面向海圖信息發(fā)布的點符號模型設(shè)計與實現(xiàn)

王志展，萬曉霞

（武漢大學(xué) 圖像傳播實驗室，湖北 武漢430079）

地圖的發(fā)展同社會的發(fā)展有著密切的關(guān)系，地圖的內(nèi)容、形式和信息的表達方法隨著科學(xué)技術(shù)的進步不斷地發(fā)展。地圖符號是表達地圖內(nèi)容的基本手段，它不僅能用簡潔的形式表示事物的空間位置、形狀、質(zhì)量和數(shù)量特征，而且還可以表示各事物間的相互聯(lián)系及區(qū)域的總體特征。因此以地圖為基礎(chǔ)的空間信息系統(tǒng)中地圖符號是地圖的基本語言，在信息可視化中起著重要作用，因此各類GIS系統(tǒng)都有自己的符號存儲和顯示方式。

地圖數(shù)據(jù)最終的目標(biāo)是實現(xiàn)一次采集，多次重復(fù)的自動使用，這一過程包括:從測量到存儲再到顯示。而地圖的顯示從發(fā)布的形式可分為兩個方面:地理信息系統(tǒng)中顯示（信息整體顯示）和紙質(zhì)／電子出版顯示（信息更新發(fā)布）。以下簡稱為信息顯示和信息發(fā)布。

對于信息顯示目前的研究較多:陳泰生等實現(xiàn)cad與TrueType間的相互轉(zhuǎn)換；李青元等提出基于xml的符號數(shù)據(jù)交換格式；汶建龍實現(xiàn)基于中間件從多源地圖數(shù)據(jù)到出版；陶陶燈提出基于True－Type構(gòu)建符號以及實現(xiàn)構(gòu)建通用一體化符號編輯器；黃瑞陽提出XML SCHEMA圖符號統(tǒng)一編碼描述方案，實現(xiàn)地圖符號在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的傳輸、分發(fā)、解譯及還原。

對比GIS海圖符號顯示和紙質(zhì)符號顯示的符號表達形式可以看出:GIS上的顯示與信息發(fā)布所顯示的符號方式不相同，GIS上使用的是單一符號或組合符號，而信息發(fā)布中使用的是多種符號和文字組合，產(chǎn)生這種現(xiàn)象的主要原因是GIS上可進行交互式操作，追求信息表達的簡潔，因此顯示符號的形狀作為標(biāo)示所屬類型即可；但海圖信息進行電子發(fā)布或出版時，需要進行詳細的描述，因而采用復(fù)制的組合方式進行表示。

對于單一符號，可直接使用符號的TrueType字體。但對于信息發(fā)布，大部分是組合符號，這些組合符號是與漢字或數(shù)字結(jié)合起來的，無法通過構(gòu)建符號庫列舉所有情況。

綜上所述，從地理信息系統(tǒng)到海圖信息發(fā)布缺少通用標(biāo)準(zhǔn)的轉(zhuǎn)換方式，目前進行信息發(fā)布時，一般通過人工的方法使用方正排版軟件單個符號進行編排，根據(jù)通告定期更新，這種組合符號會造成大量的低水平重復(fù)工作，而且浪費時間，使信息發(fā)布不能有效及時。同時由于人工操作，需要進行大量的校對工作來保證準(zhǔn)確性。因此設(shè)計制定相應(yīng)的轉(zhuǎn)換規(guī)范，有助于提供海圖通告及航標(biāo)表自動出版的效率及準(zhǔn)確性。

1 符號模型設(shè)計

1.1 海圖符號信息顯示與信息發(fā)布的差異

在GIS系統(tǒng)或ECDIS系統(tǒng)中信息的顯示目前遵循的是IHO 5－57第3版標(biāo)準(zhǔn)，而在信息發(fā)布如《航海通告》、《航標(biāo)表》等信息發(fā)布系統(tǒng)中采用的是《中國航海圖編繪規(guī)范》（GBI2320－1998）、《中國海圖圖式》（GB12319－1998）。因此它們在表達符號時存在差異，深層次的原因使兩種規(guī)范在數(shù)據(jù)組織上不相同。

從海圖要素的特征描述方式上來看，電子海圖采取了特征物標(biāo)、屬性和屬性值這樣的結(jié)構(gòu)關(guān)系，描述客觀世界中的實體。而紙海圖只有特征物標(biāo)這一個層次，物標(biāo)上的各種屬性和屬性值是通過其它的方式反應(yīng)出來的。

同時劃分的層次不同，導(dǎo)致電子海圖和紙海圖在物標(biāo)分類上也有較大差別。在S－57標(biāo)準(zhǔn)中將物標(biāo)劃分為地理物標(biāo)、元物標(biāo)、組合物標(biāo)和制圖物標(biāo)四大類，將屬性也分為特征物標(biāo)屬性、國家語言屬性、空間和元物標(biāo)屬性四類。屬性與物標(biāo)之間是多對多的關(guān)系，也就是說一個物標(biāo)可以包含多種屬性，一種屬性可以應(yīng)用于多種物標(biāo)。這樣就使得海圖要素通過物標(biāo)、屬性、屬性值來描述。在GIS系統(tǒng)或ECDIS系統(tǒng)中，物標(biāo)通常采用符號形式描述，屬性通過外在的顯示（如顏色屬性）或交互式方式存儲在數(shù)據(jù)庫中。在紙海圖中，《中國海圖圖式》（GB12319－1998）將海圖物標(biāo)分為22類。從物標(biāo)分類上看，紙海圖和電子海圖之間存在一對多、多對一的情況。比如，一個燈樁在紙海圖中是一個物標(biāo)，而在電子海圖中它是由多個物標(biāo)組成:航標(biāo)、燈、頂標(biāo)，在這些物標(biāo)中，航標(biāo)是主物標(biāo)，燈和頂標(biāo)屬于輔助物標(biāo)。這種情況屬于一對多的關(guān)系。因此在從GIS系統(tǒng)或ECDIS系統(tǒng)到紙質(zhì)海圖或電子海圖通告發(fā)布時，符號之間的轉(zhuǎn)換存在問題。

1.2 信息發(fā)布中的符號模型設(shè)計

符號模型設(shè)計就是構(gòu)建一個地圖符號描述模型，使其能實現(xiàn)GIS系統(tǒng)或ECDIS系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫到信息發(fā)布時符號轉(zhuǎn)換的自動化。即解決從地理信息系統(tǒng)到信息發(fā)布的符號轉(zhuǎn)換問題。

采用中間件的方式，使用XML對需轉(zhuǎn)換的符號進行規(guī)范化描述，并對描述進行解析，使其能夠通過PDF發(fā)布或出版。

由于各GIS的數(shù)據(jù)庫不統(tǒng)一，符號表達不一致，因此采用中間件的方式，隔離對數(shù)據(jù)庫的直接依賴，使這一模型能夠在不同的平臺上具有通用性。

1.2.1 符號模型

根據(jù)對大量海圖符號進行研究，以及參考標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范《中國海圖圖式》（GB12319－1998）可知，在信息發(fā)布中主要關(guān)注特征物標(biāo)這一屬性，物標(biāo)上的各種屬性和屬性值是通過其它的方式反應(yīng)出來的。例如，符號的圖式、顏色、注記、位置關(guān)系等。而顏色是通過文字來描述的，整體特征物標(biāo)是需要從源數(shù)據(jù)系統(tǒng)中多種屬性組合得到。因而構(gòu)成描述模型。

如圖1所示，模型主要由8部分構(gòu)成:1～7為符號內(nèi)容信息，8為符號的結(jié)構(gòu)信息。其中1～3放置符號信息；4～5放置文字信息（如黑、紅等）；6～7放置數(shù)字信息（如93）；8放置符號結(jié)構(gòu)信息（將符號都劃分為下面四種結(jié)構(gòu)）。

上下描述為c，上中下描述為e，外內(nèi)，描述為o，左右描述為g。其中‘［'‘］'表示其組合方式。

此模型使用XML描述，選擇XML語言對符號進行描述的原因如下:

1）XML文檔的內(nèi)容和結(jié)構(gòu)完全分離。XML只用元素和屬性來描述數(shù)據(jù)，而不提供數(shù)據(jù)的顯示方法。這樣，XML就提供了一個優(yōu)秀的方法來標(biāo)記獨立于平臺和語言的內(nèi)容。這個特性為XML的應(yīng)用帶來了很大好處?；谶@樣的特點，可以將內(nèi)容與形式分開管理，使得版式的修改不會影響內(nèi)容。同時還可以使用XSL技術(shù)，由于XML文件的內(nèi)容和結(jié)構(gòu)分離，XSL可以在不影響內(nèi)容的情況下改變XML的文件結(jié)構(gòu)。

2）規(guī)范統(tǒng)一。XML具有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)語法，任何系統(tǒng)和產(chǎn)品所支持的XML文檔，都具有統(tǒng)一的格式和語法。這就使得XML具有運行于不同系統(tǒng)平臺之間，并能夠轉(zhuǎn)換成不同格式目標(biāo)文件的能力，使其成為內(nèi)容管理應(yīng)用系統(tǒng)中的優(yōu)秀選擇。而且還能夠進行混合語言編程處理，為系統(tǒng)開發(fā)帶來了其方便。

3）可擴展性。XML是一種可擴展的語言，可以根據(jù)XML的基本語法來進一步限定使用范圍和文檔格式，從而定義一種新的語言。因此在構(gòu)建組合符號時可以采用此方法自定義符號結(jié)構(gòu)，從而達到對符號信息的描述和管理。

符號模型描述如下:

如圖2所示，對于符號模型需要針對不同的情況進行分類，進而可以方便地使用此模型。因此將符號模型分為兩大類:基本組合模型和復(fù)雜組合模型。并且又將基本組合模型分為兩類:單一符號和基本組合符號。復(fù)雜組合模型分為兩類:嵌套組合符號和特殊組合符號。

圖2 符號模型類別

1.2.2 基本組合模型

基本組合模型是指根據(jù)現(xiàn)有結(jié)構(gòu)，能直接描述符號，不包含嵌套關(guān)系和特殊組合。

對于單一的符號由于沒有結(jié)構(gòu)，如表1所示，因此直接將單個符號的編碼放在‘外符號3'中。而單一符號的編碼可以采用標(biāo)準(zhǔn)符號編碼，在解析時使用hash表，使標(biāo)準(zhǔn)編碼與各系統(tǒng)中符號庫編碼對應(yīng)即可。即基本的符號編碼不一定是系統(tǒng)中對應(yīng)的編碼，可以是虛擬的標(biāo)準(zhǔn)編碼。這就可以使模型與具體的系統(tǒng)平臺無關(guān)，保證了模型的通用性。

表1 單一符號

基本組合符號如表2所示，主要有四個基本類型:上下、上中下、外內(nèi)、左右。構(gòu)建符號結(jié)構(gòu)的原因是由于單純的使用內(nèi)容信息描述，無法準(zhǔn)確地描述符號的結(jié)構(gòu)信息，使得符號的解析產(chǎn)生歧義。增加符號的結(jié)構(gòu)描述，能夠使符號解析簡潔準(zhǔn)確，同時也可在輸入時采用此模型，通過人機交互的方式自動生成符號結(jié)構(gòu)。

1.2.3 復(fù)雜組合模型

針對嵌套符號使用上面四種基本結(jié)構(gòu)進行組合描述，如表3中對5的描述:通過將復(fù)雜符號拆分為簡單的組合符號進行描述即可。

對于特殊組合類型，由于采用的是XML描述語言，因此可根據(jù)特殊情況進行擴展。如表3中6所示，描述的是復(fù)雜組合符號中的特殊組合符號，這種類型的符號主要是由上下文字構(gòu)成，因此在對其進行描述和解析時需加以區(qū)分。

2 設(shè)計實現(xiàn)

通過前面的描述，對符號模型進行了描述。本節(jié)具體對上述的符號模型進行解析，使其能夠在電子或紙質(zhì)出版上顯示出來。

由于紙質(zhì)出版和屏幕顯示呈現(xiàn)信息的介質(zhì)不同，為了保證模型的通用性，將使用形式化的方式對其進行描述。

表2 基本組合符號

表3 復(fù)雜組合符號

2.1 基本符號模型解析

在定義坐標(biāo)系中左下角為坐標(biāo)原點。顯示此符號位置的左下角坐標(biāo)為（DX，DY），組合時各部分的坐標(biāo)用（dx，dy）表示，整體符號字體大小為a。符號整體可以看做是一個a＊a大小的正方形框。M為變成為a的正方形中內(nèi)接圓中最大的正方形，m＝sqrt（a）／2。計算m的大小可使在內(nèi)外組合模型中，內(nèi)部組合的符號精確分布在外部符號中。

如表4～表7所示，單為單一結(jié)構(gòu)，復(fù)為復(fù)合結(jié)構(gòu)，基本實現(xiàn)如下:

1）上下組合結(jié)構(gòu)。

表4 上下結(jié)構(gòu)（允許含有復(fù)合結(jié)構(gòu)）

2）左右組合結(jié)構(gòu)。

表5 左右結(jié)構(gòu)（只能都是單一結(jié)構(gòu)）

3）上中下組合結(jié)構(gòu)。

表6 上中下結(jié)構(gòu)（只能都是單一結(jié)構(gòu)）

4）外內(nèi)組合結(jié)構(gòu)。

表7 外內(nèi)結(jié)構(gòu)

2.2 復(fù)雜符號模型解析

復(fù)雜組合符號的實現(xiàn)如圖3所示，需要先通過解析樹，分解成基本的符號，然后根據(jù)上述方式即可求得。

圖3 表3中編號5分析

具體描述如下:

1）將符號分解為樹形結(jié)構(gòu)，去掉‘［‘和'］‘；

2）對每個根節(jié)點進行遍歷；

3）如果屬于上下、上中下、外內(nèi)、左右，即屬于c，e，o，g的一種，則根據(jù)相應(yīng)的簡單結(jié)構(gòu)，調(diào)用其左子樹進行組合顯示，并將右子樹當(dāng)做一個整體，跳轉(zhuǎn)到步驟2；

4）直到所有節(jié)點遍歷完成。

通過上面的描述方式，可以完成對復(fù)雜符號的解析。

3 結(jié)束語

使用這種符號模型，可以生成動態(tài)的自適應(yīng)符號，有助于符號發(fā)布的自動化、標(biāo)準(zhǔn)化。而這種模型不僅可用于信息發(fā)布，也可用于GIS上。而使用符號編碼調(diào)用基本的符號庫，可使用TrueType字體或CAD，保證了在不同的平臺上的兼容性。

此模型目前存在的主要問題是只能用于點符號，對于線、面符號沒有涉及，后續(xù)的研究可在此上線、面符號進行擴展。

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