基于ArcGIS的小区域电子地图栅格切片方案研究

郜鲁豪，徐 旌

(1.云南省测绘地理信息科技发展有限公司，云南 昆明 650034；2.云南大学，云南 昆明 650500)

0 引言

切片地图技术是开放地理空间联盟(OGC)提出的一种空间数据发布的方法，提供了一种采用预定义图块方法发布数字地图服务的标准化解决方案[1]。电子地图切片技术有矢量切片及栅格切片两种方案，在目前电子地图切片数据生产中均有应用[2-4]。利用金字塔切片技术进行栅格切片是大多数GIS地图形成地图底图的主流方式，其原理是以四叉树金字塔模型直接切割地图图片，最终表现为金字塔分层的256 px×256 px的PNG图片或相应的基于图片的压缩包格式[5]。

XML是一种可扩展标志语言，它提供了一个可扩展的，强有力的标准来描述数据，使得数据可以在各种应用程序中使用，或在不同平台、不同应用交换。一个有效的XML文档必须符合“XML基本语法”。XML模式可以规定文档中存在的元素的类型、元素具有的属性、在元素内部子元素的层次结构以及元素在整个文档中出现的顺序次数[6]。在实际工作中，作业人员可以根据具体需要确定XML模式文档规范，应用于切片工作中。

1 研究数据来源

采用大疆精灵Phantom 4 RTK无人机获取研究区照片，用于研究区正射影像制作。为保障影像分辨率满足解译要求，航高设计为100 m，航线采用回字型设计，共获取有效照片516张，单张照片分辨率为5 472×3 648。基于ContextCapture软件，对516张照片进行正射处理，经过裁剪后获取研究区正射影像。

正射影像图分辨率为0.1 m，坐标系统为CGCS2000国家坐标系。通过质量检查，影像色彩准确，纹理清晰，各检查点误差均在相关规范要求内，满足研究区矢量数据采集的坐标系统要求及精度要求。正射影像图见封三图版Ⅱ图1。

2 栅格切片方法研究

矢量数据是切片制作的基础，本文中矢量数据根据需求分别以点线面文件进行存储。以正射影像图为基础资料，基于ArcGIS平台采集制图矢量数据，采集完成后对数据属性结构进行设计，通过外业调查，确定各POI点位置、名称及类别，对应符号库分别对要素类型进行赋值。数据采集完成后对数据完整性及属性正确性进行检查，质量合格后根据符号库进行要素符号化，实现不同要素的不同符号表达。分要素设计显示比例尺，实现不同比例尺下的不同地图内容显示，通过ArcGIS“共享为切片包”工具将地图转为切片文件。技术路线图见图2。

图2 技术路线图Fig.2 Technology roadmap

2.1 制图数据提取

制图数据在ArcGIS平台下对正射影像图进行矢量化获取，存储为ShapeFile文件，分别以点线面表示。对所有数据添加“名称”及“类别”两个字段，“名称”存储POI名称，“类别”存储类别信息以对应符号库，用于对数据进行符号化。制图要素采集列表见表1。

表1 制图要素采集列表Tab.1 Table of mapping elements

2.2 要素符号化方案

2.2.1 普通地图符号实现

电子地图的地图配置，主要是协调地图整体的配色；信息点的点符号，道路等线符号，水系、植被等面符号的地图符号化及颜色搭配设置；注记的标注、压盖、方向、字体大小等按照等级显示[7]。

地图符号是有形状不同，大小不一，色彩有区别的图形或文字组成，它能够传递地理事物在空间位置、形状、质量、数量和各事物之间的相互联系及区域总体特征等方面的信息[8]。本文研究区域较小，各地表要素未能全部涵盖《地理信息公共服务平台电子地图规范》要求的全部要素。为与本文中地表要素保持一致，参考谷歌地图符号样式针对涉及要素设计符号库。各图层符号样式见表2。

表2 图层符号样式表Tab.2 Table of layer symbol style

2.2.2 单幢房屋、普通房屋立体符号实现

电子地图地图切片中房屋要素符号需实现立体可视效果，通过符号库样式匹配仅可制作颜色或图案填充的图块，无法实现立体可视效果。ArcGIS提供了制图表达这样的高级制图功能，通过在地理数据库中随地图数据一起存储基于规则的复杂符号，要素类制图表达为地图符号系统的使用提供了更大的灵活性和控制力。

单幢房屋、普通房屋匹配符号库样式后，对单幢房屋、普通房屋图层创建制图表达。在制图表达中添加“移动”效果，设置合适参数后通过阴影的方式实现单幢房屋、普通房屋的立体效果。制图表达各项参数设置见表3。

表3 单幢房屋、普通房屋制图表达参数设置Tab.3 Cartographic expression setting of buildings

2.3 切片比例设计

切片是一种多分辨率层次模型，从瓦片金字塔的顶层到底层，分辨率越来越高，但表示的地理范围不变。金字塔的每层分别对应某个比例尺的数据集，每一个比例尺的数据集可以对应一层或多层的金字塔地图瓦片。最顶层的地图比例尺最小，最底层的地图比例尺最大，从顶到底对地物的描述越来越详细。每层瓦片对应相应的瓦片级别，顶层为 0 级，向下级数递增。显示地图时按照显示比例尺调用不同级别的瓦片[9]。

切片分辨率和比例尺一一对应，分辨率确定即比例尺唯一确定。本文中将切片级别设为21级，切片数据坐标系为CGCS2000国家地理坐标系，最小比例尺为1∶590 995 186.1，最大比例尺为1∶563.616 930 1。各级切片比例级分辨率见表4。

表4 切片比例尺级分辨率对应表Tab.4 Corresponding table of slice scale resolution

研究区地表要素从需要表示成点状的要素到需要表示的面状的要素均有分布。为保证所有要素均在合理的比例尺下正确显示，点状要素最小比例尺设置为1∶564，面状要素最小比例尺设置为1∶9 018。各图层显示比例见表5。

表5 图层显示比例Tab.5 Layer display scale

3 切片成果

基于ArcGIS平台生产的切片数据，默认格式为.tpk，支持ArcGIS直接打开，打开后不可编辑。对tpk文件进行解压后，可查看切片数据包含的全部文件。切片成果文件分3种：分别为_alllayers文件夹、conf.cdi、conf.xml及conf.properties文件。_alllayers为切片方案所确定的21级瓦片数据，数据格式为.bundle和.bundlx；conf.cdi主要记录范围，即所切图层的范围，平面坐标显示等信息；conf.xml为切片方案，包含参考系、起始点坐标、瓦片尺寸、读取切片原点、图片格式、宽度、高度、DPI、各缩放级别、缩放比例、分辨率等信息；conf.properties记录切片制作的配置相关信息。切片成果文件夹组织见图3。

图3 成果目录Fig.3 The catalogue of result

在ArcGIS中直接打开tpk文件，可以查看切片坐标系，分辨率等相关信息，在不同比例尺度下可查看不同地物，但不可对地物要素进行编辑操作。不同比例尺下切片数据见封三图版Ⅱ图4。

4 结论与讨论

4.1 结论

本文通过无人机获取研究区带有地理标记的照片，利用正射影像生产软件制作研究区正射影像。采用人工目视解译，结合实地调查，确定研究区内各地理实体，通过对各地理实体对象符号化，设置相应显示比例尺，实现不同比例尺下显示内容的变化。以保存此类设置的工程为基础，通过地图打包工具制作21级切片数据。研究表明：基于ArcGIS灵活的符号制作系统及分级比例尺设置系统，可以自定义电子地图符号样式，制作不同级别栅格切片数据，满足不同电子地图对切片数据的要求。

4.2 讨论

切片数据制作有3个主要内容：一是基础数据的采集标准制定；二是基础数据的符号样式制作，三是各级切片比例尺的确定。本文以研究预期为标准，分别参考各类资料制定了基础数据的采集标准，符号库及切片比例尺，达到了研究预期。在实际工作中各类项目对切片要求均有所不同，在工作初期需对3项工作进行严格审定，并建立完善的质量管理体系，在各项要求达标的情况进行切片制作，可以进一步保障切片数据质量。