淺談GIS空間數(shù)據(jù)與地圖制圖融合技術(shù)

陳慧芬

（甘肅省地圖院 甘肅蘭州 730000）

1 引言

地圖作為一種描述、研究人類生存環(huán)境的信息載體，融合科學(xué)與藝術(shù)為一體，成為人類生產(chǎn)與生活中必不可少的一種工具。隨著人類文明的不斷進(jìn)步和發(fā)展，各種科技手段蜂擁而至給地圖制圖學(xué)科帶來了機(jī)遇和挑戰(zhàn)，也經(jīng)歷了翻天覆地的變化，地圖制圖技術(shù)手段不斷得到更新，長期的積累形成了以手工制圖到數(shù)字制圖為技術(shù)手段的地圖文化。GIS是指地理信息系統(tǒng)，主要是綜合處理和分析空間數(shù)據(jù)的一種技術(shù)手段，它以空間數(shù)據(jù)庫為基礎(chǔ)，在計(jì)算機(jī)技術(shù)的支持下，對(duì)空間相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行了采集、管理、操作、分析、模擬等處理，來實(shí)現(xiàn)地理信息的空間和動(dòng)態(tài)效果，是為地理研究和社會(huì)服務(wù)而建立的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。在地理信息工程的不斷推進(jìn)下，如何能有效利用現(xiàn)有的 GIS數(shù)據(jù)，采用高效快速的數(shù)據(jù)加工流程，在保障實(shí)用性和科學(xué)性的基礎(chǔ)上快速生產(chǎn)出高質(zhì)量的地圖已經(jīng)成為制圖行業(yè)研究的熱點(diǎn)課題。本文從 GIS空間數(shù)據(jù)和地圖制圖融合技術(shù)進(jìn)行研究，分析該技術(shù)在實(shí)際地圖制作當(dāng)中的應(yīng)用，為制圖技術(shù)的研究提供科學(xué)的理論依據(jù)。

2 GIS空間數(shù)據(jù)概述

中國地理信息系統(tǒng)誕生于20世紀(jì)80年代，經(jīng)過幾十年的開發(fā)和研究，已經(jīng)從最初的應(yīng)用技術(shù)發(fā)展到了一門具有完整理論體系的空間信息系統(tǒng)，在國家信息化、國土安全、經(jīng)濟(jì)建設(shè)、科研研究中起到了舉足輕重的作用。GIS空間數(shù)據(jù)和地圖制圖的融合，徹底改變了人們對(duì)地圖制圖的理解和實(shí)踐方式，也引起了專業(yè)工作者對(duì)地圖繪制的思考及探索，極大地促進(jìn)了地圖制圖學(xué)的發(fā)展，結(jié)束了過去舊思維模式的地圖制圖時(shí)代，開發(fā)出了全新的地圖信息系統(tǒng)。從空間數(shù)據(jù)在表達(dá)上存在的地圖信息的缺失，需要在實(shí)際表達(dá)過程中對(duì)其進(jìn)行信息的補(bǔ)充。

3 GIS空間數(shù)據(jù)的特征

想要完整地描述空間的狀態(tài)，需要具體的空間定位數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)，所以一般的空間數(shù)據(jù)要具有以下幾個(gè)特征:空間特征、屬性特征、時(shí)間特征、地圖約束性特征。前三個(gè)是空間數(shù)據(jù)的最基本特征反映出空間實(shí)體的本質(zhì)，這里我們主要探討空間數(shù)據(jù)的地圖約束性。在地圖制圖進(jìn)入到數(shù)字化時(shí)代初期，人類對(duì)地理環(huán)境的認(rèn)知是抽象的，空間矢量數(shù)據(jù)的獲取主要基于地圖數(shù)字化來完成的，它具有地圖的基本特征，如地圖用途、比例尺、地圖要素、要素關(guān)系等，這就決定了空間數(shù)據(jù)必須受到原始地圖的約束，因此統(tǒng)稱為地圖約束性。地圖概述約束分為圖形約束、結(jié)構(gòu)約束、應(yīng)用約束和過程約束，圖形約束是反應(yīng)距離、長度面積等度量關(guān)系。結(jié)構(gòu)約束主要是反映對(duì)象的本質(zhì)來保持對(duì)象間的空間和語義聯(lián)系。而應(yīng)用約束則是地圖目的相聯(lián)系，過程約束是概括操作的執(zhí)行順序和相互作用。因此空間數(shù)據(jù)的體現(xiàn)主要表現(xiàn)在地圖的圖形約束和結(jié)構(gòu)約束。

4 空間數(shù)據(jù)和地圖表達(dá)的關(guān)系

4.1 空間數(shù)據(jù)和地圖制度的密切聯(lián)系

GIS空間數(shù)據(jù)信息系統(tǒng)可以統(tǒng)計(jì)管理地理數(shù)據(jù)和廣泛的數(shù)據(jù)庫，同時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和評(píng)價(jià)分析，為制圖提供強(qiáng)有力的數(shù)據(jù)工具。該系統(tǒng)的快速發(fā)展為綜合信息的建立開辟了道路，由此可見，現(xiàn)代地圖制圖與GIS具有著密切的關(guān)系。GIS空間數(shù)據(jù)作為數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和分析的工具，它具有規(guī)范性好、邏輯性強(qiáng)、使用簡(jiǎn)便等優(yōu)點(diǎn)，特別是在地圖投影和比例尺設(shè)定上，可根據(jù)需求進(jìn)行調(diào)整，能夠快捷和準(zhǔn)確地設(shè)定比例尺，提高了地圖的使用精度。近半個(gè)世紀(jì)以來，測(cè)繪新技術(shù)得到了迅猛的發(fā)展，數(shù)字地球概念和理論框架的提出，為數(shù)字制圖創(chuàng)造了良好的機(jī)遇，數(shù)字地圖也已經(jīng)成為信息時(shí)代必不可少的工具。

4.2 空間數(shù)據(jù)與地圖的矛盾

地圖到空間數(shù)據(jù)表達(dá)的過程中，空間數(shù)據(jù)要求和特點(diǎn)決定了在數(shù)據(jù)采集過程中不可能把地圖的信息全部采集到。這就成為地圖信息傳遞中的第一個(gè)矛盾，即信息的損失。在空間數(shù)據(jù)到地圖的過程中，不能完整地進(jìn)行表達(dá)，導(dǎo)致空間數(shù)據(jù)不能完全恢復(fù)原來地圖的面貌，導(dǎo)致了第二個(gè)矛盾。在地圖制圖中要解決的矛盾主要是第二個(gè)矛盾，這個(gè)問題復(fù)雜、難度大，需要人們?nèi)フ_的認(rèn)識(shí)和解決。空間數(shù)據(jù)和地圖之間不能完全匹配是多方面的，主要可從以下幾個(gè)方面進(jìn)行分析:（1）數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)無法完美的在圖形中表現(xiàn)，是圖形規(guī)范上的矛盾；（2）圖形標(biāo)準(zhǔn)中符號(hào)和數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)不對(duì)應(yīng)產(chǎn)生的矛盾；（3）編碼的矛盾，是指地圖上的各個(gè)要素與數(shù)據(jù)中的編碼不對(duì)應(yīng)而產(chǎn)生的矛盾。

如下實(shí)例說明這一點(diǎn):空間數(shù)據(jù)采集的信息比較多，經(jīng)符號(hào)化處理，地物與地物之間，注記與點(diǎn)符號(hào)之間，地物與地貌之間，地物與植被之間相互壓蓋，達(dá)不到制圖數(shù)據(jù)規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)，OneDataPro 一體化編輯系統(tǒng)里很好地處理了這個(gè)矛盾關(guān)系，其空間數(shù)據(jù)的母線、點(diǎn)的位置不動(dòng)，而制圖數(shù)據(jù)的符號(hào)可以偏移，針對(duì)相互壓蓋的地名、植被符號(hào)、高程注記，保留主要的，刪除次要的，使得圖面達(dá)到比較清晰程度，但存在了很多人的干預(yù)編輯成一幅完整的制圖數(shù)據(jù)。在Geoway軟件里編輯制圖數(shù)據(jù)也有其自己的方法，將編好的空間數(shù)據(jù)進(jìn)行符號(hào)化，所有符號(hào)化的數(shù)據(jù)都有自己的數(shù)據(jù)層，而原有的空間數(shù)據(jù)層鎖定不動(dòng)，只編輯符號(hào)化數(shù)據(jù)層達(dá)到制圖數(shù)據(jù)的效果，保證了空間數(shù)據(jù)的精度。

已有的 DRG數(shù)據(jù)采集為空間地理信息數(shù)據(jù)，存在信息缺少不能滿足空間數(shù)據(jù)的要求，就需要打印調(diào)繪片進(jìn)行外業(yè)實(shí)地調(diào)繪，內(nèi)業(yè)需要添加調(diào)繪來的新信息，包括地名、水文、道路、居民區(qū)及居民地設(shè)施、管線、境界、土質(zhì)地貌、植被等信息，才能滿足空間數(shù)據(jù)的要求。圖1、圖2是制圖數(shù)據(jù)與空間數(shù)據(jù)的對(duì)比圖。

圖1:geoway軟件符號(hào)化后的制圖數(shù)據(jù)

圖2:geoway軟件編輯的空間數(shù)據(jù)

4.3 空間數(shù)據(jù)與地圖表達(dá)

GIS數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)地圖的流程一般為:

圖3:空間數(shù)據(jù)到地圖表達(dá)流程圖

空間數(shù)據(jù)到地圖表達(dá)一般按照如下步驟:

（1）空間數(shù)據(jù)地圖表達(dá)過程中，空間數(shù)據(jù)與地圖符號(hào)具有一定的對(duì)應(yīng)關(guān)系，具體表現(xiàn)在通過要素編碼來實(shí)現(xiàn)地圖符號(hào)化的處理。

（2）地圖信息的補(bǔ)充，要根據(jù)地圖的具體信息來實(shí)現(xiàn)空間數(shù)據(jù)的地圖表達(dá)，如對(duì)橋梁的分式注記、等高線的注記，地名的配置，河流的漸變問題，空間數(shù)據(jù)對(duì)河流的圖形變化的反映。如表1中線性地貌要素的提取和控制:

5 空間數(shù)據(jù)和地圖制圖融合技術(shù)的分析

基于數(shù)據(jù)庫進(jìn)行制圖是將空間數(shù)據(jù)到制圖過程的重要環(huán)節(jié)，如何能利用數(shù)據(jù)庫中采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行制圖符號(hào)的表達(dá)是研究的主要熱點(diǎn)和難點(diǎn)。這里主要需要從三個(gè)方面入手，符號(hào)屬性、制圖規(guī)則、自由表達(dá)三個(gè)層面來進(jìn)行編輯，來達(dá)到不改變數(shù)據(jù)本身而實(shí)現(xiàn)多種制圖效果的要求。

表1:線性要素的提取

5.1 制定數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)

制定出涵蓋數(shù)據(jù)生產(chǎn)、建庫、制圖的規(guī)范化和標(biāo)準(zhǔn)，來達(dá)到建庫與制圖一體化的前提。在前期的數(shù)據(jù)生產(chǎn)中，如果能夠采用除 GIS數(shù)據(jù)外一些必要的制圖所需要的信息，必然會(huì)極大地促進(jìn)后期地圖繪制工作。綜合數(shù)據(jù)模型主要包括空間數(shù)據(jù)、屬性數(shù)據(jù)和制圖數(shù)據(jù)三個(gè)部分，各個(gè)部分?jǐn)?shù)據(jù)的填充要按照實(shí)際情況進(jìn)行制定。

5.2 關(guān)鍵技術(shù)

（1）數(shù)據(jù)的篩選

為滿足制圖的要求，對(duì)實(shí)體標(biāo)注時(shí)，編圖者要根據(jù)出圖的主題，利用 GIS來進(jìn)行數(shù)據(jù)的篩選。在制作交通網(wǎng)絡(luò)圖時(shí)，要將地理背景數(shù)據(jù)和道路數(shù)據(jù)聯(lián)系起來，包括行政區(qū)域的劃分、地名、水系、山峰、深谷、道路等等。篩選時(shí)要注意保持原有數(shù)據(jù)和要素規(guī)范一致，以便后期符號(hào)化處理時(shí)的統(tǒng)一性。

（2）地圖投影

在地圖制作時(shí)，如果碰到跨越度范圍較大，為了滿足制圖的長度或面積等變形要求，編圖者必須根據(jù)實(shí)際的要求來選擇特定的地圖投影，國內(nèi)一般采用正軸雙標(biāo)準(zhǔn)緯線等角圓錐投影的方式。

（3）數(shù)據(jù)格式的轉(zhuǎn)變

主要是指GIS數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換到MAPGIS，主要有兩種方式:直接數(shù)據(jù)的交換，訪問中間數(shù)據(jù)。直接數(shù)據(jù)的交換是通過編寫程序直接讀取 GIS數(shù)據(jù)然后按自定義的數(shù)據(jù)格式輸出，通過坐標(biāo)的變換、層定義、數(shù)據(jù)讀寫等手段來實(shí)現(xiàn)。訪問中間數(shù)據(jù)是直接打開GIS數(shù)據(jù)的中間數(shù)據(jù)格式。

5.3 智能化標(biāo)注

智能化標(biāo)注能力，從標(biāo)注位置、放置策略、沖突處理等三個(gè)方面來解決點(diǎn)、線、面等自動(dòng)標(biāo)注問題。需要注意以下問題:（1）對(duì)標(biāo)注位置、偏移量、間隔標(biāo)注等基本需求精確控制，無需在前期進(jìn)行數(shù)據(jù)的預(yù)處理；（2）對(duì)標(biāo)注放置策略及標(biāo)注沖突處理的控制，可以滿足諸如標(biāo)注大小自有縮放的需求；（3）標(biāo)注轉(zhuǎn)注和多種注記編輯的能力，標(biāo)注轉(zhuǎn)為注記后，可對(duì)注記進(jìn)行拆分打散、移動(dòng)、縮放、刪除、修改等功能的編輯。

5.4 豐富制圖表達(dá)規(guī)則

（1）對(duì)空間數(shù)據(jù)按照地理特征來進(jìn)行分類和組織，其重點(diǎn)是處理好符號(hào)和符號(hào)之間的關(guān)系來達(dá)到地理要素線劃的美觀，并控制好圖層疊加順序。

（2）基礎(chǔ)地形圖在對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)符號(hào)化后，要體現(xiàn)出相同圖層中不同地物類對(duì)象之間上下關(guān)系。

（3）在對(duì)點(diǎn)、線等有向地物進(jìn)行制圖表達(dá)時(shí)，需要根據(jù)角度方向掛接符號(hào)。

（4）在處理小路、河流相交問題時(shí)，要采用虛線符號(hào)實(shí)部相交的制圖規(guī)則。

（5）虛線符號(hào)拐點(diǎn)處應(yīng)確保拐點(diǎn)處為實(shí)部。

（6）橋梁和道路的位置要嚴(yán)格按照橋梁符號(hào)與道路方向相一致的規(guī)定。

（7）在運(yùn)用等高線、河流等線狀符號(hào)，保證符號(hào)化后線條的光滑性。

5.5 制圖比例尺的設(shè)定

Geoway軟件下設(shè)定各種比列尺和地圖投影進(jìn)行數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換更為方便，比如1∶2000縮編為1∶5000，1∶5000縮編為 1∶10000，1∶10000縮編為 1∶50000，將1萬圖合并后進(jìn)行投影轉(zhuǎn)換，3度轉(zhuǎn)換為6度帶，比例尺改為50000，進(jìn)行空間數(shù)據(jù)的縮編，將空間數(shù)據(jù)進(jìn)行符號(hào)化處理達(dá)到1∶50000制圖數(shù)據(jù)的效果。

OneDataPro 一體化編輯系統(tǒng)定義坐標(biāo)系，首先打開 C盤“四川省遙感信息測(cè)繪院”目錄下“數(shù)據(jù)輸入管理.EXE”程序，進(jìn)行參數(shù)設(shè)置及初始化，選擇坐標(biāo)系，選擇模板，選擇對(duì)照表，編碼對(duì)照表，將已有的數(shù)據(jù)如 DWG數(shù)據(jù)或者 MDB數(shù)據(jù)輸入到OneDataPro 一體化編輯系統(tǒng)進(jìn)行輸入數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)處理，在數(shù)據(jù)源工具條里定義坐標(biāo)，依據(jù)圖號(hào)自動(dòng)設(shè)置比例尺，在待定編輯工具條里進(jìn)行圖廓整飾，重新生成 CPTL，并裁剪圖廓外的多余數(shù)據(jù)，這樣在你建的文件夾下自動(dòng)生成一個(gè)數(shù)據(jù)包。這時(shí)你所需要的比例尺、坐標(biāo)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)都已自動(dòng)完成，可以進(jìn)行后面的數(shù)據(jù)編輯（圖4）。

圖4:OneDataPro 一體化編輯系統(tǒng)定義坐標(biāo)系

ArcMap軟件下編輯空間數(shù)據(jù)也有其特點(diǎn)，打開ArcMap軟件，添加MDB中的所有圖層，圖層右鍵選屬性，定義比例尺，設(shè)定單位為“米”,選擇參考比例尺“1∶10000”，可以進(jìn)行數(shù)據(jù)編輯了（圖5）。

圖5:ArcMap軟件里定義比例尺

將ArcMap軟件與OneDataPro 一體化編輯系統(tǒng)結(jié)合起來應(yīng)用，達(dá)到快速出圖的效果。

6 結(jié)束語

隨著空間數(shù)據(jù)和地圖制圖技術(shù)的成熟，實(shí)現(xiàn)兩者在生產(chǎn)過程中的一體化是未來繪圖行業(yè)發(fā)展的必然趨勢(shì)。相信隨著 GIS的引入將會(huì)給地圖學(xué)科的發(fā)展帶來巨大的改變，在 GIS空間數(shù)據(jù)與地圖制圖融合的大背景下，將會(huì)給地圖制圖的深入發(fā)展和廣泛應(yīng)用打下堅(jiān)實(shí)的理論和實(shí)踐基礎(chǔ)。

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