山东省应急测绘快速制图系统设计与实现

王凤娇，宋拥军

(1.山东省国土测绘院，山东 济南 250013； 2.山东省遥感技术应用中心，山东 济南 250013)

1 引 言

在全球气候变化背景下，随着社会经济快速发展，人类活动对自然环境的影响加剧，我国遭受各种自然灾害与突发事件威胁的形势日益严峻[1]。测绘地理信息资源以多种形式描述了地球表面上主要地理要素的空间位置及其基本属性，作为能准确描述掌握自然灾害与突发事件的重要资源，在测绘应急保障等方面发挥着重要的作用。在各类应急事件中，应急图件均作为测绘部门应对突发事件的重要测绘保障产品，是有关部门实施应急指挥重要的基础图件资料之一[2]。

由于现行的制图工艺和流程决定了纸质地图出版印刷的响应速度，在短时间内并不能针对应急要求完成地图的定制，以往的成图数据又不能保证应急用图的现势性和及时性，不利于辅助政府应急决策[3]。近年来，随着对快速制图需求越来越大，对制图表达、专题地图快速制作、数据与制图数据一体化建库技术等研究愈发成熟[4～8]。

山东省测绘地理信息资源丰富，主要包括控制点数据、1∶10 000、1∶50 000、1∶250 000等多尺度DLG数据、DEM数据、DOM数据、地理国情普查数据以及省级地理空间框架要素数据。在突发事件发生时能够快速基于多比例尺测绘地理信息资源和各类应急专题资料，按照国家应急快速制图规范要求，快速完成应急地图制作与出图工作，第一时间为政府部门提供应急图件成为省级应急测绘服务保障的重要工作。在现有技术条件成熟的前提下，针对自然灾害与突发事件中快速地图服务的需求，基于基础地理信息数据资源和专题数据信息建成综合制图数据库，优化应急快速出图技术流程，建设省级应急测绘快速制图系统，为政府应对突发公共事件提供规范、高效的制图服务。

2 总体设计

2.1 建设任务

结合山东省的实际情况与快速制图需求，充分利用现有的测绘地理信息数据资源，结合专题信息，基于地理信息系统快速制图技术，研究制定应急地图符号库和规则库。优化地理数据快速出图技术流程，实现基于基础地理数据和专题数据的快速制图系统，完成应急综合信息的快速处理制图。提高应对自然灾害和公共安全事件快速制作专题图、影像图等应急图件的效率。形成多种形式的应急制图产品和相关的应急制图技术规范，为山东省应急工作的数据管理、评价分析、防灾减灾和灾后重建等决策提供科学依据支持和实时、高效、规范的地理信息服务保障。

2.2 总体架构

系统总体上由系统运行层、数据管理层、组件支撑层、业务逻辑层四部分构成，并以技术标准与规范和制度机制及保障构建系统服务质量保障。系统总体架构如图1所示。

(1)系统运行层

支持数据库和系统运行的软硬件环境构成了系统运行层，包括制图打印设备、网络系统与安全系统等物理环境以及操作系统、底层软件、支撑软件等软件环境。软硬件环境部署在专用的计算机机房环境中，为计算机、网络、安全保密系统以及各种应用服务提供稳定可靠的运行基础。

图1总体架构

(2)数据管理层

数据管理层用来管理数据库中各不同种类、不同属性的数据，保持数据的安全性和正确性，便于系统各模块调用数据，主要包括：基础地理信息数据、应急专题数据、制图数据、应急电子地图数据、系统数据等内容。

(3)组件支撑层

组件支撑层建立在数据层的基础之上，面向应用系统的开发，主要包括：地图管理、数据整合、制图模版定制与选择、制图范围定义、图饰生成、地图显示及编辑、专题标绘、地图输出、打印监控等功能模块。

(4)业务逻辑层

业务逻辑层主要指使用组件支撑层提供的组件，基于快速制图业务流程，设计应急制图模块架构，优化基础地理数据快速出图技术流程，构建出能够满足应急工作中对快速地图服务需求的应用系统。

2.3 技术路线

(1)快速出图流程定制技术

系统根据应急制图服务的需求和特点，在应急制图工作有序、规范、程序化的基础上，采用细粒度，流程自动化，一键式的设计方法，优化了出图流程，实现了应急地理信息的快速出图。山东省测绘应急快速制图业务包括制图数据准备、制图模板定义、制图范围确定、应急数据整饰、地图输出等五部分。制图数据准备和制图模板定义属于日常业务，而制图范围确定、应急数据整饰和地图输出为应急制图业务。快速出图业务流程如图2所示。

经过对以上业务流程的整理和优化，山东省测绘应急快速制图系统的快速出图操作流程包括数据整合、制图模板定制与选择、制图范围定义、图饰生成、地图显示与编辑、专题标绘、系统设置和地图输出8个阶段。

图2快速出图业务流程图

(2)地理数据整合处理技术路线

按照现有数据的具体情况，制定地理数据整合处理技术路线，实现数据数学基础、数据模型、数据结构的完整性与一致性，实现地理实体的对象化，形成切实符合突发公共事件地理信息业务需求的应急制图数据库。

根据需求明确地理数据整合的工作内容包括制图要素选取、投影与坐标系统转换、数据模型构建、对象化处理等。其中投影与坐标系统转换需要利用不同坐标系统间的转换改正数或转换参数，进行批量处理；数据模型改造的工作主要针对基础地理矢量数据，该部分数据按照制图数据要求设计制作，数据中只存在几何元素而无地理要素与实体概念，需要进行大量的几何要素的改造与属性信息的增补或删减工作；对象化矢量地形数据是指以基础地理数据为基础，以地理对象为目标，对分幅的几何要素进行一致性整理和物理拼接，形成以地理对象为单元的空间实体，赋予唯一的地理对象标识代码，便于与相关属性信息的关联。地理数据整合处理技术路线如图3所示。

图3地理数据整合处理技术路线

(3)自适应动态应急制图模板技术

在对应急制图系统进行细化和规范化的过程中，进行了应急快速制图产品设计，形成了应急制图的数学基础、表达内容、表示方法、地图整饰、产品类型及打印输出等技术指标。针对不同类型应急地图产品，设计了多比例尺、多类型的地图模板，将形式化描述的制图规则存储到模板中，根据应急突发事件的位置及范围，选择与当前突发事件相适应的应急地图模板。根据应急快速制图的需求，系统定制了包括 1∶250 000、1∶50 000、1∶10 000比例尺在内的标准图、专题图、晕渲图、影像图等多种类型的制图模板。

应急制图模板中存储了各种类型地图的地理要素、地图符号、地图注记、整饰要素等内容，而不同类型的地图将根据其特点来选择地理要素及表示方法。例如晕渲图和影像图是表示部分矢量要素信息。在已有多类型模板基础上，实现了面向应急突发事件类型的自适应动态模板生成技术，它根据当前应急事件位置、范围、类型来动态选择模板类型，并调整相关内容，使生成的动态模板能更符合应急制图的需求。

3 实现与应用

基于构件化的设计思想，系统采用C/S架构，选用VisualStudio.NET作为开发环境，采用C#作为开发语言，选用ArcEngine 10.0作为GIS应用程序的平台，采用统一建模语言UML作为系统建模语言，采用Visio作为面向对象分析与系统建模工具。系统部署运行在内网，数据部署在数据库服务器，软件部署在图形工作站，配有高速宽幅工程打印机、专业大幅面喷墨打印机和彩色激光打印机等打印设备。

3.1 系统数据建设

(1)数据内容

按照数据类型划分，数据内容主要包括基础地理信息数据、应急专题数据、制图数据、应急电子地图数据、系统数据。具体组成内容如下：

基础地理信息数据存储和管理多种比例尺的DLG、DEM、DOM等。DLG数据是应急制图的框架数据，按照应急制图的需要，进行数据筛选、模型、模式重构后形成的数据服务，满足应急制图对快速、简洁、主题突出的特殊需；DOM主要作为应急专题制图的底图数据，系统通过提供的DOM影像地图数据，来满足应急制图对影像地图产品的需求；DEM数据主要作为应急专题制图的底图数据，系统通过提供的DEM数据生成晕渲图、三维图，以满足应急专题制图对地形地貌地图产品的需求。

应急专题数据是根据特定突发公共事件的需求，采用突发公共事件相关的其他专业部门的数据与分析成果，按照专业部门应急响应数据快速处理规范，进行整合处理，形成标准化的专题地理信息数据集。

制图数据包括制图所需的字体符号数据、制图模板数据和制图规则数据。根据现有数据情况及应急需求，对不同应急制图产品类型制定统一的地图命名规则，根据图纸大小，对图名位置、字体、字号、字间距等进行规范。对不同尺度、不同类型应急制图产品色系选择、符号设计、要素关系处理、地图标注、图廓整饰等统一规范，主要参照国家基本比例尺地图图式，并根据不同的灾害或突发事件类型，筛选掉一些不相关的要素类型，突出表示应急处置相关的地理要素。

应急电子地图数据包括行政区划图、交通图、影像图与各类专题地图等在内的各类应急地图产品，通过扫描纸质图件、录入电子格式图件等方式实现对应急电子地图的管理，以便做好应急地理信息资源储备工作。

系统数据是数据层中元数据信息和POI兴趣点信息，其中，元数据层中包含的各种类型数据的说明信息，POI兴趣点包括省级地理空间框架要素数据中提取的POI定位信息和从应急专题数据中提取的各类灾害相关的POI定位信息，主要用于满足快速定位需求。

(2)应急制图数据模型

根据应急快速制图的需求，结合现有基础地理数据情况，基于基础地理信息矢量数据、DEM、影像数据、专题数据，系统确定了1∶250 000、1∶50 000、1∶10 000比例尺的标准图、专题图、晕渲图、影像图等多种类型的制图模板。基础地理信息矢量数据是应急制图的框架数据，按照应急制图的需要，进行数据筛选、模型、模式重构后形成的数据服务，满足应急制图对快速、简洁、主题突出的特殊需求。DEM及影像数据主要作为应急制图的底图数据，满足应急制图对地形地貌和影像底图数据的需求。各个专业部门的专题数据主要满足对专题信息的标注，生成各种类型的专题地图，需要进行相应的制图规范化整合。

基于基础地理信息矢量数据制图模型，将分幅存储的基础地理信息矢量数据进行整合、处理，按照统一的数据模型，导入Geodatabase数据库，构建多比例尺应急制图数据模型。

根据省级测绘应急制图需求，选用 1∶10 000、1∶50 000、1∶250 000三类比例尺数据作为应急制图数据源，其中，1∶10 000应急制图主要满足政府部门对突发事件发生地地理场景的了解掌握，1∶50 000应急制图用于满足政府部门在突发灾害处置时对县域范围的地理场景了解掌握，1∶250 000应急制图用于满足政府部门在突发灾害处置时对市域范围的地理场景了解掌握。矢量数据要素主要包括行政区、重要居民地、水系、道路、等高线等地理要素，属性要素保留要素名称、国标码、要素代码、等级及重要的度量属性等。

3.2 系统功能建设

系统功能包括数据管理和快速制图两部分功能，其中，数据管理功能包括数据整合、地图产品管理，快速制图功能包括制图模版定制与选择、制图范围定义、图饰生成、地图显示及编辑、专题标绘、地图输出和打印监控。

(1)数据管理

①数据整合

数据整合功能用于整合山东省行政区域范围内多种比例尺的DLG、DEM、DOM数据，包括数据规范、坐标投影转换、数据提取、数据合并、数据更新等功能，建立应急地理信息数据库，最终生成满足应急制图需要的数据产品。

②地图管理

地图管理功能用于管理各类应急地图产品，包括图件扫描、入库、查询、浏览、下载等常用功能，满足应急管理工作中对于应急地图产品的管理需求。

(2)快速制图

①制图模板定制与选择

制图模版定制与选择功能将各种制图规则集成到制图模板中，便于在系统中进行可视化编辑与修改。系统提供包括1∶25 0000、1∶50 000、1∶10 000比例尺的标准图、专题图、晕渲图、影像图制图规则的选择功能。

②制图范围定义

制图范围定义功能主要实现制图区域定位、地图标题设置、定义地图范围、纸张、比例尺等制图模式、地图制图范围编辑、标准图幅范围计算等操作。制图范围定义功能采用制图区域大小自动计算技术，实现了由制图范围、制图比例尺、图纸大小，这三种模式两两组合，自动计算制图范围的方法：根据设置好的地图的范围和比例尺，输出地图；根据设置好的范围和地图文档的纸张大小，输出地图；根据设置好的地图文档纸张大小和比例尺，输出地图。

③图饰生成

图饰生成功能主要用于根据选择的制图模版以及定义的制图范围，自动创建针对当前图幅的地图文档，实例化图廓整饰要素，包括图廓生成、坐标格网生成、坐标转换、制图元素调整等内容。

④地图显示及编辑

地图显示及编辑功能包括地图文档的打开、新建、保存、另存；地图页面放大、缩小、平移、要素查询；图层添加、删除、叠置关系调整；要素添加、删除、修改，要素符号的配置、修改；图廓整饰要素添加、修改。

⑤专题标绘

专题标绘主要包括专题标注、态势标绘、地图设色等功能。专题标注功能用于在基础地理地图基础上加载或标绘专题数据，并与专题符号进行关联，完成专题地图要素的符号化及注记。态势标绘功能用于在地图上标绘应急事件态势符号，通过在地图上绘制应急事件态势符号，可以更形象的表达地图含义。地图设色用于对行政区划地图进行设色功能。

⑥地图输出

应急地图输出功能可以输出PDF格式的电子图片，并保存在硬件设备上；又可以直接连接打印设备将这些电子图片打印出图，应急地图打印主要包括页面设置、打印预览和打印模式等功能。

⑦打印监控

打印监控功能用于实现应急地图的快速打印，实现多台打印机的并发打印，合理安排打印任务，提高打印机的利用效率。打印监控功能搜索网络中的打印设备，将网络中的打印设备进行统一管理，便于查看所有打印设备的状态和相关设置参数，同时实现对网络中的打印资源进行合理调用，及时辅助应急制图任务。

3.3 应用案例

系统建成后，在突发事件发生的第一时间快速启动测绘服务应急响应机制，组织相关工作人员利用应急测绘快速制图系统进行应急地图的编制工作。以威海森林大火为例，对系统的应用进行介绍。根据灾害处置需求，需要提供的应急地图主要包括发生地的行政区划图、应急标准图、应急专题地图、灾前灾后影像地图等，制作过程如下：

基于外业应急测绘确定的火灾发生范围(概略坐标、行政区划等)，利用系统提供的地图管理功能按照行政区划或概略坐标对地图产品进行检索，查询检索到关键词相关的地图产品，包括行政区划图、交通图等，勾选需下载的地图并保存行政区划图、交通图等文件。制作过程中，通过比对发现行政区划、交通等变化信息，需要利用快速制图系统进行行政区划图的制作，通过选择行政区划制图模板，利用行政区划进行快速定位，快速制作并导出行政区划图。

结合专题数据进行应急专题地图的制作，选择应急标准图、应急影像图、应急专题图制图模板，利用获取的概略坐标、行政区划等进行制图区域快速定位，通过系统进行图饰要素的自动生成获取相关地图文档。其中，应急专题图可结合专题数据信息进行专题标绘，利用专题标绘功能进行着火点标绘、态势标绘等，完成应急地图制作并导出文件。基于外业应急测绘获取的影像数据，利用数据整合工具对数据进行快速处理，利用快速制图系统进行灾后影像图的制作。

将制作完成的地图文件导出为PDF文件，并利用快速输出设备进行打印出图以方便使用，或者通过相关的网络传输到政府应急管理部门进行查阅使用。

4 结 语

省级测绘应急快速制图系统将基础信息数据和专题数据进行集中管理，并提供包括制图数据快速整合更新入库、应急地图产品的管理、应急地图产品的快速制图输出及打印监控等功能在内的地理信息应用。系统建设大大提高了应急保障数据处理效率，缩短了制图的时间周期。针对当前对应急制图生产的需求，后续应加强应急制图数据库建设，不断完善应急快速制图软件系统功能，使其能更好地服务于测绘应急服务保障工作。

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