面向地圖數據庫的快速成圖系統設計與實現

楊 柳

(江蘇省基礎地理信息中心,江蘇 南京 210013)

0 引言

隨著測繪地理信息技術的不斷發展,地圖服務的應用日益廣泛,尤其在各類突發事件的決策和救援中發揮了重要作用[1]。以往的地圖編制模式中生產工序較多、生產周期較長,為滿足應急的需求,陜西、內蒙古、山東等省份(自治區)先后開展了快速出圖技術的研究,一定程度上提升了地圖編制工作的自動化水平[2-5]。為進一步提高地圖服務保障能力,江蘇省從地圖編制的實際需求出發,對全省水系、交通、境界、居民地等基礎要素以及各類專題要素進行了整理和綜合,建成了能滿足省、市、縣多種制圖需求的多尺度地圖數據庫,并在此基礎上,進一步建設了快速成圖系統,將建庫數據快速轉換為地圖數據,實現普通地圖和多種專題地圖的制作。

1 需求分析

快速成圖系統基于多尺度地圖數據庫,面向普通地圖和多種專題地圖的制作需求,系統的設計應滿足以下幾點要求。

(1)地圖要素快速選取。江蘇水網密集、路網縱橫,實際出圖時應根據需求對地圖數據庫中的要素數據進行選取,使圖面負載量保持合理。因此應研發地圖要素快速選取功能,減少制圖數據準備的工作量。

(2)快速地圖符號化。地圖符號是地圖的基本語言,清晰易讀的地圖符號能保證讀圖者快速閱讀、牢固記憶。應設計預制的地圖符號配置方案,通過地圖符號的快速匹配,實現從數據庫到地圖的轉換。同時,應提供多套地圖符號,滿足多種應用場景的需求[6]。

(3)注記生成與處理。為保證易讀性,地圖注記的字體、字大、字色、間隔等隨要素類型的不同而變化。面對多樣的注記放置規則,應研究其自動化生成和處理技術。

(4)專題地圖制作。專題地圖種類繁多、應用廣泛,是普通地圖的重要補充。應研發專題地圖制作功能,涵蓋多種常見圖表的制作與編輯,與專題信息數據庫聯動,實現水系、交通、旅游、開發區、水利工程、地貌、政策熱點等多種專題地圖的制作。

(5)關鍵環節自動化處理。地圖制圖過程中存在符號選擇、沖突處理、注記調整、水系漸變、境界跳繪等一系列常規性、重復性的工作,在傳統制圖模式中耗費大量人力,應針對這些問題研究關鍵技術,并對貫穿其中的專家知識規則進行梳理總結,提高地圖制作的自動化、智能化程度[7-8]。

2 系統設計

2.1 總體框架

快速成圖系統總體技術框架分為5層,包括數據層、服務層、業務層、顯示層和用戶層,系統采用C/S結構,軟件架構基于ArcEngine和.Net技術搭建,如圖1所示。

圖1 總體技術框架

2.2 功能設計

快速成圖子系統總體上分為工程文檔、數據獲取、地圖處理、整飾輸出、專題統計、工具輔助6大主要功能模塊,如圖2所示。

圖2 系統主要功能

2.2.1 工程文檔

該模塊主要管理作業工程和文檔,包括最近工程、打開工程、保存工程、關閉工程、添加臨時數據、打開MXD和導出MXD等功能。

2.2.2 數據獲取

該模塊基于地圖服務采用多種定位形式實現數據的空間定位、投影選擇、數據裁切和符號化。

2.2.3 地圖處理

該模塊支持對地圖要素的快速選擇,以及點要素、線要素、面要素和注記的相關調整處理,通過境界跳繪、暈渲生成、境界普色、水系漸變等功能,實現了復雜制圖工序的快速自動化處理。

2.2.4 整飾輸出

該模塊包含色帶生成、頁面設置、圖名設置、圖例生成、花邊生成、附圖管理等整飾功能,以及在出版視圖下的地圖輸出功能。

2.2.5 專題統計

專題處理模塊包含專題圖表生成、專題圖編輯、表格編輯、專題圖渲染等專題圖編輯與處理功能。

2.2.6 工具輔助

該模塊主要提供要素的幾何處理、拓撲處理和快捷工具,包含線打斷、面分割、合并、延伸、反向、要素修整、復制、粘貼等功能,實現對圖面細節的進一步處理。

3 關鍵技術

3.1 面向多尺度地圖數據庫的地圖定位與要素選取

地圖定位是地圖編制的第一步工作,本系統設計了坐標定位、文件定位、單擊定位、地名定位、行政區定位等多種定位方式,明確制圖區域的范圍,并根據紙張大小、頁面邊距等參數,測算出成圖比例尺,并據此連接服務器中相應的地圖數據庫,進行制圖數據下載。

針對江蘇水路密集的情況,結合多尺度地圖數據庫中設置的選取等級,本系統設計了要素選取功能,可以實現水系、交通、境界、居民地和表面注記等的快速選取。對于未被選取的要素進行邏輯刪除,即將其改為不顯示狀態,從而確保操作的可恢復性。

3.2 制圖知識規則庫

系統圍繞知識規則驅動快速制圖的核心理念,針對傳統制圖專家經驗進行了梳理總結,記錄了如居民地選取比例、河流化簡彎曲參數、水系漸變起始寬度、道路連通閾值、注記沖突處理策略等一系列經驗參數,建立制圖知識規則庫,同時支持結合具體需求作自定義調整,從而指導制圖數據的高效處理。

3.3 快速成圖模板庫

為應對不同范圍、不同尺度、不同用途的快速制圖需求,系統中基于已有的制圖經驗將多種幅面、多種比例尺、多種用途地圖中的要素表達、注記風格、整飾設計等進行了歸納總結,梳理地圖要素的表達內容、選取指標,并設計了相應的符號化方案、配色方案、注記方案、圖外整飾方案,制作了多種風格的配圖模板、圖外整飾模板并建庫管理。制圖時可根據需要自主定義或選擇特定方案,實現成圖過程中對圖面效果的快速選擇。地圖整飾知識庫示例如表1所示。

表1 地圖整飾知識庫

3.4 注記規則庫

地圖注記的生成和排列是一個復雜的過程,受要素類型、地圖符號、閱讀習慣等諸多因素影響,其自動化程度以及注記質量直接影響地圖編制效率和地圖產品質量。系統根據不同的要素類型和用圖需求,探索整理了注記字體、注記大小、注記顏色、擺放位置等一系列知識,并用規則化的語言存儲到注記規則知識庫中,規則示例如表2所示。

表2 注記規則知識庫

4 快速制圖實驗與結果評價

針對江蘇省域內不同區域的特點,選擇金壇區、興化市、祿口街道等幾個地區進行快速制圖實驗,以測試系統的效率。實驗按照普通地圖制作流程,從連接服務器進行地圖定位、數據裁切、地圖符號化,到最終的地圖成果輸出,分別統計了各區域的快速制圖用時。實驗結果如表3所示。

表3 實驗區域與快速成圖用時

可以看出,利用快速成圖系統,在較短時間內可以實現普通地圖的生成。與傳統地圖編制工藝相比,本系統提供的快速制圖能力極大地提高了地圖編制的效率。

5 結語

本文分析了快速成圖系統的設計需求,并介紹了江蘇省快速成圖系統的設計方案,通過一系列關鍵技術的研究,本系統形成了從地圖定位、數據下載、地圖符號化到地圖輸出的完整工藝流程,實現了從建庫數據到地圖成果的快速轉換,能夠滿足普通地圖和多種專題地圖的制作需求。實驗表明,應用本系統可極大提高地圖編制的效率,為輔助決策、生態保護、應急救援等提供有力的地圖保障。接下來,應進一步探索關鍵技術,優化算法效率,并繼續擴充地圖快速成圖模板庫,豐富系統的應用場景。