基于GIS的静态图式表达方法与制图表达方法的对比分析

梁　磊,余跃平

(四川省第二测绘地理信息工程院,四川 成都 610100)



基于GIS的静态图式表达方法与制图表达方法的对比分析

梁磊,余跃平

(四川省第二测绘地理信息工程院,四川 成都 610100)

摘要：针对GIS生成的地图产品脱离GIS地理空间数据，割裂地理要素与地图对象完整性，导致输出地图产品更新困难。结合制图单位实际生成需求，研究GIS静态图式表达和GIS制图表达；基于GIS制图模板和GIS符号库，采用C#+ArcEngine编程技术，实现GIS专题制图系统。系统具有GIS静态图式渲染功能和GIS制图表达功能，并以某区域专题制图项目为例，对比分析不同方式专题制图效果。结果表明基于地理空间数据规则的地图制图表达技术能够兼顾GIS和地图制图对数据的不同要求，可快速完成地图制作，部分解决传统上必须通过大量人工编辑才能够完成的制图任务，一定程度提高工作效率。

关键词：地图产品；GIS；静态图式表达；制图表达；地理空间数据

本文从增强GIS空间信息完整性和专题制图表达效果出发，研究GIS静态地图表达技术和基于地理空间数据规则的制图表达技术，并将其应用到一个实际的专题快速出图系统中。理论和试验表明，本文给出的GIS专题制图表达技术可以实现不同专题信息的制图效果，对提高GIS专题制图效率、促进GIS制图技术发展具有理论参考意义和实用价值。

1GIS制图技术研究

1.1基于GIS的地图表达模型

传统的地图制图由GIS软件完成地图符号后，地图产品在出版软件中完成。其直接结果导致地图空间数据的不连续性，割裂地理要素与地图对象完整性，导致地图产品更新困难。这种制图逻辑上主要包括：地图数据库与地图制图编辑工具，形式化描述为

MS=DB[map]+DB[visual]+Tool[map].

(1)

式中：MS表示地图制图;DB[map]表示制图数据库;DB[visual]表示为地图要素可视化;Tool[map]表示地图制图工具。

传统的GIS地图制图通过图形编辑设计地图符号建立包含点线面3种符号的符号库，并采用对照表将地图符号库与地图中的地理要素之间固定关联，这种方法称为静态图式表达，可形式化描述为

SGISCR =DB[GIS]+DB[sysmolizeInfo].

(2)

式中：SGISCR表示静态GIS地图制图;DB[GIS]表示地理空间数据库;DB[sysmolizeInfo]表示为地图符号。

第二步计算各图书馆四项指标的人均率。例如某图书馆服务人口总数为5 000人，每年有40 000次访问，则该图书馆人均率=40 000÷5 000=8次/人。

静态图式表达主要建立在地理信息分类的基础上，采用地理分层方式组织和表达地理对象，在制图综合过程，当位置冲突需要移动要素时，只能改变原有要素的几何位置，导致制图信息与地理信息不完整。

规则化数据驱动制图表达是将制图数据建立空间数据库，并建立规则字段，用于存储制图表达规则，利用GIS的覆盖功能实现地图制图的完整性和自由性，可形式化描述为

RGISCR=DB[GIS]+DB[sysmolizeInfo]+DB[Rule].

(3)

式中：RGISCR表示规则化数据驱动制图表达;DB[GIS]表示地理空间数据库;DB[sysmolizeInfo]表示为地图符号;DB[Rule]表示地图表达规则。

规则化数据驱动制图表达模型，每个要素都包含制图信息，每个制图信息包括图形的几何特征、符号、符号化相关信息。对于位置冲突，将制图表现转换为自由式表达，实现对单个要素的覆盖，而不改变要素的地理几何信息，从而实现基于单个要素的制图表达，见表1。

表1　基于GIS的地图表达模型分析表

1.2静态图式表达

静态图式表达将地图符号库与地图中的地理要素之间固定关联，以符号样式来渲染表达各类地物[6]。根据符号绘制的几何类型，可将其分为4类：点符号、线符号、面符号和文本。点符号常用于描述地图上点状物例如井、观测点、独立树等地物。线符号常用于绘制线要素和面边界以及渲染其他地图线，例如，道路、管线、栏栅、陡坎等线性地物，通常采用线型及其组合符号表达。面符号用于填充面和其他实体地图元素，例如，宗地、绿地等的符号化。通过对符号、配色方案、渲染规则和其他相关地图元素构成的库进行编译，从而形成符号样式库。样式是符号、颜色、地图元素及其他图形元素组成的集合，有助于一组用户创建和共享协调一致的制图信息[7]。

静态图式表达是通过图形编辑设计地图符号,建立包含点线面3种符号的样式库,根据地图符号与地理对象的关联关系，渲染表达地图，图1为静态图式表达流程。

图1　静态图式表达流程

基于ArcEngine开发平台，静态制图表达根据地理要素类别与符号之间关联关系，用程序去调用符号库中的对应的符号，完成地理对象的符号化表达。具体实现如下：

MXD模板文档配置方法：通过基于MXD文档符号化方法,将文档所有图层调用符号编辑器完成图层符号化，加载，然后根据地理要素类别动态设置MXD图层数据源即设置图层FeatureClass对象。

基于StyleGallery对象的符号化方法：StyleGallery对象是地图符号样式的集合对象，它代表一个Style通过这个对象可以将一个Style符号文件中的样式提取出来供系统使用。在ArcEngine中调用IStyleGallery接口，该接口定义操作一个样式的种类、样式类、样式条目的方法和属性。

1.3地理数据规则化制图表达

制图表达(Representation)是一个要素类属性，用于指定和存储一系列规则，这些规则将指定要素类中要素的绘制方式，并与数据一同存储在地理数据库中，主要由两部分组成：规则(rule)和覆盖(override)[8-10]。制图规则由符号图层(SymbolLayer)和几何效果(GeometricEffects)组成：符号图层是制图表达规则的基本结构单元，它可以是点状、线状或者面状图层3种类型中的任意一种；几何效果是制图表达规则的可选组成部分，在绘制要素几何时，几何效果会进行动态修改以获得所需位置、大小等外观，但不会影响数据源[11-12]。覆盖还可以针对要素类中每个要素的外观进行单独编辑以满足苛刻制图规范的要求或仅改进要素的显示效果[13]。例如：可以针对高速路上的桥、隧道或特定环境设定不同的规则进行符号化。

数据源的要素类(Features)包含有要素类型几何字段和一组用于分析和数据管理的属性字段，制图规则作为要素类一个属性，是在要素类的存储表上增加了两个额外的制图字段(RuleID和Overrides)：RuleID字段是一个整型字段，用于保存对每个要素的制图表达规则的引用；Override字段是一个BLOB字段，用于保存特定于要素的制图表达规则的覆盖值[14]。图2为规则化制图表达流程。

图2　规则化制图表达流程

基于ArcEngine开发平台，规则化制图表达根据要素类制图表达模板，用程序去调用模板中对应的制图表达规则，完成地理对象的符号化表达，然后结合制图表达工具整饰地图。具体实现如下：通过IRepresentationWorkspaceExtension接口获取模板要素类制图表达规则，然后IRepresentationRule接口将模板规则赋值给新建的规则，并设置要素类制图表达规则，最后用IRepresentationRenderer接口实现制图表达渲染，从而实现地图的符号化。

2专题制图制作流程分析

为了保证专题制图制作流程的完整性和系统性，在实施过程中已经引入工作流模式：①根据专题题图制作实际需要，结合地图图式规范，在符号管理器中，针对点状、线状、面状符号在符号编辑界面中分别调用已有符号或经过多种简单符号组合来制作图式规程要求的符号，创建专题符号库；在创建模板要素类属性对话框的制图表达选项卡中，对创建要素类的制图表达规则及其他的制图表达设置参数；②建立各要素类符号库符号、制图表达规则模板库与要素类对照关系表；③在专题图制作过程中利用系统加载制图数据后能够根据方案设置自动加载对应方案制图模板、自动符号化、自动配置注记、自动整饰；④手工交互对地图进行编辑完成专题制图输出与打印,具体流程见图3。

图3　专题制图制作流程

3实验与讨论

为检验本文方法的有效性，以ArcGIS10.1为GIS平台，采用Visual2010+.NET对制图方法进行了试验分析。按照制图工艺流程对项目进行分析，制定方案，利用系统完成地图制作。图4为显示利用静态图式表达在系统中的符号化显示效果。图5为显示利用制图表达功能在系统中的符号化显示效果，其中点符号已与道路对齐，道路通过桥梁跨越铁路，河流的地方通过掩膜工具实现交接部分覆盖，满足地图制图规范要求。

图4　静态图式表达

图5　规则化制图表达

4结论

静态图式表达能完成一般地物的制图表达，但是难以解决要素个性化制图表达、要素制图冲突覆盖制图表达等，采用规则化数据驱动地图表达解决前者的问题，而且将规则信息存储在数据库，实现符号信息共享。规则化数据驱动地图表达能将GIS数据快速生产成为电子地图数据和地图出版数据，节省部分的人工介入工作量，减少繁琐的人工编辑，提高工作效率。这种基于规则的数据驱动地图制图表达将极大地改善数据地图表现过程，特别在动态数据表现过程中具有关键的作用，是未来地图制图工作的一个重要发展方向。

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[责任编辑：张德福]

DOI:10.19349/j.cnki.issn1006-7949.2016.10.010

收稿日期：2014-11-07；修回日期：2015-10-12

基金项目：数字制图与国土信息应用工程国家测绘地理信息局重点实验室开放基金(DM2013SC12)；测绘地理信息公益性行业科研专项经费项目(201412010)

作者简介：梁磊(1987-)，男，工程师,硕士研究生.

中图分类号：P208

文献标识码：A

文章编号：1006-7949(2016)10-0049-04

Comparative analysis of the static graphic render and cartographic representations based on GIS

LIANG Lei,YU Yueping

(The second Engineering Institute of Sichuan Surveying,Mapping and Geographic Information,Chengdu 610100,China)

Abstract：At present,it is known that the map products exported by GIS system depart from GIS spatial data and break the integrity of geographical elements and map object,which lead to the difficulties for map product updating.To solve the problem above,with GIS cartographic template and GIS symbol library this paper studies the GIS static graphic render and GIS cartographic representations.Then using C# and ArcEngine programming technology,the paper realizes the GIS static graphic render function and GIS cartographic representations,applies it to thematic mapping project in some city and analyzes the results of the different modes of thematic mapping.It has been found that GIS cartographic representations based on the geographic data rule can satisfy the different requirements for data and mapping and can complete the map production quickly,which partly solves the traditional artificial editing by taking a lot work to complete drawing task and improves the work efficiency.

Key words：map products；GIS；GIS static graphic render；cartographic representations；geographic data