基本比例尺地形图瓦片生产中的接边研究

霍 超，刘颖真，史克农，范承啸

（1.西安测绘总站，陕西 西安 710054；2.中国科学院 地理科学与资源研究所 资源与环境信息系统国家重点实验室，北京 100101；3.信息工程大学 地理空间信息学院，河南 郑州 450052；4.中国科学院大学，北京100049）

基本比例尺地形图瓦片生产中的接边研究

霍 超1，刘颖真2,3,4，史克农1，范承啸1

（1.西安测绘总站，陕西 西安 710054；2.中国科学院 地理科学与资源研究所 资源与环境信息系统国家重点实验室，北京 100101；3.信息工程大学 地理空间信息学院，河南 郑州 450052；4.中国科学院大学，北京100049）

通过分析基本比例尺地形图瓦片生产中的接边特点和Global Mapper应用方式，对数字化接边检查方式进行了研究，并阐述了实现原理，总结了完整的检查方案。经试验验证，该方式适用于大规模接边和查图，将无纸化办公在制图领域进行了扩展。

Global Mapper；基本比例尺地形图；瓦片生产；接边检查

基本比例尺地形图也叫国家基本比例尺地形图，分为1∶100万、1∶50万、1∶25万、1∶10万、1∶5万、1∶2．5万和1∶1万7种[1]；瓦片数据是以四叉树索引为基础的多分辨率层次模型[2]，常以多尺度基本比例尺地形图为数据源进行瓦片生产。瓦片生产过程中涵盖了数据预处理、符号体系、制图综合、质量控制、瓦片切分等方面[3]，质量控制中的地图接边工作对瓦片数据的图面效果具有决定性的影响。笔者通过自主编程设计并结合Global Mapper应用，使用数字化接边方法对手工接边进行了改进，简化了复杂的打印、纸图上交、纸图查找、手动拼接等工序，是无纸化办公在地图制图领域的延伸。

1 数字化接边原理

1.1 数据准备

为了便于程序自动化处理，需进行格式和命名同化工作，其中图片格式为png（便于透明输出），命名组成为“级别-标准图号-作业员签名”，如图1所示。

图1 命名组成方式示意图

1.2 地图坐标标定

地图坐标标定是对地图图像进行坐标还原。根据图1中约定的命名方式提取图号信息，进行覆盖范围反算，还原投影文件（后缀为．prj）和坐标文件(后缀为．pgw)，即可用Global Mapper批量装载并自动定位。其中有2个变化需要注意：

1）投影产生变化。瓦片数据选择了网络地图常用的投影——Spherical / Web Mercator[4]（简称Mercator）；而基本比例尺地图分幅遵循了GB/T 13989-92[5]，其范围是经纬度值表示的地理坐标，需向Mercator米制坐标进行转换计算。

2）图幅外边界变化。瓦片生产过程中使用了瓦片切分格网作为多层数据套合的基准，而该格网与基本比例尺地图截幅范围并不套合，且格网外边界必须完全包络地图图幅，所以地图实际输出范围为格网外边界，而不是通常计算的基本比例尺图幅范围。特殊情况下，如果格网外边界与地图图幅重合，还要向外扩展一格，如图2中北边界与格网的关系。

图2 瓦片格网与基本比例尺图幅之间的包络关系图

虽然瓦片格网在最终成果中要被去除，但在生产作业、接边检查等过程中将一直存在，提高了地图坐标标定的难度。为了解决此情况下的接边问题，笔者设计了地图标定批量处理流程，如图3所示。

①图号解析与地理范围计算。首先根据文件命名进行标准图号和级别的解析，依据《国家基本比例尺地形图分幅和编号》，可设计地图图幅解析类进行地理坐标范围计算[5]，见图4。

图3 地图标定批量处理流程图

图4 地图图幅范围计算类图

②地理坐标到Mercator坐标的转换。地图的经纬度地理坐标范围可通过式（1）、式（2）进行坐标变换[6]，其中L、B分别代表经度和纬度（rad），x、y分别代表Mercator投影下的横纵坐标：

③包络格网范围推算与坐标配置。瓦片格网符合网络地图瓦片服务标准（WMTS）[7]，设投影变换后的图幅东西坐标为XW、XE，南北坐标为YN、YS，则包络格网行列号推算公式为：

式中，W、E、N、S分别表示西东北南行列号；n代表级别；d为20 037 508．34，方括号代表取整。

将行列值与当前级别的瓦片跨度相乘，可获得该图幅的包络格网范围，根据范围和投影生成同名的坐标和投影文件（．prj和．pgw），就完成了地图坐标标定。

1.3 接图表制作

根据选定的制图范围、比例尺，结合图4中地图图幅类，可生成所需范围内的接图表，存储为shp格式可直接在Global Mapper中加载。图5 a中的规则框线即为接图表图幅范围线。

图5 地图调度及放大效果图

2 数字接边方法

数字化接边包含接边检查、修改和审核3个阶段（见图6），形成一个接边周期。对该周期进行多次迭代，可大大提高成图质量。

图6 接边检查流程图

2.1 接边检查

首先服务器需对验收图幅（已标定坐标）进行统一管理，通过开启多任务管理模式，可实现多人同时接边检查。经试验，每个任务管理地图数量可达上百幅，并可进行自由缩放漫游。图5 b是接边地区的放大效果，用于详细检查。

Global Mapper可进行点、线、面的输入编辑和命名，可用于对各类错误位置和详情的简单标记。检查完毕后，将错误标记结果存储到服务器供改图和后期审核之用。

2.2 修 改

通过下载标记文件、接图表和作业图幅，作业员可快速查看标记位置、错误详情等，进行有针对性的修改，重新成图并上传服务器。

2.3 审 核

审校员通过装载修改图幅和错误标记，可逐个审核标改结果并清除错误标记。

3 效果对比

通过某制图任务对传统手工接边与数字化接边2种方式进行比较不难发现，数字化接边具有以下几个明显优点：

1）缩短图幅上交时间。批量交图时往往图幅数量多、时间紧，打印过程一般持续几个小时，而图像上交只有几分钟时间。

2）缩短接边图幅整理时间。手工接边时，在上百幅图中去找特定图幅耗时较久，而数字接边可在服务器上搜索，节省整理时间达99%。

3）节省纸、墨等耗材。传统交图方式，每张图从作业到通过验收平均要打印3～5次，数字接边实现了无纸化办公，在资源节约方面无疑具有更大优势。

利用Global Mapper进行数字化接边，具有速度快、节约资源等特点，可推广到多种栅格图和矢量数据的接边应用当中，具有广阔的应用前景。

但是，数字化接边由于技术原因也存在一些不足，主要体现在：尚无错误标记方式的定制化设计，审校员需要熟悉软件；缺乏作业员和审校员签字手段，尚未建立传统多级验收中的责任机制。

[1] 国家测绘局国土司．什么是国家基本地形图[EB/ OL]． http://www．sbsm．gov．cn/article/zszygx/chzs/chkp/ chxcs/200811/20081100044372．shtml，2007-09-24

[2] 王旭东，张福浩，张丽萍． 基于地形数据的瓦片金字塔构建与组织[J]． 测绘与空间地理信息，2012(6)：60-62

[3] 马秀香．天地图矢量电子地图生产流程[EB/OL]． http:// www．docin．com/p-55486 3793．html，2012-12-15

[4] Nielsen M． Spherical/Web Mercator: EPSG code 3785[EB/ OL]． http://www．sharpgis．net/post/2008/05/SphericalWeb-Mercator-EPSG-code-3785．aspx,2008-05-15

[5] GB/T 13989-92-1993．国家基本比例尺地形图分幅和编号 [S]．[6] 高皓亮，杨琴芝，丛晓南，等．基于Google Map的空间数据整合技术[J]．中国科技论文在线, 2009,2(14):1 509-1 513

[7] 苟丽美，朱美正，李艳明． RESTful风格地图瓦片服务的研究[J]． 计算机工程与设计, 2012,33(9): 3 609-3 616

P283.7

B

1672-4623（2014）01-0147-02

10.11709/j.issn.1672-4623.2014.01.051

霍超，硕士，工程师，主要研究方向为地理信息系统。

2013-03-12。

项目来源：国家高技术研究发展计划（863计划）资助项目（2013AA12A202）；科技基础性工作专项重点资助项目（2013FY110900）。