基于地理信息數據的地圖自動化制圖技術研究及應用

吳付英 姚鑫

摘? 要：傳統的計算機輔助人工制圖周期長，效率低，不能滿足當今大數據時代快速提供服務的需求。該文結合《貴州省地理國情普查地圖集》的工藝流程，探討了基于制圖專家知識模板，利用WJ-Ⅲ軟件實現地圖數據自動化成圖的關鍵技術，對地理信息數據準確、快速的自動化成圖提供了有益探索。

關鍵詞：地理國情普查地圖集? 綜合縮編? 制圖編輯? 自動化成圖

中圖分類號：G3? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A文章編號：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

地理信息數據是政府公共管理和科學決策的主要基礎性依據，是實現經濟社會信息化等方面的重要支撐[1]。地圖作為地理信息社會服務的主要產品形式，承載著地球表面豐富的地理信息要素，是對地理信息的一種圖形表達方法[2-4]，它以科學性、實用性和藝術性的表現，在社會各行業中得以廣泛應用，服務對象日趨呈現多極化趨勢[5]。

目前，全國地理國情普查工作已取得最終成果，如何快速準確地將這些專業復雜的地理信息數據進行綜合縮編和制圖表達，充分展現信息內容，挖掘蘊涵潛在價值，通過地圖（集）的形式向社會提供成果服務，是地圖工作者要面對的問題。

1? 研究現狀

現有的計算機輔助制圖技術隨著各種地理信息數據和地圖制圖軟件的應用得到了快速發展。目前采用常規機助制圖技術編制地圖（集）主要有以下兩類：第一類是以CorelDRAW和Illustrator為代表的平面設計制圖軟件，各類地理信息數據分層轉換，在該軟件進行編輯符號化，由于其顯而易見的制圖表達效果，且圖形編輯功能靈活、方便，在專題地圖（集）編制上得到很大的運用。但由于其無法保留數據坐標及屬性，不同數據源需多次轉換套和，且重復工作需大量的人工干預，地圖自動化程度較低[6]。第二類是以ARCGIS、MapGIS等為代表的GIS軟件平臺制圖模式，充分利用地理信息數據的屬性特點，借助其強大的GIS分析功能批量處理部分重復工作，如模板符號化、自動生成注記等，在地圖編制上發揮著日趨強大的作用。但其制圖表達效果不夠，美化功能不強，并且對制圖人員使用要求較高，部分工作仍需人工干預，自動化程度未得到較大程度提高。

因此，現有的計算機輔助人工交互地圖編繪周期長效率低，地圖縮編綜合耗時間、費體力、耗資源，已不能滿足海量國情數據需準確、快速提供服務的需求。而《貴州省地理國情普查地圖集》（以下簡稱《圖集》）編制時間緊，任務重，要求高，經過多次對比實驗，選用國產自主開發軟件WJ-Ⅲ地圖工作站，該軟件通過結合貴州的地形特點建立地圖綜合知識庫，實現了不同比例尺的自動化智能化成圖，極大地提高了工作效率。該文結合《圖集》的工藝流程，探討基于WJ-Ⅲ軟件實現地圖數據自動化成圖的關鍵技術，對地理信息數據準確、快速的自動化成圖提供有益探索，從而為各級政府及社會提供最新、最及時的地圖服務和測繪應急保障服務。

2? 基于WJ-Ⅲ進行《圖集》生產的關鍵步驟

2.1 《圖集》生產工藝流程

《圖集》整個制圖工藝流程可以分5個階段： 數據預處理、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，具體見圖1。其中工作量最大的數據預處理、主圖數據縮編以及大部分的主圖制圖編輯都是基于地圖專家知識模板寫入綜合知識庫，由計算機程序代替人工自動實現的。

2.2 《圖集》自動化成圖的關鍵步驟

2.2.1 數據預處理

地理國情數據在縮編前，先要進行重投影、拓撲處理、分層改名及河流屬性修正等預處理，使數據符合WJ-Ⅲ軟件綜合縮編的規范要求。其中河流屬性修正是將水庫、雙線河等面狀河流的GB碼屬性值根據空間位置關系賦給對應的線狀河流結構線（原始編碼為999999），保證線狀河流正確連續，以實現水系的自動化批量漸變[7]。

2.2.2 主圖制圖綜合

根據制圖知識規范要求，通過建立自動綜合流程化成圖算法模型快速準確地將1∶10 000的數據綜合縮編到4開的圖紙上，從而實現主圖數據的自動化綜合縮編及化簡，極大地提高編制效率，同時避免了作業人員主觀判斷不統一、疲勞出錯等問題，成為該《圖集》實現自動化成圖突破的關鍵點之一。

（1）面狀要素的綜合縮編。

地類圖斑的縮編主要應滿足各類用地的上圖標準（見表1），并正確反映地類的區域分布特征。根據成圖比例尺反算原始數據圖斑綜合指標，小于指標要求的圖斑按照“就同類近類”原則合并到其他圖斑，再對合并后的圖斑輪廓進行概括、化簡（見圖2）。

（2）線狀要素綜合。

主要是對線狀地物彎曲的化簡和取舍。以行政區為單位，找出高等級道路或主干河流作為骨架，將圖幅劃分為若干區域，綜合考慮其等級、長度、密度和連通性，設定選取指標（1.5 cm）進行自動取舍，同時還要保持不同區域間的相對密度差異。

（3）點狀要素綜合。

先將成圖區域分成若干格網，各格網內部根據點狀要素的疏密度通過級別高低和與道路的連接關系建立權重進行自動取舍，且保證其分布形狀和密度特征。

2.2.3 主圖制圖編輯

地圖數據縮編完成后，利用設計好的符號，將省級區域數據根據其要素名稱、屬性中的GB碼進行地圖分層、要素疊蓋關系處理、自動注記、圖層規范化重命名、要素符號化等功能標準設置，建立工程模板，其他區域可按照模板批量符號化實現“一鍵成圖”。在此工序中，根據制圖專家知識及算法，對水系的批量漸變符號化和道路、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配置成為自動快速成圖的關鍵。

3? 應用成果

3.1 作業生產效率大幅提高

WJ-III結合制圖專家知識及多種優化算法集成的軟件開發實現途徑，自動快速實現了要素綜合縮編、要素關系處理、行政界線跳繪、注記自動配置等，軟件系統通過模擬人類的思維與認知過程，實現了智能策略下的自動綜合，效率大為提高（見表2）。

3.2 實現全省國情數據圖庫一體化

地理國情數據在采用WJ-III進行自動綜合后，保留了原始數據的基本屬性和坐標，并可導入其他GIS軟件編輯使用，建成涉及全省、市、縣，從1∶10萬到1∶160萬比例尺的地圖數據庫，實現了圖庫一體化，為進一步的聯動更新奠定基礎。

4? 結語

通過上述基于制圖專家知識模板庫自動化成圖技術的實際應用，《圖集》僅用了傳統圖集編制時間的1/3，有效縮短了成圖周期，并降低了人工出錯率，是對傳統的人工輔助計算機制圖到自動化成圖的一次突破性嘗試。但從編制過程及實現效果來看，自動化程度還有待提升：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現合理漸變，又可以解決主區與鄰區接邊處的河流符號化漸變問題;二是考慮通過更新數據庫和已有地圖庫的疊加，自動識別并更新地圖庫，解決地理信息數據的多級聯動更新問題。因此，要達到完全的自動化成圖，還需要不斷地探索和實踐，從而能夠進一步推動地理測繪地理信息為社會提供科技支撐和技術服務。

參考文獻

[1] 胡馮偉，喬俊軍，陳張健，等.改進的地圖制圖點注記配置探測信息模型[J].測繪學報，2021，50（1）：132-141.

[2] 朱道強，覃麗仙.基于ArcMap的專題圖自動化制圖[J].測繪與空間地理信息，2020（6）：204-206

[3] 彭金勇，黃麗，丁楠.地理國情普查專題圖制作系統設計[J].測繪與空間地理信息，2019（11）：213-214

[4] 王家耀.GIS與電子地圖技術的進展[M].長沙：湖南地圖出版社，1999.

[5] 陳志華，朱一勝，薛志強，等.基于百度地圖的釘螺監測系統的實現[J].中國血吸蟲病防治雜志，2017（29）：795-797.

[6] 文婷，蔡忠亮，吳俊法，等.Illustrator環境下的自動地圖制圖方法[J].測繪科學，2019，44（9）：158-163.

[7] 吳偉，李成名，殷勇，等.有向拓撲的河系漸變自動繪制算法[J].測繪科學，2016，41（12）：89-93.