行政區(qū)劃的底色填充。

4.6 專題地圖知識庫的應(yīng)用探索

專題地圖知識庫構(gòu)建了專題地圖的制圖模式、數(shù)據(jù)規(guī)范等知識規(guī)則，在此基礎(chǔ)上，通過CorelDRAW VBA進(jìn)行二次開發(fā)探索，嘗試實(shí)現(xiàn)CorelDRAW平臺下限定地圖主題與范圍的下向?qū)捷o助制圖，包括地圖數(shù)據(jù)準(zhǔn)備與自動參數(shù)配置。其中地圖數(shù)據(jù)準(zhǔn)備是根據(jù)地圖主題、范圍、比例尺從統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)地圖框架中選取合適的地圖內(nèi)容，自動參數(shù)配置是根據(jù)常規(guī)幅面地圖參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)則表以及相應(yīng)的符號庫對地圖數(shù)據(jù)進(jìn)行自動參數(shù)配置。

圖8 專題地圖知識庫應(yīng)用探索

5 小 結(jié)

專題地圖知識庫的構(gòu)建針對實(shí)際地圖編制的現(xiàn)狀問題，從“先建庫，后制圖”的角度出發(fā)[6]，以提高地圖編制效率、減少人為誤差為目標(biāo)，一定程度上解決了地圖數(shù)據(jù)組織混亂、數(shù)據(jù)管理復(fù)雜低效等問題，突破了過去專題地圖成果與地理信息系統(tǒng)開發(fā)應(yīng)用之間的障礙，實(shí)現(xiàn)了地圖編制互聯(lián)網(wǎng)轉(zhuǎn)型的第一步。后期應(yīng)對知識庫內(nèi)容擴(kuò)充，考慮多源數(shù)據(jù)資料的入庫[7]，對知識內(nèi)容要素進(jìn)一步細(xì)化，建立多尺度地圖制圖模型[8]，同時(shí)對專題地圖知識庫的應(yīng)用進(jìn)行深入探索，進(jìn)一步開發(fā)向?qū)捷o助設(shè)計(jì)系統(tǒng)，使專題地圖知識庫為互聯(lián)網(wǎng)平臺下地圖編制智能化應(yīng)用打下良好的基礎(chǔ)，并應(yīng)用于生產(chǎn)實(shí)踐中。