基于ArcGIS數(shù)據(jù)驅(qū)動頁面技術的控規(guī)快速制圖
——以福清控規(guī)單元劃分為例

魏銘 馮俊杰 郭螣昕 張偉勛

(福建省城鄉(xiāng)規(guī)劃設計研究院 福建福州 350001)

0 引言

2018年3月，國務院機構(gòu)改革方案公布，將住建部門的規(guī)劃管理職能納入新組建的自然資源部，新部委隨后提出建立國土空間規(guī)劃體系的要求。在此過渡期間內(nèi)，規(guī)劃編制單位的相關規(guī)劃成果既要滿足于傳統(tǒng)住建體系規(guī)劃要求，又要考慮和未來國土規(guī)劃體系接軌。各規(guī)劃院急需發(fā)展一套可相互兼容、靈活敏捷的編制和制圖流程?；诖?，本研究結(jié)合福清單元控規(guī)劃分這類制圖與可視化工作量繁重的控規(guī)類項目，發(fā)展一套基于數(shù)據(jù)驅(qū)動頁面技術的控規(guī)快速制圖流程。

“數(shù)據(jù)驅(qū)動”在這里有兩個定義：廣義定義為依靠數(shù)據(jù)而不是直覺或個人經(jīng)驗進行事件驅(qū)動的過程；狹義定義為一種面向表編程的計算機編程范式[1]?！皵?shù)據(jù)驅(qū)動頁面”是ESRI公司在ArcGIS產(chǎn)品進入10代后開發(fā)的制圖模塊，它基于要素圖層或索引圖層將不同地理數(shù)據(jù)帶入布局視圖的動態(tài)元素當中，結(jié)合圖廓、圖題、指南針等靜態(tài)元素，從而生成多張圖則的制圖技術[2]。

1 CAD控規(guī)制圖流程存在的問題

歷史進程上來看，我國的規(guī)劃行業(yè)脫胎于傳統(tǒng)的建筑學。建筑工程大量使用了CAD軟件進行制圖，大部分高校的規(guī)劃專業(yè)也是從建筑專業(yè)發(fā)展而來的[3]。在制圖思路與制圖模式上也一直依賴CAD軟件，這樣能夠較好地與建筑工程進行銜接，然而CAD制圖也在規(guī)劃設計項目中帶來如下問題。

1.1 綜合制圖效率低下

CAD在繪圖的精度和自由度上有優(yōu)勢，但由于缺乏比例尺設計，沒有地圖要素符號自動注記、自動縮放和地圖要素概括能力[4]。CAD雖然也擁有布局視圖和數(shù)據(jù)模型隔離的設計邏輯，然而由于天生缺乏對屬性類數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)化索引能力，地圖要素并不能在布局視圖中進行聯(lián)動，使得CAD制圖只能一張一張出圖。雖然通過湘源、飛時達等二次開發(fā)軟件可以對部分圖框、內(nèi)圖廓線、標題等靜態(tài)元素進行自動化處理，但還是有大量表格、頁碼、標注、排版等工作無法在CAD內(nèi)部完成，仍需進入Photoshop等專業(yè)軟件進行二次加工處理，花費大量人工監(jiān)督干預的成本。

1.2 難以避免人工錯誤

當圖則數(shù)量接近幾十上百張后，表格、標注很容易發(fā)生人工置換錯誤，若此時圖則已裝訂成紙質(zhì)成果，則改圖會增加印刷成本，造成浪費。若打印成圖集后，審核未發(fā)現(xiàn)問題就交給甲方，則會造成嚴重的生產(chǎn)事故，損害設計單位的信譽。

1.3 難以標準化

由于CAD不像GIS有專門的樣式管理模塊，導致其難以有效地進行制圖標準化管理。CAD本身的數(shù)據(jù)版本和軟件版本是緊耦合的，某個版本CAD出的圖經(jīng)常在另一個版本的CAD上打不開，間接影響了工作效率，增加了溝通協(xié)作成本。

1.4 GIS化數(shù)據(jù)要求

隨著時代的發(fā)展，規(guī)劃、自然資源等部門越來越多地依靠GIS系統(tǒng)管理自己的規(guī)劃數(shù)據(jù)。以福建福清為例，福清規(guī)劃局擁有自己的GIS控規(guī)管理平臺，因此福清的控規(guī)單元劃分項目里，甲方明確提出需要提供GIS數(shù)據(jù)成果，好納入自己的GIS控規(guī)管理平臺中。若仍然像傳統(tǒng)項目那樣直接用CAD出圖則，則CAD數(shù)據(jù)要做一份，GIS數(shù)據(jù)要做一份，工作量翻倍，一旦發(fā)生指標，空間要素的修改，得改兩份數(shù)據(jù)。隨著未來機構(gòu)改革，規(guī)劃職能的遷移，越來越多的項目資料、項目成果都要求支持原生GIS數(shù)據(jù)。

1.5 難以適應未來行業(yè)發(fā)展趨勢

規(guī)劃信息化有兩個主要方向：一種以CAD環(huán)境為主，保留其大部分原生功能，二次開發(fā)添加GIS數(shù)據(jù)管理模塊[5]；另一種以GIS環(huán)境為主，二次開發(fā)添加CAD數(shù)據(jù)調(diào)用及繪圖模塊；前者對傳統(tǒng)規(guī)劃人員友好，學習成本低，但GIS數(shù)據(jù)管理及后期擴展能力弱；后者GIS數(shù)據(jù)管理及擴展能力強，但對傳統(tǒng)規(guī)劃人員有更高的專業(yè)要求。隨著規(guī)劃職能從住建向自然資源遷移，CAD這類的規(guī)劃數(shù)據(jù)將越來越難以適應自然資源使用需求。另一方面，三維、遙感影像、無人機、大數(shù)據(jù)、CFD、互聯(lián)網(wǎng)等技術在規(guī)劃設計中的應用頻率也越來越高，傳統(tǒng)基于CAD的軟件環(huán)境已無法應付這種復雜的規(guī)劃可視化表達要求[6]。

2 數(shù)據(jù)驅(qū)動制圖的優(yōu)勢

由于數(shù)據(jù)驅(qū)動頁面制圖核心技術是基于GIS平臺生態(tài)的，GIS特有的屬性數(shù)據(jù)和圖形數(shù)據(jù)分離管理特性使得流水化、模塊化生產(chǎn)制圖成為可能，在未來的規(guī)劃改革中，將發(fā)揮重大作用。

2.1 制圖效率對比

數(shù)據(jù)驅(qū)動頁面制圖的主要工作時間放在了制圖布局模板設計上，后期出圖全是自動化的，而CAD制圖每張都需要制圖人員花費相同的時間，成線性增長，當制圖工作量越大時，數(shù)據(jù)驅(qū)動制圖效益越明顯。通過實驗對比，115張圖則傳統(tǒng)CAD出圖需要約96h，數(shù)據(jù)驅(qū)動制圖初次實踐只用了36h，后期熟練后，更可縮短至8h，制圖速度提高了10倍。數(shù)據(jù)驅(qū)動制圖在改圖上和CAD制圖相比擁有絕對優(yōu)勢，傳統(tǒng)改圖無論修改量如何，一改就是一整套圖都要改，至少需要6h以上，而該技術視修改量，可降低至10min。

2.2 制圖數(shù)學基礎成熟

GIS平臺有十分成熟的數(shù)學基礎，在地理坐標精準度、坐標轉(zhuǎn)換、投影變換上有極大優(yōu)勢，再加上其擁有比例尺顯示模塊，在地圖綜合制圖概括上極其方便，在將來以地理學為主導的自然資源規(guī)劃上，親和度高。

2.3 提高服務速度與運轉(zhuǎn)周期

規(guī)劃設計類項目時常面對評審會日期不確定，從接到通知到截止時間短得不合理，多次提出修改要求的現(xiàn)實問題。我國又容易出現(xiàn)規(guī)劃“大運動”，新興項目類型短時間內(nèi)委托量巨大。在項目時間分配上，制圖占很大比例。數(shù)據(jù)驅(qū)動制圖便能很好地解決這個問題。通過提高制圖效率，從而提高規(guī)劃院的服務響應時間。由于其流水化、模塊化的特性，一個熟練的數(shù)據(jù)驅(qū)動制圖人員可以同時為多個項目進行制圖，降低了人力成本的。

2.4 新的設計表現(xiàn)語言

基于GIS的數(shù)據(jù)驅(qū)動頁面制圖在頁面排版布局上更高效，以往一些需要花費很多人工操作才能形成的樣式效果，如多頁一張圖則，單張圖則上多個指標控制表等設計可以直接使用。GIS還有利于統(tǒng)一要素符號樣式，且形式美學程度高。GIS制圖樣式管理能力強大，新設計出來的符號樣式色彩效果能快速標準化，總結(jié)后進行再開發(fā)利用。數(shù)據(jù)驅(qū)動頁面制圖的GIS平臺對色彩管理、字體、注記表現(xiàn)、跨平臺跨軟件后期處理能力也比CAD更強大。規(guī)劃設計師將擁有更多的設計表現(xiàn)語言。

2.5 規(guī)劃設計院總體設計整合能力強

規(guī)劃設計的對象城市是世界上最復雜的人造物體，未來的規(guī)劃一定是多學科、多專業(yè)一起配合設計的。隨著甲方對規(guī)劃設計的要求越來越高，將來的規(guī)劃院多源數(shù)據(jù)處理與多專業(yè)綜合分析能力會愈發(fā)重要。數(shù)據(jù)驅(qū)動制圖的GIS平臺比CAD擁有更強的數(shù)據(jù)管理整合能力，如今大量規(guī)劃院都在建立自己的規(guī)劃支持系統(tǒng)(PSS:Planning Support System)[7]；其他無論是勘察測繪，還是大數(shù)據(jù)分析，互聯(lián)網(wǎng)公眾參與，AI人工智能、物聯(lián)網(wǎng)、智慧城市等項目或應用，都極度依賴GIS技術。數(shù)據(jù)驅(qū)動制圖這種制圖技術，更契合這種規(guī)劃設計院發(fā)展趨勢。

3 數(shù)據(jù)驅(qū)動制圖的實現(xiàn)

3.1 福清控規(guī)單元劃分項目情況

福清市規(guī)劃局已編制了大量控規(guī)，但控規(guī)與總規(guī)、專項、其他控規(guī)之間缺乏銜接，控制方法單一，時效性弱，控規(guī)修編與維護十分頻繁。管理上成果不統(tǒng)一，標準化建設困難，控制指標不明確，用地審批缺乏依據(jù)，急需進行控規(guī)單元劃分來幫助編制和管理實行4個有利：有利于各項規(guī)劃的“無縫化”銜接；有利于下層控規(guī)的“標準化” 編制；有利于規(guī)劃條件的“科學化” 制定；有利于規(guī)劃平臺的“動態(tài)化”管理。福清市已花了十幾年時間搭建了一套基于GIS的規(guī)劃管理信息系統(tǒng)，控規(guī)單元劃分成果只需要提交紙質(zhì)成果和GIS數(shù)據(jù)，不需要提交CAD成果[8]。使用數(shù)據(jù)驅(qū)動制圖技術，可省去DWG及PSD工作流程，縮短整個制圖周期,如圖1所示。整個項目制圖流程圖如圖2所示。

圖1 數(shù)據(jù)驅(qū)動制圖可省去DWG及PSD制圖流程

圖2 數(shù)據(jù)驅(qū)動制圖基本流程

3.2 制圖數(shù)據(jù)準備

3.2.1坐標規(guī)整

福清控規(guī)單元劃分項目中使用到大量測繪、國土、住建、環(huán)保部門及互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)，各部門坐標系都要統(tǒng)一轉(zhuǎn)成國家2000坐標系?；咀鴺宿D(zhuǎn)換規(guī)則為：矢量數(shù)據(jù)使用同名地物點計算七參數(shù)進行轉(zhuǎn)換；轉(zhuǎn)換精度要求不高的矢量數(shù)據(jù)使用空間矯正進行紡射轉(zhuǎn)換；柵格數(shù)據(jù)也使用七參數(shù)進行轉(zhuǎn)換；影像圖、地形底圖可使用地理配準來處理。

3.2.2底圖整理

需要確保編制范圍內(nèi)底圖的完整性，不能留白。影像圖或地形暈眩圖要進行均色，調(diào)整影像對比度、飽和度、銳化，以保證底圖表現(xiàn)效果清晰，滿足地圖學審美及認知要求[9]。

3.2.3矢量圖層整理

設置好矢量圖層數(shù)據(jù)的疊置顯示順序，圖層內(nèi)無重復冗余圖層，圖層命名符合最終規(guī)范。圖層內(nèi)矢量數(shù)據(jù)無拓撲錯誤，圖層可通過幾何檢查。

3.2.4屬性數(shù)據(jù)整理

屬性數(shù)據(jù)字段無非法命名字段，字段名別名清晰易懂，字段名無重復項。屬性記錄本身無異常值。

3.3 模板制作

3.3.1圖則總體布局設計

制圖人員根據(jù)項目需求設計圖則布局，以福清控規(guī)單元劃分為例，先確定好索引圖層。本次項目中為分區(qū)單元和基本單元兩層索引圖層。然后明確需要體現(xiàn)的控規(guī)指標與管控內(nèi)容及表現(xiàn)形式，表現(xiàn)形式可以使用圖、表格、標注等方式。最后結(jié)合圖題、圖廓、圖例等要素，設計出一組圖則模板草圖如圖3所示。制圖人員根據(jù)圖則模板草圖，制作制圖模板MXD文件。

圖3 基本單元圖則模板草圖

3.3.2注記處理

有2種方法來制作注記，一種是使用ArcGIS原生自帶的標注功能來放置注記，另外一種是使用Maplex引擎。Maplex可設置注記顯示先后順序、密集區(qū)域的重點標注、注記位置、字體方向等，使得注記放置更靈活，更好地解決注記沖突問題。Maplex設置較為復雜，本次項目中使用原生標注功能。

3.3.3符號設置

符號設計主要包括點、線、面及注記。點符號一般用于表現(xiàn)公服設施，符號內(nèi)字體圖案要清晰。線符號粗細要符合地圖表達要求，部分線型重疊問題可使用ArcGIS制圖表達模塊來調(diào)整優(yōu)先級和過渡效果。面符號顏色后期有紙質(zhì)印刷要求的，需使用CMYK色彩空間來設定。

3.3.4比例尺、地圖整飾

和傳統(tǒng)地圖制圖不一樣，規(guī)劃制圖可先確定實際出圖紙張的大小，再選擇合適的比例尺。一般規(guī)劃設計使用A3大小的紙張打印，考慮到打印機600DPI，每張圖的實際紙張面積、底圖比例，再選用對應的比例尺。地圖整飾包括題注、圖廓線、頁碼、設計單位等要素，這些靜態(tài)元素是固定的不隨比例尺變化而變化，因此需在模板制作的時候就設定好，保證其大小比例和整體圖則相協(xié)調(diào)。

3.3.5蒙版

圖則中表現(xiàn)核心要素的內(nèi)容要突出，次要要素內(nèi)容顯示變淡或透明的效果，為此需要制作蒙版圖層。蒙版圖層要覆蓋整個項目范圍，蒙版顏色一般設計成無色，通過修改蒙版的透明度或?qū)Ρ榷?，來實現(xiàn)圖面主次表現(xiàn)效果。

3.4 數(shù)據(jù)驅(qū)動要素設置

3.4.1靜態(tài)元素設置

大部分靜態(tài)元素如：圖廓線、數(shù)據(jù)框大小、布局頁面大小、制作單位、項目名稱等在模板制作階段都已制作設置完成，在該階段進行最后的檢查。

3.4.2索引圖層設置

索引圖層中的逐個要素控制并定義了每頁圖則的顯示內(nèi)容。在圖則總體布局設計階段，就要明確索引圖層，并設計好索引圖層的數(shù)據(jù)標準。在索引圖層屬性字段中，要明確設計好索引字段，確保索引字段唯一性。數(shù)據(jù)總庫中其他圖層數(shù)據(jù)也要擁有索引字段，以保證后期定義查詢能正常顯示。若其他需要顯示的數(shù)據(jù)圖層沒有設定好索引字段，可通過疊加分析、空間連接等工具，完成索引屬性字段的補充。其他圖層的索引字段可不唯一。索引圖層的頁邊距可設置合適百分比，以保證圖面效果不飽和。

3.4.3動態(tài)元素設置

動態(tài)元素一般是指根據(jù)索引圖層索引號進行屬性查詢后，有著相同索引號和空間范圍的元素。數(shù)據(jù)圖層中，點、線、面要素可直接通過設置圖層的頁面查詢來完成設置。頁碼、單元號等文字，也可通過插入動態(tài)文字的方式完成設置。圖例的設置分為兩種：靜態(tài)的或動態(tài)的。靜態(tài)的可通過在頁面布局中生成總的圖例，或直接插入圖片來完成。動態(tài)圖例需要結(jié)合動態(tài)表格(Graphic Table Element)來完成。

3.4.4動態(tài)表格設置

通過查詢索引圖層的索引號，可將對應索引號要素的屬性顯示在動態(tài)表格當中。通過設置表格的數(shù)據(jù)來源來建立索引，然后設置表格的格式，確定表格的長寬高及大小粗細。定義表格字段來確定要顯示的控制指標。設置索引字段的過濾條件來設置到底要顯示多少查詢到的記錄。設置排序信息來確認表格中記錄的顯示順序。最后，設置表格內(nèi)字體大小、換行規(guī)則及表格顏色，來保證表格的美觀性。同樣可通過添加靜態(tài)表格來表現(xiàn)想要的控制指標內(nèi)容。

3.5 數(shù)據(jù)驅(qū)動排版與打印

3.5.1排版

一個單元控規(guī)往往需要不止一頁來表示，這時候需要通過設計排版頁碼規(guī)則，通過python腳本來控制排版順序。以福清單元控規(guī)為例，一個單元控規(guī)圖則分為基本單元層面，分區(qū)單元層面兩頁來表達，多個分區(qū)單元之間，還需一張分區(qū)單元范圍示意圖，來表示單元分布范圍。為此需要在模板階段就制作3個mxd文件，在索引圖層中添加模板字段，給每個索引要素添加對應調(diào)用的模板號，進行排版[10]。同時也給每個索引要素添加頁碼字段，確定打印該要素時對應輸出的頁碼。

3.5.2打印

打印階段也同樣通過python腳本來實現(xiàn)，通過編程語句，遍歷索引圖層中所有的可索引要素，并通過先前排版設置好的排版字段和頁碼字段，調(diào)用正確的模板逐頁順序打印。

4 結(jié)論

數(shù)據(jù)驅(qū)動制圖技術在林業(yè)、國土、海洋行業(yè)中使用較為普及，在規(guī)劃行業(yè)運用較少。本文通過將數(shù)據(jù)驅(qū)動頁面制圖技術實際運用在福清單元控規(guī)劃分項目中，對比了GIS數(shù)據(jù)驅(qū)動制圖與傳統(tǒng)CAD制圖的優(yōu)缺點，總結(jié)歸納了數(shù)據(jù)驅(qū)動規(guī)劃制圖的基本流程，其制圖效率及后期拓展性基本得到了福清項目組的認可。然而，CAD在建筑市政道路等工程類項目制圖中仍有著不可替代性，綜合性甲級院中CAD與GIS制圖流程數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換上仍需進一步研究。此外，數(shù)據(jù)驅(qū)動的規(guī)劃項目制圖還具有一定局限性，在傳統(tǒng)總規(guī)、控規(guī)、詳規(guī)中，部分制圖樣式仍然無法實現(xiàn)，需結(jié)合多種規(guī)劃類型項目進一步實踐完善。