基于GIS的靜態圖式表達方法與制圖表達方法的對比分析

梁　磊,余躍平

(四川省第二測繪地理信息工程院,四川 成都 610100)

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基于GIS的靜態圖式表達方法與制圖表達方法的對比分析

梁磊,余躍平

(四川省第二測繪地理信息工程院,四川 成都 610100)

摘要：針對GIS生成的地圖產品脫離GIS地理空間數據，割裂地理要素與地圖對象完整性，導致輸出地圖產品更新困難。結合制圖單位實際生成需求，研究GIS靜態圖式表達和GIS制圖表達；基于GIS制圖模板和GIS符號庫，采用C#+ArcEngine編程技術，實現GIS專題制圖系統。系統具有GIS靜態圖式渲染功能和GIS制圖表達功能，并以某區域專題制圖項目為例，對比分析不同方式專題制圖效果。結果表明基于地理空間數據規則的地圖制圖表達技術能夠兼顧GIS和地圖制圖對數據的不同要求，可快速完成地圖制作，部分解決傳統上必須通過大量人工編輯才能夠完成的制圖任務，一定程度提高工作效率。

關鍵詞：地圖產品；GIS；靜態圖式表達；制圖表達；地理空間數據

本文從增強GIS空間信息完整性和專題制圖表達效果出發，研究GIS靜態地圖表達技術和基于地理空間數據規則的制圖表達技術，并將其應用到一個實際的專題快速出圖系統中。理論和試驗表明，本文給出的GIS專題制圖表達技術可以實現不同專題信息的制圖效果，對提高GIS專題制圖效率、促進GIS制圖技術發展具有理論參考意義和實用價值。

1GIS制圖技術研究

1.1基于GIS的地圖表達模型

傳統的地圖制圖由GIS軟件完成地圖符號后，地圖產品在出版軟件中完成。其直接結果導致地圖空間數據的不連續性，割裂地理要素與地圖對象完整性，導致地圖產品更新困難。這種制圖邏輯上主要包括：地圖數據庫與地圖制圖編輯工具，形式化描述為

MS=DB[map]+DB[visual]+Tool[map].

(1)

式中：MS表示地圖制圖;DB[map]表示制圖數據庫;DB[visual]表示為地圖要素可視化;Tool[map]表示地圖制圖工具。

傳統的GIS地圖制圖通過圖形編輯設計地圖符號建立包含點線面3種符號的符號庫，并采用對照表將地圖符號庫與地圖中的地理要素之間固定關聯，這種方法稱為靜態圖式表達，可形式化描述為

SGISCR =DB[GIS]+DB[sysmolizeInfo].

(2)

式中：SGISCR表示靜態GIS地圖制圖;DB[GIS]表示地理空間數據庫;DB[sysmolizeInfo]表示為地圖符號。

第二步計算各圖書館四項指標的人均率。例如某圖書館服務人口總數為5 000人，每年有40 000次訪問，則該圖書館人均率=40 000÷5 000=8次/人。

靜態圖式表達主要建立在地理信息分類的基礎上，采用地理分層方式組織和表達地理對象，在制圖綜合過程，當位置沖突需要移動要素時，只能改變原有要素的幾何位置，導致制圖信息與地理信息不完整。

規則化數據驅動制圖表達是將制圖數據建立空間數據庫，并建立規則字段，用于存儲制圖表達規則，利用GIS的覆蓋功能實現地圖制圖的完整性和自由性，可形式化描述為

RGISCR=DB[GIS]+DB[sysmolizeInfo]+DB[Rule].

(3)

式中：RGISCR表示規則化數據驅動制圖表達;DB[GIS]表示地理空間數據庫;DB[sysmolizeInfo]表示為地圖符號;DB[Rule]表示地圖表達規則。

規則化數據驅動制圖表達模型，每個要素都包含制圖信息，每個制圖信息包括圖形的幾何特征、符號、符號化相關信息。對于位置沖突，將制圖表現轉換為自由式表達，實現對單個要素的覆蓋，而不改變要素的地理幾何信息，從而實現基于單個要素的制圖表達，見表1。

表1　基于GIS的地圖表達模型分析表

1.2靜態圖式表達

靜態圖式表達將地圖符號庫與地圖中的地理要素之間固定關聯，以符號樣式來渲染表達各類地物[6]。根據符號繪制的幾何類型，可將其分為4類：點符號、線符號、面符號和文本。點符號常用于描述地圖上點狀物例如井、觀測點、獨立樹等地物。線符號常用于繪制線要素和面邊界以及渲染其他地圖線，例如，道路、管線、欄柵、陡坎等線性地物，通常采用線型及其組合符號表達。面符號用于填充面和其他實體地圖元素，例如，宗地、綠地等的符號化。通過對符號、配色方案、渲染規則和其他相關地圖元素構成的庫進行編譯，從而形成符號樣式庫。樣式是符號、顏色、地圖元素及其他圖形元素組成的集合，有助于一組用戶創建和共享協調一致的制圖信息[7]。

靜態圖式表達是通過圖形編輯設計地圖符號,建立包含點線面3種符號的樣式庫,根據地圖符號與地理對象的關聯關系，渲染表達地圖，圖1為靜態圖式表達流程。

圖1　靜態圖式表達流程

基于ArcEngine開發平臺，靜態制圖表達根據地理要素類別與符號之間關聯關系，用程序去調用符號庫中的對應的符號，完成地理對象的符號化表達。具體實現如下：

MXD模板文檔配置方法：通過基于MXD文檔符號化方法,將文檔所有圖層調用符號編輯器完成圖層符號化，加載，然后根據地理要素類別動態設置MXD圖層數據源即設置圖層FeatureClass對象。

基于StyleGallery對象的符號化方法：StyleGallery對象是地圖符號樣式的集合對象，它代表一個Style通過這個對象可以將一個Style符號文件中的樣式提取出來供系統使用。在ArcEngine中調用IStyleGallery接口，該接口定義操作一個樣式的種類、樣式類、樣式條目的方法和屬性。

1.3地理數據規則化制圖表達

制圖表達(Representation)是一個要素類屬性，用于指定和存儲一系列規則，這些規則將指定要素類中要素的繪制方式，并與數據一同存儲在地理數據庫中，主要由兩部分組成：規則(rule)和覆蓋(override)[8-10]。制圖規則由符號圖層(SymbolLayer)和幾何效果(GeometricEffects)組成：符號圖層是制圖表達規則的基本結構單元，它可以是點狀、線狀或者面狀圖層3種類型中的任意一種；幾何效果是制圖表達規則的可選組成部分，在繪制要素幾何時，幾何效果會進行動態修改以獲得所需位置、大小等外觀，但不會影響數據源[11-12]。覆蓋還可以針對要素類中每個要素的外觀進行單獨編輯以滿足苛刻制圖規范的要求或僅改進要素的顯示效果[13]。例如：可以針對高速路上的橋、隧道或特定環境設定不同的規則進行符號化。

數據源的要素類(Features)包含有要素類型幾何字段和一組用于分析和數據管理的屬性字段，制圖規則作為要素類一個屬性，是在要素類的存儲表上增加了兩個額外的制圖字段(RuleID和Overrides)：RuleID字段是一個整型字段，用于保存對每個要素的制圖表達規則的引用；Override字段是一個BLOB字段，用于保存特定于要素的制圖表達規則的覆蓋值[14]。圖2為規則化制圖表達流程。

圖2　規則化制圖表達流程

基于ArcEngine開發平臺，規則化制圖表達根據要素類制圖表達模板，用程序去調用模板中對應的制圖表達規則，完成地理對象的符號化表達，然后結合制圖表達工具整飾地圖。具體實現如下：通過IRepresentationWorkspaceExtension接口獲取模板要素類制圖表達規則，然后IRepresentationRule接口將模板規則賦值給新建的規則，并設置要素類制圖表達規則，最后用IRepresentationRenderer接口實現制圖表達渲染，從而實現地圖的符號化。

2專題制圖制作流程分析

為了保證專題制圖制作流程的完整性和系統性，在實施過程中已經引入工作流模式：①根據專題題圖制作實際需要，結合地圖圖式規范，在符號管理器中，針對點狀、線狀、面狀符號在符號編輯界面中分別調用已有符號或經過多種簡單符號組合來制作圖式規程要求的符號，創建專題符號庫；在創建模板要素類屬性對話框的制圖表達選項卡中，對創建要素類的制圖表達規則及其他的制圖表達設置參數；②建立各要素類符號庫符號、制圖表達規則模板庫與要素類對照關系表；③在專題圖制作過程中利用系統加載制圖數據后能夠根據方案設置自動加載對應方案制圖模板、自動符號化、自動配置注記、自動整飾；④手工交互對地圖進行編輯完成專題制圖輸出與打印,具體流程見圖3。

圖3　專題制圖制作流程

3實驗與討論

為檢驗本文方法的有效性，以ArcGIS10.1為GIS平臺，采用Visual2010+.NET對制圖方法進行了試驗分析。按照制圖工藝流程對項目進行分析，制定方案，利用系統完成地圖制作。圖4為顯示利用靜態圖式表達在系統中的符號化顯示效果。圖5為顯示利用制圖表達功能在系統中的符號化顯示效果，其中點符號已與道路對齊，道路通過橋梁跨越鐵路，河流的地方通過掩膜工具實現交接部分覆蓋，滿足地圖制圖規范要求。

圖4　靜態圖式表達

圖5　規則化制圖表達

4結論

靜態圖式表達能完成一般地物的制圖表達，但是難以解決要素個性化制圖表達、要素制圖沖突覆蓋制圖表達等，采用規則化數據驅動地圖表達解決前者的問題，而且將規則信息存儲在數據庫，實現符號信息共享。規則化數據驅動地圖表達能將GIS數據快速生產成為電子地圖數據和地圖出版數據，節省部分的人工介入工作量，減少繁瑣的人工編輯，提高工作效率。這種基于規則的數據驅動地圖制圖表達將極大地改善數據地圖表現過程，特別在動態數據表現過程中具有關鍵的作用，是未來地圖制圖工作的一個重要發展方向。

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[責任編輯：張德福]

DOI:10.19349/j.cnki.issn1006-7949.2016.10.010

收稿日期：2014-11-07；修回日期：2015-10-12

基金項目：數字制圖與國土信息應用工程國家測繪地理信息局重點實驗室開放基金(DM2013SC12)；測繪地理信息公益性行業科研專項經費項目(201412010)

作者簡介：梁磊(1987-)，男，工程師,碩士研究生.

中圖分類號：P208

文獻標識碼：A

文章編號：1006-7949(2016)10-0049-04

Comparative analysis of the static graphic render and cartographic representations based on GIS

LIANG Lei,YU Yueping

(The second Engineering Institute of Sichuan Surveying,Mapping and Geographic Information,Chengdu 610100,China)

Abstract：At present,it is known that the map products exported by GIS system depart from GIS spatial data and break the integrity of geographical elements and map object,which lead to the difficulties for map product updating.To solve the problem above,with GIS cartographic template and GIS symbol library this paper studies the GIS static graphic render and GIS cartographic representations.Then using C# and ArcEngine programming technology,the paper realizes the GIS static graphic render function and GIS cartographic representations,applies it to thematic mapping project in some city and analyzes the results of the different modes of thematic mapping.It has been found that GIS cartographic representations based on the geographic data rule can satisfy the different requirements for data and mapping and can complete the map production quickly,which partly solves the traditional artificial editing by taking a lot work to complete drawing task and improves the work efficiency.

Key words：map products；GIS；GIS static graphic render；cartographic representations；geographic data