基于地理信息數(shù)據(jù)的地圖自動(dòng)化制圖技術(shù)研究及應(yīng)用

吳付英 姚鑫

摘? 要：傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)輔助人工制圖周期長(zhǎng)，效率低，不能滿(mǎn)足當(dāng)今大數(shù)據(jù)時(shí)代快速提供服務(wù)的需求。該文結(jié)合《貴州省地理國(guó)情普查地圖集》的工藝流程，探討了基于制圖專(zhuān)家知識(shí)模板，利用WJ-Ⅲ軟件實(shí)現(xiàn)地圖數(shù)據(jù)自動(dòng)化成圖的關(guān)鍵技術(shù)，對(duì)地理信息數(shù)據(jù)準(zhǔn)確、快速的自動(dòng)化成圖提供了有益探索。

關(guān)鍵詞：地理國(guó)情普查地圖集? 綜合縮編? 制圖編輯? 自動(dòng)化成圖

中圖分類(lèi)號(hào)：G3? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1672-3791（2021）02（b）-0056-04

Research and Application of Map Automatic Cartography Technology Based on Geographic Information Data

——A Case Study of Atlas of Geographical Conditions in Guizhou Province

WU Fuying? YAO Xin

（The Third Surveying and Mapping Institute of Guizhou Province，Guiyang， Guizhou Province，550004 China）

Abstract： The traditional computer aided manual drawing has a long period and low efficiency. It can't meet the demand of rapid providing service in the big data age. In this paper， the key to map data automation based on the cartographic expert knowledge template and WJ- III software is discussed in combination with the process flow of the Atlas of Geographical Conditions in Guizhou Province. The technology provides a useful exploration for the accurate and rapid mapping of geographic information data.

Key Words： Geographical Atlas of national census; Comprehensive reduction; Cartographic editing; Automatic mapping

地理信息數(shù)據(jù)是政府公共管理和科學(xué)決策的主要基礎(chǔ)性依據(jù)，是實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)社會(huì)信息化等方面的重要支撐[1]。地圖作為地理信息社會(huì)服務(wù)的主要產(chǎn)品形式，承載著地球表面豐富的地理信息要素，是對(duì)地理信息的一種圖形表達(dá)方法[2-4]，它以科學(xué)性、實(shí)用性和藝術(shù)性的表現(xiàn)，在社會(huì)各行業(yè)中得以廣泛應(yīng)用，服務(wù)對(duì)象日趨呈現(xiàn)多極化趨勢(shì)[5]。

目前，全國(guó)地理國(guó)情普查工作已取得最終成果，如何快速準(zhǔn)確地將這些專(zhuān)業(yè)復(fù)雜的地理信息數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合縮編和制圖表達(dá)，充分展現(xiàn)信息內(nèi)容，挖掘蘊(yùn)涵潛在價(jià)值，通過(guò)地圖（集）的形式向社會(huì)提供成果服務(wù)，是地圖工作者要面對(duì)的問(wèn)題。

1? 研究現(xiàn)狀

現(xiàn)有的計(jì)算機(jī)輔助制圖技術(shù)隨著各種地理信息數(shù)據(jù)和地圖制圖軟件的應(yīng)用得到了快速發(fā)展。目前采用常規(guī)機(jī)助制圖技術(shù)編制地圖（集）主要有以下兩類(lèi)：第一類(lèi)是以CorelDRAW和Illustrator為代表的平面設(shè)計(jì)制圖軟件，各類(lèi)地理信息數(shù)據(jù)分層轉(zhuǎn)換，在該軟件進(jìn)行編輯符號(hào)化，由于其顯而易見(jiàn)的制圖表達(dá)效果，且圖形編輯功能靈活、方便，在專(zhuān)題地圖（集）編制上得到很大的運(yùn)用。但由于其無(wú)法保留數(shù)據(jù)坐標(biāo)及屬性，不同數(shù)據(jù)源需多次轉(zhuǎn)換套和，且重復(fù)工作需大量的人工干預(yù)，地圖自動(dòng)化程度較低[6]。第二類(lèi)是以ARCGIS、MapGIS等為代表的GIS軟件平臺(tái)制圖模式，充分利用地理信息數(shù)據(jù)的屬性特點(diǎn)，借助其強(qiáng)大的GIS分析功能批量處理部分重復(fù)工作，如模板符號(hào)化、自動(dòng)生成注記等，在地圖編制上發(fā)揮著日趨強(qiáng)大的作用。但其制圖表達(dá)效果不夠，美化功能不強(qiáng)，并且對(duì)制圖人員使用要求較高，部分工作仍需人工干預(yù)，自動(dòng)化程度未得到較大程度提高。

因此，現(xiàn)有的計(jì)算機(jī)輔助人工交互地圖編繪周期長(zhǎng)效率低，地圖縮編綜合耗時(shí)間、費(fèi)體力、耗資源，已不能滿(mǎn)足海量國(guó)情數(shù)據(jù)需準(zhǔn)確、快速提供服務(wù)的需求。而《貴州省地理國(guó)情普查地圖集》（以下簡(jiǎn)稱(chēng)《圖集》）編制時(shí)間緊，任務(wù)重，要求高，經(jīng)過(guò)多次對(duì)比實(shí)驗(yàn)，選用國(guó)產(chǎn)自主開(kāi)發(fā)軟件WJ-Ⅲ地圖工作站，該軟件通過(guò)結(jié)合貴州的地形特點(diǎn)建立地圖綜合知識(shí)庫(kù)，實(shí)現(xiàn)了不同比例尺的自動(dòng)化智能化成圖，極大地提高了工作效率。該文結(jié)合《圖集》的工藝流程，探討基于WJ-Ⅲ軟件實(shí)現(xiàn)地圖數(shù)據(jù)自動(dòng)化成圖的關(guān)鍵技術(shù)，對(duì)地理信息數(shù)據(jù)準(zhǔn)確、快速的自動(dòng)化成圖提供有益探索，從而為各級(jí)政府及社會(huì)提供最新、最及時(shí)的地圖服務(wù)和測(cè)繪應(yīng)急保障服務(wù)。

2? 基于WJ-Ⅲ進(jìn)行《圖集》生產(chǎn)的關(guān)鍵步驟

2.1 《圖集》生產(chǎn)工藝流程

《圖集》整個(gè)制圖工藝流程可以分5個(gè)階段： 數(shù)據(jù)預(yù)處理、主圖制圖綜合、主圖制圖編輯、附圖附表制作及圖廓整飾制作，具體見(jiàn)圖1。其中工作量最大的數(shù)據(jù)預(yù)處理、主圖數(shù)據(jù)縮編以及大部分的主圖制圖編輯都是基于地圖專(zhuān)家知識(shí)模板寫(xiě)入綜合知識(shí)庫(kù)，由計(jì)算機(jī)程序代替人工自動(dòng)實(shí)現(xiàn)的。

2.2 《圖集》自動(dòng)化成圖的關(guān)鍵步驟

2.2.1 數(shù)據(jù)預(yù)處理

地理國(guó)情數(shù)據(jù)在縮編前，先要進(jìn)行重投影、拓?fù)涮幚?、分層改名及河流屬性修正等預(yù)處理，使數(shù)據(jù)符合WJ-Ⅲ軟件綜合縮編的規(guī)范要求。其中河流屬性修正是將水庫(kù)、雙線河等面狀河流的GB碼屬性值根據(jù)空間位置關(guān)系賦給對(duì)應(yīng)的線狀河流結(jié)構(gòu)線（原始編碼為999999），保證線狀河流正確連續(xù)，以實(shí)現(xiàn)水系的自動(dòng)化批量漸變[7]。

2.2.2 主圖制圖綜合

根據(jù)制圖知識(shí)規(guī)范要求，通過(guò)建立自動(dòng)綜合流程化成圖算法模型快速準(zhǔn)確地將1∶10 000的數(shù)據(jù)綜合縮編到4開(kāi)的圖紙上，從而實(shí)現(xiàn)主圖數(shù)據(jù)的自動(dòng)化綜合縮編及化簡(jiǎn)，極大地提高編制效率，同時(shí)避免了作業(yè)人員主觀判斷不統(tǒng)一、疲勞出錯(cuò)等問(wèn)題，成為該《圖集》實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化成圖突破的關(guān)鍵點(diǎn)之一。

（1）面狀要素的綜合縮編。

地類(lèi)圖斑的縮編主要應(yīng)滿(mǎn)足各類(lèi)用地的上圖標(biāo)準(zhǔn)（見(jiàn)表1），并正確反映地類(lèi)的區(qū)域分布特征。根據(jù)成圖比例尺反算原始數(shù)據(jù)圖斑綜合指標(biāo)，小于指標(biāo)要求的圖斑按照“就同類(lèi)近類(lèi)”原則合并到其他圖斑，再對(duì)合并后的圖斑輪廓進(jìn)行概括、化簡(jiǎn)（見(jiàn)圖2）。

（2）線狀要素綜合。

主要是對(duì)線狀地物彎曲的化簡(jiǎn)和取舍。以行政區(qū)為單位，找出高等級(jí)道路或主干河流作為骨架，將圖幅劃分為若干區(qū)域，綜合考慮其等級(jí)、長(zhǎng)度、密度和連通性，設(shè)定選取指標(biāo)（1.5 cm）進(jìn)行自動(dòng)取舍，同時(shí)還要保持不同區(qū)域間的相對(duì)密度差異。

（3）點(diǎn)狀要素綜合。

先將成圖區(qū)域分成若干格網(wǎng)，各格網(wǎng)內(nèi)部根據(jù)點(diǎn)狀要素的疏密度通過(guò)級(jí)別高低和與道路的連接關(guān)系建立權(quán)重進(jìn)行自動(dòng)取舍，且保證其分布形狀和密度特征。

2.2.3 主圖制圖編輯

地圖數(shù)據(jù)縮編完成后，利用設(shè)計(jì)好的符號(hào)，將省級(jí)區(qū)域數(shù)據(jù)根據(jù)其要素名稱(chēng)、屬性中的GB碼進(jìn)行地圖分層、要素疊蓋關(guān)系處理、自動(dòng)注記、圖層規(guī)范化重命名、要素符號(hào)化等功能標(biāo)準(zhǔn)設(shè)置，建立工程模板，其他區(qū)域可按照模板批量符號(hào)化實(shí)現(xiàn)“一鍵成圖”。在此工序中，根據(jù)制圖專(zhuān)家知識(shí)及算法，對(duì)水系的批量漸變符號(hào)化和道路、水系和行政界線的沖突處理、行政界線的跳繪以及地圖注記的自動(dòng)配置成為自動(dòng)快速成圖的關(guān)鍵。

3? 應(yīng)用成果

3.1 作業(yè)生產(chǎn)效率大幅提高

WJ-III結(jié)合制圖專(zhuān)家知識(shí)及多種優(yōu)化算法集成的軟件開(kāi)發(fā)實(shí)現(xiàn)途徑，自動(dòng)快速實(shí)現(xiàn)了要素綜合縮編、要素關(guān)系處理、行政界線跳繪、注記自動(dòng)配置等，軟件系統(tǒng)通過(guò)模擬人類(lèi)的思維與認(rèn)知過(guò)程，實(shí)現(xiàn)了智能策略下的自動(dòng)綜合，效率大為提高（見(jiàn)表2）。

3.2 實(shí)現(xiàn)全省國(guó)情數(shù)據(jù)圖庫(kù)一體化

地理國(guó)情數(shù)據(jù)在采用WJ-III進(jìn)行自動(dòng)綜合后，保留了原始數(shù)據(jù)的基本屬性和坐標(biāo)，并可導(dǎo)入其他GIS軟件編輯使用，建成涉及全省、市、縣，從1∶10萬(wàn)到1∶160萬(wàn)比例尺的地圖數(shù)據(jù)庫(kù)，實(shí)現(xiàn)了圖庫(kù)一體化，為進(jìn)一步的聯(lián)動(dòng)更新奠定基礎(chǔ)。

4? 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)上述基于制圖專(zhuān)家知識(shí)模板庫(kù)自動(dòng)化成圖技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用，《圖集》僅用了傳統(tǒng)圖集編制時(shí)間的1/3，有效縮短了成圖周期，并降低了人工出錯(cuò)率，是對(duì)傳統(tǒng)的人工輔助計(jì)算機(jī)制圖到自動(dòng)化成圖的一次突破性嘗試。但從編制過(guò)程及實(shí)現(xiàn)效果來(lái)看，自動(dòng)化程度還有待提升：一是考慮河流分段賦起始值和終止值，這樣既可在不同比例尺圖中實(shí)現(xiàn)合理漸變，又可以解決主區(qū)與鄰區(qū)接邊處的河流符號(hào)化漸變問(wèn)題;二是考慮通過(guò)更新數(shù)據(jù)庫(kù)和已有地圖庫(kù)的疊加，自動(dòng)識(shí)別并更新地圖庫(kù)，解決地理信息數(shù)據(jù)的多級(jí)聯(lián)動(dòng)更新問(wèn)題。因此，要達(dá)到完全的自動(dòng)化成圖，還需要不斷地探索和實(shí)踐，從而能夠進(jìn)一步推動(dòng)地理測(cè)繪地理信息為社會(huì)提供科技支撐和技術(shù)服務(wù)。

參考文獻(xiàn)

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