基于1：25万数据库数据的数字地图制图

pdf文档可能在WAP端浏览体验不佳。建议您优先选择TXT，或下载源文件到本机查看。 基于 1：25 万数据库数据的数字地图制图 王 红 李 霖 杨 勇 梅 洋 （武汉大学 资源与环境科学学院 湖北 武汉 430079） 摘要：本文基于 1：25 万国家基本比例尺地形图数据，根据相应的地形图图式，建立国家 1：25 万地形图符号库， 实现符号的自动配置及存储， 重点以自动或半自动方式解决符号配置过程中要 素之间的各种关系，解决要素点、线、面注记的自动配置及移位，并建立了完整的数学基础及图 外整饰，从而实现 1：25 万地形图的自动地图制图及存储。 关键词：地图制图；符号；要素关系 地图制图学是一门古老的学科，在我国已有 2000 多年的历史。数字地图制图是计算机及自 动化技术在地图制图学领域渗透发展的产物。一方面，计算机技术在地图制图学中的不断深入， 使得地图制图无论是在地图的生产工艺、 地图类型还是发行方式等都发生的深刻的变化； 另一方 面，经过多年努力，我国已建成全国 1：100 万和 1：25 万基础地理信息库，如何利用计算机技 术和已有的基础地理数据， 快速而高效地实现地理信息的可视化表达， 是目前各测绘部门及制图 学发展中迫切关注的问题。基于此，本文就如何利用现有国家 1：25 万基本比例尺数据如何进行 地图制图进行了详细的论述。 1

地图制图的要求

研究地图制图的自动化实现，可以有效地传达空间关系信息、增强 GIS 可视化表达，加快 成图速度、促进 GIS 可视化与地图制图的有效结合[吴小芳，2005]。常用 GIS 软件中的符号系 统虽然能实现地理要素的符号化表达， 但由于未考虑符号化引起的要素之间空间冲突、 要素的表 达要求等问题，导致符号化后图形的显示质量欠佳。其主要原因是 GIS 软件侧重于数据的空间 分析、空间查询等功能，而对于地图可视化的表达方面，虽然提供了大量的符号库，但由于 GIS 数据本身的特殊性、常规地图的可视化要求、地理要素之间的关系处理等多种因素的制约，导致 GIS 数据的可视化未能达到常规地图制图的需求，这也是目前大多数 GIS 软件中所存在的共同 问题，即虽然提供了符号库辅助 GIS 数据的可视化，但仍然离地图数据的高质量显示、常规地 图的显示要求及地图的出版还有很大一段距离。因此，本系统基于国家现有 1：25 万数据库，着 重研究利用已有自主开发的地图制图系统， 建立完整的符号化系统， 并根据地图制图中要素的表 达要求及制图关系，正确处理 GIS 可视化中要素之间存在表达问题，促进地图制图与 GIS 可视 化的结合。 2

总体设计思想 1

系统设计主要目的是从 1：25 万地形图出发，全方位研究符号化图形与常规地图的差距，并 符号化 要素冲突检测 注记自动配置 地图整饰 视图显示 …… 数据预处理

数字地图制图系统 数字地图制图数据库 地理数据

制图数据 图1

制图规则 数字地图制图总结结构 制图辅助信息

解决地图符号化后所存在的各种问题。系统要求在相应的制图规则约束下，建立基于 1：25 万地 形图的数字地图制图系统，为 1：25 万数据由空间数据向制图数据转变提供科学依据和工具，实 现数－图转换，并成功地解决数－图转换过程中所存在的问题。 基于 1：25 万

的数字地图制图系统所管理的数据主要包括地理数据、制图数据、制图规则及 制图辅助信息，其中，地理数据主要是指所获取的空间数据和属性数据。制图数据指制图人员对 空间数据进行了符号化、注记配置、关系处理及编辑等一系列操作以后所产生的数据，可以直接 输出成地图。制图数据根源于地理数据，是对空间数据的加工产品，主要包括空间数据、制图图 形 数 据、符号关联 数 据 及注记数据几 类。 制 图规则主要存 储 1： 25 万 制 图 规 则， 包 括符号配置规 则、 字 体配置规则等 信息。 制图辅助信息 则 主 要存储地图制 图 中 所用到的符号 和 字 体参数等信 息。 根据 1： 数据的特点， 所制作的制图 具有独立的符 系统，实现水 25 要 系 号 万 求 统 库 图2

地图制图系统主界面

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系自动渐变处理、要素关系检测及注记配置等功能，系统总体结构设计图如图 1 所示。基于以上 功能分析，设计系统的主界面如图 2 所示，与常用的 GIS 软件大同小异，主要包括菜单栏、工 具栏、图层控制栏、图层显示区及状态栏等。

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主要模块及其功能 根据 1：25 万地形图的特点，结合普通地图的制图表达要求，系统主要包括地图符号化、水 系、交通网及境界等一些专门针对 1：25 万地形图处理的模块，下面分别予以介绍。 3.1

地图符号化模块

此模块主要是根据 1：25 万地形图图式，建立完整的 1：25 万地形图符号库系统。在地图符 号设计时，按地图符号的几何性质将符号分为点状符号、线状符号和面状符号。主要目的是实现 地图要素的符号化配置，地理数据与符号的匹配过程。通过对现有 1：25 万数据进行分析，建立 相应的符号配置规则表，主要包括序号、符号代码和 GB。符号配置过程则是将现有的图层以 GB 为依据划分为若干子图层，在符号配置规则表中按序号找出与该 GB 对应的符号代码，依据 符号代码从符号库表中提出相应符号配置给予图层， 3 为根据按照符号相应的代码配置点符号 图 图层的对话框。 图3

符号配置规则对话框 3.2

水系处理模块

此模块的关键是建立从原始数据到地图制图的制图数据模型， 实现水系中所有要素的自动符 号化，重点实现河流的自动渐变处理。在模块设计时，根据相关的专家知识，确定河流绘制的渐 变比例，根据河流等级对河流进行分类，确定不同等级河流的渐变规律，从而实现河流的渐变， 河流渐变效果前后对比效果如图 4 所示。 3 图4

河流渐变处理对照 3.3

交通网自动绘制模块

在 1：25 万地形图中，交通网主要包括铁路和公路。交通网自动绘制模块的目的是实现交通 要素的分层合理显示。在平面相交情况下，铁路层的绘制顺序优先于公路层。 交通网

要素中公路层的顺序设置相对于铁路层来说较为复杂。 公路层中的道路有单线与双线 道路之分，双线道路在符号化的时候拆分为两个图元，由两个参数（线型、颜色、宽度）设置不 一样的图元沿中心定位线叠加成双层道路。 在绘制优先级中， 点状要素在最上层、 线状要素次之、 面状要素置于最下层。因此，先绘制面状要素，然后线状要素，最后点状要素。在公路层的线状 要素中又区分为等级高的道路和等级低的道路， 道路又有单层道路和双层道路之分， 则先绘制双 层道路等级低的底层，其次为双层道路等级高的底层，再次为低等级单线道路，再次为高等级单 线道路，再次为双层道路等级低的上层，最后为双层道路等级高的上层；隶属于线状要素的道路 附属物之间不存在压盖关系，因此不能区分其重要性和等级，在此可人为设定先后顺序；线状要 素绘制完后再绘制点状要素。其绘制顺序如图 5 所示。除了解决以上问题，公路层还解决了交点 之间的正确压盖及虚线道路实部相交问题。 图5

公路图层绘制顺序 3.4

境界绘制模块

境界是地形图中的重要要素之一，境界处理主要包括实部相交及境界跳绘处理。实部相交 通过将组成符号的图元按照一定的配置参数进行绘制来实现。 按照地形图图式规定， 境界遇到道 路、水系等要素时，须沿线状地物两侧或中心跳绘。本研究主要针对给定的境界按照图式要求进 4

行自动跳绘， 同时对于需要手工处理的明显拐弯点以手动方式进行处理， 以弥补自动跳绘的不足。 跳绘处理主要包括两段跳绘和中心跳绘两种形式。 而无论是哪种跳绘形式， 首先都需要将要进行 跳绘的线进行合适的分段，计算出对于每条需要跳绘的线的间隔长度和每个跳绘段的符号节数。 3.5

要素关系处理模块

在本系统中，要素关系主要包括依附关系和要素冲突关系两种情况。其中，依附关系是指 基本比例尺地形图中如伏流河出入口、 火车站、 山隘等一些点状要素与其周围的线状要素之间的 一种相互依赖关系， 要求符号形状与线状要素平行或垂直。 由于依附关系是某一类要素与其他要 素之间的关系处理，因此，依附关系的处理需要在数据集状态下进行编辑处理。要素冲突的情况 是多种多样的，本系统中主要包括点点、点线、点面及线线等多种情况下要素冲突关系的检测及 处理。其中点点冲突包括所有点状要素之间的冲突检测及处理，通过给定的相关参数，系统可以 自动实现冲突要素的自动移位。点线注记则主要为点状要素（如点状居民地）与线状要素（如道 路、水系等）之间的冲突检测及移位，主要包括相切，相交和相离三种情况，对于点状要素与某 一线状要素之间的冲突系统可以进行判断自动实现， 当某一点状要素与多个线状地物冲突时， 系 统虽可进行自动移位，但是由于要素较多，可能出现移位不正确，需要手工干预，对于不正确的 移位进行及时修改。 点面冲突则主要表现为点状要素与面状要素关系的正确表达。 线线冲突是地 形图要素关系处理中相对而言比较复杂，系统可以自动判断所有的冲突（包括假冲突） ，这种情 况下的移位相当复杂， 因此， 系统主要提供了一个可以移动多点的工具， 用户可以根据自己需求， 进行半自动手工移位，正确地处理各种要素之间的关系。 3.6

注记自动配置模块

注记自动配置模块主要实现点状、线状和面状要素注记的自动配置及配置后注记压盖检测 并自动移位。自动配置则需要计算字符串放置位置，根据几何类型将注记分为点注记、线

注记和 面注记。其中，点注记使用传统的 8～10 个位置，但位置的优先级以正右侧为最佳，同时可以在 同一位置可能通过给定参数进行微调处理。 线注记则首先需要将相同名称， 相同字体并且首尾相 连的线对象连接起来， 对连接后的对象整体计算字符串中各个字符放置的位置。 面注记主要包括 居民地注记和水系面状注记，其中，居民地图层中放在对象旁边，下方为优先位置；水系图层则 当面状要素中间能放置下完整的注记时放置中间， 否则放在下方。 注记压盖检测则首先需要将注 记进行栅格化处理，进行判断，目前系统可自动解决点状注记之间的冲突问题，对于不能解决的 点状注记会在检测结果中逐一显示， 用户可以进行手工编辑修改。 线状要素和面状要素由于其本 身的复杂性，目前需要手工移位，移位方法仍在进一步研究中。 3.7

地图图外整饰模块

1：25 万地形图的图外整饰，主要指图廓以外的各种附图、图表、标记和文字说明等。根据 其图上位置主要包括内外图廓间和外图廓以外的要素两部分内容。 本系统主要包括比例尺、 接图 表、图名、图例、行政区划略图等 1：25 万基本说明性资料。外部整饰获取包括从元数据获取相 关信息及用户手工输入两种形式， 系统对相关的资料进行整理， 6 为系统界面下所做的图外整 图 饰，按照图式规定的字体和位置进行设置，整饰内容既可以从元数据文件自动获取，也可以由用 户手工输入。方里网与经纬网由 TIC 计算得出，图例可以从预先输入数据库的图例库得到，通 过图例关联， 可以根据当前图幅中含有的地物自动获取应有的图例； 政区略图根据境界信息自动 获取。 5 图6

系统环境下的图外整饰 4

结束语

本文在对国家基本比例尺分幅地形图进行符号配置及要素关系处理基础上， 重点解决了河系 的自动渐变绘制问题，实现了道路的符号化顺序显示及虚线道路、境界等要素的实部相交问题， 并能自动检测要素与要素、要素与注记之间的冲突检测，并实现了 1：25 万地图的图外整饰，从 而从方法和技术上实现了 1： 万地形图的数字地图制图， 25 为地图学的发展提供了一种新的切实 可行的路径。但是，随着新技术的引入，地图生产的自动化处理涉及到的问题还很多，如何总结 原有制图领域专家的知识， 根据不同的目的实现地图要素的自适应表达， 将空间数据的生产与制 图相集成，真正实现数据获取与表达一体化，还有待于进一步研究。

参考文献： [1] 吴小芳. 基于要素空间冲突与关系处理的地图符号智能配置研究，2005，武汉大学 [2] 黄菁. 地理要素间制图关系的研究及相关处理技术, 2005. 武汉大学, 武汉. [3] 俞连笙,王涛. 地图整饰. 北京: 测绘出版社, 1995 [4] 祝国瑞. 地图学. 武汉: 武汉大学出版社, 2004. [5] 祝国瑞, 尹贡白, 徐永利,郭礼珍. 地图设计与编绘. 武汉: 武汉测绘科技大学出版社, 1996. [6] 祝国瑞, 尹贡白. 普通地图编制. 测绘出版社, 1982. [7] 国家测绘局 1:25 万地形图编绘规范及图式[M]. 北京:测绘出版社,1985 6 1