GIS数据与制图数据一体化建库技术方法探讨

潘正强

(广西航空遥感测绘院，广西南宁530023)

一、引 言

GIS数据与制图数据是DLG表现的两种形式。当前，大多数测绘生产部门为了满足制图和建库的需要，一般在生产过程中都会生产两套数据：GIS建库数据和制图数据。这种生产模式的好处是：不需要过多考虑两种数据之间的关系，只需要按建库和制图的要求各自生产出一套成果数据。但两套数据成果采用的是两条技术路线，不仅质检、修改及更新都需要分别进行，同时也带来了数据重复生产、冗余等一系列问题，两套成果数据的同步维护十分困难。

本文在“数字北海地理空间框架”项目的基础地理信息数据库建设过程中，引入“图库一体”的模式，探讨解决空间分析和数字制图两大应用需求间的矛盾，达到“一套数据，两种用途”，即一套GIS数据，既能支撑建库与应用分析，又能基于建库数据进行快速标准地形图制图，使得GIS数据建库与制图达到“所见即所得”的目的。

二、数据标准及关键技术

基于数据库进行制图是从数据建库到成果展现的重要环节，而如何利用数据库数据进行制图符号的表达却一直存在诸多难点。

首先，数据库数据是仅存在几何关系的骨架数据，在进行初步的符号化后为了满足复杂的制图效果，就需要在符号属性、制图规则、自由表达3个层面上对同一套数据库数据进行制图编辑，以达到不改变数据本身而实现多种制图效果的数据库制图要求;其次，地图制作过程中70%以上的工作量都集中在对注记的编辑，如何高效地实现注记位置的正确放置且提供便利的编辑工具是影响数据库制图优劣的重要因素;最后，制定合理的制图流程，实现大批量库存数据的快速制图、出版，才能满足各行业对数据库制图的迫切需求。

1.制定数据标准

制定涵盖数据生产、建库、制图全过程的数据标准与规范，是达到建库与制图一体化的前提。在前期数据生产中，如果能够采集除GIS数据外的一些必要的制图所需信息，必然会给后期的快速制图提供极大的方便。建立涵盖数据生产、建库、制图全过程的数据标准与规范，是前期数据采集支持GIS制图的有效保障;而建立综合数据模型是实现融合GIS数据与制图数据的关键。

综合数据模型包括单纯空间数据、属性数据和制图数据3个部分，如图1所示。数据模型各部分内容的填充可以根据实际情况在相关生产环节灵活指定。基于对象级别的制图数据与空间数据绑定，不但真正意义上实现了一套数据多种用途，而且极大地方便了建库后制图数据的更新。

图1 综合数据模型

2.关键技术

基于综合数据模型的GIS数据建库，运用了相应的制图规则进行自动化制图功能实现，无需改变数据实体，只需很少一部分的编辑处理即可遵守现有的基于国家标准的制图规范，实现了很好的地形图及相关专题图的制图效果，大大缩短了手工调整所花费的时间，使得由库到图得到快速的自动化实现，关键技术如下：

(1)智能化标注

智能化的标注能力，从标注位置、放置策略、冲突处理3个方面解决点、线、面对象几乎所有的自动标注问题。

1)对标注位置、偏移量、重复标注、间隔标注等基本需求的精确控制。无需在前期进行数据预处理，无需采集专门的注记层，以点或线的形式指定注记的位置。

2)对标注放置策略及标注冲突处理等高级需求的控制，可以满足诸如标注大小、根据面要素面积大小自动进行缩放等高级制图需求。其中，最主要的是解决标注与要素(包括点、线、面、面边界)的自动冲突避让问题，通过设置要素权重，实现图面上所有标注按照要素权重由高到低动态优先避让。

3)标注转注记及多种注记编辑能力。标注转为注记后，可对注记进行拆分打散、移动、缩放、删除、修改样式等编辑功能，为前期未解决的遗留问题提供解决方案。

(2)制图表达规则处理机制

采用制图表达规则处理机制，为很多高级制图效果的实现提供了必要手段。这些高级效果符号的实现可以完全基于制图表达规则，不依赖于实体数据，即在不改变库数据空间位置的前提下编辑符号要素，且实现规则覆盖和自由表达两级编辑方式。采用制图表达规则处理机制，可以解决的制图问题有：桥梁符号与道路方向一致;道路线平滑、围墙线反向;境界跳绘、河流渐变等。

(3)程序符号实现复杂符号

采用算法程序实现复杂符号的绘制表达的能力，解决如电力线等采用通用符号制作方法无法正确表达或难以表达的问题。采用程序符号可以绘制的复杂符号有：台阶、阶梯路、室外楼梯、依比例尺温室大棚，以及各种依比例尺水闸、船闸等。

(4)制图难点功能实现

制图表达规则处理机制为技术手段，通过开发灵活的模块工具解决了河流渐变、境界跳绘的制图技术难点。区别于传统方式，在解决上述高级制图问题时不必进行较复杂的数据预处理，即可满足后期制图编辑的需求，具体体现在以下几个方面。

1)河流渐变。在实现河流渐变效果时需要先在相应的生产平台中进行河流打断、赋等级参数，然后根据等级参数挂接不同线粗的符号以实现渐变。在系统中由用户指定符号渐变值域、分段个数和渐变因子，执行后自动打断制图符号并动态绘制符号。

2)境界跳绘。以往实现境界跳绘同样需要编辑原始数据，在跳绘处进行打断、删除操作，而系统通过提供自由表达后，可随意切割、移动、隐藏符号，而非原始数据。

3)冲突检测工具。包括符号冲突检测和注记冲突检测。前者可以检测图面中的点、线、面要素，其几何关系并没有发生压盖、重叠等冲突，但挂接符号后由于符号宽度、大小的设定值而在一定比例尺下发生符号冲突问题;后者可以检测图面中注记相互压盖的冲突问题。功能的设计采用交互批处理的方式，检测结果以可视化列表展现冲突问题，且可双向缩放定位冲突位置，便于用户后期编辑。

(5)流程化及模版可定制性满足多种制图任务

通过以制图模版为驱动，采用流程化的模版配置工具，引导用户快速、便捷地完成制图任务。在批量进行制图作业时，由于空间数据库数据结构的统一规范性，提供预先配置好的制图模版，用户针对同一批数据加载相同的制图模版，无需多余操作即可完成80%的制图工作，只需再进行少量细部编辑即可完成高效的制图任务;在进行有特殊需求的制图任务时，充分利用各类制图表达规则相关参数，再加上后期制图效果的人工交互编辑，可以制作完成一幅效果比较好的地形图。

三、一体化制图工艺流程

针对建库数据特点及数据库快速制图的技术要求，基于建库数据进行快速制图的工艺流程如图2所示。

数据库制图的工作流程为：①进行制图配置，在后台由制图专业人员完成，内容包括符号配置、制图规则配置、政区邻接表配置、图层及地物顺序配置等;②进行自动化制图，直接在系统界面输入图幅号与相应的图廓整饰信息，即可实现制图效果;③进行制图精编，目前自动化制图基本上可以解决80%以上的问题，但诸如注记冲突、符号压盖等无法通过程序自动化实现，需要人机交互进行制图的精编;④将制图输出AI数据、图片数据、DXF交换格式等;⑤进行制图保存，制图编辑后的效果将保存到数据库。

图2 工艺流程图

四、制图效果及实现规则

1.地图注记效果

地图注记主要根据地物要素的属性字段进行自动标注，有普通注记、沿线注记、注记分式注记等方式，如图3、图4所示。

图3 沿线注记

图4 分式注记

2.丰富制图表达规则

(1)图层叠加顺序的控制

在GIS数据库中，对空间数据按照地理特征来进行分类与组织;但对于制图数据来说，重点是处理好符号与符号之间的关系，以达到地理要素线划的美观。因此，按照GIS入库数据图层组织顺序难以制作出符合制图规范的地图，需要通过提供图层叠加顺序控制的制图规则来解决此类问题，以保证获得既科学又具有美感的地图。

(2)图层内部地物类叠加顺序的控制

基础地形图在对应DLG数据符号化的过程中，除了不同图层要素间的分层显示与压盖，还需要体现相同图层要素中不同地物类对象之间上下关系。如在交通运输要素中，道路中心线在数据中是不能反映不同道路在空间上的位置关系的。在没有高架桥的情况下，一般来说是保证高等级道路在显示上是连贯的，但是高等级公路和低等级公路是在同一个图层要素中，显示的上下关系无法通过图层叠加顺序来控制。基于此类情况，需引入图层内部地物类叠加顺序控制的制图规则，用以解决这种制图问题，如图5所示。

图5 图层内部地物类叠加顺序控制

(3)符号依据指定字段旋转

有向点、线等有向地物进行制图表达时，需要根据角度方向挂接符号，根据角度字段(如Angle)旋转符号的制图规则能够满足有向地物的制图要求。

(4)虚线符号实部相交

虚线符号实交的制图规则能够自动处理虚线符号在相交处必须实部相交问题，直接运用该规则即能处理小路、时令河等地物类相交问题。

(5)虚线符号拐点处为实部

虚线符号拐点处为实部的制图规则确保了虚线符号在拐点处为实部。

(6)填充点在面内

植被填充面符号在面边界上出现半个植被点符号是制图中一个非常令人头疼的问题，通过填充点在面内的制图规则能够很好地解决此类问题，运用该规则程序能够自动将边界上半个符号情况剔除。

(7)桥梁符号与道路方向一致

桥梁与道路的位置关系处理是图库一体化流程中一个重要的制图细节。在此通过图层叠加顺序控制将桥梁置于道路上方，桥梁和道路的背景压盖问题利用符号背景图元来解决，桥梁与道路方向严格一致则使用桥梁符号与道路方向一致的制图规则来控制，如图6所示。

图6 桥梁符号与道路方向一致

(8)交叉口自动处理

制图表达时双线道路符号在交叉口处需要打断，交叉口自动处理的制图规则能够实现该制图要求。

五、结束语

“建库与制图一体化”思想是今后数据库建设、更新、维护的一种趋势，由于GIS建库与制图对数据的要求有较大的差异，目前还没有相关制图和建库一体化的技术规范和要求。在“数字北海地理空间框架”基础地理信息数据库建设的过程中，基于本文的思路，从数据采集规范、数据结构、约束要素之间的相互关系等技术方法，实现了基础地理信息数据建库和制图的一体化管理。

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