专题地图数据知识库建设研究

程思聪，杜田，徐鹏飞

(1.武汉市测绘研究院，湖北 武汉 430022； 2.武汉大学资源与环境科学学院，湖北 武汉 430079)

1 引 言

在互联网技术与思维方式渗透全社会的今天，测绘信息获取手段日新月异，带来地理信息测绘领域的飞速发展。专题地图作为测绘成果的重要形式，是测绘服务大众最直观的工具。目前的专题地图编制不管从技术手段、数据管理、应用领域等方面都有一定的局限性。从编制技术来说，多以CorelDRAW、AI等图形处理软件为主，以求最大程度获取视觉效果；从数据特征来说，缺乏统一的规范和精确的数学坐标，与基础地形图等测绘信息之间难以建立严格的对应关系；从数据管理来说，目前以地图产品为单元进行地图数据的管理，造成更新维护重复，降低了地图管理的效率。针对这些问题，本文研究构建专题地图知识库，通过对专题地图数据进行规范化处理，构建标准地图数据库，将制图规则经验以知识库的形式进行存储，为地图编制技术的智能化应用建立导向基础，在保证成图效果的前提下实现快速模板式出图[1]。

2 专题地图知识库介绍

知识库是知识工程中结构化、易操作、易利用、全面有组织的知识群集，是针对某一(或某些)领域问题求解的需要，采用某种(或若干)知识表示方式在计算机存储器中存储、组织、管理和使用互相联系的知识片集合。专题地图知识库将专题地图编制中涉及的知识片通过归类整理，融合专家设计思想及各种规范标准，在某种程度上实现知识的积累，最终以自动或半自动的方式作用于地图数据要素上，既能减轻制图人员的工作强度，也可以从成果质量控制上起到监督规范作用[2]。

相对于专题地图数据库，知识库是一个更为综合的概念，它将各种类型的数据库信息融合形成具有传递导向性的工具体系。通过专题地图知识库的建设，实现从个人制图能力到制图知识的转变，通过对各种数据要求、制图规范、质量控制等内容进行研究分析，结合经验积累及专家意见，封装为一个导向性知识体系，辅助专题地图编制生产。

3 建设目标

专题地图知识库的构建以指导地图编制工作实践为主，在保证地图视觉效果的同时解决上述地图数据管理带来的问题。本文专题地图知识库的构建是建立在CorelDRAW制图的基础上，专题地图知识库是数据库、制图规则、数据框架等要素的融合，其中包含地图数据、标准结构、参数规则等一系列的内容，从地图数据管理、维护、更新、编制等方面进行标准规范的构建，从而尽量减少制图人员能力对地图成果质量的影响，提高制图效率。

专题地图知识库以武汉市专题地图为建设范围，对不同尺度地图数据要求、制图规范、质量控制等内容进行研究分析，建设成果包括专题地图分类分层及编码体系、常规幅面地图内容标准体系、统一标准地图数据、地图专题库、符号库、颜色库六个部分，其中专题地图分类分层及编码体系，常规幅面地图内容标准体系构建知识规则，统一标准地图数据搭建知识基础框架，专题库、符号库与颜色库等构成知识专题元素，共同组成专题地图知识库的全部内容。

4 关键技术点

4.1 专题地图分类分层及编码体系

按照公开版地图数据的组织方式，结合基础地理信息数据要素规范与地理信息公共服务平台数据规范[3]，对地图要素类别、层次、编码等内容进行规范制定。同时为方便今后数据更新与利用，建立起与基础地理信息库的对应关系。

(1)要素分层结构

不同于基础地形图的测绘规范标准，专题地图要素更多是从社会应用的角度出发，按照不同社会性质进行分类。根据专题地图的图面构造特征，主要由基础地理底图要素、专题信息要素与附加信息要素构成。其中基础地理底图要素主要起到背景定位作用，提高整个专题地图的表达和传输效果[4]。专题信息体现专题地图的主题表达功能，而附加信息要素承担了专题地图的视觉效果功能。结构框架如图1所示：

图1 专题地图要素分层结构

(2)编码结构

要素编码主要是为了方便向导式辅助地图编制的需要，使要素类别与层次特征能通过代码识别，减少人工判断干预。此外，为了与基础地形图数据库相对接，便于今后数据更新维护与信息共享，每个要素编码与相应的地形图数据编码相对应，由于分类体系不同，二者之间不存在一一对应的关系。

要素编码采用层次编码法，将字母与数字相结合与专题信息分类相对应。主题门类采用字母ABC表示，一级子类、二级子类、三级子类依据等级制和完全十进制，几何类型码采用P、L、A、T分别标识点、线、面以及文字要素类型，最终形成五层八位数字与字母相结合的专题信息类别体系。具体结构如图2所示：

图2 专题地图要素分层分类编码

4.2 专题地图统一框架标准

将不同范围、不同尺度的地图数据整合成全市域范围完整统一的框架，并建立与基础地理信息之间的坐标对应关系。此框架将作为专题地图更新维护的标准数据，也是进行不同比例尺、不同范围、不同专题的专题地图编制的唯一数据基础，从而彻底改变以往地图管理与编制多个数据源带来的重复建设、管理混乱、缺乏统一规范等问题。主要包括以下建设内容：

(1)坐标格网构建

构建专题地图与2000地形图坐标格网的映射关系，使专题地图数据与地形图、影像图之间能准确套合，从而更好地保证专题地图数据的准确性。格网映射图如图3所示：

图3 格网映射图

(2)数据整合与更新

通过格网映射，不同比例尺和范围的地图数据可以进行套合，如图4所示，从而将其整合为一套数据，成为信息最丰富完整的地图数据源，主要包括套合、接边与更新处理工作。其中套合接边是针对同一区域不同尺度的数据处理。利用相同范围的格网映射将不同比例尺的地图数据进行套合，并使大比例尺地图数据信息添加到统一框架体系中，同时对相邻区域进行接边。由于过去不同数据源没有统一的数据规范，因此在同一界线、路网等要素会出现套合偏差，要对这种相同要素之间的偏差进行编辑纠正。

(3)规范化处理

根据专题地图分类分层及编码体系对统一框架进行规范处理，将图层按照“要素名称”进行统一命名，明确每一条要素信息的分类及层次。统一框架的成果如图5所示：

图4数据套合

图5 统一框架图

4.3 常规幅面地图参数标准

根据专题地图编制工作实践经验总结，一般是按照图幅尺寸规格进行编制。充分考虑规格需求的同时，也要兼顾工作量，因此应选择合适的图幅尺度进行标准制定[5]。武汉市公共地图及各类专题地图主要包括A4幅面、A3幅面、四开、对开和挂图等常规幅面(如表1所示)，每种常见幅面针对相应的地图范围和比例尺，由此总结出14个制图参数标准，此标准规定了不同幅面和范围的地图内容和要素参数。

常规幅面地图参数标准表 表1

参数标准表中，包含对点、线、面、注记要素的形态参数的设定，结构如表2所示：

要素参数表 表2

4.4 专题信息库

在过去的专题地图编制过程中，很多由专业单位提供的专题信息零散地存贮在各个不同的专题地图中，跟随归档文件分散存储，只有位置名称等图面显示的属性，随着时间推移，最终往往成为碎片化的、不完整的无效信息，形成资源浪费。针对这部分专题信息建立专题信息库，将所有专题信息在同一坐标体系下集中存储，并建立规范的属性字段表，包括专题名称、编码、来源、时间等，成为各行业的专题信息库，既是对历史数据的规范整理，也为今后进行交互式地图定制服务积累专题资源。

专题信息库结构如图6所示：

图6 专题信息库结构

4.5 符号库与颜色库

(1)符号库构建

针对专题地图编制中的常用符号建立不同类型的符号库，利用CorelDRAW符号库管理器进行统一管理。符号库的分类分层体系与专题地图要素保持一致，其符号编码是在专题地图要素编码的基础上扩展三位顺序码，用于标识每个符号，符号库结构如图7所示。

图7 符号库结构

(2)颜色库

颜色库使用CorelDRAW中自带的调色板管理器进行管理，利用调色板编辑器进行颜色样式的编辑，主要包括颜色的编辑、添加、删除以及排序重置等功能。通过编辑器新建的颜色样式可导出为XML文件，也能被其他cdr文件导入使用。专题地图颜色库中存储了多种配色风格，如简约、洁净、清新、浪漫、明亮、浓烈、强硬等，适用于符号设计时选取搭配，除此之外，形成由浅至深不同亮度和饱和度的色彩搭配，专门用于行政区划的底色填充。

4.6 专题地图知识库的应用探索

专题地图知识库构建了专题地图的制图模式、数据规范等知识规则，在此基础上，通过CorelDRAW VBA进行二次开发探索，尝试实现CorelDRAW平台下限定地图主题与范围的下向导式辅助制图，包括地图数据准备与自动参数配置。其中地图数据准备是根据地图主题、范围、比例尺从统一标准地图框架中选取合适的地图内容，自动参数配置是根据常规幅面地图参数标准规则表以及相应的符号库对地图数据进行自动参数配置。

图8 专题地图知识库应用探索

5 小 结

专题地图知识库的构建针对实际地图编制的现状问题，从“先建库，后制图”的角度出发[6]，以提高地图编制效率、减少人为误差为目标，一定程度上解决了地图数据组织混乱、数据管理复杂低效等问题，突破了过去专题地图成果与地理信息系统开发应用之间的障碍，实现了地图编制互联网转型的第一步。后期应对知识库内容扩充，考虑多源数据资料的入库[7]，对知识内容要素进一步细化，建立多尺度地图制图模型[8]，同时对专题地图知识库的应用进行深入探索，进一步开发向导式辅助设计系统，使专题地图知识库为互联网平台下地图编制智能化应用打下良好的基础，并应用于生产实践中。