警用地理信息栅格电子地图制作研究

朱圣，向煜，宋华平

(重庆数字城市科技有限公司，重庆 400020)

1 引言

“警用地理信息系统”(Police Geographic Information System，简称PGIS)是“金盾工程”的重要组成部分，它以公安信息网络为基础，以警用电子地图为核心，以地理信息技术为支撑，以信息共享和综合利用为目标，将各类警务信息空间化，实现了公安基础信息基于空间电子地图的可视化管理，是地理信息技术与公安信息系统相结合的综合应用，有效地拉动了公安信息整合和信息共享的进程，全面提升公安信息化应用水平［1］。PGIS将传统的数据库带入可视化空间中，弥补了公安机关常规信息化应用系统中分析数据的局限性，提高了各警务部门的快速响应能力和协同处理能力。

矢量地图栅格化技术是将矢量数据在不同比例尺下按照预先设计好的制图样式渲染成图像并切割为瓦片(tiles)，客户端取得这些瓦片后按照其相互位置关系拼接成整体地图的方法。这种方法使得服务端不必每次在后台动态生成显示地图图片，极大程度降低了服务器负担，提供了很好的用户体验。如何使用地图预生成技术建立警用地理信息用栅格电子地图库，是PGIS平台建设的核心内容之一。本研究依据警用地理信息地图配图规范，探讨在ArcGIS平台下建立警用地理信息系统电子栅格地图的数据组织结构、配图方案、制作工艺流程。

2 总体设计

电子地图的编制是一项综合性的系统工程，要设计和编制出理想的电子地图，首先，要理解编制对象的管理特点，而后根据其管理特点选取合适的数学基准、表现内容、表示方法，作为制图设计和编制的指导［2］。根据警用地理信息应用的需求，警用地理信息电子地图总体设计思路如下:

(1)在电子地图坐标系的选取上，采用WGS－84坐标系，并进行Web Mercator投影。选取这样的数学基础不仅能满足各业务警种GPS接入服务的需求，还能保证各面状对象的形状的不变形，如:正方形的物体投影后不会变为长方形，保证了方向和相互位置的正确性。

(2)在电子地图的制图资料的选取上，为保证能制作省、市、区各级电子栅格地图，选取1∶1 000 000、1∶250 000、1∶50 000、1∶10 000、1∶500地图数据为基础资料进行加工制作。

(3)在电子地图表现内容的选取上，紧紧围绕公安管理对象为主题，重点突出表示公安分局、派出所辖区的管理范围和公安机关的空间分布，在此基础上充分利用图面空间，尽可能反映较多公共场所的信息，内容涵盖全面，分布有层次。警用公共地理信息要素宜选取与基础地理信息更新周期一致的要素作为地理底图的要素，对动态变化、频繁更新的信息不在电子栅格地图进行显示。

(4)在电子地图内容表现形式上，以形象生动的符号并结合明度、饱和度较高的色彩对公安管理专题内容进行重点表示，使其处在视觉信息传递的第一层面。

(5)在电子地图的生产流程上，充分利用ArcGIS平台，在此基础上进行电子地图的配色方案设计和技术方法的创新，解决好ArcGIS与PGIS平台之间的数据格式转换问题，并在工作效率上取得突破。

3 地图数据组织结构设计

根据警用地理信息的特点，笔者构建了一个警用地理信息数据库，该数据库以关系型数据库Oracle为平台，通过ArcSDE进行管理，包括警用基础地理信息数据库，警用公共地理信息数据库，业务专用地理信息数据库，组织结构如图1所示。

图1 数据组织结构

警用基础地理信息数据由测绘部门提供，包含卫星影像、道路、居民地、水系、植被等基础地理数据。这些数据在应用系统中，主要发挥着背景地图的作用和定位参考的作用，是地理信息应用的基础。

警用公共地理信息数据是指与公安业务密切相关、且为各警务部门所共同需要的公用性信息，包括公共场所、党政机关、公安机关、宾馆饭店、金融机构、教育机构、媒体机构、科研机构、驻华使领馆、标志性建筑、公安机关辖区、街区道路、消防站点、加油站、危险品仓库、体育场、堵卡点、警用分区、摄像头等内容。

警用业务专用地理信息是指业务性特强、仅与某一种公安业务密切相关的或包含某种特定保密信息的一些具有特殊业务用途的信息。包含业务警种的组织(机构)信息、警用基础设施信息、业务管理的案事件、业务管理的场所、线路和区域、业务管理的物品、业务管理的机构、业务工作方(预)案信息等等内容。

4 配图方案设计

4.1 栅格电子地图分级

栅格地图图片分为21个级别，相邻级别之间图片大小的经纬度跨度、地图比例尺按倍数关系变化，详见表1。栅格地图图片尺寸为256×256像素，屏幕分辨率为96DPI，格式为Png。

各级栅格地图图片相对应的数据源比例尺 表1

4.2 要素内容选取

栅格电子地图要素选取参照《警用地理信息地图选用技术标准》，遵循先分类选取，然后分要素选取的原则，随着比例尺的增大、要素内容应随之增加，各级比例尺电子地图显示内容应符合下一级要素内容包括上一级要素内容，在较小比例尺层级上充分考虑图面美观，不宜放置过多要素［3］。

4.3 色彩设计

地图信息在表达上主要通过点线面以及复杂的图形来表达，一般来讲，点要素在最上面也最突出，线要素其次，面要素一般位于最下面起到背景的作用，但是色彩的运用可以改变这一视觉上的层次顺序［4］。色彩在视觉图形传输中，不仅能增加地图的信息负载量，而且能提高地图作品的艺术感染力。警用电子栅格地图按行政辖区配色成四色地图，其颜色值分别为淡紫(237，222，253)、淡绿(238，254，228)、淡红(253，222，220)、淡蓝(246，238，227)。底图色彩浅淡、素雅，图元的边界线选用简单设置的线型，用蓝色表示水域，绿色表示植被覆盖区域，红色表示党政机关和公安警力，深紫色表示轨道交通站点，黑色表示社会团体、服务对象、社区、企事业单位、体育场馆等。除路名标注用白色阴影外，其他字体标注不做任何效果设置，具体效果如图2所示。

图2 配色效果图

4.4 地图符号设计

地图符号按《警用地理信息图形符号》规定的符号、线型、色彩等要求进行设计。符号采用基础图形+【图形】或【文字】方式标示。基础图形采用象形、写意、几何等方法设计。在基础图形的基础上，叠加相应的文字或图形，组合成对应符号，典型符号如图3所示。

图3 警用地理信息图形符号示例

5 制作工艺流程

根据以上的相关设计，笔者建立并设计了一套完整的基于ArcGIS平台编制警用电子栅格地图的技术工艺，不仅确保了地图编制的科学性，而且缩短了成图周期。电子栅格地图制作技术路线如图4所示。

图4 制作流程图

(1)基础数据加工:主要根据收集的1∶1 000 000、1∶250 000、1∶50 000、1∶10 000、1∶500比例尺地图数据，遵循设计思想进行电子地图风格的设计，对区、街道乡镇界、河流湖泊、居民地、各级道路、铁路、地铁、桥梁、公园绿地、各类地名数据进行坐标转换、要素编码、要素分级等预处理操作。

(2)警用专题数据加工:主要从警用公共地理信息数据库，业务专用地理信息数据库中调用相关的专题要素进行地图表达。按照警用地理信息的需要展示的内容主旨选取相关的专题类别，并根据电子栅格地图分级展示要求，考虑地图的载负量及图面效果，对相应尺度的专题要素进行分级权重设置处理。加载的警用专题要素主要包括公安机关、党政机关、行政机构、教育机构、科研设计单位、人民团体与民主党派、社会福利机构及基层群众自治组织、文化团体、医疗卫生机构、金融证券机构、新闻广电与出版社、邮电通讯物流单位等。

(3)数据分级:在基础底图数据和警用专题数据加工完成后，根据已设计好的警用电子地图21个级别对地图要素进行分级组织。

(4)符号制作:警用地理信息电子地图内容丰富，设计的符号形式多样，但是ArcGIS Deskpro符号库提供的符号有限，无法满足警用地理信息符号化需要，需借助字体编辑器Font Creator进行扩充。首先在Font Creator中将在平面设计软件中制作好的符号转为Truetype字体，并保存为*.ttf文件，然后，在ArcGIS中使用Style Manager将字体文件中的符号和ArcGIS自带的点、线、面等符号类型进行组合，创建警用地理信息要素符号库。

(5)要素符号化:按《警用地理信息图形符号》规定的符号、线型、色彩等要求对地图数据进行符号化。在符号化过程中，不同类型的点状要素(如公安机关和公交站点)符号化后若相互压盖，根据其权重设置，优先选取权重高、有定位意义的要素;连续排列的同类点状要素(如门牌号码)要进行抽稀处理，优先选取靠近道路边的数据进行显示。

(6)数据检查:数据检查包括图形和属性两个部分，对不符合要求的进行修改。包括空间参考系、位置精度、属性精度、完整性、逻辑性、符号化表达、要素用色等内容，检查方法包括人工对照检查、计算机自动检查、人机交互检查等方法。

(7)地图输出:数据检查无误后，将配图成果发布为ArcGIS Server的地图服务，然后选择创建缓存瓦片，将地图成果按21个级别分级输出为PNG格式的电子栅格地图，使用ArcGIS Server生成栅格图片时，应遵循以下原则:

①地图的缩放比例尺要符合表1中21个级别中某一级别的比例尺;

②该级别图片的起始点应当能被单图经纬跨度数值整除;

③图片范围应处于东经及北纬区域，也就是说从(0，0)到(180，90N);

④图片DPI必须设置为“90”。

最后，通过EzTileMapTool栅格地图格式转换工具将其转换为警用地理信息专用的聚合图像文件格式。

6 结语

本文针对警用地理信息系统建设的需求，介绍了一种在ArcGIS平台实现栅格电子地图制作的完整工艺流程，是对制图技术创新的一次有益尝试。以该方法制作的电子栅格地图，具有成图速度快，艺术效果好、地图质量高等优点，已成功应用于重庆市公安警用地理信息系统建设中。

［1］贺日兴，孙丕龙.警用地理信息平台及其建设部署模式［J］.警察技术，2011，(3):3 ～7.

［2］姜青香，陈品祥，孔令彦.基于地图数据库的社区地图集编制关键技术研究［J］.测绘通报，2010(11):62～65.

［3］于江珮，孔令华，刘美春.视觉传达理论在丝绸地图中的应用研究［J］.城市勘测，2010(5):120～122.

［4］施一军，李勇.南京市1∶2000电子地图数据生产关键技术研究［J］.城市勘测，2010(2):46～48.

［5］周北燕.《中华人民共和国行政区划图集》的设计与编制［J］.测绘通报，2008(6):46～49.

［6］胡友元，黄杏元.计算机地图制图［M］.北京:测绘出版社，1987.