浅谈GIS空间数据与地图制图融合技术

陈慧芬

（甘肃省地图院 甘肃兰州 730000）

1 引言

地图作为一种描述、研究人类生存环境的信息载体，融合科学与艺术为一体，成为人类生产与生活中必不可少的一种工具。随着人类文明的不断进步和发展，各种科技手段蜂拥而至给地图制图学科带来了机遇和挑战，也经历了翻天覆地的变化，地图制图技术手段不断得到更新，长期的积累形成了以手工制图到数字制图为技术手段的地图文化。GIS是指地理信息系统，主要是综合处理和分析空间数据的一种技术手段，它以空间数据库为基础，在计算机技术的支持下，对空间相关数据进行了采集、管理、操作、分析、模拟等处理，来实现地理信息的空间和动态效果，是为地理研究和社会服务而建立的计算机系统。在地理信息工程的不断推进下，如何能有效利用现有的 GIS数据，采用高效快速的数据加工流程，在保障实用性和科学性的基础上快速生产出高质量的地图已经成为制图行业研究的热点课题。本文从 GIS空间数据和地图制图融合技术进行研究，分析该技术在实际地图制作当中的应用，为制图技术的研究提供科学的理论依据。

2 GIS空间数据概述

中国地理信息系统诞生于20世纪80年代，经过几十年的开发和研究，已经从最初的应用技术发展到了一门具有完整理论体系的空间信息系统，在国家信息化、国土安全、经济建设、科研研究中起到了举足轻重的作用。GIS空间数据和地图制图的融合，彻底改变了人们对地图制图的理解和实践方式，也引起了专业工作者对地图绘制的思考及探索，极大地促进了地图制图学的发展，结束了过去旧思维模式的地图制图时代，开发出了全新的地图信息系统。从空间数据在表达上存在的地图信息的缺失，需要在实际表达过程中对其进行信息的补充。

3 GIS空间数据的特征

想要完整地描述空间的状态，需要具体的空间定位数据和属性数据，所以一般的空间数据要具有以下几个特征:空间特征、属性特征、时间特征、地图约束性特征。前三个是空间数据的最基本特征反映出空间实体的本质，这里我们主要探讨空间数据的地图约束性。在地图制图进入到数字化时代初期，人类对地理环境的认知是抽象的，空间矢量数据的获取主要基于地图数字化来完成的，它具有地图的基本特征，如地图用途、比例尺、地图要素、要素关系等，这就决定了空间数据必须受到原始地图的约束，因此统称为地图约束性。地图概述约束分为图形约束、结构约束、应用约束和过程约束，图形约束是反应距离、长度面积等度量关系。结构约束主要是反映对象的本质来保持对象间的空间和语义联系。而应用约束则是地图目的相联系，过程约束是概括操作的执行顺序和相互作用。因此空间数据的体现主要表现在地图的图形约束和结构约束。

4 空间数据和地图表达的关系

4.1 空间数据和地图制度的密切联系

GIS空间数据信息系统可以统计管理地理数据和广泛的数据库，同时进行数据的存储和评价分析，为制图提供强有力的数据工具。该系统的快速发展为综合信息的建立开辟了道路，由此可见，现代地图制图与GIS具有着密切的关系。GIS空间数据作为数据存储和分析的工具，它具有规范性好、逻辑性强、使用简便等优点，特别是在地图投影和比例尺设定上，可根据需求进行调整，能够快捷和准确地设定比例尺，提高了地图的使用精度。近半个世纪以来，测绘新技术得到了迅猛的发展，数字地球概念和理论框架的提出，为数字制图创造了良好的机遇，数字地图也已经成为信息时代必不可少的工具。

4.2 空间数据与地图的矛盾

地图到空间数据表达的过程中，空间数据要求和特点决定了在数据采集过程中不可能把地图的信息全部采集到。这就成为地图信息传递中的第一个矛盾，即信息的损失。在空间数据到地图的过程中，不能完整地进行表达，导致空间数据不能完全恢复原来地图的面貌，导致了第二个矛盾。在地图制图中要解决的矛盾主要是第二个矛盾，这个问题复杂、难度大，需要人们去正确的认识和解决。空间数据和地图之间不能完全匹配是多方面的，主要可从以下几个方面进行分析:（1）数据标准无法完美的在图形中表现，是图形规范上的矛盾；（2）图形标准中符号和数据标准不对应产生的矛盾；（3）编码的矛盾，是指地图上的各个要素与数据中的编码不对应而产生的矛盾。

如下实例说明这一点:空间数据采集的信息比较多，经符号化处理，地物与地物之间，注记与点符号之间，地物与地貌之间，地物与植被之间相互压盖，达不到制图数据规定的标准，OneDataPro 一体化编辑系统里很好地处理了这个矛盾关系，其空间数据的母线、点的位置不动，而制图数据的符号可以偏移，针对相互压盖的地名、植被符号、高程注记，保留主要的，删除次要的，使得图面达到比较清晰程度，但存在了很多人的干预编辑成一幅完整的制图数据。在Geoway软件里编辑制图数据也有其自己的方法，将编好的空间数据进行符号化，所有符号化的数据都有自己的数据层，而原有的空间数据层锁定不动，只编辑符号化数据层达到制图数据的效果，保证了空间数据的精度。

已有的 DRG数据采集为空间地理信息数据，存在信息缺少不能满足空间数据的要求，就需要打印调绘片进行外业实地调绘，内业需要添加调绘来的新信息，包括地名、水文、道路、居民区及居民地设施、管线、境界、土质地貌、植被等信息，才能满足空间数据的要求。图1、图2是制图数据与空间数据的对比图。

图1:geoway软件符号化后的制图数据

图2:geoway软件编辑的空间数据

4.3 空间数据与地图表达

GIS数据实现地图的流程一般为:

图3:空间数据到地图表达流程图

空间数据到地图表达一般按照如下步骤:

（1）空间数据地图表达过程中，空间数据与地图符号具有一定的对应关系，具体表现在通过要素编码来实现地图符号化的处理。

（2）地图信息的补充，要根据地图的具体信息来实现空间数据的地图表达，如对桥梁的分式注记、等高线的注记，地名的配置，河流的渐变问题，空间数据对河流的图形变化的反映。如表1中线性地貌要素的提取和控制:

5 空间数据和地图制图融合技术的分析

基于数据库进行制图是将空间数据到制图过程的重要环节，如何能利用数据库中采集到的数据进行制图符号的表达是研究的主要热点和难点。这里主要需要从三个方面入手，符号属性、制图规则、自由表达三个层面来进行编辑，来达到不改变数据本身而实现多种制图效果的要求。

表1:线性要素的提取

5.1 制定数据标准

制定出涵盖数据生产、建库、制图的规范化和标准，来达到建库与制图一体化的前提。在前期的数据生产中，如果能够采用除 GIS数据外一些必要的制图所需要的信息，必然会极大地促进后期地图绘制工作。综合数据模型主要包括空间数据、属性数据和制图数据三个部分，各个部分数据的填充要按照实际情况进行制定。

5.2 关键技术

（1）数据的筛选

为满足制图的要求，对实体标注时，编图者要根据出图的主题，利用 GIS来进行数据的筛选。在制作交通网络图时，要将地理背景数据和道路数据联系起来，包括行政区域的划分、地名、水系、山峰、深谷、道路等等。筛选时要注意保持原有数据和要素规范一致，以便后期符号化处理时的统一性。

（2）地图投影

在地图制作时，如果碰到跨越度范围较大，为了满足制图的长度或面积等变形要求，编图者必须根据实际的要求来选择特定的地图投影，国内一般采用正轴双标准纬线等角圆锥投影的方式。

（3）数据格式的转变

主要是指GIS数据转换到MAPGIS，主要有两种方式:直接数据的交换，访问中间数据。直接数据的交换是通过编写程序直接读取 GIS数据然后按自定义的数据格式输出，通过坐标的变换、层定义、数据读写等手段来实现。访问中间数据是直接打开GIS数据的中间数据格式。

5.3 智能化标注

智能化标注能力，从标注位置、放置策略、冲突处理等三个方面来解决点、线、面等自动标注问题。需要注意以下问题:（1）对标注位置、偏移量、间隔标注等基本需求精确控制，无需在前期进行数据的预处理；（2）对标注放置策略及标注冲突处理的控制，可以满足诸如标注大小自有缩放的需求；（3）标注转注和多种注记编辑的能力，标注转为注记后，可对注记进行拆分打散、移动、缩放、删除、修改等功能的编辑。

5.4 丰富制图表达规则

（1）对空间数据按照地理特征来进行分类和组织，其重点是处理好符号和符号之间的关系来达到地理要素线划的美观，并控制好图层叠加顺序。

（2）基础地形图在对应的数据符号化后，要体现出相同图层中不同地物类对象之间上下关系。

（3）在对点、线等有向地物进行制图表达时，需要根据角度方向挂接符号。

（4）在处理小路、河流相交问题时，要采用虚线符号实部相交的制图规则。

（5）虚线符号拐点处应确保拐点处为实部。

（6）桥梁和道路的位置要严格按照桥梁符号与道路方向相一致的规定。

（7）在运用等高线、河流等线状符号，保证符号化后线条的光滑性。

5.5 制图比例尺的设定

Geoway软件下设定各种比列尺和地图投影进行数据的转换更为方便，比如1∶2000缩编为1∶5000，1∶5000缩编为 1∶10000，1∶10000缩编为 1∶50000，将1万图合并后进行投影转换，3度转换为6度带，比例尺改为50000，进行空间数据的缩编，将空间数据进行符号化处理达到1∶50000制图数据的效果。

OneDataPro 一体化编辑系统定义坐标系，首先打开 C盘“四川省遥感信息测绘院”目录下“数据输入管理.EXE”程序，进行参数设置及初始化，选择坐标系，选择模板，选择对照表，编码对照表，将已有的数据如 DWG数据或者 MDB数据输入到OneDataPro 一体化编辑系统进行输入数据，数据处理，在数据源工具条里定义坐标，依据图号自动设置比例尺，在待定编辑工具条里进行图廓整饰，重新生成 CPTL，并裁剪图廓外的多余数据，这样在你建的文件夹下自动生成一个数据包。这时你所需要的比例尺、坐标转换系统都已自动完成，可以进行后面的数据编辑（图4）。

图4:OneDataPro 一体化编辑系统定义坐标系

ArcMap软件下编辑空间数据也有其特点，打开ArcMap软件，添加MDB中的所有图层，图层右键选属性，定义比例尺，设定单位为“米”,选择参考比例尺“1∶10000”，可以进行数据编辑了（图5）。

图5:ArcMap软件里定义比例尺

将ArcMap软件与OneDataPro 一体化编辑系统结合起来应用，达到快速出图的效果。

6 结束语

随着空间数据和地图制图技术的成熟，实现两者在生产过程中的一体化是未来绘图行业发展的必然趋势。相信随着 GIS的引入将会给地图学科的发展带来巨大的改变，在 GIS空间数据与地图制图融合的大背景下，将会给地图制图的深入发展和广泛应用打下坚实的理论和实践基础。

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