集成測繪地理信息系統的地圖制圖研究

摘 要：傳統地圖制圖技術應用時存在成圖時間較長、制圖效率低下等問題，為解決此問題，本文進行了集成測繪地理信息系統數據的地圖制圖技術設計研究，從各種來源收集、獲取與地理信息系統（GIS）相關的數據，按照規范進處理采樣數據，構建了一個統一的地理信息平臺，可對各類數據進行統一管理和訪問，提高數據的使用效率，實現數據的整合與更新。并將地圖圖層控制、多個圖層進行疊加，以實現地圖的多樣化表達。最后將該技術與傳統制圖方法的效果進行比較，結果顯示，地圖制圖技術所需繪制時間更短，繪制效率更高。

關鍵詞：集成測繪；地理信息系統；地圖制圖

中圖分類號：P 28 " " " " " 文獻標志碼：A

隨著全球信息化和數字化飛速發展，地理信息系統的應用已經滲透到各個領域，包括城市規劃、資源管理、環境保護和災害監測等。在地圖制圖領域，地理信息系統（GIS）的數據已經成為重要的信息源。但是GIS數據存在數據格式多樣、數據質量參差不齊等問題，影響了地圖制圖。

本文在研究中發現，測繪領域數據來源廣泛，包括各種傳感器、衛星遙感和無人機拍攝等，這些數據格式各異，給數據的整合和利用帶來了挑戰[1]。如何將這些異構數據有效地集成到一起是地圖制圖面臨的重要問題。同時，GIS數據在采集、處理和傳輸過程中會在各種因素的影響下出現數據質量下降，例如，數據采集的誤差、格式轉換時的失真以及數據傳輸中的丟失等。這些質量問題將直接影響地圖制圖的精度和可靠性。本文將圍繞這一主題，對地圖制圖技術的分析進行深入探討，以期提高地圖制圖的效率和精度，推動地理信息系統技術的發展和完善，并為相關領域（例如遙感圖像處理、計算機圖形學等）的研究提供借鑒和參考，推動地理信息產業快速發展。

1 數據采集與處理

數據采集是地圖制圖的第一步，需要從各種來源收集和獲取與地理信息系統（GIS）相關的數據。這些數據可能包括地形數據、地貌數據、建筑物數據和植被數據等。采集數據后，需要進行數據預處理。該階段主要包括數據清洗、格式轉換和坐標轉換等操作[2]。數據清洗的目的是消除錯誤和重復的數據，確保數據的準確性和完整性。格式轉換和坐標轉換則是為了使數據能夠達到GIS系統的要求。最后將預處理的數據進行存儲和管理，即存儲在GIS數據庫中[3]。GIS數據庫建立流程圖如圖1所示。進而根據采集的數據類型、數據量以及數據使用需求確定合適的存儲方案，再根據數據存儲方案選擇適合的GIS數據庫管理系統。

2 基于集成測繪地理信息系統的數據整合與更新

GIS系統中的數據整合是將不同來源、不同格式的數據進行融合和組織，以構建一個統一的地理信息平臺。通過數據整合，可對各類數據進行統一管理和訪問，提高數據的使用效率。

在將具體地理位置數據信息映射出來的過程中，必須科學地選擇和組合元素編碼轉換關系[4]。在特定情況下還需要對這些組合元素的編碼進行科學處理。在具體操作期間，信息以符號方式操作是整個過程的關鍵部分，可保證空間數據表達的準確性和完整性[5]。假設地理坐標為（x，y），通過一個函數f將其映射到特定編碼空間中。如果該函數為線性，其表達式即如公式（1）所示。

f（x，y）=ax+by+c （1）

式中：a、b、c均為常數。

如果該函數為非線性，可以使用雙曲函數或三角函數等非線性函數來描述這個映射。雙曲函數如公式（2）所示。

f（x，y）=a×sinh（bx+cy）+d （2）

式中：h為雙曲余弦函數；d為常數。

完成對數據的整合后，結合圖2所示流程，對數據進行更新。

更新數據前，需要對收集的數據進行預處理，再將預處理后的數據集成到地理信息系統中，替換或補充原有數據。在數據更新過程中，需要注意保持數據的完整性和一致性[6-7]。更新數據時，需要對數據進行質量檢查和控制。如果發現數據存在問題，需要及時修正并補充。

3 地圖圖層控制與地圖輸出

完成地圖制圖后，需要將地圖輸出、打印出來。在GIS系統中，可將地圖導出為圖片、PDF或者其他格式的文件，以便分享和使用。同時，也可以將地圖打印出來，制作成紙質地圖等實物地圖。在地圖的繪制過程中，可按照特定順序，將具有特定樣式的圖層進行疊加來生成地圖[8]。特定樣式的圖層指的是一個圖層及其應用于該圖層的特定樣式。綜上所述，可以將地圖的函數表達為通過有序疊加具有獨特樣式的圖層來創建和展示地圖內容。在這個過程中，每個圖層都會承載特定的地理信息，并采用不同樣式進行可視化表達，最終多個圖層的疊加形成了豐富多樣的地圖表達，如公式（3）所示。

（3）

式中：Map為地圖的函數；Layeri為圖層；Stylei為樣式；n為圖層或樣式個數；N為總數。

在某個尺度下，地圖服務形式發布的多尺度地圖可以表示為公式（4）。

（4）

式中：zj為比例尺。

在上述地圖表達式中，地圖的元組可以進一步表示為公式（5）。

（5）

式中：SpatialObj為空間對象集合；k為圖層中空間對象集合數量。

明確地圖圖層的表達后，為了進一步提高制圖精度，控制繪制過程中產生的誤差，用512×512離散坐標代替256×256的坐標，以消除繪制誤差。繪制誤差示意圖如圖3所示。

將空間坐標的浮點型點要素轉換為整型可以減少數據量，并節省從空間坐標到瓦片坐標的轉換時間，從而提高繪制速度。空間數據的屬性信息以鍵值對形式存在，其中所有對象的鍵值保持一致。最簡單的存儲方式是先存儲所有鍵值及其對應的數據類型，再按照鍵值的存儲順序序列化每個對象對應的值。為減少文件容量并加快繪制速度，通常采用經過簡化的數據格式。

Mz=DataCnt/TileCntz （6）

式中：Mz為在z尺度下數據集的全局要素密度；DataCnt為數據集要素數量；TileCntz為在尺度z下，與數據集空間范圍存在交集的瓦片數量。

設定一個閾值Th，如果Mzgt;Th，就采用矢量瓦片存儲方式；如果Mz≤Th，就采用傳統存儲模式存儲地圖中的每個要素，確保最終輸出的地圖繪制結果不會出現失真問題。采用混合存儲模式的瓦片數據存儲請求流程圖如圖4所示。

圖4中，閾值Th的選擇與運行環境相關，在計算性能較高的計算平臺上，可以設置更高的密度閾值Th。根據普通PC的配置，繪制十幾萬個線要素的時間為幾秒因此，將Th設置為每瓦片100000～300000個要素都在合理的范圍內。

4 制圖效果分析

為進一步驗證上述制圖方法的效果，本文將其與傳統制圖方法進行比較，在不同要素個數條件下，比較2種制圖方法的繪制時間，結果見表1。

表1中，加速比如公式（7）所示。

T=t1/t2 （7）

式中：T為加速比；t1為傳統制圖方法繪制時間；t2為新地圖制圖技術繪制時間。

通過對T進行取值分析可以比較2種制圖方法的繪制效率。如果T的取值＞1，說明新地圖制圖技術繪制時間更短，繪制效率更高；如果T的取值為1，說明2種制圖方法的繪制時間相同，繪制效率相同；如果T的取值＜1，說明新地圖制圖技術繪制時間更長，繪制效率更低。根據表1可以看出，不同要素個數下，加速比T的取值均＞1，說明新地圖制圖技術繪制時間更短，繪制效率更高。

進一步分析制圖效果可知，利用集成測繪地理信息系統數據，地圖制作者可以獲得更準確、精細的地理信息數據，進而提高地圖的精度和準確性。這些數據包括地形、地貌和水文等空間信息以及相關的屬性信息、圖形信息。這些信息的獲取和整合可減少地圖制作中的誤差和不確定性，提高地圖的可靠性和實用性。

在地圖制作中，合理設計地圖符號和圖層管理可將不同的地理信息和數據整合到一張地圖上，使地圖更豐富、直觀。例如，使用不同的顏色、形狀和大小的符號，可以區分不同的地理特征和類別；通過圖層疊加和組合，可以將不同信息整合到一起，使地圖使用者更全面地了解地理信息。

5 結論

集成測繪地理信息系統數據的地圖制圖技術是目前地理信息領域的一個重要方向。利用GIS數據的集成和應用可提高地圖的精度和準確性，同時也可為地圖使用者提供更豐富、直觀的信息。本文經過研究，所得結論如下：根據表1中的數據與公式（7）可以看出，在不同要素個數下，加速比T的計算結果均＞1，說明本文提出的地圖制圖技術繪制時間更短，繪制效率更高。

參考文獻

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