QGIS插件技术在点状地图符号转换中的应用

陈雅慧

（中国北京 100045 中国地震台网中心）

0 引言

地震系统的核心技术以及软硬件设备要确保可靠、可信、可控。因此，地震应急业务系统有从商业软件向开源软件转换的迫切需求，制作各类专题地图是转换的直接体现。

在地震系统日常业务中，专题图多采用美国ESRI公司旗下的ArcGIS软件进行制作，并积累了一套地震数据特有符号库，该符号库能够增强地图可读性，丰富地图的可视化表达，进而传递出灾区基本情况和灾情信息，在地震灾害应急指挥及救援管理中发挥着重要作用。但商业软件昂贵，且难以获得开发版权，制图软件开源化发展成为必然。

地图符号库转换成为跨平台应用的关键问题。为了符合地图制图规范，减少符号重复设计等工作，跨平台的地图符号共享成为研究热点（陶陶等，2007）。目前，地图符号共享的研究主要分为2类，一类是研究不同数据格式之间的符号共享（陈梦琳等，2015；王志强等，2020），另一类是研究统一标准的符号共享，包括通用图形标准（吴明光等，2011；陈长林，2018）、通用地图符号（王本林等，2018）、统一行业标准（Liu et al，2016）等，还有对符号共享的可用性评价（廖嫣然等，2022）。

QGIS是基于Python和C++语言研发的开源制图软件。其用户界面友好，支持多类型数据加载，符号编辑功能丰富，在制图方面更具优势。而且，QGIS支持插件，可以通过编译插件扩展软件的制图功能。本文将符号读取、属性转换、符号输出功能集成在QGIS插件内，成功实现ArcGIS符号库点符号向QGIS的迁移，且迁移前后点符号的制图功能和效果完全相同。

1 插件构建方法

运用QGIS技术创建的点符号转换插件主要用于数据处理和分析，且用户界面只需要文件输入和输出部件。

QGIS插件开发主要有2种方式，一种是手动创建，另一种是自动创建。自动创建是利用Plugin Builder生成固定的插件模板，通过对模板文件的编译实现相应功能，比手动创建简便。此外，自动创建的插件模板有3个，分别为Tool button with dialog（带有对话框的工具按钮）、Tool button with dock widge（t带部件的工具按钮），以及Processing Provide（r处理框架）。与前2个模板相比，Processing Provider模板能够生成固定插件界面，简化设计界面流程。对比发现，使用Processing Provider自动创建方法能够更简单快速地构建插件，且插件既能够用于数据批处理，也能够被Python控制台调用。

2 点符号转换功能设计

同一类型的符号在ArcGIS和QGIS平台中使用的函数库不同，基于QGIS技术设计的点符号转换插件可以使两平台同类型符号匹配。本插件在QGIS平台生成的新符号与ArcGIS中的同类型符号具有相同的功能、属性和展示效果。

程序总体流程（图1）为：①输入ArcGIS“.style”符号库文件，对文件中的全部符号进行遍历循环，提取各类数据；②对数据进行解码，获得符号对象的多种属性信息和guid值（全局唯一标识符，用于识别每个符号的类型，在QGIS创建符号时能够通过判断符号类型添加对应的符号属性）；③将解码得到的各种属性与QGIS中的相同属性建立一一对应关系，实现两平台符号属性的转换；④对多层符号进行符号层叠加，并将全部符号统一输出为XML文件。根据实际需求，本次只完成点符号中的简单标记符号和字符标记符号2类符号的转换。

图1 QGIS点符号转换程序流程Fig.1 Flowchart of QGIS point symbol conversion program

2.1 符号读取

调用Access数据库软件打开“.style”符号库文件，查看每个符号属性表，其中包括ID、Name、Category、Tags和Object，Tags中记录了符号层数（多图层）、色彩模式（rgb、hsv等）、颜色值（蓝色、白色、绿色等）、符号类别（字符、简单）和字体（ESRI Default Marker等）等属性。参考这些标签，在符号属性转换模块中定义相应的转换函数。

通过对Object进行后台解码，获取每个符号的二进制数据（BLOB），这些数据包含了Tags中涉及的全部符号属性信息，这些不同类型的属性信息（int、string、double、uchar等类型）需要通过创建对应的读取方法获得其属性值。调用这些方法可以得到简单标记符号（Simple Marker Symbol）的符号层数、点类型Style、符号大小Size、X和Y的偏移量Offset和轮廓线Outline等属性；得到字符标记符号（Character Marker Symbol）的符号层数、Unicode值、旋转角度Angle等属性。

在符号的二进制数据中还能够提取guid值。在ArcGIS中每类符号具有唯一guid值，如简单标记符号为“7914e5fe-c892-11d0-8bb6-080009ee4e41”，若待转换符号的guid值与之相匹配，则判断该符号为简单标记符号，进而按简单标记符号的创建方法添加符号属性。这种方法能够确保符号类型的唯一性，便于快速识别并创建符号。

2.2 符号属性转换

在符号属性转换模块中，本插件定义了多种转换函数，这些函数通过调用QGIS提供的各种类库和函数接口，将ArcGIS符号属性转换为QGIS中相同的符号属性，实现两软件平台符号属性的统一。

2.2.1 简单标记符号。ArcGIS中的Simple Marker Symbol简单标记符号类型对应QGIS中的Simple Marker类型。简单标记符号的属性参数有Color、Style、Size、X Offset、Y Offset、Outline Color和Outline Size。在两平台中，有些属性参数能够直接进行关联，关联方法是，导入QGIS中的core、gui等核心包和模块，调用相应方法给参数赋值。如：代码（a）为创建参数点类型（Style）转换方法，其中ArcGIS中的“X”形状对应QGIS中的“Cross2”形状。有些属性参数转换需要通过数学运算来实现，如：代码（b）为颜色转换，QGIS软件中只有HSV和RGB2种色彩模式，因此对ArcGIS中的部分以CMYK显示颜色的点符号来说，需要考虑不同色彩模式的成色原理，实现参数Color的转换。

代码（a）：

2.2.2 字符标记符号。ArcGIS中的Character Marker Symbol字符标记符号类型对应QGIS中的Font Marker类型。字符标记符号的属性参数有Font、Unicode、Size、Angle、Color和Offset。与简单标记符号的转换类似，除了要转换能够直接关联的属性参数外，还需要运用数学运算完成符号角度参数的转换。在ArcGIS中，随着角度数值的增大，符号呈逆时针转动，而在QGIS中则相反，角度数值增加，符号顺时针转动。由此通过数学运算中的角度换算，定义了角度转换函数，用360°减去ArcGIS中的符号角度值则为QGIS中的符号角度值。这些数学运算实现了两平台符号角度的一致性。

2.3 符号创建及输出

符号创建包括单层符号和多层符号，本插件定义了符号（层）创建函数，通过调用符号属性转换模块中的属性转换方法，为符号的每一层添加转换后的属性参数，调用qgis.core核心包中的QgsSimpleMarkerSymbolLayer和QgsFontMarkerSymbolLayer方法创建对应的2类点符号（层）。

此外，定义符号创建函数对符号的层数进行判断，单层符号直接创建，多层符号叠加后创建。点符号转换插件的输出结果为“.xml”格式文件，通过调用QgsStyle.exportXml方法将新创建的全部点符号打包输出为XML格式符号库。转换后的符号库能够在QGIS软件的样式管理器中直接导入使用。

2.4 运行调试

2.4.1 插件激活。在QGIS的插件管理器中识别并启用已经编译的点符号转换插件“Marker Symbol”。插件置于Processing ToolBox菜单栏，激活后双击运行。

2.4.2 插件调试。插件初次运行程序经常报错，需不断调试并反复修改。使用插件重载器插件（Plugin Reloader），可对自定义插件执行重载、加载和卸载的指令，无需重启QGIS软件即可实现自定义插件的修改和测试。

3 符号转换结果对比

以目前地震应急专题图系统在用的“ArcGIS灾情信息标绘符号库”为例，运行点符号转换插件进行符号转换。共读取符号192个，其中点符号141个，由插件运行日志中记录的符号转换进度，141个点符号按符号ID顺序依次读取、转换、输出，用时小于3 s。与人工制作符号相对比，运用QGIS插件技术缩短了符号转换时间，实现了地图符号从ArcGIS向QGIS的快速批量迁移。将插件运行后生成的.xml文件导入QGIS插件管理器，导入结果见图2。

图2 点符号转换结果Fig.2 Result of point symbol conversion

在符号外观方面，与原ArcGIS符号库（图3）相比，127个点符号完全转换成功，14个符号在颜色、形状和大小上也完成转换，但仍有少量符号层偏移现象，如“中型水库”符号，需人工调整。存在符号层偏移的原因可能有：①ArcGIS与QGIS软件的符号单位不一致，如QGIS支持用像素为单位设置符号尺寸，而ArcGIS用点，二者之间的转换关系需进一步研究；②在编写符号转换插件过程中，算法参数不适用，需根据实际情况调整。整体来说，本次符号外观转换成功率大于90%。此外，QGIS符号的颜色渲染和美观度优于ArcGIS，符号整体效果更简洁清晰。

图3 原ArcGIS符号库Fig.3 Original ArcGIS symbol library

在符号功能方面，ArcGIS中的符号为矢量格式，能够根据图幅比例调整符号大小，并且能够更改符号颜色。经插件转换后的QGIS点符号同样支持基础的属性修改功能，包括颜色、透明度、大小、偏移量、旋转角度等参数设置，证实了用QGIS插件技术完成点符号转换能够达到平台间符号共享的目的。

4 成果应用

“灾情信息标绘符号库”QGIS转换版已在地震应急日常业务工作中得到应用，如震前准备图件制作、专题图模板的快速产出制作等。最新部署的地震应急快速评估与协同系统配置了QGIS版本的多个专题图模板，其使用的点状地图符号均由本点符号转换插件“Marker Symbol”生成。以2022年9月5日四川泸定MS6.8地震为例，系统自动产出A3、A4幅面震后第一时段专题图共14张，文中绘出地震快速评估影响范围图，见图4中右侧图件，左图为ArcGIS产出图件，对比可见，QGIS产出图件符号颜色显示更均匀，对比度柔和，各要素间无遮盖，整体成图效果简洁、清晰。

图4 评估系统产出的四川泸定MS 6.8地震影响范围专题图Fig.4 Thematic maps of the influence area of the Luding MS 6.8 earthquake in Sichuan from assessment system

5 结束语

QGIS插件技术在点状地图符号转换中的应用，证明基于QGIS插件技术能够提高符号转换效率，减少重复工作，实现快速批量转换，且符号转换成功率较高。经插件转换后的点状地图符号具有以下优势：①符号分辨率高、图案清晰；②符号形状标准、大小可调；③符号颜色鲜明、色彩可换；④符号信息齐全、属性可更改；⑤符号功能完备，专题图件要素完整、表达精确；⑥符号适用于不同比例尺、不同地图幅面的专题图制作；⑦符号制图效果与在ArcGIS软件中相同，甚至优于ArcGIS，达到直接应用的标准。由此可见，QGIS插件技术具有较强的可操作性，是ArcGIS平台向QGIS平台转换的重要工具，不但可以实现不同平台间的符号共享，还可在其他行业和领域中实现更广泛的应用。

然而，采用QGIS插件技术转换后的部分符号会出现符号层偏移现象，可能与两平台符号单位不同有关。此外，特殊字体转换差异可能导致符号转换错误。以上问题仍需进一步研究。