我国海岛海岸带遥感调查成果制图系统

张盼盼，毕金强，王瑞富

（1.国家海洋技术中心 天津 300112；2.山东科技大学 青岛 266510）

我国海岛海岸带遥感调查成果制图系统

张盼盼1，毕金强2，王瑞富2

（1.国家海洋技术中心 天津 300112；2.山东科技大学 青岛 266510）

针对目前越来越多的ArcGIS用户制作国标地图的需求，结合我国海岛海岸带调查成果制图需求，对ArcGIS软件制图功能以及国标规定进行分析，设计并构建了基于ArcEngine组件的1∶5万海岛海岸调查成果制图系统。系统生成了坐标网格与内外图廓，实现了坐标注记内容的分别读取并自动添加到内外图廓间的精确位置，计算了图廓外整饰信息的精确位置并实现自动添加。系统生成的所有图式内容均符合我国1∶5万地图图式标准规定，成功运用于我国海岛海岸带遥感调查成果制图中。

国标制图；图廓整饰；ArcEngine；方里网

地图制图是一项具有严格生产标准的专业技术，一般只能由专业的地图生产部门完成，随着信息技术的发展，尤其是GIS软件技术的普及，越来越多的行业和用户都在制作地图。

ArcGIS是目前主流的GIS软件，不仅具有非常强大的空间分析功能，同时具有强大的制图功能，但其制图功能从图式方面并不支持中国地图制图国标要求，这为广大的ArcGIS用户在进行标准地图生产时制造了很大的不便。为此，本文分析了ArcGIS系列软件在这方面的不足，按照中国基本比例尺地形图制图标准，基于ESRI公司的二次开发包ArcEngine开发了符合中国2006版地图图式国家标准的1∶5万图廓图式制作系统，实现了图廓图式的全自动生成，应用于海岛海岸带调查成果制图。

1 ArcGIS软件标准制图分析

针对地图编绘，各国都颁布有自己的标准规范。我国于1991年制订了新的《国家基本比例尺地形图分幅和编号》的国家标准，规定了国家基本比例尺地形图的分幅、编号及编号应用的公式[1]。随着应用需求的发展，2006年颁布了中华人民共和国国家标准GB/T20257.3-2006（以下简称国标）代替GB 12342-1990标准版本[2]。国标中规定，1∶5万图幅图式整饰的内容包括：内外图廓、方里网、方里网坐标注记、地理坐标网、图幅号、图幅名、接幅表、比例尺、制图说明等内容。

ESRI公司的ArcGIS系列软件，其桌面版产品ArcMap的Layout模块具有强大的地图整饰功能，风格多符合欧美制图。ArcGIS不支持我国国家基本比例尺地图分幅标准，不支持国标图廓整饰，因此不能制作符合中国国家标准的基本比例尺图式，分析如下：

（1）国标规定1∶5万地图上绘制有内外两个图廓，图廓间标识坐标注记。内图廓内边界由图幅角点确定，外边界向外平移7.5 mm，再向外平移1.5 mm生成外图廓。ArcGIS不支持国标图幅范围计算，不能计算一个标准图幅的边界，不能直接生成内外图廓，只能在Layout下手动调整线要素。

（2）国标规定1∶5万地图上绘制两种坐标网格，地理坐标网（经纬网）和平面直角坐标网（方里网）[2]，坐标网格及注记如图1所示。经纬网以图廓形式表现，在外图廓间用标识短线标识1′的间隔，仅在内图廓四角标识图幅四角点经纬度数值精确到′。方里网是以投影带中央经线为纵轴，以赤道为横轴，以千米为单位，以2 km为间距作平行于纵横轴的直线构成的线功能实现时，其位置及长度要进行手动调整。一个标准图幅图式的坐标注记内容是确定的，ArcGIS不支持国标图幅，因此无法获取注记内容，更不能实现注记自动拆分标注。

（3）国标对图式中说明信息的绘制位置均有明确规定，如出版单位绘制在下图廓左下方偏移5 mm处，成图方法、测绘标准标注在东图廓外下方偏移8 mm处等。ArcGIS添加文本时，文本框默认放置在Data Frame中央，对于位置精确的文本，不能实现自动添加。

（4）接幅表显示了相邻图幅的图名和图号，方便索取相邻图幅，国标规定绘制在图廓的右上方。实际上，接幅表是一个3行3列固定尺寸的表格，每个表格长20 mm，宽15 mm，中间一格阴影设置表示本图幅，不再标注图名图号，其他8格表示相邻八方向的邻接图幅，标注有图名图号。ArcGIS不能计算图幅号，不能生成接幅表。

（5）1∶5万国标图式比例尺采用直线比例尺，比例尺总长50 mm，其中尺头10 mm，以米为单位注出，主尺40 mm，以公里为单位注出[3]。ArcGIS提供的比例尺模板均只有主尺部分，使用模板不能定义出符合国家标准规范的比例尺。

图1 标准图式中坐标网格及坐标注记

2 系统设计

基于ArcGIS软件在国标制图上的问题分析，本系统设计自动生成符合国标的地图图廓整饰内容，实现在ArcGIS环境下制作符合国标的1∶5万比例尺地图，制图结果保存在ArcGIS的工作空间文件（MXD）中。

2.1 数据准备

（1）国标对图廓整饰内容的标注字体样式有明确规定，2006版国标中需要黑体、宋体、扁宋体、中等线体和细等线体5种字体样式。Windows系统自带字库不能完全满足，因此在开发和使用系统前需安装需要的字库。

（2）为了方便实现邻接图表自动标注，本文建立图幅数据库，数据库结构示例如表1，记录图号、图名、政区说明信息。图幅数据库内容由用户扩充。

表1 图幅数据库

2.2 流程设计

加载ArcGIS的工作空间文件（MXD），本系统生成的地图图式信息将保存在该文件中；以鼠标点击或手动输入的方式得到图幅内任意点经纬度，据此计算标准图幅号，获取对应图幅四角点坐标。

图幅号及图幅四角点坐标是实现图廓整饰的基础，四角点坐标确定了图幅的内图廓，在内图廓基础上向外平移国标规定的间隔自动生成外图廓。图幅角点坐标确定一组基点数据，生成网格文件。由图幅四角点坐标生成的矩形裁切该文件，得到符合图幅范围的方里网数据。

在此基础上，根据国标规定，计算坐标网数字注记及其他整饰要素的精确地理位置，基于ArcEngine的Element技术完成图幅整饰内容的自动生成添加，系统流程如图2所示。

图2 系统流程图

3 系统实现

本文提出的技术流程，已在我国海岛海岸带遥感调查成果制图中得到实现，系统开发环境Visual Studio2005.net与ArcEngine，开发语言为C#。图3为应用本系统为我国海岛海岸带遥感调查成果制图的界面图。

3.1 图幅号及图幅角点计算

图3 系统应用效果图

我国1∶100万地形图的分幅按照国际1∶100万的地图分幅标准进行[1]。每幅1∶100万地图跨越的地理范围为经差4°、纬差6°。从地球赤道起向两极每纬度4°为一行，依次以拉丁字母A，B，C，…，V表示；从经度180°起，自西向东每经度6°为一列，依次以阿拉伯数字1，2，3，…，60表示[2]。每幅1∶100万地形图划分为24行×24列，得到576幅1∶5万图幅，每幅1∶5万地图经差15′，纬差10′，划分后行号从北向南以1为基号递增，列号由西向东以1为基号递增。图幅编号样式如下图4。

图4 图幅编号样式

3.1.1 图幅号计算

系统采用以下两步计算图幅号：

1）计算1∶100万图幅编号

其中φ，λ分别为某点纬度和经度；[]表示分数取整；结果a，b分别为1∶100万图幅所在纬度带和经度带的编号[1]。

2）计算在1∶5万比例尺下1∶100万图号后的行、列编号

由上一步计算得到的图幅号反算图幅西南角点坐标依据下列公式计算：

其中，参数如上所述。获取西南角点坐标的基础上，以经差15′，纬差10′推算其余3个角点坐标。

3.2 坐标网及注记自动生成

坐标网是国标图式不可缺少的部分，用于确定地理位置和接图。1∶5万国标图式绘制的坐标网分方里网和经纬网两种。

3.2.1 方里网生成

1∶5 万国标图式方里网以2 km为间距。为了提高精度，本系统采用在平面坐标系下绘制生成。由于高斯—克吕格投影的各带坐标系间相互独立，各带的坐标经线向该投影带的中央经线收敛，而方里网是图面上的平面直角坐标网，所以图幅地理范围和投影带中央经线有一定的夹角，即和方里网有一定的夹角。该夹角的存在使方里网不能平行于图廓以2 km为间距绘制。为此，首先生成大于图幅地理范围的方里网，以图幅四角点生成的面图层裁切得到符合图幅范围的精确方里网。从方里网定义出发，图幅西南图廓角点和东北图廓角点经平面投影转化后，获取向外延伸的最小整2 km数值作为方里网绘制的起始点（xmin，ymin）和终止点（xmax，ymax）。向外延伸即取小于西南角点坐标值的最大2 km整倍数，取大于东北角点坐标值的最小2 km整倍数。

3.2.2 经纬网生成

1∶5万图式跨越15′×10′的范围，经纬网以内外图廓间短线形式表示，间距为1′。为此，系统以ArcEngine的LineElement对象技术实现。以图廓角点为基点，横图廓平分为（15-1）段，纵图廓平分为（10-1）段，结合国标规定短线长1.5 mm（实际距离75 m）确定每个LineElement对象的起始终止点坐标。

3.2.3 坐标网注记自动添加

坐标网注记以ArcEngine的TextElement对象技术实现，TextElement封装了文本字体风格、位置等属性，为自动添加图廓不同风格的数字注记内容提供了有力的支撑。

经纬网仅标注图廓四角点经纬度数值。国标规定的字号大小转化为图上距离并结合国标规定的标注位置，基于图廓角点平面坐标分别计算每个TextElement对象的平面位置。

读取方里网文件记录的属性：Startx、Starty、Endx、Endy和H/V，分别表示线的起始点和终止点平面坐标，水平或垂直标识。为了方便确定标注位置，水平和垂直向分别处理，对读取的属性值进行解析，确定标注内容。方里网注记生成流程如图5所示。

图5 坐标注记标注流程图

系统生成的坐标网及注记效果如图6所示。

图6 图幅部分坐标网及注记

3.3 接幅表生成

由邻接图表定义出发，由8个LineElement对象组成3行3列的表格。为达到阴影效果，中间一格放置同一大小的PolygonElement对象，该对象封装了填充属性。

基于计算本图幅的经纬度数据，根据15′的经差和10′的纬差向外8个方向延伸调用计算图号模块得到邻接图幅的图号。以图号检索图幅库，获取图名。系统添加的接幅表如图7所示。

图7 接幅表示意图

3.4 其他地图整饰要素生成

成图信息、出版说明及测绘单位等地图整饰信息随制图数据及单位多有变化，系统提供信息录入界面由制图人员输入。1∶5万图式图上距离1 cm代表实地距离500 m，依此将地图整饰要素相对图廓角点的偏移量转化成平面坐标系下距离，进而确定每个整饰对象的平面位置。

图解和数字相结合表示1∶5万图式比例尺。根据图廓角点的平面坐标值，计算下图廓居中的位置（X，Y）。此点是比例尺中心点，依据国标规定的具体比例尺长度和刻度标识推算比例尺上下两个LineElement对象的起始终止点坐标并设置LineElement风格属性绘制，进而绘制比例尺的分段标识线，在此基础上对尺头部分分为间隔相等的10段，最后添加数字注释。绘制的比例尺如图8。

图8 1∶5万国标比例尺

4 结语

介绍基于ArcGIS开发的1∶5万制图系统已在我国海岛海岸带遥感调查成果制图中得到应用。结果表明，利用本系统生成国标1∶5万地图可以有效地缩短成图时间，地图整饰要素位置精确。

[1]樊文有，曾文.GIS制图中标准图框的机助生成[J].中国地质大学学报，1998，23（4）：379-381.

[2]张荣群，袁勘省.现代地图学基础[M].北京：中国农业大学出版社，2005.

[3]中国标准出版社第四编辑室.测绘标准汇编地图制图及印刷卷（下）[S].中国：中国标准出版社，2006.

[4]李玉堂.ArcView GIS中地图要素的自动生成[J].东北林业大学学报，2004，15（2）：129-138.

[5]蒋波涛.ArcObjects开发基础与技巧——基于VisualBasic. NET[M].武汉：武汉大学出版社，2006.

[6]兰小机，刘德儿.ArcObjects GIS应用开发——基于C#.NET（第一版）[M].南昌：江西理工大学，2006.

[7]环境系统研究所公司（美国）.ArcEngine开发指南[M]，2004.

2011-10-08