基于天地圖的湖北省快速制圖系統構建

曾 真，王海羽，胡 挺

（1.湖北省地圖院，湖北 武漢 430079）

基于天地圖的湖北省快速制圖系統構建

曾 真1，王海羽1，胡 挺1

（1.湖北省地圖院，湖北 武漢 430079）

介紹了基于天地圖地理信息數據庫的快速制圖系統。通過插件的方式，在制圖軟件Adobe Illustrator中引入了GIS數據處理功能，以擴展其地圖數據處理及制圖功能。通過對湖北省老河口市部分區域的研究表明，使用該系統制圖的效率可比傳統制圖提高約80%，縮短了制圖周期。

天地圖；快速制圖；GIS；數據庫

天地圖是國家測繪地理信息局主導建設的地理信息公共服務平臺，旨在向政府部門、企業和公眾等用戶提供基礎地理信息公共產品的在線瀏覽、查詢、開發等功能服務[1]。天地圖?湖北是天地圖的省級節點，擁有豐富的基礎地理數據和專題數據[2]。基于該數據基礎的快速制圖服務，在應急搶險、政府決策、反映市情市理等方面有著重要應用，同時也是天地圖公共服務平臺提供的主要服務功能之一[3]。

然而，如何在充分利用GIS數據豐富語義信息的同時兼顧效率，達到快速制圖的目的，是當前需要解決的問題。GIS軟件雖能充分表達數據的語義信息，但其地圖制圖功能普遍較弱，設計與生產的地圖很難達到出版要求；而專業制圖軟件的制圖功能強大，但需對GIS線劃數據進行大量處理工作。針對上述問題，目前的解決方法有兩種：建立基于GIS的地圖表達模型；通過中間格式或GIS軟件與制圖軟件之間的互操作，將GIS數據轉換為快速制圖所需的數據格式。前者的研究仍停留在形式化描述階段，尚無法應用于實際生產；后者在數據轉換過程中，可能存在嚴重的信息丟失現象，且轉換后的數據仍需大量的人工處理才可形成符合出版要求的地圖。

本文設計并實現了一種基于天地圖地理信息數據庫的快速制圖系統，通過插件的方式，在制圖軟件Adobe Illustrator（AI）中引入了GIS的數據處理功能，以擴展其地圖數據處理及制圖功能，提高了地圖制圖工作效率，縮短了制圖周期，同時將出版級地圖的成果在天地圖平臺上發布。

1 系統設計

1.1 系統架構設計

系統采用數據存儲層、服務層、接口層和應用層4 層邏輯架構，采用Oracle數據庫存儲原始基礎地理數據，以ArcSDE為服務層，使用插件式開發技術在AI中嵌入GIS數據處理模塊，形成系統應用層，見圖1。

圖1 邏輯結構圖

1.2 系統功能模塊設計

系統包括數據預處理模塊、符號庫模塊、地圖制圖規則模塊、地圖制圖模塊和地圖發布模塊5個功能模塊，如圖2所示。

圖2 系統功能模塊設計

1）數據預處理模塊，完成天地圖?湖北數據庫中的GIS數據到AI中制圖數據的轉換，主要功能包括數據轉換、數據提取、興趣點提取和注記預處理。

2）符號庫模塊，針對AI進行地圖制圖符號的設計與管理，主要包括符號庫和符號庫管理插件兩個部分[4]。符號庫管理插件將UI插件嵌套在AI中可進行點符號的修改替換，采用C++進行邏輯開發，采用Adobe Flash Builder進行符號配置可視化界面的開發。其主要功能包括符號的設計、入庫、配置和替換等。

3）地圖制圖規則模塊，包括地圖制圖規則庫和規則庫管理插件兩部分，用于對各要素注記進行配置。地圖制圖規則庫采用外掛數據庫方式進行制圖知識規則的組織；規則庫管理插件將標準C++封裝為AI標準插件，負責制圖規則的入庫和調用管理等，主要包括點注記規則和線注記規則，面注記可通過點注記（面的中心點）或線注記（大型面的中心線）表示。

4）地圖制圖模塊，為系統的核心模塊，負責對數據預處理模塊轉換后的數據進行自動制圖，主要功能包括GIS數據到AI數據的轉換、要素選擇、要素關系處理（如壓蓋、移位避讓等沖突）、注記智能配置、要素符號化表達、制圖環境參數設置等。針對GIS數據，基于地圖符號庫（樣式庫），由制圖規則庫驅動，地圖制圖模塊負責對GIS數據的自動轉換處理、要素自動選擇、要素關系處理、自動注記配置、要素符號化表達等進行智能化處理。

5）地圖發布模塊，以插件的形式嵌入到AI中的地圖制圖核心模塊，實現對不同格式地圖的導出、切片、打印等，以及地圖在天地圖平臺的發布，同時生成數據地理信息附屬文件，方便后期校準發布。

1.3 關鍵技術研究

1.3.1 基于Text Engine的智能注記配置

點注記、線注記和面注記的配置方式各不相同。

對于點注記對象，給定一個具體位置，并在該位置上設定好屬性。點注記有8個方位，當前方位有沖突時，就轉到下一個方位。每次沖突處理，都只轉當前點的位置，若有些點的重要性較強，則在點規則表里把它的權值提高。在作圖時，權值高的點會先畫[5]。

對于線注記對象，創建線時需給定一個具體路徑。在配置線注記時，注記內容的正向會自動跟隨給定路徑的走向，且道路交叉口較容易發生注記沖突。當發生注記沖突時，優先級高的注記應盡量保持原狀，只調整優先級低的注記位置。在檢測注記內容是否在道路交叉路口時，先得到道路注記每個字符的最小外接矩形，并與道路交叉點的最小外接矩形比較求交集，從而判斷注記是否在道路交叉口，若兩個最小外接矩形相交，則改變注記字符間距或注記的首尾間距，再把注記的新位置與道路交叉口進行比較，最終得到一 個合適的位置，使得注記有效避開道路交叉口[6-7]。

面狀要素的標注一般分為兩種：以面狀要素的中心點進行標注，適合于較規則或面積較小的面狀要素；提取面狀要素的骨架線，再按照線狀要素的標注方法進行標注。

1.3.2 數據及信息的無縫轉換

為實現數據及信息的無縫轉換，采用ArcEngine的開發接口獲取GIS數據，再將GIS數據經過坐標轉換變成紙質坐標。AI中的Art對象提供的擴展方式可存放GIS數據的屬性信息，因此使用AI提供的接口轉換制圖數據。該方式相當于在GIS和AI之間搭建了一個橋梁，實現了GIS數據與制圖數據間的轉換。

1.3.3 要素智能配置及沖突處理技術

為實現要素智能配置和沖突處理，采用規則庫記錄要素間的權重，程序通過讀取要素權重，根據優先級進行繪圖，再檢測要素與注記、注記與注記是否壓蓋。若壓蓋則通過算法將要素自動移位解決要素間的沖突，若道路圖層壓蓋則采用調整不同要素間圖層的順序來解決沖突問題。在規則庫中記錄各圖層間的權重，圖層繪制前先按照權重對圖層重新排序，再對道路進行符號化。

1.3.4 內外部制圖符號庫的設計及配置

點符號的樣式既可使用AI軟件自帶的內部符號面板中的符號；也可在繪制出圖前，調用該點規則庫的信息，通過修改CLASID值，在C++插件端調用AI的API修改相應符號樣式，樣式與AI符號庫一一對應，進而從外部進行符號設計和修改。

2 系統開發及性能測試

通過對上述4個關鍵技術的深入研究，本文完成了基于天地圖的湖北省快速制圖系統的構建。該系統包括數據預處理與轉換子系統和快速地圖制圖子系統，其中數據預處理與轉換子系統實現了要素提取、數據轉換、數據處理、數據檢查等功能；快速地圖制圖子系統包括4個模塊：AI地圖符號庫模塊、制圖規則庫模塊、自動制圖模塊和地圖發布模塊，實現了制圖規則庫的定義、管理與配置，點線面要素符號的定義、管理與配置，地圖要素的符號配置、關系處理、沖突處理，地圖數據發布等功能。

為測試本系統的制圖效率[8]，以湖北省老河口市部分區域的第17、18、19、20級數據和湖北省黃石市第18級數據為測試數據，對比傳統人工制圖和快速制圖軟件制圖所用時間，結果如表1所示。不難看出，在保證成圖質量的前提下，使用本系統進行制圖可明顯縮短成圖時間，效率可提高約80%；且相同數據的符號庫可以通用，進一步提高了制圖效率。老河口市成果圖如圖3所示。

表1 制圖效率測試表/d

同時經過第三方軟件測試和試運行，基于天地圖的湖北省快速制圖軟件達到了縮短出版級地圖制作周期的目的。

圖3 基于快速制圖系統的老河口市第20級數據成果圖

3 結 語

本系統的數據預處理與轉換子系統可提高出版地圖生產設計的自動化程度，減少數據庫到地圖成圖過程中的人工工作量，并實現了制圖數據切片與快速輸出；快速地圖制圖子系統可提高地圖制圖的生產效率，降低人工工作帶來的產品差錯率，提高地圖編制整體質量，提升地圖和地理信息在應急搶險、政府決策、反映市情市理等需要快速地圖（地理底圖）領域中的制圖效率和服務能力。

基于天地圖的湖北省快速制圖系統具有的重要意義為：①實現了一種基于GIS數據庫的新型快速制圖方法；②實現了地圖制圖軟件環境下的自動地圖制圖插件開發技術；③實現了地圖制圖規則驅動下的要素自動配置及關系處理技術；④完成了地圖制圖工藝改進，有效提升了制圖效率；⑤研發了國產的MapPublisher軟件，具有重要推廣價值。

今后還需在以下兩個方面深入分析：①針對天地圖提供的其他級別實驗數據進行軟件功能的測試與試運行，在實際地圖生產中優化和完善軟件功能。②為滿足更多制圖單位的需求，需進一步研究基于CorelDraw等制圖軟件下的技術移植與開發，完成基于CorelDraw等制圖軟件的快速出圖插件系統的設計和開發，并將成果進行推廣。

[1] 楊勇,李霖,王紅,等.基于國家基礎地理信息數據的地圖制圖系統[J].武漢大學學報(信息科學版),2008(3)：261-264

[2] 雷瑛,錢金波.“天地圖?甘肅”在地質災害應急中的應用初探[J].礦山測量,2013(5)：6-8

[3] 梅洋,趙勇,彭震中,等.基于天地圖的應急影像地圖快速制作研究[J].測繪通報,2012(3)：32-35

[4] 馬俊,王光霞,張令逵,等.多用途多尺度專題地圖快速制圖設計模式[J].測繪科學,2011(6)：213-215

[5] 杜世宏,王橋,杜道生,等.地名注記自動配置研究[J].地理學與國土研究,2002(4)：14-18

[6] 羅廣祥,馬智民,劉元會,等.智能化地圖注記[J].地球科學與環境學報,1999(3)：53-56

[7] 游漣,何宏星.地圖點狀符號及注記的自動配置[J].測繪學報,1993(4)：304-308

[8] 董琨,雷瑛,錢金波.基于天地圖的在線快速制圖技術研究[J].礦山測量,2015(6)：83-85

P208

B

1672-4623（2017）05-0048-03

10.3969/j.issn.1672-4623.2017.0051.5

曾真，高級工程師，主要從事地圖編制與地理信息系統方面工作與研究。

2016-09-14。