圖庫一體的“一源圖”制圖要素?cái)?shù)據(jù)建設(shè)

康二梅

（甘肅省基礎(chǔ)地理信息中心，甘肅 蘭州 730000）

0.引言

數(shù)字地圖制圖的工藝流程較多，既有大量資料收集整理、數(shù)據(jù)融合、制圖綜合、要素符號(hào)化工作，也有體現(xiàn)科學(xué)性和藝術(shù)效果的制圖表達(dá)及整飾等?，F(xiàn)階段大部分生產(chǎn)單位多尺度快速成圖多基于多尺度制圖數(shù)據(jù)庫建設(shè)來實(shí)現(xiàn)，有效地將緊急工作進(jìn)行了日常分配。但在多級(jí)數(shù)據(jù)聯(lián)動(dòng)更新自動(dòng)化程度不高的條件下，又帶來了新的問題：多尺度數(shù)據(jù)庫維護(hù)成本過高、耗時(shí)過長(zhǎng)。因此，如何基于一套制圖要素?cái)?shù)據(jù)，在制圖專家知識(shí)庫的輔助下快速成圖技術(shù)研究成為熱點(diǎn)[1-14]。

傳統(tǒng)制圖綜合觀念尚未發(fā)生根本轉(zhuǎn)變，基于專家知識(shí)庫的制圖綜合可以提高制圖效率[15]，但因制圖綜合知識(shí)的獲取受限而無法有效利用。當(dāng)前機(jī)器學(xué)習(xí)、深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)等智能技術(shù)手段對(duì)模糊定義的方法和半結(jié)構(gòu)化的知識(shí)處理還不能高效處理[16]。數(shù)據(jù)是制圖基礎(chǔ)，技術(shù)是實(shí)現(xiàn)手段?；诂F(xiàn)有技術(shù)手段，要實(shí)現(xiàn)真正的自動(dòng)化制圖，還需更多的研究、突破更多的技術(shù)壁壘。本文以甘肅省為例，提出基于“一源圖”的地圖編制現(xiàn)代化生產(chǎn)體系，將多源的制圖數(shù)據(jù)進(jìn)行規(guī)則化處理，在目前專家知識(shí)有限、自動(dòng)綜合算法還不理想的情況下，實(shí)現(xiàn)多尺度地圖快速自動(dòng)化成圖。

1.“一源圖”制作標(biāo)準(zhǔn)

“一源圖”是以固定數(shù)據(jù)精度標(biāo)準(zhǔn)建立制圖要素?cái)?shù)據(jù)庫，進(jìn)行地理實(shí)體要素由空間數(shù)據(jù)向制圖數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)化，并對(duì)制圖要素相關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)一管理，統(tǒng)一更新維護(hù)，實(shí)現(xiàn)一次建庫，多級(jí)、多場(chǎng)景使用。通過對(duì)甘肅省域地理特征及現(xiàn)有數(shù)據(jù)的分析，確定以1∶10000比例尺精度標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計(jì)水系、交通、居民地、其他地理要素實(shí)體等制圖要素?cái)?shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)各行業(yè)專業(yè)數(shù)據(jù)、地理國情普查監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、基本比例尺地形圖數(shù)據(jù)等進(jìn)行整理、分類、選取、融合，并對(duì)融合后的制圖數(shù)據(jù)進(jìn)行信息補(bǔ)償，最終形成“一源圖”，為任意比例尺精編提供統(tǒng)一的數(shù)據(jù)源，為后續(xù)的自動(dòng)綜合、制圖標(biāo)準(zhǔn)化表達(dá)提供高質(zhì)量的數(shù)據(jù)，為技術(shù)實(shí)現(xiàn)做鋪墊。

1.1 數(shù)據(jù)內(nèi)容

全省地圖制圖要素?cái)?shù)據(jù)涵蓋普通地圖全部要素內(nèi)容和部分專題內(nèi)容。具體包含自然村以上居民地、鄉(xiāng)村以上道路、水系、鄉(xiāng)級(jí)以上境界、山峰山脈、高程點(diǎn)、農(nóng)林牧場(chǎng)、工礦及企事業(yè)單位等，專題數(shù)據(jù)包括文物旅游、自然保護(hù)區(qū)、地表覆蓋、土地利用、石油管道、興趣點(diǎn)等，還包括等高線、DEM和影像等內(nèi)容。

1.2 數(shù)據(jù)屬性結(jié)構(gòu)

為了保證各要素協(xié)調(diào)統(tǒng)一，需對(duì)使用數(shù)據(jù)進(jìn)一步進(jìn)行選取、分類、分級(jí)等預(yù)處理。除了依據(jù)常規(guī)數(shù)據(jù)的制作標(biāo)準(zhǔn)外，根據(jù)制圖要素的特點(diǎn)，數(shù)據(jù)屬性結(jié)構(gòu)還應(yīng)滿足以下條件：

（1）制圖要素分級(jí)屬性項(xiàng)：根據(jù)需求對(duì)要素的行政等級(jí)進(jìn)行制圖要素分級(jí)屬性處理，利用“CLASID”字段實(shí)現(xiàn)；

（2）制圖表達(dá)分級(jí)屬性項(xiàng)：對(duì)部分要素的重要程度等利用制圖表達(dá)分級(jí)屬性項(xiàng)進(jìn)行分類，如水系數(shù)據(jù)進(jìn)行行政等級(jí)和表達(dá)分級(jí)處理。將全省河流按一級(jí)到六級(jí)分級(jí)，字段為“LEVEL”（河流等級(jí)），同時(shí)，從河流源頭到支流再到主流暫分為十級(jí)，并利用“FJ”（分級(jí)）字段實(shí)現(xiàn)；

（3）標(biāo)準(zhǔn)注記屬性項(xiàng)：利用“NAME”屬性項(xiàng)記錄數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)名稱；

（4）更新及備注屬性項(xiàng)：數(shù)據(jù)分級(jí)處理和更新維護(hù)過程中記錄更新等備注屬性項(xiàng)，如DSOURCE為數(shù)據(jù)來源、XGJL為修改記錄、WTBJ為問題遺留說明等；

（5）地圖制圖要素?cái)?shù)據(jù)分層及屬性表：制圖要素?cái)?shù)據(jù)根據(jù)需求分為行政區(qū)劃、居民地、交通、水系、地理要素、景區(qū)景點(diǎn)、興趣點(diǎn)、專題數(shù)據(jù)和圖斑等，針對(duì)制圖需求并參照已有大比例尺數(shù)據(jù)庫要素說明，將各要素進(jìn)行數(shù)據(jù)分層和屬性結(jié)構(gòu)的調(diào)整。

2.多源數(shù)據(jù)融合

綜合考慮甘肅1∶10000基本比例尺地形圖數(shù)據(jù)覆蓋不全及現(xiàn)勢(shì)性不夠等現(xiàn)實(shí)情況，在地理國情普查及監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上，按1∶10000比例尺精度標(biāo)準(zhǔn)，融合1∶10000、1∶50000和1∶250000地形圖數(shù)據(jù)，國土調(diào)查數(shù)據(jù)，水利普查數(shù)據(jù)，地名普查數(shù)據(jù)，公路網(wǎng)數(shù)據(jù)等。首先對(duì)多源數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，包括數(shù)據(jù)現(xiàn)勢(shì)性、權(quán)威性，數(shù)據(jù)格式與數(shù)學(xué)基礎(chǔ)等；然后對(duì)矢量數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，包括空間基準(zhǔn)統(tǒng)一、格式轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)裁切、合并以及對(duì)柵格數(shù)據(jù)、文本數(shù)據(jù)進(jìn)行結(jié)構(gòu)化處理等；最后根據(jù)數(shù)據(jù)的特征，進(jìn)行融合匹配處理，生產(chǎn)一套集多源數(shù)據(jù)信息的融合成果。數(shù)據(jù)融合處理策略如下：

（1）甄選、提取、融合，融合匹配主要基于位置、名稱和類型（編碼）的對(duì)比分析，將位置基本一致、名稱和類型（編碼）基本相同的要素判定為同一實(shí)體，賦予唯一的標(biāo)識(shí)碼，完成數(shù)據(jù)融合匹配處理。

（2）對(duì)行政區(qū)劃、居民地、交通、水系、地理要素、農(nóng)林牧場(chǎng)、自然保護(hù)地、文物古跡、景區(qū)景點(diǎn)、森林公園、地質(zhì)公園、石油管線、能源礦產(chǎn)等，逐一分析整理，直至將所有矢量數(shù)據(jù)融合完畢。

（3）由于要素?cái)?shù)據(jù)尺度與精度各不一樣，在自動(dòng)化匹配融合時(shí)常通過緩沖區(qū)分析、疊置分析等判斷要素的位置是否在一定誤差范圍內(nèi)。如果在誤差范圍內(nèi)，名稱和類型（編碼）一致，則給要素賦予同一標(biāo)識(shí)碼，判定其為同一地名實(shí)體；否則，不進(jìn)行處理。

數(shù)據(jù)融合基本的思路（如圖1所示）：

圖1 數(shù)據(jù)融合基本思路

數(shù)據(jù)融合是通過自動(dòng)化和人工匹配方法，盡可能地將所有資料都統(tǒng)計(jì)出來，得到地理實(shí)體的信息統(tǒng)計(jì)表。多源數(shù)據(jù)的融合、整理、分級(jí)處理不僅解決了多源資料之間不一致問題，通過編碼也解決了要素的多尺度顯示問題。與此同時(shí)，利用分級(jí)屬性對(duì)應(yīng)相應(yīng)地圖符號(hào)，也能解決名稱注記的合理顯示、水系線符號(hào)漸變等難題，減少人工參與量，大幅提升了地圖編制效率。交通要素分線狀和點(diǎn)狀兩類。線狀要素分鐵路（LRRL）、公路（LRRL）、城市道路（LCTL）、鄉(xiāng)村路（LVLL），鐵路包括高速鐵路和普通鐵路，公路要素包括高速公路、國道、省道、縣道、鄉(xiāng)道和連接道（匝道和交換道）等，城市道路分主干路、次干路和支路；點(diǎn)狀要素分火車站（LRRP）、高速公路出入口（LRDP）和機(jī)場(chǎng)（AIRP）。具體如下：

鐵路以國情普查數(shù)據(jù)LRRL為本底數(shù)據(jù)，利用收集到的專題資料結(jié)合最新影像添加在建鐵路。公路以國情普查數(shù)據(jù)LRDL為本底數(shù)據(jù)。比對(duì)公路數(shù)據(jù)與公路局年報(bào)數(shù)據(jù)，提取變化部分，對(duì)照變化部分?jǐn)?shù)據(jù)，結(jié)合導(dǎo)航路網(wǎng)、最新影像對(duì)公路數(shù)據(jù)進(jìn)行圖形與屬性的更新，并填寫更新記錄（如圖2所示）。參照公路局年報(bào)數(shù)據(jù)，添加規(guī)劃道路并賦予屬性，便于后期道路更新。

圖2 根據(jù)影像添加銀西鐵路（在建）

對(duì)公路數(shù)據(jù)符號(hào)化，并標(biāo)注公路編碼屬性，檢查道路連通性，避免道路出現(xiàn)不合理中斷或編碼不正確。同時(shí)，為制圖表達(dá)方便，對(duì)公路數(shù)據(jù)中雙線路提取中心線并賦予相應(yīng)屬性（如圖3所示）：

圖3 交通要素雙線處理單線前后對(duì)比

交通點(diǎn)狀要素包括火車站（LRRP）、高速公路出入口（LRDP）和機(jī)場(chǎng)（AIRP）。依據(jù)《甘肅省第一次全國地理國情普查數(shù)據(jù)分類、分層及屬性規(guī)定》，從BUCP（單位院落）層中提取高速公路出入口、飛機(jī)場(chǎng)等要素，要素屬性沿用國情屬性。對(duì)高速出入口和飛機(jī)場(chǎng)做分級(jí)處理，飛機(jī)場(chǎng)分公開機(jī)場(chǎng)和非公開機(jī)場(chǎng)，高速出入口根據(jù)制圖綜合分主要出入口和其他出入口。從“天地圖·甘肅”數(shù)據(jù)中提取火車站數(shù)據(jù)，并分級(jí)為高鐵站、普通客運(yùn)車站和其他車站。

居民地要素分點(diǎn)狀和面狀兩類，具體如下：

鄉(xiāng)鎮(zhèn)及以上行政點(diǎn)位以國情普查數(shù)據(jù)為本底數(shù)據(jù)。從BUCP（單位院落）層中提取政府駐地，參考地名普查數(shù)據(jù)、行政區(qū)劃變更文件等復(fù)核和更新數(shù)據(jù)，避免屬性錯(cuò)誤或圖形丟漏。

行政村點(diǎn)位以國情普查數(shù)據(jù)BOUP7為本底數(shù)據(jù)，全省地名普查數(shù)據(jù)為名稱依據(jù)?；谖恢藐P(guān)聯(lián)，提取名稱不同的數(shù)據(jù)。根據(jù)名稱分兩種情況：

（1）同音不同字，如嵋峴村、郿峴村；或名稱相近，如王家溝村、王溝村。此類數(shù)據(jù)以民政廳提供名稱為準(zhǔn)；

（2）名字完全不相關(guān)，城區(qū)點(diǎn)位密集的地方會(huì)出現(xiàn)關(guān)聯(lián)錯(cuò)誤，如，陽關(guān)路社區(qū)、同德巷社區(qū)，此類問題需定位到具體位置，確認(rèn)行政村是否存在、名稱是否合適。

自然村根據(jù)《民政地名地理屬性類別代碼表》，從全省地名普查數(shù)據(jù)中提取。

合并數(shù)據(jù)為BOUP層，增加屬性項(xiàng)（DSOURCE、修改記錄、問題標(biāo)記），詳細(xì)記錄數(shù)據(jù)來源、文件依據(jù)及遺留問題。

真形居民地（RESA）從國情普查數(shù)據(jù)LCRA（地表覆蓋層）中提取一級(jí)類0500（房屋建筑），結(jié)合LCTL（城市道路）和最新影像，制作縣級(jí)以上真形居民地（如圖4所示）：

圖4 西峰區(qū)真形圖形制作

3.基于“一源圖”的信息補(bǔ)償與制圖實(shí)現(xiàn)

復(fù)雜、不規(guī)整的數(shù)據(jù)導(dǎo)致在自動(dòng)綜合和成圖時(shí)會(huì)出現(xiàn)更多的錯(cuò)誤，增加后期人工工作量。面對(duì)此情況，需對(duì)融合后的制圖數(shù)據(jù)進(jìn)行信息補(bǔ)償，本文通過“先補(bǔ)償，后表達(dá)”的方式，完成制圖補(bǔ)償，再進(jìn)行符號(hào)化表達(dá)，取得了較好的地圖可視化效果。信息補(bǔ)償規(guī)則包括幾何數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化、多邊形自相交標(biāo)準(zhǔn)化、拓?fù)浠《蔚难由煲约肮?jié)點(diǎn)擬合、面內(nèi)骨架線修復(fù)和提取骨架線融合、要素拓?fù)湔Z義轉(zhuǎn)換、弧段末稍修正、近似平行的重復(fù)道路數(shù)據(jù)預(yù)處理等。

首先是拓?fù)錂z查和補(bǔ)償，制圖綜合過程中將各類地物轉(zhuǎn)變?yōu)橥負(fù)潴w時(shí)需要對(duì)拓?fù)潢P(guān)系進(jìn)行修復(fù)。比如，實(shí)體修復(fù)、實(shí)體糾正、網(wǎng)絡(luò)聯(lián)通、分裂溶解、掛接、結(jié)點(diǎn)擬合、形狀化簡(jiǎn)等。制圖信息補(bǔ)償主要有要素圖形沖突處理和輔助要素生成。要素圖形沖突處理主要包括移位、漸變處理、壓蓋處理、跳繪、自動(dòng)注記等[17]。輔助要素主要分兩種情況：（1）反映地理要素的順序、位置及指向關(guān)系的符號(hào)方向自動(dòng)生成，例如，火車站方向與鐵路方向要一致、停車場(chǎng)進(jìn)出方向、河流流向等；（2）暈帶的生成，暈帶又分為單側(cè)暈帶、雙暈帶、騎墻暈帶等。除此之外，還有行政區(qū)劃面普色需保證相鄰的面顏色不同，同時(shí)每種顏色在地圖中所占的面積比重大致相同。自然保護(hù)區(qū)界與其他境界重合時(shí)保留其他高等級(jí)的境界，街區(qū)面綜合時(shí)保持直角特征，鐵路與隧道重合時(shí)刪除鐵路實(shí)體并補(bǔ)充鐵路休止符使其方向與鐵路垂直，顯示控制字段屬性添加等。

基于“一源圖”建設(shè)，甘肅省一體化制圖平臺(tái)依托插件式軟件架構(gòu)、圖數(shù)統(tǒng)一表達(dá)模型、綜合知識(shí)庫和制圖專家知識(shí)庫，提供了制圖要素自動(dòng)綜合、應(yīng)急快速出圖、地圖精編等模塊，大幅提升了地圖編制效率。圖5為1∶50000與1∶10000數(shù)據(jù)的疊加顯示，平臺(tái)直接加載融合處理后的1∶10000數(shù)據(jù)的顯示（如圖6所示）。多源、多尺度數(shù)據(jù)的融合不僅解決了多源資料之間不一致問題，通過編碼也解決了水系多尺度顯示的問題，與此同時(shí)，通過利用以前制圖成果的分級(jí)屬性，利用各級(jí)相應(yīng)的粗細(xì)符號(hào)，也能解決水系符號(hào)化漸變的難題。

圖5 數(shù)據(jù)疊加顯示

圖6 融合后的數(shù)據(jù)顯示

4.結(jié)束語

多源制圖要素?cái)?shù)據(jù)的融合建設(shè)，形成了內(nèi)容準(zhǔn)確、屬性完整、現(xiàn)勢(shì)性強(qiáng)、精度高的全省地圖制圖要素?cái)?shù)據(jù)，避免了已有成果的浪費(fèi)，實(shí)現(xiàn)了全省地圖制圖要素?cái)?shù)據(jù)、制圖資料的統(tǒng)一存儲(chǔ)與管理；基于綜合知識(shí)庫和制圖知識(shí)庫，實(shí)現(xiàn)了制圖要素自動(dòng)綜合和多尺度地圖快速成圖。

圖庫一體的“一源圖”技術(shù)體系設(shè)計(jì)區(qū)別于以往多級(jí)制圖數(shù)據(jù)庫出圖方式，效率更高、維護(hù)成本低。在制圖綜合知識(shí)庫、制圖模板的輔助下，一幅普通全開地圖的編制由原來25個(gè)工作日縮短為2個(gè)工作日，應(yīng)急批量出圖可在1小時(shí)內(nèi)完成，從根本上改變了地圖編制的傳統(tǒng)作業(yè)模式，大幅提高了地圖服務(wù)響應(yīng)效率，形成了主動(dòng)儲(chǔ)備、高效服務(wù)的地圖政務(wù)服務(wù)保障體系。目前甘肅省地圖制圖要素?cái)?shù)據(jù)已應(yīng)用到甘肅省市縣掛圖編制，甘肅省地圖集編制和甘肅省政務(wù)、應(yīng)急及公益地圖日常服務(wù)保障中，解決了各項(xiàng)目工期短、任務(wù)重等困難。但目前多源異構(gòu)的數(shù)據(jù)融合處理自動(dòng)化程度還不夠高，后續(xù)還需加大研究。