数字图框模型构建及智能绘制算法研究

刘一儒 李远华 芦吉昆 黄伟佳

摘  要：圖框是地图的关键构成部分，其智能化水平是实现批量制图的前提条件。为了提高图框智能绘制水平，文章通过对图框风格、构成要素、框架体系的深入分析，基于关系数据库思想与结构，从数学基础、比例尺参数、绘制参数、坐标网参数和其他图饰等方面构建新型数字图框模型，提出了图框自动绘制时数学基础控制、图框结构与搭建、坐标网构建、关键注记计算等关键技术方案，并采用C#+MapGIS 10 API的二次开发技术实现了数字图框智能化绘制。研究结果表明：构建的新型数字化图框模型，可将图框要素的离散化信息进行整合并以数字化的形式存储，实现信息的高度分离，使得参数可控共享性大大提高，是实现图框智能化绘制重要保障;数学基础控制、框架结构搭建方法、坐标网构建、注记计算与定位技术是支撑图框自动绘制的关键，它们相对独立又相互依赖;可通过外接模块通讯技术为图例、接图表、比例尺等其它地图要素提供接口，为地图后续制作与智能化调整提供参考;利用C#+MapGIS 10 API可开发直接可用的图框制作程序，制图效率大为提高，对“快速智能化制图”而言具重要实践意义。

关键词：数字图框模型;MapGIS二次开发;智能化

中图分类号：P282          文献标志码：A         文章编号：2095-2945（2019）28-0001-06

Abstract： The drawing frame is the key component of map， and its intelligence level is the precondition of realizing batch mapping. In order to improve the level of intelligent drawing of frame， this paper makes an in-depth analysis of the picture frame style， constituent elements and frame system， and based on the idea and structure of relational database， constructs the new digital graph frame model from the aspects of mathematical basis， scale parameters， drawing parameters， coordinate network parameters and other graphics， puts forward some key technical schemes， such as mathematical basic control， frame structure and construction， coordinate network construction and key note calculation， and uses C#+MapGIS 10 API secondary development technology to realize the intelligent drawing of digital drawing frame. The results show that the new digital picture frame model can integrate the discrete information of drawing frame elements and store it in a digital form， so as to achieve a high degree of information separation and greatly improve the controllable sharing of parameters， which is an important guarantee to realize intelligent drawing of frame; mathematical basic control， frame structure construction method， coordinate network construction， annotation calculation and positioning technology are the key to support the automatic drawing of frame， they are relatively independent and interdependent; the application of communication technology of external modulecan provide interface for other map elements， such as legend， graph， scale， etc.， and provide reference for subsequent map making and intelligent adjustment; using C#+MapGIS 10 API， we can develop a directly available program for drawing frame making， which greatly improves the efficiency of drawing and has important practical significance for "quick and intelligent drawing".

2.2 配置技术

图框公共参数通过程序窗口进行配置，实现一套参数多次使用，提高工作效率;程序的工作环境例如工作目录、系统库等，绘制前也通过窗口统一配置;外部图饰包括图例、接图表、比例尺等都具有不同类型的风格，用户可根据需求自行选择;图框的私用参数都存储在图框模型中，利用ODBC、OleDB等方法连接数据库，通过SQL语言进行模型匹配及操作交互，进行内部通讯，在绘制时自动从数据库中提取参数化数字化的信息，可使图框的绘制具有实时性、高效性。

3 图框自动绘制关键技术

在完成数字图框模型的构建后，需要有核心技术提供理论依据才能进一步实现程序开发，本研究从数学基础、框架结构、注记定位、外接部分等方面解决关键问题，提出数学基础控制技术、框架控制技术、注记计算与定位技术和外接模块通讯技术为自动绘制程序开发提供理论支撑。

3.1 数学基础控制技术

地图的数学基础涉及到坐标网、比例尺、大地控制网等，服务于整个地图的绘制，控制地理信息转绘精度，使地理要素对于地图具有正确的位置，对地图所有的组成要素都具有控制作用，没有数学基础的地图只是一张图，无法体现其中包含的地理信息。在明确给出坐标的情况下，直接绘制即可，如若不然，则需要基于数学基础进行计算得出坐标。内图框、坐标网和数字注记根据数学基础直接计算得出绝对位置坐标，外图框、说明注记和外接部分还需要考虑地图手册中的布局与分布规则通过推算得出相对位置坐标。

3.2 框架控制技术

将图框的框架结构分为三层，第一层是内图框及其内部包含的内容，是整体布局的基础与依据;第二层包括外图框、外图框與内图框之间内容和图名，外图框与内图框的间距一般为4mm左右;第三层是外图框的外部空间，图例、接图表等可在此框架内按照需求任意部署。

内图框位置的确定分为三种情况，第一种是用户给定规则范围，根据范围计算得出坐标即可;第二种是用户给定不规则地理底图，由IvectorCls类的Range方法获取内图框范围;第三种是用户任意拖拽定义范围。只有内图框的位置坐标确定，才能计算外图框及外接部分的位置坐标，内图框及其范围内所包含的内容是地图的主体部分，地位极其重要，直观地影响地图的整体效果。

3.3 注记计算与定位技术

根据地图手册的整理与总结，注记可分为数字注记和说明注记，数字注记指用于标注点位置信息的注记，这类注记是通过求得坐标网与内图框的交点，利用公式计算得出的绝对数值;说明注记指图框外所附的各种文字说明和图表的注记，这类注记是基于外图框的位置，计算出与外图框的相对位置，与外图框之间的数值关系要根据地图手册总结的规则和地图的整体风格来确定。

3.4 外接模块通讯技术

一幅完整的地图除了主体部分图框外，还有图例、接图表、编绘说明等辅助要素，本文基于得出的外图框的坐标与范围，根据图框的数学基础，以地图手册总结的规则为依据，计算出其他组成部分的坐标与分布范围，通过接口传递得到的结果，为地图的后续制作和整体的美观协调提供参考。

4 程序开发

4.1 程序开发

（1）坐标转换

不同投影、不同坐标系、地理坐标与投影直角坐标之间都需要进行坐标转换，这是保证图框精确度的基础工作，利用数学公式构建函数，有需要时调用函数实现坐标转换即可。

（2）图框框架绘制

捕获内框获取范围，内图框与外图框之间的距离△x和△y与注记大小有关，注记一般为3mm×3mm，△x和△y可适当放大取4mm左右，其核心代码如下：

//坐标外扩

X1 = X1 - r;

X2 = X2 + r;

……

//创建数组存储坐标

double[] Px = new double[2] { X1， X2 };

double[] Py = new double[2] { Y1， Y2 };

Dots m_dots = new Dots（）;//创建点集

……

GeoVarLine ploylinTLK = new GeoVarLine（）;

ploylinTLK.Append（m_dots）;//添加点集

line.Append（ploylinTLK， null， Lineinf）;//连点成线

（3）坐标网

进行坐标网绘制时，如果是方里网，确定间隔后直接循环绘线再裁剪即可，如果是经纬网，则需要捕获内图框的坐标，如果是理论地理坐标，直接外扩取整得到经纬度范围，循环绘线后利用内图框进行内裁，如果得到的不是理论地理坐标，则需要先进行坐标正算求得，其中，代码①如下：

SFeatureCls line = new SFeatureCls（）;//创建线对象

//属性设置

Lineinf.OutPenW = widthLine;

Lineinf.LineType = （LineType）Lineparameters.linetype;

……

for （i = 0; i < n; i++）//循环绘制

{

GeoVarLine ploylinTLK = new GeoVarLine（）;

……

ploylinTLK.Append（m_dot）;//添加点

line.Append（ploylinTLK， null， Lineinf）;//连接点成线

}

（4）注记

说明注记的绘制与图框框架绘制原理相同，根据外框确定位置，坐标注记的绘制首先要捕获坐标网，再创建矩形获取查询范围，创建记录集存储记录，创建查询对象查询符合条件的线要素，也就是与内框有交点的线，进行坐标反算得到坐标，其核心代码如下：

Rect rect = null;//创建矩形

QueryDef queryDef = new QueryDef（）;//创建查询对象

queryDef.SetRect（rect， SpaQueryMode.Contain）;

RecordSet recordSet = null;//创建记录集

recordSet = sFeatureCls.Select（queryDef）;

recordSet.MoveFirst（）;//移到第一条记录

while （！recordSet.IsEOF）//循环查询记录

{

if （recordSet.Rect.XMin == MyClass.X）//查询条件

{

……

}

recordSet.MoveNext（）;//移到下一条记录

}

4.2 应用与分析

为了验证该程序系统的性能，我们在一张延吉市地图上任意选取一部分（图7中方框部分）进行裁剪，该部分具有铁路、公路、等高线、河流等基础地理要素，经由程序自动计算绘制后，输出结果如图8，可以看到已经为底图添加了内外图框、经纬网、坐标注记和图名等图饰，线宽、注释大小等由数学基础严格控制，通过坐标反算得到的坐标注记符合延吉市的实际经纬度坐标，此外为图例、接图表、图签等划定了绘制区域以供后续制作参考，该结果说明开发的图框自动绘制程序具有可行性。

4.3 讨论

由测试结果可以看出，外接模块划定的区域已经和图框绑定，无法智能扩展，其他图饰部分的绘制算法需要与本程序的算法有较高的融合度，要有接口接收图框的数学基础与参数体系，使得多个部分绘制集成后协调美观;表达不同信息的线参数要用不同的线型加以区分，使得地图内容更加直观。

5 结论

计算机技术的高速发展不断地解放人们的双手，当前智能制图成为一种流行趋势，图框作为地图的关键组成部分，其智能化水平关系着高效批量制图的实现，之前的研究解决了绘制技术问题，但信息整合度不强，共享性不高，没有考虑个性化需求，本研究为有效解决这些问题，构建了一种利用数据库组织的新型图框模型，提出多种自主技术，采用C#+MapGIS 10 API的二次开发技术实现了数字图框智能化绘制。研究结果表明：

（1）基于关系数据库构建的新型数字化的图框模型，可将图框要素的离散化信息进行整合并以数字化的形式存储，使图框信息相互独立，增强参数可控性和共享性;（2）数学基础控制技术控制图框要素的分布位置和图框绘制的整个过程，框架控制技术管理图框绘制及外接图饰的范围和布局，注记计算与定位技术和坐标网构建技术是搭建图框主体部分的关键，这些技术是支撑图框自动绘制的理论基础;（3）可通过外接模块通讯技术为图例、接图表、比例尺等其它地图要素提供接口，為地图后续制作与智能化调整提供有价值的参考;（4）利用C#+MapGIS 10 API能够开发直接可用的图框制作程序，减少人工干预，提高制图效率，对“快速智能化制图”而言具有重要实践意义。

本研究已经在一定程度上提高了图框绘制的智能化水平，但仍然存在一些不足，描述图框特性的参数表还需增加内容，使得图框绘制的灵活性进一步提高;绘制的坐标网需要经过裁剪才能与内图框相匹配，算法较繁琐，可以先算出交点再进行绘线，简化步骤，这些问题可以在后续工作中得到解决。

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