QGIS插件技術(shù)在點狀地圖符號轉(zhuǎn)換中的應(yīng)用

陳雅慧

（中國北京 100045 中國地震臺網(wǎng)中心）

0 引言

地震系統(tǒng)的核心技術(shù)以及軟硬件設(shè)備要確?？煽?、可信、可控。因此，地震應(yīng)急業(yè)務(wù)系統(tǒng)有從商業(yè)軟件向開源軟件轉(zhuǎn)換的迫切需求，制作各類專題地圖是轉(zhuǎn)換的直接體現(xiàn)。

在地震系統(tǒng)日常業(yè)務(wù)中，專題圖多采用美國ESRI公司旗下的ArcGIS軟件進行制作，并積累了一套地震數(shù)據(jù)特有符號庫，該符號庫能夠增強地圖可讀性，豐富地圖的可視化表達，進而傳遞出災(zāi)區(qū)基本情況和災(zāi)情信息，在地震災(zāi)害應(yīng)急指揮及救援管理中發(fā)揮著重要作用。但商業(yè)軟件昂貴，且難以獲得開發(fā)版權(quán)，制圖軟件開源化發(fā)展成為必然。

地圖符號庫轉(zhuǎn)換成為跨平臺應(yīng)用的關(guān)鍵問題。為了符合地圖制圖規(guī)范，減少符號重復設(shè)計等工作，跨平臺的地圖符號共享成為研究熱點（陶陶等，2007）。目前，地圖符號共享的研究主要分為2類，一類是研究不同數(shù)據(jù)格式之間的符號共享（陳夢琳等，2015；王志強等，2020），另一類是研究統(tǒng)一標準的符號共享，包括通用圖形標準（吳明光等，2011；陳長林，2018）、通用地圖符號（王本林等，2018）、統(tǒng)一行業(yè)標準（Liu et al，2016）等，還有對符號共享的可用性評價（廖嫣然等，2022）。

QGIS是基于Python和C++語言研發(fā)的開源制圖軟件。其用戶界面友好，支持多類型數(shù)據(jù)加載，符號編輯功能豐富，在制圖方面更具優(yōu)勢。而且，QGIS支持插件，可以通過編譯插件擴展軟件的制圖功能。本文將符號讀取、屬性轉(zhuǎn)換、符號輸出功能集成在QGIS插件內(nèi)，成功實現(xiàn)ArcGIS符號庫點符號向QGIS的遷移，且遷移前后點符號的制圖功能和效果完全相同。

1 插件構(gòu)建方法

運用QGIS技術(shù)創(chuàng)建的點符號轉(zhuǎn)換插件主要用于數(shù)據(jù)處理和分析，且用戶界面只需要文件輸入和輸出部件。

QGIS插件開發(fā)主要有2種方式，一種是手動創(chuàng)建，另一種是自動創(chuàng)建。自動創(chuàng)建是利用Plugin Builder生成固定的插件模板，通過對模板文件的編譯實現(xiàn)相應(yīng)功能，比手動創(chuàng)建簡便。此外，自動創(chuàng)建的插件模板有3個，分別為Tool button with dialog（帶有對話框的工具按鈕）、Tool button with dock widge（t帶部件的工具按鈕），以及Processing Provide（r處理框架）。與前2個模板相比，Processing Provider模板能夠生成固定插件界面，簡化設(shè)計界面流程。對比發(fā)現(xiàn)，使用Processing Provider自動創(chuàng)建方法能夠更簡單快速地構(gòu)建插件，且插件既能夠用于數(shù)據(jù)批處理，也能夠被Python控制臺調(diào)用。

2 點符號轉(zhuǎn)換功能設(shè)計

同一類型的符號在ArcGIS和QGIS平臺中使用的函數(shù)庫不同，基于QGIS技術(shù)設(shè)計的點符號轉(zhuǎn)換插件可以使兩平臺同類型符號匹配。本插件在QGIS平臺生成的新符號與ArcGIS中的同類型符號具有相同的功能、屬性和展示效果。

程序總體流程（圖1）為：①輸入ArcGIS“.style”符號庫文件，對文件中的全部符號進行遍歷循環(huán)，提取各類數(shù)據(jù)；②對數(shù)據(jù)進行解碼，獲得符號對象的多種屬性信息和guid值（全局唯一標識符，用于識別每個符號的類型，在QGIS創(chuàng)建符號時能夠通過判斷符號類型添加對應(yīng)的符號屬性）；③將解碼得到的各種屬性與QGIS中的相同屬性建立一一對應(yīng)關(guān)系，實現(xiàn)兩平臺符號屬性的轉(zhuǎn)換；④對多層符號進行符號層疊加，并將全部符號統(tǒng)一輸出為XML文件。根據(jù)實際需求，本次只完成點符號中的簡單標記符號和字符標記符號2類符號的轉(zhuǎn)換。

圖1 QGIS點符號轉(zhuǎn)換程序流程Fig.1 Flowchart of QGIS point symbol conversion program

2.1 符號讀取

調(diào)用Access數(shù)據(jù)庫軟件打開“.style”符號庫文件，查看每個符號屬性表，其中包括ID、Name、Category、Tags和Object，Tags中記錄了符號層數(shù)（多圖層）、色彩模式（rgb、hsv等）、顏色值（藍色、白色、綠色等）、符號類別（字符、簡單）和字體（ESRI Default Marker等）等屬性。參考這些標簽，在符號屬性轉(zhuǎn)換模塊中定義相應(yīng)的轉(zhuǎn)換函數(shù)。

通過對Object進行后臺解碼，獲取每個符號的二進制數(shù)據(jù)（BLOB），這些數(shù)據(jù)包含了Tags中涉及的全部符號屬性信息，這些不同類型的屬性信息（int、string、double、uchar等類型）需要通過創(chuàng)建對應(yīng)的讀取方法獲得其屬性值。調(diào)用這些方法可以得到簡單標記符號（Simple Marker Symbol）的符號層數(shù)、點類型Style、符號大小Size、X和Y的偏移量Offset和輪廓線Outline等屬性；得到字符標記符號（Character Marker Symbol）的符號層數(shù)、Unicode值、旋轉(zhuǎn)角度Angle等屬性。

在符號的二進制數(shù)據(jù)中還能夠提取guid值。在ArcGIS中每類符號具有唯一guid值，如簡單標記符號為“7914e5fe-c892-11d0-8bb6-080009ee4e41”，若待轉(zhuǎn)換符號的guid值與之相匹配，則判斷該符號為簡單標記符號，進而按簡單標記符號的創(chuàng)建方法添加符號屬性。這種方法能夠確保符號類型的唯一性，便于快速識別并創(chuàng)建符號。

2.2 符號屬性轉(zhuǎn)換

在符號屬性轉(zhuǎn)換模塊中，本插件定義了多種轉(zhuǎn)換函數(shù)，這些函數(shù)通過調(diào)用QGIS提供的各種類庫和函數(shù)接口，將ArcGIS符號屬性轉(zhuǎn)換為QGIS中相同的符號屬性，實現(xiàn)兩軟件平臺符號屬性的統(tǒng)一。

2.2.1 簡單標記符號。ArcGIS中的Simple Marker Symbol簡單標記符號類型對應(yīng)QGIS中的Simple Marker類型。簡單標記符號的屬性參數(shù)有Color、Style、Size、X Offset、Y Offset、Outline Color和Outline Size。在兩平臺中，有些屬性參數(shù)能夠直接進行關(guān)聯(lián)，關(guān)聯(lián)方法是，導入QGIS中的core、gui等核心包和模塊，調(diào)用相應(yīng)方法給參數(shù)賦值。如：代碼（a）為創(chuàng)建參數(shù)點類型（Style）轉(zhuǎn)換方法，其中ArcGIS中的“X”形狀對應(yīng)QGIS中的“Cross2”形狀。有些屬性參數(shù)轉(zhuǎn)換需要通過數(shù)學運算來實現(xiàn)，如：代碼（b）為顏色轉(zhuǎn)換，QGIS軟件中只有HSV和RGB2種色彩模式，因此對ArcGIS中的部分以CMYK顯示顏色的點符號來說，需要考慮不同色彩模式的成色原理，實現(xiàn)參數(shù)Color的轉(zhuǎn)換。

代碼（a）：

2.2.2 字符標記符號。ArcGIS中的Character Marker Symbol字符標記符號類型對應(yīng)QGIS中的Font Marker類型。字符標記符號的屬性參數(shù)有Font、Unicode、Size、Angle、Color和Offset。與簡單標記符號的轉(zhuǎn)換類似，除了要轉(zhuǎn)換能夠直接關(guān)聯(lián)的屬性參數(shù)外，還需要運用數(shù)學運算完成符號角度參數(shù)的轉(zhuǎn)換。在ArcGIS中，隨著角度數(shù)值的增大，符號呈逆時針轉(zhuǎn)動，而在QGIS中則相反，角度數(shù)值增加，符號順時針轉(zhuǎn)動。由此通過數(shù)學運算中的角度換算，定義了角度轉(zhuǎn)換函數(shù)，用360°減去ArcGIS中的符號角度值則為QGIS中的符號角度值。這些數(shù)學運算實現(xiàn)了兩平臺符號角度的一致性。

2.3 符號創(chuàng)建及輸出

符號創(chuàng)建包括單層符號和多層符號，本插件定義了符號（層）創(chuàng)建函數(shù)，通過調(diào)用符號屬性轉(zhuǎn)換模塊中的屬性轉(zhuǎn)換方法，為符號的每一層添加轉(zhuǎn)換后的屬性參數(shù)，調(diào)用qgis.core核心包中的QgsSimpleMarkerSymbolLayer和QgsFontMarkerSymbolLayer方法創(chuàng)建對應(yīng)的2類點符號（層）。

此外，定義符號創(chuàng)建函數(shù)對符號的層數(shù)進行判斷，單層符號直接創(chuàng)建，多層符號疊加后創(chuàng)建。點符號轉(zhuǎn)換插件的輸出結(jié)果為“.xml”格式文件，通過調(diào)用QgsStyle.exportXml方法將新創(chuàng)建的全部點符號打包輸出為XML格式符號庫。轉(zhuǎn)換后的符號庫能夠在QGIS軟件的樣式管理器中直接導入使用。

2.4 運行調(diào)試

2.4.1 插件激活。在QGIS的插件管理器中識別并啟用已經(jīng)編譯的點符號轉(zhuǎn)換插件“Marker Symbol”。插件置于Processing ToolBox菜單欄，激活后雙擊運行。

2.4.2 插件調(diào)試。插件初次運行程序經(jīng)常報錯，需不斷調(diào)試并反復修改。使用插件重載器插件（Plugin Reloader），可對自定義插件執(zhí)行重載、加載和卸載的指令，無需重啟QGIS軟件即可實現(xiàn)自定義插件的修改和測試。

3 符號轉(zhuǎn)換結(jié)果對比

以目前地震應(yīng)急專題圖系統(tǒng)在用的“ArcGIS災(zāi)情信息標繪符號庫”為例，運行點符號轉(zhuǎn)換插件進行符號轉(zhuǎn)換。共讀取符號192個，其中點符號141個，由插件運行日志中記錄的符號轉(zhuǎn)換進度，141個點符號按符號ID順序依次讀取、轉(zhuǎn)換、輸出，用時小于3 s。與人工制作符號相對比，運用QGIS插件技術(shù)縮短了符號轉(zhuǎn)換時間，實現(xiàn)了地圖符號從ArcGIS向QGIS的快速批量遷移。將插件運行后生成的.xml文件導入QGIS插件管理器，導入結(jié)果見圖2。

圖2 點符號轉(zhuǎn)換結(jié)果Fig.2 Result of point symbol conversion

在符號外觀方面，與原ArcGIS符號庫（圖3）相比，127個點符號完全轉(zhuǎn)換成功，14個符號在顏色、形狀和大小上也完成轉(zhuǎn)換，但仍有少量符號層偏移現(xiàn)象，如“中型水庫”符號，需人工調(diào)整。存在符號層偏移的原因可能有：①ArcGIS與QGIS軟件的符號單位不一致，如QGIS支持用像素為單位設(shè)置符號尺寸，而ArcGIS用點，二者之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系需進一步研究；②在編寫符號轉(zhuǎn)換插件過程中，算法參數(shù)不適用，需根據(jù)實際情況調(diào)整。整體來說，本次符號外觀轉(zhuǎn)換成功率大于90%。此外，QGIS符號的顏色渲染和美觀度優(yōu)于ArcGIS，符號整體效果更簡潔清晰。

圖3 原ArcGIS符號庫Fig.3 Original ArcGIS symbol library

在符號功能方面，ArcGIS中的符號為矢量格式，能夠根據(jù)圖幅比例調(diào)整符號大小，并且能夠更改符號顏色。經(jīng)插件轉(zhuǎn)換后的QGIS點符號同樣支持基礎(chǔ)的屬性修改功能，包括顏色、透明度、大小、偏移量、旋轉(zhuǎn)角度等參數(shù)設(shè)置，證實了用QGIS插件技術(shù)完成點符號轉(zhuǎn)換能夠達到平臺間符號共享的目的。

4 成果應(yīng)用

“災(zāi)情信息標繪符號庫”QGIS轉(zhuǎn)換版已在地震應(yīng)急日常業(yè)務(wù)工作中得到應(yīng)用，如震前準備圖件制作、專題圖模板的快速產(chǎn)出制作等。最新部署的地震應(yīng)急快速評估與協(xié)同系統(tǒng)配置了QGIS版本的多個專題圖模板，其使用的點狀地圖符號均由本點符號轉(zhuǎn)換插件“Marker Symbol”生成。以2022年9月5日四川瀘定MS6.8地震為例，系統(tǒng)自動產(chǎn)出A3、A4幅面震后第一時段專題圖共14張，文中繪出地震快速評估影響范圍圖，見圖4中右側(cè)圖件，左圖為ArcGIS產(chǎn)出圖件，對比可見，QGIS產(chǎn)出圖件符號顏色顯示更均勻，對比度柔和，各要素間無遮蓋，整體成圖效果簡潔、清晰。

圖4 評估系統(tǒng)產(chǎn)出的四川瀘定MS 6.8地震影響范圍專題圖Fig.4 Thematic maps of the influence area of the Luding MS 6.8 earthquake in Sichuan from assessment system

5 結(jié)束語

QGIS插件技術(shù)在點狀地圖符號轉(zhuǎn)換中的應(yīng)用，證明基于QGIS插件技術(shù)能夠提高符號轉(zhuǎn)換效率，減少重復工作，實現(xiàn)快速批量轉(zhuǎn)換，且符號轉(zhuǎn)換成功率較高。經(jīng)插件轉(zhuǎn)換后的點狀地圖符號具有以下優(yōu)勢：①符號分辨率高、圖案清晰；②符號形狀標準、大小可調(diào)；③符號顏色鮮明、色彩可換；④符號信息齊全、屬性可更改；⑤符號功能完備，專題圖件要素完整、表達精確；⑥符號適用于不同比例尺、不同地圖幅面的專題圖制作；⑦符號制圖效果與在ArcGIS軟件中相同，甚至優(yōu)于ArcGIS，達到直接應(yīng)用的標準。由此可見，QGIS插件技術(shù)具有較強的可操作性，是ArcGIS平臺向QGIS平臺轉(zhuǎn)換的重要工具，不但可以實現(xiàn)不同平臺間的符號共享，還可在其他行業(yè)和領(lǐng)域中實現(xiàn)更廣泛的應(yīng)用。

然而，采用QGIS插件技術(shù)轉(zhuǎn)換后的部分符號會出現(xiàn)符號層偏移現(xiàn)象，可能與兩平臺符號單位不同有關(guān)。此外，特殊字體轉(zhuǎn)換差異可能導致符號轉(zhuǎn)換錯誤。以上問題仍需進一步研究。