基于ArcGIS数据驱动页面技术的控规快速制图——以福清控规单元划分为例

魏铭 冯俊杰 郭螣昕 张伟勋

(福建省城乡规划设计研究院 福建福州 350001)

0 引言

2018年3月，国务院机构改革方案公布，将住建部门的规划管理职能纳入新组建的自然资源部，新部委随后提出建立国土空间规划体系的要求。在此过渡期间内，规划编制单位的相关规划成果既要满足于传统住建体系规划要求，又要考虑和未来国土规划体系接轨。各规划院急需发展一套可相互兼容、灵活敏捷的编制和制图流程。基于此，本研究结合福清单元控规划分这类制图与可视化工作量繁重的控规类项目，发展一套基于数据驱动页面技术的控规快速制图流程。

“数据驱动”在这里有两个定义：广义定义为依靠数据而不是直觉或个人经验进行事件驱动的过程；狭义定义为一种面向表编程的计算机编程范式[1]。“数据驱动页面”是ESRI公司在ArcGIS产品进入10代后开发的制图模块，它基于要素图层或索引图层将不同地理数据带入布局视图的动态元素当中，结合图廓、图题、指南针等静态元素，从而生成多张图则的制图技术[2]。

1 CAD控规制图流程存在的问题

历史进程上来看，我国的规划行业脱胎于传统的建筑学。建筑工程大量使用了CAD软件进行制图，大部分高校的规划专业也是从建筑专业发展而来的[3]。在制图思路与制图模式上也一直依赖CAD软件，这样能够较好地与建筑工程进行衔接，然而CAD制图也在规划设计项目中带来如下问题。

1.1 综合制图效率低下

CAD在绘图的精度和自由度上有优势，但由于缺乏比例尺设计，没有地图要素符号自动注记、自动缩放和地图要素概括能力[4]。CAD虽然也拥有布局视图和数据模型隔离的设计逻辑，然而由于天生缺乏对属性类数据的结构化索引能力，地图要素并不能在布局视图中进行联动，使得CAD制图只能一张一张出图。虽然通过湘源、飞时达等二次开发软件可以对部分图框、内图廓线、标题等静态元素进行自动化处理，但还是有大量表格、页码、标注、排版等工作无法在CAD内部完成，仍需进入Photoshop等专业软件进行二次加工处理，花费大量人工监督干预的成本。

1.2 难以避免人工错误

当图则数量接近几十上百张后，表格、标注很容易发生人工置换错误，若此时图则已装订成纸质成果，则改图会增加印刷成本，造成浪费。若打印成图集后，审核未发现问题就交给甲方，则会造成严重的生产事故，损害设计单位的信誉。

1.3 难以标准化

由于CAD不像GIS有专门的样式管理模块，导致其难以有效地进行制图标准化管理。CAD本身的数据版本和软件版本是紧耦合的，某个版本CAD出的图经常在另一个版本的CAD上打不开，间接影响了工作效率，增加了沟通协作成本。

1.4 GIS化数据要求

随着时代的发展，规划、自然资源等部门越来越多地依靠GIS系统管理自己的规划数据。以福建福清为例，福清规划局拥有自己的GIS控规管理平台，因此福清的控规单元划分项目里，甲方明确提出需要提供GIS数据成果，好纳入自己的GIS控规管理平台中。若仍然像传统项目那样直接用CAD出图则，则CAD数据要做一份，GIS数据要做一份，工作量翻倍，一旦发生指标，空间要素的修改，得改两份数据。随着未来机构改革，规划职能的迁移，越来越多的项目资料、项目成果都要求支持原生GIS数据。

1.5 难以适应未来行业发展趋势

规划信息化有两个主要方向：一种以CAD环境为主，保留其大部分原生功能，二次开发添加GIS数据管理模块[5]；另一种以GIS环境为主，二次开发添加CAD数据调用及绘图模块；前者对传统规划人员友好，学习成本低，但GIS数据管理及后期扩展能力弱；后者GIS数据管理及扩展能力强，但对传统规划人员有更高的专业要求。随着规划职能从住建向自然资源迁移，CAD这类的规划数据将越来越难以适应自然资源使用需求。另一方面，三维、遥感影像、无人机、大数据、CFD、互联网等技术在规划设计中的应用频率也越来越高，传统基于CAD的软件环境已无法应付这种复杂的规划可视化表达要求[6]。

2 数据驱动制图的优势

由于数据驱动页面制图核心技术是基于GIS平台生态的，GIS特有的属性数据和图形数据分离管理特性使得流水化、模块化生产制图成为可能，在未来的规划改革中，将发挥重大作用。

2.1 制图效率对比

数据驱动页面制图的主要工作时间放在了制图布局模板设计上，后期出图全是自动化的，而CAD制图每张都需要制图人员花费相同的时间，成线性增长，当制图工作量越大时，数据驱动制图效益越明显。通过实验对比，115张图则传统CAD出图需要约96h，数据驱动制图初次实践只用了36h，后期熟练后，更可缩短至8h，制图速度提高了10倍。数据驱动制图在改图上和CAD制图相比拥有绝对优势，传统改图无论修改量如何，一改就是一整套图都要改，至少需要6h以上，而该技术视修改量，可降低至10min。

2.2 制图数学基础成熟

GIS平台有十分成熟的数学基础，在地理坐标精准度、坐标转换、投影变换上有极大优势，再加上其拥有比例尺显示模块，在地图综合制图概括上极其方便，在将来以地理学为主导的自然资源规划上，亲和度高。

2.3 提高服务速度与运转周期

规划设计类项目时常面对评审会日期不确定，从接到通知到截止时间短得不合理，多次提出修改要求的现实问题。我国又容易出现规划“大运动”，新兴项目类型短时间内委托量巨大。在项目时间分配上，制图占很大比例。数据驱动制图便能很好地解决这个问题。通过提高制图效率，从而提高规划院的服务响应时间。由于其流水化、模块化的特性，一个熟练的数据驱动制图人员可以同时为多个项目进行制图，降低了人力成本的。

2.4 新的设计表现语言

基于GIS的数据驱动页面制图在页面排版布局上更高效，以往一些需要花费很多人工操作才能形成的样式效果，如多页一张图则，单张图则上多个指标控制表等设计可以直接使用。GIS还有利于统一要素符号样式，且形式美学程度高。GIS制图样式管理能力强大，新设计出来的符号样式色彩效果能快速标准化，总结后进行再开发利用。数据驱动页面制图的GIS平台对色彩管理、字体、注记表现、跨平台跨软件后期处理能力也比CAD更强大。规划设计师将拥有更多的设计表现语言。

2.5 规划设计院总体设计整合能力强

规划设计的对象城市是世界上最复杂的人造物体，未来的规划一定是多学科、多专业一起配合设计的。随着甲方对规划设计的要求越来越高，将来的规划院多源数据处理与多专业综合分析能力会愈发重要。数据驱动制图的GIS平台比CAD拥有更强的数据管理整合能力，如今大量规划院都在建立自己的规划支持系统(PSS:Planning Support System)[7]；其他无论是勘察测绘，还是大数据分析，互联网公众参与，AI人工智能、物联网、智慧城市等项目或应用，都极度依赖GIS技术。数据驱动制图这种制图技术，更契合这种规划设计院发展趋势。

3 数据驱动制图的实现

3.1 福清控规单元划分项目情况

福清市规划局已编制了大量控规，但控规与总规、专项、其他控规之间缺乏衔接，控制方法单一，时效性弱，控规修编与维护十分频繁。管理上成果不统一，标准化建设困难，控制指标不明确，用地审批缺乏依据，急需进行控规单元划分来帮助编制和管理实行4个有利：有利于各项规划的“无缝化”衔接；有利于下层控规的“标准化” 编制；有利于规划条件的“科学化” 制定；有利于规划平台的“动态化”管理。福清市已花了十几年时间搭建了一套基于GIS的规划管理信息系统，控规单元划分成果只需要提交纸质成果和GIS数据，不需要提交CAD成果[8]。使用数据驱动制图技术，可省去DWG及PSD工作流程，缩短整个制图周期,如图1所示。整个项目制图流程图如图2所示。

图1 数据驱动制图可省去DWG及PSD制图流程

图2 数据驱动制图基本流程

3.2 制图数据准备

3.2.1坐标规整

福清控规单元划分项目中使用到大量测绘、国土、住建、环保部门及互联网数据，各部门坐标系都要统一转成国家2000坐标系。基本坐标转换规则为：矢量数据使用同名地物点计算七参数进行转换；转换精度要求不高的矢量数据使用空间矫正进行纺射转换；栅格数据也使用七参数进行转换；影像图、地形底图可使用地理配准来处理。

3.2.2底图整理

需要确保编制范围内底图的完整性，不能留白。影像图或地形晕眩图要进行均色，调整影像对比度、饱和度、锐化，以保证底图表现效果清晰，满足地图学审美及认知要求[9]。

3.2.3矢量图层整理

设置好矢量图层数据的叠置显示顺序，图层内无重复冗余图层，图层命名符合最终规范。图层内矢量数据无拓扑错误，图层可通过几何检查。

3.2.4属性数据整理

属性数据字段无非法命名字段，字段名别名清晰易懂，字段名无重复项。属性记录本身无异常值。

3.3 模板制作

3.3.1图则总体布局设计

制图人员根据项目需求设计图则布局，以福清控规单元划分为例，先确定好索引图层。本次项目中为分区单元和基本单元两层索引图层。然后明确需要体现的控规指标与管控内容及表现形式，表现形式可以使用图、表格、标注等方式。最后结合图题、图廓、图例等要素，设计出一组图则模板草图如图3所示。制图人员根据图则模板草图，制作制图模板MXD文件。

图3 基本单元图则模板草图

3.3.2注记处理

有2种方法来制作注记，一种是使用ArcGIS原生自带的标注功能来放置注记，另外一种是使用Maplex引擎。Maplex可设置注记显示先后顺序、密集区域的重点标注、注记位置、字体方向等，使得注记放置更灵活，更好地解决注记冲突问题。Maplex设置较为复杂，本次项目中使用原生标注功能。

3.3.3符号设置

符号设计主要包括点、线、面及注记。点符号一般用于表现公服设施，符号内字体图案要清晰。线符号粗细要符合地图表达要求，部分线型重叠问题可使用ArcGIS制图表达模块来调整优先级和过渡效果。面符号颜色后期有纸质印刷要求的，需使用CMYK色彩空间来设定。

3.3.4比例尺、地图整饰

和传统地图制图不一样，规划制图可先确定实际出图纸张的大小，再选择合适的比例尺。一般规划设计使用A3大小的纸张打印，考虑到打印机600DPI，每张图的实际纸张面积、底图比例，再选用对应的比例尺。地图整饰包括题注、图廓线、页码、设计单位等要素，这些静态元素是固定的不随比例尺变化而变化，因此需在模板制作的时候就设定好，保证其大小比例和整体图则相协调。

3.3.5蒙版

图则中表现核心要素的内容要突出，次要要素内容显示变淡或透明的效果，为此需要制作蒙版图层。蒙版图层要覆盖整个项目范围，蒙版颜色一般设计成无色，通过修改蒙版的透明度或对比度，来实现图面主次表现效果。

3.4 数据驱动要素设置

3.4.1静态元素设置

大部分静态元素如：图廓线、数据框大小、布局页面大小、制作单位、项目名称等在模板制作阶段都已制作设置完成，在该阶段进行最后的检查。

3.4.2索引图层设置

索引图层中的逐个要素控制并定义了每页图则的显示内容。在图则总体布局设计阶段，就要明确索引图层，并设计好索引图层的数据标准。在索引图层属性字段中，要明确设计好索引字段，确保索引字段唯一性。数据总库中其他图层数据也要拥有索引字段，以保证后期定义查询能正常显示。若其他需要显示的数据图层没有设定好索引字段，可通过叠加分析、空间连接等工具，完成索引属性字段的补充。其他图层的索引字段可不唯一。索引图层的页边距可设置合适百分比，以保证图面效果不饱和。

3.4.3动态元素设置

动态元素一般是指根据索引图层索引号进行属性查询后，有着相同索引号和空间范围的元素。数据图层中，点、线、面要素可直接通过设置图层的页面查询来完成设置。页码、单元号等文字，也可通过插入动态文字的方式完成设置。图例的设置分为两种：静态的或动态的。静态的可通过在页面布局中生成总的图例，或直接插入图片来完成。动态图例需要结合动态表格(Graphic Table Element)来完成。

3.4.4动态表格设置

通过查询索引图层的索引号，可将对应索引号要素的属性显示在动态表格当中。通过设置表格的数据来源来建立索引，然后设置表格的格式，确定表格的长宽高及大小粗细。定义表格字段来确定要显示的控制指标。设置索引字段的过滤条件来设置到底要显示多少查询到的记录。设置排序信息来确认表格中记录的显示顺序。最后，设置表格内字体大小、换行规则及表格颜色，来保证表格的美观性。同样可通过添加静态表格来表现想要的控制指标内容。

3.5 数据驱动排版与打印

3.5.1排版

一个单元控规往往需要不止一页来表示，这时候需要通过设计排版页码规则，通过python脚本来控制排版顺序。以福清单元控规为例，一个单元控规图则分为基本单元层面，分区单元层面两页来表达，多个分区单元之间，还需一张分区单元范围示意图，来表示单元分布范围。为此需要在模板阶段就制作3个mxd文件，在索引图层中添加模板字段，给每个索引要素添加对应调用的模板号，进行排版[10]。同时也给每个索引要素添加页码字段，确定打印该要素时对应输出的页码。

3.5.2打印

打印阶段也同样通过python脚本来实现，通过编程语句，遍历索引图层中所有的可索引要素，并通过先前排版设置好的排版字段和页码字段，调用正确的模板逐页顺序打印。

4 结论

数据驱动制图技术在林业、国土、海洋行业中使用较为普及，在规划行业运用较少。本文通过将数据驱动页面制图技术实际运用在福清单元控规划分项目中，对比了GIS数据驱动制图与传统CAD制图的优缺点，总结归纳了数据驱动规划制图的基本流程，其制图效率及后期拓展性基本得到了福清项目组的认可。然而，CAD在建筑市政道路等工程类项目制图中仍有着不可替代性，综合性甲级院中CAD与GIS制图流程数据转换上仍需进一步研究。此外，数据驱动的规划项目制图还具有一定局限性，在传统总规、控规、详规中，部分制图样式仍然无法实现，需结合多种规划类型项目进一步实践完善。