基于ArcGIS Representation图库一体化的设计与实现

谭成国

(武大吉奥信息技术有限公司，湖北武汉 430223)

1 引言

地图制图具有艺术性为地图学界所公认。至于地图的艺术性指的是什么以及地图制图是不是一门艺术［2］，至今众说纷纭。但可以明确的是地图制图学与艺术有一定关系，具有艺术性。随着计算机技术的发展和应用，地理信息系统成为处理和分析地理空间信息的通用信息系统，其应用已深入到各行各业，如城市规划、国土资源、军事、电力、公安等［1］。然而，地图要素的信息艺术表达与数字化信息数据的计算机自动绘制之间存在很多难以统一解决的问题，加之我国地图制图的国家标准图式内容多、涉及面广，如若达到地理信息数据与地图制图数据一体化存储与管理，不但需要保证地理要素的独立性和对象化，还要保证地理要素符号表达之间关系的合理性，方便普通大众阅读。为此，一直以来测绘工作者备受此难题困扰，两者统一的过程中存在不同的观点:一种观点认为数字制图是地理信息系统的一部分;另一观点认为地理信息系统是基于数字制图基础上的进一步建设。

数字制图［4］是空间地理信息的获取、处理、传输、存储及其表达的技术，最终得到数字式和非数字式的地图产品，其主要目的在于纸质地图生产和数字地图制图信息的显示，强调空间地理信息的传输、表达和认知。地理信息系统是一种空间数据的采集、存储、管理、分析、显示与应用的信息系统与技术，强调空间地理信息的处理与分析。笔者认为地理信息系统和数字制图可以相互借鉴，互相促进，共同发展。在空间数据采集、存储、管理的基础上，实现数字制图、电子地图、专题制图等多种形式的地图应用产品。为此在Arc-GIS软件中设计和实现了地理信息数据管理与数字制图输出集成一体化，即图库一体化。

2 图库一体化设计

图库一体化是一个涉及空间数据采集生产、存储管理、制图输出的全过程的完整的技术解决方案体系，包括数据生产标准、工艺流程、数据库结构的制定以及支持工艺流程各阶段数据编辑、处理的软件系统。不但要考虑适应现行生产体系的软硬件设备状况、数据采集生产工艺流程的工作习惯、工作效率、投入成本等方面的要求;还要考虑使用海量存储、编辑方便灵活、制图符号表达严密的空间数据管理分析GIS软件。

2.1 数据生产工艺流程

目前空间数据生产加工到应用的流程如图1中的左边的流程图所示，受目前国内空间数据生产现状，特别是大比例尺地理信息数据的生产，数据生产单位与数据管理单位以及数据的应用者之间存在着目的不同、利益不同的情况，使得数据加工流程涉及软件杂多，生产单位为满足数据的后期应用和制图，不得不同时加工两套数据:一套是地理信息系统接受的标准格式数据;一套是满足制图要求的DLG测绘产品数据。当需要地图制图或者分析应用时，测绘数据管理部门采取途径(2－B、A)将地理信息数据检查、加工、入库，然后在空间数据库的基础上实现空间数据的分析应用，使用满足制图要求的DLG测绘产品数据进行制图输出;或者采取途径(1－B)是将满足制图要求的测绘产品数据按照制图图形内容的方式整理入库，单独处理用于分析应用的地理信息数据。这种空间数据从生产、存储管理到应用的过程方式，生产工作量大、投入多、费时费力。

所以，空间数据生产、更新、产品化生产流程要先进行空间数据生产，再通过空间数据的地图要素表达，实现地图制图，数字化印刷输出。该工艺生产流程节省人力、物力资源投入，能产生最大效益。

图1 当前的数据生产工艺流程(左)和改进的数据生产工艺流程(右)

空间数据的获取、生产与更新到空间数据库的流程不作为本文的主要研究内容，本文主要寻求解决:如何能在满足空间数据的存储管理的同时，实现地理要素对象同地图制图关联，方便编辑修改。研究发现，ArcGIS 9.3产品中的Representation技术能够满足该生产流程的需要。

2.2 ArcGIS Representation

Representation是基于规则的高级智能化制图［7］方式，作为要素类的属性存储于Geodatabase中，能够在多用户的环境和空间数据迁移的过程中共享和重用制图方案。每个图层可以存储多种方式的Representation，这样针对相同的数据源，可以制作出不同的制图效果。此外，Representation提供了非常灵活的制图方式，用户可以通过绘图的方式制作精美的符号，并且可以对同一图层中某一些要素采用不同的制图符号化方案。

图2 地理要素的Representation实现例子(引自［8］)

如图2所示的例子，Representation是根据存储在Geodatabase系统表中的Representation Rules和Overrides来对地理数据符号化。Representation存储在数据的属性表中分别用RuleID和Override两个字段存储，其中RuleID是整型，记录采用Geodatabase系统表中存储的哪项规则进行符号化，即规则的索引;而Override是BLOB类型。每个符号化方案在属性表中由一组RuleID和Override两个字段存储。Representation Rules能够采用与原始数据不同的几何形状来符号化空间数据，而不影响原始数据。一个图层可以采用多种Representation Rules进行符号化，Representation Rules由Symbol Layer和Geometric Effects组成，其中Symbol Layer可以是点状，线状或者面状图层，而Geometric Effects是Representation Rules的可选项，能够改变符号放置的位置，但不影响其数据源，同时也可以改变符号的形状甚至几何类型。Geometric Effects可以是针对某一个符号图层，或者是Representation Rule中的所有符号图层。

每个图层都可以设置不同的配色方案，符号大小等，而Overrides则存储的是符号化时对规则的修改，可以采用不同于设置规则的方式进行符号化。Override包括Shape Overrides和Property Overrides两种，均可在Editing事务内通过Representation工具条进行修改。

2.3 数据库设计

空间地理信息是通过地图制图来传输和表达的，信息技术的发展有了数字制图，和纸质地图相比，数字制图的符号用来动态地显示在屏幕上，叫做显示符号;输出在纸张上一定比例尺的地图符号，叫做制图表达。目前的大多GIS软件都能够实现地理要素的显示符号，但当需要制图输出时，则需要进行制图处理。

为此，在ArcGIS下采用 StyleManager(符号管理器)建立包括点、线、面、注记等多种形式的符号，并通过地理要素编码(Code)和显示符号之间建立对应关系。同时，通过ArcGIS Representation的技术，定义地理要素类、地理要素和地理要素编码、显示符号以及制图表达之间的对应、包含关系，如图3所示。

图3 图库一体化显示符号与制图表达关系

地理要素类具有相通的几何类型，具有相同的几何特征与属性特征的地理要素一起构成地理要素类。每个地理要素有唯一的地理要素编码，地理要素编码与显示符号之间存在映射关系，两者之间并非一一映射。制图表达可以通过显示符号进行转换，并且地理要素可以存在多个制图表达。显示符号可以在符号库中查找到。

实际出图中采用了符号库和Represtation两种方法结合来实现制图输出。程序设置地理要素对应的显示符号(读取生产规范的数据字典设计表即可)，并将制图输出的规则做成制图文件表，地图制图输出时，读取制图规则表自动将需要编辑整理的要素类生成制图表达，结合人工编辑工作，完成图面检查后，程序设置添加制图模板。

（1）柴油机负荷超过规定降低负荷使之在规定范围内。(2)各缸供油量不均匀调整喷油泵。（3）气门间隙不正确、气门密封不良，导致气门漏气.燃烧恶化调整气门间隙，检查密封锥面，并消除缺陷。（4）喷油提前角太小，喷油太迟使部分燃油在排气管中燃烧调整喷油提前角。（5）进气量不足，空气滤清器或气管阻塞，涡轮增压气机壳过脏等，清洗和清除尘埃污物，必要使更换滤芯。（6）涡轮增压器弹力七封环烧坏或磨损，涡轮各结合面漏气等检查或更换气封环，拧紧结合面螺钉。

3 图库一体化的实现

3.1 地图制图与出版

地理信息系统通常仅用来存储管理数字地图和生产普通要求的纸质地图。制作相对要求高一点的纸质地图则需要将数字地图转化到专业的绘图软件(如:CorelDraw)中进行地图出版加工，才能够满足生产的要求。地图出版处理工作主要包括出版编辑、地图整饰、河流渐变、面符填充、符号蒙片、注记裁减、符号间压盖关系处理［3］等，最后通过要素分版、出版数据的转换生成EPS数据、颜色空间转换、图像叠加等工序制版印刷生产出纸质地图。

ArcGIS软件支持颜色空间RGB到CMYK的转换以及转换成出版数据EPS格式。对于地图整饰、河流渐变、属性符号［5］、面符号填充、符号蒙片、注记裁减、符号间压盖关系处理等则可以通过Representation结合人工编辑来完成。

制图表达处理 表1

3.2 制图表达规则处理

ArcGIS提供了丰富的制图表达规则，通过添加Marker layer、Stroke layer、Fill layer，并配合 GeoMetric Effects、Marker Placements、Hatch 等能够实现较多的样式，解决了制图工作中大量人工编辑问题，减少了工作量。表1罗列了几种常见的制图编辑中通过规则实现的制图表达。

不过ArcGIS制图表达规则的编辑工具还存在一些有待改进之处，主要表现在:

(1)制图表达规则还需要更加丰富。比如:面中的Marker不能点取移动。

(2)Representation的编辑工具还不够方便，需要增加更多灵活的编辑功能。

(3)设置为Representation后图形显示的效率明显减低，重绘速度较慢。

随着其功能的不断升级，如果能够在空间数据生产更新流程中做到按照增量记录修改更新的地理要素对象，那么绘图编辑人员在地图制图的过程中只需要按照变化的地理要素对象重新核对一下图面效果，有范围目的的进行修编，从而减少地图更新带来的制图修改工作量。

4 结语

通过分析地图制图与地理信息数据库的关系，结合生产流程，运用ArcGIS软件平台实现了图库一体化，为测绘数据管理单位提供了管理加工空间数据产品的新思路，能够有效的解决空间数据在制图中存在的问题和不足，减少了生产加工工作量，提高了生产效率。但需要进一步研究基于单一比例尺的数据实现自动综合，使之适应不同比例尺的制图输出以及优化空间数据库的生产和更新流程，从而促进信息化测绘技术体系的发展，为地图服务提供保障。

［1］龚健雅.地理信息系统基础［M］.北京:科学出版社，2001

［2］凌善金，陆林，金世胜.论地图制图的艺术属性［J］.装饰，2003(10)

［3］梅洋，李霖.顾及符号关系处理的地图符号库设计与实现［J］.测绘通报，2007(8)

［4］刘海砚.地图制图与空间数据生产一体化理论和技术的研究［D］.郑州:解放军信息工程大学，2002

［5］赵宇娟.基于GeoWay的图库一体化的技术实现［J］.甘肃科技，2008，24(19)

［6］周炤.数字制图中地图符号化控制技术研究与实践［D］.郑州:解放军信息工程大学，2007

［7］Esri ArcGIS Desktop help 9.3［EB/OL］.ESRI Company ，USA 2009 http://webhelp.esri.com/arcgisdesktop/9.3

［8］Paul Hardy ＆ Thierry Kressmann.Cartography，Database and GIS:Not Enemies，but Allies!［ EB/OL］.http://www.pghardy.net/paul/papers/index.html

［9］Paul Hardy，Cory Eicher，Marc－Olivier Briat，Thierry Kressmann.Database－stored Representations and Overrides，Supporting Automated Cartography with Human Creativity［EB/OL］.http://www.pghardy.net/paul/papers/index.html