基于ArcGIS 自由式制圖表達(dá)技術(shù)在信息化制圖中的探討

● 王超雄

（廣西地圖院，廣西 南寧 530023）

隨著當(dāng)代信息化科技水平的發(fā)展，地圖制圖技術(shù)得到了進(jìn)一步提高。傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)地圖制圖技術(shù)有一定的局限性，操作者制作不同用途的成果圖件，或者某些數(shù)據(jù)丟失、損壞時(shí)，需要重新制圖，所以必須同時(shí)修改數(shù)據(jù)庫和符號(hào)兩套數(shù)據(jù)，這導(dǎo)致工作量增大，出圖效率降低。為應(yīng)對更為復(fù)雜的制圖要求，筆者認(rèn)為可以先通過自由式制圖表達(dá)技術(shù)將制圖信息與基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)結(jié)合起來，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)建庫和制圖編圖的有序銜接，再進(jìn)行制圖綜合、制圖編輯，從而提高制圖效率。

1 自由式制圖表達(dá)技術(shù)的概述

一般情況下，一個(gè)制圖表達(dá)必須擁有一個(gè)符號(hào)圖層或者多個(gè)符號(hào)圖層，制圖表達(dá)分為規(guī)則制圖表達(dá)和自由式制圖表達(dá)。規(guī)則制圖表達(dá)指對要素進(jìn)行符號(hào)化的處理，按照預(yù)先制定好的規(guī)則進(jìn)行表達(dá)。自由制圖表達(dá)技術(shù)則按照制圖要求，將符號(hào)表現(xiàn)形式編輯好，存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)庫中[1]。自由式制圖表達(dá)技術(shù)是將動(dòng)態(tài)制圖表達(dá)規(guī)則轉(zhuǎn)換為可以進(jìn)行交互的真實(shí)規(guī)則，根據(jù)制圖需要，修改要素類結(jié)構(gòu)，控制一系列規(guī)則來表達(dá)制圖。在普通制圖表達(dá)技術(shù)的基礎(chǔ)上，通過特定的交互式窗口來控制制圖符號(hào)規(guī)則，是普通制圖表達(dá)技術(shù)的延伸與再開發(fā)。

傳統(tǒng)信息化制圖是通過改造基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫模型，將制圖信息作為建庫數(shù)據(jù)的一部分存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫中，采用人工交互編輯的方式，進(jìn)行地形要素的符號(hào)化和地圖整飾工作[2]。這種作業(yè)模式需要耗費(fèi)大量的時(shí)間來建設(shè)維護(hù)數(shù)據(jù)庫，更新效率低且數(shù)據(jù)冗余。

目前業(yè)界通常采用2 種符號(hào)體系將GIS 地理要素進(jìn)行符號(hào)化，一種是傳統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)符號(hào)體系，一種是制圖表達(dá)符號(hào)體系。

在制圖過程中，有些特定地理要素，比如漸變水系線要素需要使用專用符號(hào)來表達(dá)，有些符號(hào)需要?jiǎng)討B(tài)生成，這兩種情況都需要“特殊符號(hào)”，但在原始數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上附加標(biāo)準(zhǔn)符號(hào)化和制圖表達(dá)符號(hào)化并不能生成“特殊符號(hào)”。此時(shí)需要自由式制圖表達(dá)技術(shù)來實(shí)現(xiàn)這些“特殊符號(hào)”。自由式制圖表達(dá)技術(shù)將動(dòng)態(tài)幾何轉(zhuǎn)換為可以進(jìn)行交互的真實(shí)幾何，控制著制圖表達(dá)規(guī)則的所有部分，并且可以根據(jù)需要修改制圖表達(dá)規(guī)則。

2 自由式制圖表達(dá)技術(shù)的方法路線

2.1 自由式制圖表達(dá)技術(shù)的實(shí)現(xiàn)原理

在制作地圖之初，先在空間地理信息的基礎(chǔ)上，建立以單要素為主的制圖數(shù)學(xué)模型，該模型能夠表達(dá)地理信息與制圖信息之間的聯(lián)系；之后，以數(shù)學(xué)模型為基礎(chǔ)對制圖信息進(jìn)行重新整合，并以此建立新的制圖表達(dá)方式[3]。自由式制圖表達(dá)技術(shù)的運(yùn)作原理就是把這一套規(guī)則集成在一個(gè)交互式的系統(tǒng)軟件中，以此為基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)地圖制圖。具體的原理如下：

（1）創(chuàng)建空制圖表達(dá)。定義存儲(chǔ)模型，將數(shù)據(jù)與符號(hào)存儲(chǔ)在同一套地理數(shù)據(jù)庫中，實(shí)現(xiàn)圖庫一體。（2）制作符號(hào)樣式。根據(jù)符號(hào)樣式，分解符號(hào)，逐個(gè)繪制符號(hào)幾何，定義符號(hào)規(guī)則和幾何效果并將兩者組合起來。（3）研發(fā)特定符號(hào)的生成工具，增加對自由式制圖表達(dá)的靈活編輯。

2.2 自由式制圖表達(dá)技術(shù)實(shí)現(xiàn)方法

2.2.1 自由式制圖表達(dá)技術(shù)的轉(zhuǎn)換方式

自由式制圖表達(dá)技術(shù)不僅可解決制圖沖突，還可解決制圖中符號(hào)、注記壓蓋等問題，把整體符號(hào)分解為離散型符號(hào)，以便符號(hào)遍歷檢索，自動(dòng)移開壓蓋。通過編程獲取制圖表達(dá)算法，遍歷制圖表達(dá)規(guī)則和幾何效果，把整體型符號(hào)分解為單個(gè)圖元，再進(jìn)行組合顯示。

2.2.2 自由式制圖表達(dá)技術(shù)模板

創(chuàng)建空的制圖表達(dá)模板，存儲(chǔ)于空的圖層中，通過調(diào)用模板達(dá)到快速制圖的目的。（1）運(yùn)用現(xiàn)成的模板，解決數(shù)據(jù)冗余。比如解決花邊、圖例、比例尺等整飾的問題。（2）按照新的圖元組合的圖形外觀繪制原有要素的圖形外觀。（3）采用圖庫一體化，在原始數(shù)據(jù)表中新增2 個(gè)字段，一個(gè)用于存儲(chǔ)自由制圖表達(dá)的索引，另一個(gè)用于存儲(chǔ)制圖符號(hào)（幾何+規(guī)則）。

3 技術(shù)難點(diǎn)與應(yīng)用

3.1 技術(shù)難點(diǎn)

（1）行政區(qū)劃圖制圖一大難點(diǎn)是水系漸變，水系漸變一般是水系網(wǎng)出圖需要達(dá)到的效果，表明水流的方向從水系線粗的地方流向細(xì)的地方。自由式制圖表達(dá)技術(shù)在建設(shè)水系矢量數(shù)據(jù)庫時(shí)對數(shù)據(jù)預(yù)處理后，將水系自動(dòng)分級，出圖時(shí)，通過自由表達(dá)窗口菜單按規(guī)則設(shè)置顯示水系等級，達(dá)到漸變的效果（見圖1）。

圖1 自由式制圖表達(dá)技術(shù)的水系漸變效果預(yù)覽圖

（2）行政區(qū)劃圖制圖另一難點(diǎn)是境界跳繪。當(dāng)境界與道路、河流的中心線重合時(shí)，需要以左右間隔的跳繪的方式繪制境界，目前國內(nèi)外的制圖軟件中，境界跳繪幾乎是通過手工繪制處理。而運(yùn)用自由式制圖表達(dá)技術(shù)時(shí)，操作者可通過需要跳繪的境界線的點(diǎn)坐標(biāo)組和每節(jié)符號(hào)的長度，在自由式制圖表達(dá)窗口菜單輸入跳繪類型和跳繪節(jié)數(shù)（3 節(jié)或4 節(jié)），從而實(shí)現(xiàn)境界跳繪的效果。

（3）在行政區(qū)劃圖、地理國情普查成果圖等制圖中，地名點(diǎn)沖突問題的自動(dòng)解決也是一個(gè)難點(diǎn)問題。自由式制圖表達(dá)技術(shù)可以當(dāng)前地名點(diǎn)坐標(biāo)為基點(diǎn)，利用arcgis 緩沖區(qū)算法識(shí)別一定范圍內(nèi)同名地名點(diǎn)或重復(fù)點(diǎn)，自動(dòng)刪掉同名地名點(diǎn)。

運(yùn)用傳統(tǒng)的制圖方式制作一個(gè)縣的行政區(qū)劃圖一般需要2 天時(shí)間，而使用自由式制圖表達(dá)技術(shù)在數(shù)據(jù)編輯縮編完善的基礎(chǔ)上，一般只需要幾個(gè)小時(shí)就能完成，提高了制作圖件的效率。

3.2 在地理國情普查成果圖中的運(yùn)用

2018 年5 月，《廣西第一次全國地理國情普查成果地圖集》（以下簡稱《圖冊》）由廣西地圖院編制、印刷完成。廣西地圖院以廣西第一次全國地理國情普查成果作為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，采用了自由式制圖表達(dá)、圖庫一體化地圖編制出版流程編制《圖冊》。

制作《圖冊》過程中需要處理的一個(gè)要素是地表覆蓋，即面狀要素制圖。一個(gè)縣乃至廣西全區(qū)的所有地類圖斑中全覆蓋的面狀圖斑數(shù)量比較龐大，可達(dá)幾十萬甚至上百萬的數(shù)量級，普通軟件很難處理這些數(shù)據(jù)。操作者運(yùn)用自由式制圖表達(dá)技術(shù)處理此類數(shù)據(jù)時(shí)，可對數(shù)據(jù)進(jìn)行融合優(yōu)化，有以下3 個(gè)思路步驟。

（1）按照鎮(zhèn)界對地表覆蓋數(shù)據(jù)進(jìn)行切割，分塊處理數(shù)據(jù)，減少每次處理的數(shù)據(jù)量，保證程序穩(wěn)定運(yùn)行。此方法可有效地解決數(shù)據(jù)內(nèi)存溢出的問題。

（2）構(gòu)建并實(shí)時(shí)維護(hù)圖斑鄰接關(guān)系，提高空間查詢檢索效率。此方法可應(yīng)用于要素接邊處理以及偽節(jié)點(diǎn)等處理。

（3）分組融合小圖斑，提高融合效率。通過切割地表覆蓋數(shù)據(jù)，構(gòu)建多邊形鄰接關(guān)系，對＜200 m2的碎小圖斑分組融合（見圖2），這樣可提高地表覆蓋數(shù)據(jù)的制圖綜合效率，也可應(yīng)用于其他相關(guān)數(shù)據(jù)，如水面、房屋面等制圖綜合中。

圖2 碎小圖斑自動(dòng)融合前后效果預(yù)覽圖

4 結(jié)語

自由式制圖表達(dá)是一種基于圖庫一體化思想的制圖方法，優(yōu)化了制圖工藝流程，解決了傳統(tǒng)工藝難以實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜符號(hào)制作問題，如境界跳繪、水系漸變、地名點(diǎn)沖突等。該技術(shù)可應(yīng)用于地理國情普查（監(jiān)測）制圖、1∶1 萬一體化制圖系統(tǒng)、快速供圖服務(wù)系統(tǒng)、多模式地圖集一體化編制系統(tǒng)中，還可應(yīng)用于其他各種復(fù)雜符號(hào)動(dòng)態(tài)表達(dá)、制圖沖突處理。