地圖制圖中ArcGIS 制圖表達(dá)的實(shí)踐

衡亞麗

（山西省測(cè)繪地理信息院測(cè)繪成果應(yīng)用中心，山西 太原 030001）

0.引言

隨著當(dāng)代信息化科技水平的迅猛發(fā)展，地理信息系統(tǒng)開(kāi)始廣泛應(yīng)用，我國(guó)測(cè)繪地理信息領(lǐng)域緊跟國(guó)際研究趨勢(shì)的發(fā)展步伐，地圖制圖技術(shù)得到了進(jìn)一步提高。對(duì)于國(guó)家基本比例尺的地圖編制，最早期的辦法是首先確定投影元素基準(zhǔn)，用計(jì)算機(jī)算出經(jīng)緯交點(diǎn)及控制點(diǎn)坐標(biāo)，再將計(jì)算結(jié)果用展點(diǎn)儀繪制到紙質(zhì)地圖上，之后用直線(xiàn)將同一經(jīng)度上的控制點(diǎn)連起來(lái)，用同心圓弧線(xiàn)將同一緯度的緯線(xiàn)連起來(lái)，形成縱橫交錯(cuò)的方里網(wǎng)，建立數(shù)學(xué)基礎(chǔ)，然后才能進(jìn)行地圖編圖。隨著上世紀(jì)末不斷發(fā)展起來(lái)的航空攝影測(cè)量技術(shù)，又進(jìn)一步地縮短了地圖生產(chǎn)流程。

在紙質(zhì)地圖逐漸沒(méi)落之后，地圖制圖發(fā)展為首先建立相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫(kù)，然后連接制圖設(shè)備，進(jìn)行特定的符號(hào)化工作，通過(guò)這樣的流程完成制圖工作。在這個(gè)過(guò)程中，容易出現(xiàn)問(wèn)題，例如關(guān)鍵地圖數(shù)據(jù)的丟失和破壞，而且如果建庫(kù)數(shù)據(jù)出現(xiàn)錯(cuò)誤，為了保證數(shù)據(jù)的完整性和安全性，必須同時(shí)修改兩套數(shù)據(jù)，這樣就會(huì)導(dǎo)致工作量的增大。ArcGIS 制圖表達(dá)為應(yīng)對(duì)更為復(fù)雜的符號(hào)化要求，在這基礎(chǔ)上發(fā)展了更加現(xiàn)代化的方法，將地圖制圖與測(cè)繪測(cè)量工作相結(jié)合。經(jīng)過(guò)筆者的工作實(shí)踐，通過(guò)ArcGIS 制圖表達(dá)將制圖信息與基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)有機(jī)結(jié)合起來(lái)，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)建庫(kù)和制圖編圖有序銜接，提高了制圖效率。

1.ArcGIS 制圖表達(dá)概述

1.1 概念

ArcGIS 是一個(gè)強(qiáng)大的地理信息系統(tǒng)專(zhuān)業(yè)軟件，制圖表達(dá)是ArcgGIS 中的重要的制圖功能。經(jīng)過(guò)筆者多年研究，通過(guò)ArcGIS 強(qiáng)大的地圖制圖功能，可以進(jìn)行完整的制圖編圖工作。在ArcGIS 9.2 以及更高版本的軟件中，通過(guò)靈活應(yīng)用各種軟件功能，筆者能夠?qū)崿F(xiàn)地理信息數(shù)據(jù)地圖制圖工作的靈活統(tǒng)一，妥善解決數(shù)據(jù)之間的沖突，在工作中解決了多項(xiàng)地圖制圖難題。

筆者認(rèn)為制圖表達(dá)是一項(xiàng)重要的地圖制圖技術(shù)，是建立在強(qiáng)大地理信息功能上的地圖表達(dá)處理工具，能夠符合各種標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的要求，也可以靈活地對(duì)各種地圖符號(hào)進(jìn)行定制編輯。制圖表達(dá)是ArcGIS 數(shù)據(jù)格式中“要素類(lèi)”的一種，能夠運(yùn)用經(jīng)典的數(shù)據(jù)管理方式進(jìn)行處理。在工作實(shí)踐中，經(jīng)常需要對(duì)不同的地圖要素進(jìn)行不同的制圖表達(dá)，也就是需要將同一類(lèi)要素進(jìn)行多種符號(hào)化。所以筆者在實(shí)際工作中，將地圖符號(hào)與地圖要素共同存放在統(tǒng)一數(shù)據(jù)庫(kù)中，在使用的時(shí)候，靈活地對(duì)制圖符號(hào)進(jìn)行有目的地篩選，從而提高工作效率。

1.2 原理

針對(duì)傳統(tǒng)地圖制圖中的不足，ArcGIS 制圖表達(dá)提出了一種基于空間地理信息的地圖制圖表達(dá)機(jī)制，其原理為：在地圖制圖工作之初，先在空間地理信息的基礎(chǔ)上，建立以單要素為主的制圖數(shù)學(xué)模型，該模型能夠表達(dá)地理信息與制圖信息之間的聯(lián)系；之后，以數(shù)學(xué)模型為基礎(chǔ)對(duì)制圖信息進(jìn)行重新整合，并以此建立新的制圖表達(dá)方式；最終以ArcGIS 制圖表達(dá)機(jī)制為基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)地圖制圖工作。

1.3 地理信息與制圖信息差異分析

地理信息的表達(dá)重點(diǎn)在于體現(xiàn)實(shí)體的空間屬性，是為了滿(mǎn)足進(jìn)行GIS 空間分析的需要。而制圖表達(dá)必須符合制圖標(biāo)準(zhǔn)的要求，某種程度上來(lái)說(shuō)沒(méi)有辦法保持地理實(shí)體的完整性。雖然地理表達(dá)與制圖表達(dá)之間存在較大差異，但兩者都是以還原人類(lèi)所處的地理環(huán)境為目的，所以必須符合人對(duì)地理實(shí)體的知覺(jué)、編碼、存儲(chǔ)、記憶和解碼等一系列的空間認(rèn)知過(guò)程[1]。

由于GIS 運(yùn)行在計(jì)算機(jī)環(huán)境下，我們?cè)谑褂弥斜仨毟嬖V程序如何識(shí)別和處理地理信息。所以地理信息的表達(dá)必須在符合人類(lèi)對(duì)地理空間認(rèn)知的前提下，實(shí)現(xiàn)GIS 空間分析。另一方面，制圖表達(dá)的目的是為了地理信息的圖形化實(shí)現(xiàn)，重點(diǎn)是考慮如何滿(mǎn)足人類(lèi)視覺(jué)的要求，必須符合制圖規(guī)范和制圖經(jīng)驗(yàn)。

因此，地理信息是面向計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的分析型數(shù)據(jù)，而制圖表達(dá)是面向人類(lèi)視覺(jué)的可視化數(shù)據(jù)[2]。區(qū)別與聯(lián)系主要有5 點(diǎn)：

(1)地理信息能夠真實(shí)反映客觀(guān)世界，而制圖信息是精煉和抽象之后的信息，無(wú)法全面反映實(shí)際地理實(shí)體。這是因?yàn)樵谥茍D過(guò)程中需要改變一部分空間實(shí)體的空間信息，例如必須移動(dòng)一些的地理要素，從而避免地物互相壓蓋等等。這就改變了制圖對(duì)象的空間位置，使得GIS 數(shù)據(jù)與制圖數(shù)據(jù)出現(xiàn)錯(cuò)位。

(2)地理信息必須具有完整的地理意義，而制圖表達(dá)為符合觀(guān)圖者的視覺(jué)原理，就不需要保留地理實(shí)體的完整性。例如表達(dá)某一個(gè)地理要素時(shí)，在地理信息中一般用一個(gè)單位元素進(jìn)行表示，以保證其目標(biāo)的完整性；而在制圖表達(dá)中有可能需要利用多個(gè)元素進(jìn)行組合表示，如線(xiàn)狀地圖在出現(xiàn)交叉式時(shí)應(yīng)斷開(kāi)。

(3) 地理信息與制圖信息表達(dá)屬性信息的方式不同。屬性信息描述了地理要素的屬性特征，也稱(chēng)非幾何信息，說(shuō)明了空間要素的名稱(chēng)、種類(lèi)、權(quán)屬、編號(hào)、規(guī)模等等信息。在地理信息中，可以用屬性表的形式表示屬性信息，制圖表達(dá)通過(guò)圖形表現(xiàn)屬性，所以只有依靠包括符號(hào)、線(xiàn)型、顏色、大小、標(biāo)識(shí)、寬窄等，能夠表現(xiàn)出的屬性?xún)?nèi)容極為有限[1]。

(4）地理信息數(shù)據(jù)一般以種類(lèi)和區(qū)域進(jìn)行劃分，并不重視分幅的概念，而嚴(yán)格的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)地圖制圖必須要進(jìn)行分幅制圖。地理信息數(shù)據(jù)的要素信息要求整體連貫不間斷的，例如線(xiàn)性地物的道路，不能因?yàn)榉址鴶嗔殉啥鄺l記錄。而在制圖表達(dá)的地圖制作中，長(zhǎng)線(xiàn)性地物包括道路河流等常常被拆分成很多段。地圖制圖的工作要求，以地理信息數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，要能夠生產(chǎn)任意分幅的地圖產(chǎn)品。

(5)地理信息與地圖制圖的分層方式不一樣。為方便電腦系統(tǒng)的管理、計(jì)算和查詢(xún)，GIS 中通常以圖層的形式對(duì)空間要素進(jìn)行存儲(chǔ)和管理，也叫地理信息分層。而地圖信息的重點(diǎn)是圖形效果，需要依據(jù)壓蓋、顏色和印刷需求進(jìn)行分層，是一種普遍的制圖分層方式。

1.4 制圖表達(dá)規(guī)則

為了在現(xiàn)有地理信息的基礎(chǔ)之上，盡可能完整準(zhǔn)確地在地圖制圖時(shí)還原地理實(shí)體的空間信息，就要依據(jù)一定的制圖表達(dá)規(guī)則。

制圖表達(dá)規(guī)則是制圖表達(dá)方案中一個(gè)非常重要的組成部分，能夠包含的規(guī)則較多，其本身由符號(hào)圖層和幾何外觀(guān)構(gòu)成，能夠?qū)σ仡?lèi)中的一組要素如何進(jìn)行符號(hào)化進(jìn)行定義。通常情況下，一個(gè)制圖表達(dá)至少需要具備一個(gè)符號(hào)圖層，也可以由多個(gè)符號(hào)圖層實(shí)現(xiàn)復(fù)雜效果。圖層中符號(hào)化方案的存在，主要是為了對(duì)符號(hào)進(jìn)行重復(fù)利用，以屬性?xún)?chǔ)存的方式，存儲(chǔ)在空間數(shù)據(jù)庫(kù)中。

制圖表達(dá)可以分為兩種形式：

(1)規(guī)則制圖表達(dá)，強(qiáng)調(diào)對(duì)要素進(jìn)行符號(hào)化處理，結(jié)合預(yù)先制定好的規(guī)則實(shí)現(xiàn)制圖表達(dá)，如果要素出現(xiàn)變化，符號(hào)化形式會(huì)自動(dòng)更新[5]；

(2)自由制圖表達(dá)，需要依照制圖要求，做好符號(hào)表現(xiàn)形式的編輯，將要素與其符號(hào)化表現(xiàn)割裂開(kāi)來(lái)，若制圖過(guò)程中過(guò)度使用自由制圖表達(dá)，可能會(huì)對(duì)繪圖性能造成影響[5]。

2.使用制圖表達(dá)規(guī)則

筆者經(jīng)過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，使用制圖表達(dá)的規(guī)則有3 點(diǎn)：

（1）ArcGIS 中將符號(hào)化方案轉(zhuǎn)化為制圖表達(dá)。之后再使用要素類(lèi)屬性，在選項(xiàng)下的制圖表達(dá)編輯制圖表達(dá)的符號(hào)，便于符號(hào)的重用和共享的實(shí)現(xiàn)[4]。

（2）在ArcCatalog 中的要素類(lèi)的屬性中創(chuàng)建新規(guī)則，但這只針對(duì)簡(jiǎn)單要素類(lèi)，即沒(méi)有制圖表達(dá)屬性的要素。這個(gè)在沒(méi)有數(shù)據(jù)可用的情況下，制定新規(guī)則，建立方案和制圖規(guī)范是非常有用[4]。

（3）添加制圖表達(dá)地理處理工具創(chuàng)建制圖表達(dá)。每個(gè)圖層可以創(chuàng)建和引用多個(gè)制圖表達(dá)方案，每個(gè)制圖表達(dá)規(guī)則又由點(diǎn)、線(xiàn)、面等符號(hào)圖層組成[4]。

創(chuàng)建制圖表達(dá)后，圖層的符號(hào)信息即轉(zhuǎn)換為制圖表達(dá)符號(hào)系統(tǒng)，其相應(yīng)的符號(hào)信息將與幾何信息一起存儲(chǔ)在地理數(shù)據(jù)庫(kù)中，但是制圖表達(dá)的編輯并不會(huì)影響源數(shù)據(jù)的幾何形態(tài)[4]。

3.地圖制圖中ArcGIS 制圖表達(dá)的實(shí)踐

以筆者完成的山西省森林公園地圖制圖工作為例, ArcGIS 可以用于繪制森林公園地圖。使用arcGIS10.2 軟件的符號(hào)編輯器，針對(duì)山西省森林公園地圖編輯的要求，選取并設(shè)置粒度元素、線(xiàn)性元素、面積單位、符號(hào)、出口和主題象征。例如，線(xiàn)性符號(hào)需要制作包括大林區(qū)、灌木林、自然林、人工林和經(jīng)濟(jì)林5 類(lèi)森林圖邊界，在地圖編制上，需要注意區(qū)分這幾個(gè)符號(hào)。打開(kāi)StyleManager 字符管理系統(tǒng)接口，選擇線(xiàn)性符號(hào)庫(kù)，然后打開(kāi)一個(gè)符號(hào)編輯箱，選擇你想創(chuàng)建的線(xiàn)性符類(lèi)型，設(shè)置不同的參數(shù)符號(hào)命名和分類(lèi)，并將其保存，以便以后使用。

3.1 數(shù)據(jù)采集與錄入

將原始資料—山西省森林公園相關(guān)的紙質(zhì)圖進(jìn)行掃描矢量化，之后需要進(jìn)行初步掃描成像分析，然后以影像數(shù)據(jù)的格式存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫(kù)中。然后在工具欄中添加地理配準(zhǔn)工具圖對(duì)地形圖文件進(jìn)行結(jié)合配準(zhǔn), 每一張地形圖上選取一定數(shù)量的公里網(wǎng)交叉點(diǎn)作為控制點(diǎn)，達(dá)到校正地形圖的目的[3]。此次從地形圖中選擇6-10 個(gè)交叉點(diǎn)作為控制點(diǎn),根據(jù)交叉點(diǎn)的縱橫坐標(biāo)值校正[4]。然后，利用ArcToobox 模塊中的網(wǎng)格工具，確定網(wǎng)狀地圖類(lèi)型，運(yùn)行后獲得地圖制圖的底圖資料。然后提取數(shù)據(jù)庫(kù)中的地理元素，根據(jù)元素類(lèi)別，劃分基本數(shù)據(jù)和專(zhuān)題數(shù)據(jù)。基本數(shù)據(jù)指構(gòu)成森林圖基礎(chǔ)的行政邊界、公路、鐵路和地區(qū)邊界。專(zhuān)題數(shù)據(jù)主要指森林林地落界庫(kù)。

3.2 數(shù)據(jù)編輯處理

地形圖數(shù)據(jù)導(dǎo)入到數(shù)據(jù)庫(kù)中, 無(wú)法避免出現(xiàn)一些錯(cuò)誤。例如，在確定空間的比例時(shí)，不同要素之間的比例與實(shí)際情況有一些變化。這時(shí)要用ArcGIS 軟件的圖形編輯功能有問(wèn)題的要素?cái)?shù)據(jù)，根據(jù)不同地物要素的實(shí)際尺寸和比例確定坐標(biāo)，然后將修改結(jié)果輸入ArcGIS 制圖表達(dá)，最終確定數(shù)據(jù)間的拓?fù)潢P(guān)系是否滿(mǎn)足規(guī)范要求。

3.3 地圖制作與輸出

根據(jù)ArcGIS 確定的幾何地形圖，山西省森林圖的內(nèi)容要求對(duì)不同的元素進(jìn)行符號(hào)化和上色，而植物的地形則要求不同的元素。景觀(guān)和功能分區(qū)必須選取不同的顏色。畫(huà)色時(shí)要保證和諧統(tǒng)一，而不是盲目使用色彩。然后打開(kāi)一個(gè)ArcMap 的窗口，單擊屬性欄，找到一個(gè)選項(xiàng)和標(biāo)記層元素的標(biāo)簽，選擇正確的標(biāo)記方式、顏色、字體和大小的地圖元素。在制圖過(guò)程中，如果圖表示的規(guī)則不能滿(mǎn)足制圖的要求，它必須改變提交原始規(guī)則。為了自由表示地圖圖形樣式，筆者采用模擬狀態(tài)，將線(xiàn)要素分為幾個(gè)部分，實(shí)現(xiàn)分布處理。例如，如果道路和河流在這個(gè)項(xiàng)目中交叉，必須設(shè)置橋梁的標(biāo)志，在這個(gè)時(shí)候要使用createOverpass 工具，將圖形表達(dá)規(guī)則轉(zhuǎn)換成橋的符號(hào)，并結(jié)合地圖表達(dá)工具，以改變字符的大小、顏色和方向，以及繪制地圖規(guī)則，以解決制圖表達(dá)沖突的問(wèn)題，防止原始數(shù)據(jù)的變化，位置的空間和幾何特征，實(shí)現(xiàn)ArcGIS 制圖表達(dá)的目的。

4.結(jié)束語(yǔ)

在地理信息技術(shù)不斷進(jìn)步的大背景下, 筆者在實(shí)際工作當(dāng)中將新型測(cè)繪的高新技術(shù)與地圖制圖業(yè)務(wù)銜接起來(lái), 極大地促進(jìn)了單位日常業(yè)務(wù)中的地圖制圖效率和地圖編圖出圖質(zhì)量。經(jīng)過(guò)筆者多年對(duì)制圖表達(dá)的研究，摸索出在常規(guī)的地圖制圖業(yè)務(wù)工作中，結(jié)合ArcGIS 制圖表達(dá)與信息技術(shù), 充分發(fā)揮了GIS 全面的空間數(shù)據(jù)管理能力, 對(duì)地圖編制過(guò)程中出現(xiàn)的地物沖突、符號(hào)同化等問(wèn)題,提出了個(gè)性化和規(guī)范化的解決辦法,解決了工作中的問(wèn)題，也為提升地圖制圖效率研究提供參考。