面向海图信息发布的点符号模型设计与实现

王志展，万晓霞

（武汉大学 图像传播实验室，湖北 武汉430079）

地图的发展同社会的发展有着密切的关系，地图的内容、形式和信息的表达方法随着科学技术的进步不断地发展。地图符号是表达地图内容的基本手段，它不仅能用简洁的形式表示事物的空间位置、形状、质量和数量特征，而且还可以表示各事物间的相互联系及区域的总体特征。因此以地图为基础的空间信息系统中地图符号是地图的基本语言，在信息可视化中起着重要作用，因此各类GIS系统都有自己的符号存储和显示方式。

地图数据最终的目标是实现一次采集，多次重复的自动使用，这一过程包括:从测量到存储再到显示。而地图的显示从发布的形式可分为两个方面:地理信息系统中显示（信息整体显示）和纸质／电子出版显示（信息更新发布）。以下简称为信息显示和信息发布。

对于信息显示目前的研究较多:陈泰生等实现cad与TrueType间的相互转换；李青元等提出基于xml的符号数据交换格式；汶建龙实现基于中间件从多源地图数据到出版；陶陶灯提出基于True－Type构建符号以及实现构建通用一体化符号编辑器；黄瑞阳提出XML SCHEMA图符号统一编码描述方案，实现地图符号在网络环境下的传输、分发、解译及还原。

对比GIS海图符号显示和纸质符号显示的符号表达形式可以看出:GIS上的显示与信息发布所显示的符号方式不相同，GIS上使用的是单一符号或组合符号，而信息发布中使用的是多种符号和文字组合，产生这种现象的主要原因是GIS上可进行交互式操作，追求信息表达的简洁，因此显示符号的形状作为标示所属类型即可；但海图信息进行电子发布或出版时，需要进行详细的描述，因而采用复制的组合方式进行表示。

对于单一符号，可直接使用符号的TrueType字体。但对于信息发布，大部分是组合符号，这些组合符号是与汉字或数字结合起来的，无法通过构建符号库列举所有情况。

综上所述，从地理信息系统到海图信息发布缺少通用标准的转换方式，目前进行信息发布时，一般通过人工的方法使用方正排版软件单个符号进行编排，根据通告定期更新，这种组合符号会造成大量的低水平重复工作，而且浪费时间，使信息发布不能有效及时。同时由于人工操作，需要进行大量的校对工作来保证准确性。因此设计制定相应的转换规范，有助于提供海图通告及航标表自动出版的效率及准确性。

1 符号模型设计

1.1 海图符号信息显示与信息发布的差异

在GIS系统或ECDIS系统中信息的显示目前遵循的是IHO 5－57第3版标准，而在信息发布如《航海通告》、《航标表》等信息发布系统中采用的是《中国航海图编绘规范》（GBI2320－1998）、《中国海图图式》（GB12319－1998）。因此它们在表达符号时存在差异，深层次的原因使两种规范在数据组织上不相同。

从海图要素的特征描述方式上来看，电子海图采取了特征物标、属性和属性值这样的结构关系，描述客观世界中的实体。而纸海图只有特征物标这一个层次，物标上的各种属性和属性值是通过其它的方式反应出来的。

同时划分的层次不同，导致电子海图和纸海图在物标分类上也有较大差别。在S－57标准中将物标划分为地理物标、元物标、组合物标和制图物标四大类，将属性也分为特征物标属性、国家语言属性、空间和元物标属性四类。属性与物标之间是多对多的关系，也就是说一个物标可以包含多种属性，一种属性可以应用于多种物标。这样就使得海图要素通过物标、属性、属性值来描述。在GIS系统或ECDIS系统中，物标通常采用符号形式描述，属性通过外在的显示（如颜色属性）或交互式方式存储在数据库中。在纸海图中，《中国海图图式》（GB12319－1998）将海图物标分为22类。从物标分类上看，纸海图和电子海图之间存在一对多、多对一的情况。比如，一个灯桩在纸海图中是一个物标，而在电子海图中它是由多个物标组成:航标、灯、顶标，在这些物标中，航标是主物标，灯和顶标属于辅助物标。这种情况属于一对多的关系。因此在从GIS系统或ECDIS系统到纸质海图或电子海图通告发布时，符号之间的转换存在问题。

1.2 信息发布中的符号模型设计

符号模型设计就是构建一个地图符号描述模型，使其能实现GIS系统或ECDIS系统数据库到信息发布时符号转换的自动化。即解决从地理信息系统到信息发布的符号转换问题。

采用中间件的方式，使用XML对需转换的符号进行规范化描述，并对描述进行解析，使其能够通过PDF发布或出版。

由于各GIS的数据库不统一，符号表达不一致，因此采用中间件的方式，隔离对数据库的直接依赖，使这一模型能够在不同的平台上具有通用性。

1.2.1 符号模型

根据对大量海图符号进行研究，以及参考标准规范《中国海图图式》（GB12319－1998）可知，在信息发布中主要关注特征物标这一属性，物标上的各种属性和属性值是通过其它的方式反应出来的。例如，符号的图式、颜色、注记、位置关系等。而颜色是通过文字来描述的，整体特征物标是需要从源数据系统中多种属性组合得到。因而构成描述模型。

如图1所示，模型主要由8部分构成:1～7为符号内容信息，8为符号的结构信息。其中1～3放置符号信息；4～5放置文字信息（如黑、红等）；6～7放置数字信息（如93）；8放置符号结构信息（将符号都划分为下面四种结构）。

上下描述为c，上中下描述为e，外内，描述为o，左右描述为g。其中‘［'‘］'表示其组合方式。

此模型使用XML描述，选择XML语言对符号进行描述的原因如下:

1）XML文档的内容和结构完全分离。XML只用元素和属性来描述数据，而不提供数据的显示方法。这样，XML就提供了一个优秀的方法来标记独立于平台和语言的内容。这个特性为XML的应用带来了很大好处。基于这样的特点，可以将内容与形式分开管理，使得版式的修改不会影响内容。同时还可以使用XSL技术，由于XML文件的内容和结构分离，XSL可以在不影响内容的情况下改变XML的文件结构。

2）规范统一。XML具有统一的标准语法，任何系统和产品所支持的XML文档，都具有统一的格式和语法。这就使得XML具有运行于不同系统平台之间，并能够转换成不同格式目标文件的能力，使其成为内容管理应用系统中的优秀选择。而且还能够进行混合语言编程处理，为系统开发带来了其方便。

3）可扩展性。XML是一种可扩展的语言，可以根据XML的基本语法来进一步限定使用范围和文档格式，从而定义一种新的语言。因此在构建组合符号时可以采用此方法自定义符号结构，从而达到对符号信息的描述和管理。

符号模型描述如下:

如图2所示，对于符号模型需要针对不同的情况进行分类，进而可以方便地使用此模型。因此将符号模型分为两大类:基本组合模型和复杂组合模型。并且又将基本组合模型分为两类:单一符号和基本组合符号。复杂组合模型分为两类:嵌套组合符号和特殊组合符号。

图2 符号模型类别

1.2.2 基本组合模型

基本组合模型是指根据现有结构，能直接描述符号，不包含嵌套关系和特殊组合。

对于单一的符号由于没有结构，如表1所示，因此直接将单个符号的编码放在‘外符号3'中。而单一符号的编码可以采用标准符号编码，在解析时使用hash表，使标准编码与各系统中符号库编码对应即可。即基本的符号编码不一定是系统中对应的编码，可以是虚拟的标准编码。这就可以使模型与具体的系统平台无关，保证了模型的通用性。

表1 单一符号

基本组合符号如表2所示，主要有四个基本类型:上下、上中下、外内、左右。构建符号结构的原因是由于单纯的使用内容信息描述，无法准确地描述符号的结构信息，使得符号的解析产生歧义。增加符号的结构描述，能够使符号解析简洁准确，同时也可在输入时采用此模型，通过人机交互的方式自动生成符号结构。

1.2.3 复杂组合模型

针对嵌套符号使用上面四种基本结构进行组合描述，如表3中对5的描述:通过将复杂符号拆分为简单的组合符号进行描述即可。

对于特殊组合类型，由于采用的是XML描述语言，因此可根据特殊情况进行扩展。如表3中6所示，描述的是复杂组合符号中的特殊组合符号，这种类型的符号主要是由上下文字构成，因此在对其进行描述和解析时需加以区分。

2 设计实现

通过前面的描述，对符号模型进行了描述。本节具体对上述的符号模型进行解析，使其能够在电子或纸质出版上显示出来。

由于纸质出版和屏幕显示呈现信息的介质不同，为了保证模型的通用性，将使用形式化的方式对其进行描述。

表2 基本组合符号

表3 复杂组合符号

2.1 基本符号模型解析

在定义坐标系中左下角为坐标原点。显示此符号位置的左下角坐标为（DX，DY），组合时各部分的坐标用（dx，dy）表示，整体符号字体大小为a。符号整体可以看做是一个a＊a大小的正方形框。M为变成为a的正方形中内接圆中最大的正方形，m＝sqrt（a）／2。计算m的大小可使在内外组合模型中，内部组合的符号精确分布在外部符号中。

如表4～表7所示，单为单一结构，复为复合结构，基本实现如下:

1）上下组合结构。

表4 上下结构（允许含有复合结构）

2）左右组合结构。

表5 左右结构（只能都是单一结构）

3）上中下组合结构。

表6 上中下结构（只能都是单一结构）

4）外内组合结构。

表7 外内结构

2.2 复杂符号模型解析

复杂组合符号的实现如图3所示，需要先通过解析树，分解成基本的符号，然后根据上述方式即可求得。

图3 表3中编号5分析

具体描述如下:

1）将符号分解为树形结构，去掉‘［‘和'］‘；

2）对每个根节点进行遍历；

3）如果属于上下、上中下、外内、左右，即属于c，e，o，g的一种，则根据相应的简单结构，调用其左子树进行组合显示，并将右子树当做一个整体，跳转到步骤2；

4）直到所有节点遍历完成。

通过上面的描述方式，可以完成对复杂符号的解析。

3 结束语

使用这种符号模型，可以生成动态的自适应符号，有助于符号发布的自动化、标准化。而这种模型不仅可用于信息发布，也可用于GIS上。而使用符号编码调用基本的符号库，可使用TrueType字体或CAD，保证了在不同的平台上的兼容性。

此模型目前存在的主要问题是只能用于点符号，对于线、面符号没有涉及，后续的研究可在此上线、面符号进行扩展。

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