一种基于版式关联模型的地图整饰方法

张剑波，陈 松，张丰鹏，高艳芳

(1. 中国地质大学信息工程学院，湖北 武汉 430074; 2. 中国地质科学院地球物理地球化学勘查研究所，河北 廊坊 065000)

一种基于版式关联模型的地图整饰方法

张剑波1，陈 松1，张丰鹏1，高艳芳2

(1. 中国地质大学信息工程学院，湖北 武汉 430074; 2. 中国地质科学院地球物理地球化学勘查研究所，河北 廊坊 065000)

围绕专题地图的异质同构特点进行了分析与探讨，针对传统地图整饰方法所存在的问题，提出了一种基于版式关联模型的地图整饰方法。其主要思想是：在地图模板模型的基础上，提炼专题图中辅助要素的共性和个性特征，参考面向对象设计原则，构建一套地理要素和辅助要素二次逻辑关联的地图整饰方法与流程，可以实现专题地图的快速批量制作。实践表明，该方法较传统整饰方法更为重用和高效。

地图整饰；异质同构地图；版式关联

信息化地图制图时代下，自动化和高效率是基本要求[1]。在地图制图的成果图件中，一般可以分为两部分内容：一是地图中的实质内容，称之为地理要素；二是对地图中实质内容进行说明、解释或修饰的辅助内容，称之为辅助要素。地图整饰(本文特指图面配置)是为地理要素添加说明性辅助要素的过程。地图整饰作为地图制图的一个关键环节，其自动化程度对专题图件的批量制作效率具有重要影响。

在专题地图制作过程中，经常存在需要大量制作辅助要素布局框架(即要素类型及其位置布局)相同、而地理要素内容和辅助要素内容不同的多幅专题图件的情形。以地球化学专题图制作为例，辅助要素一般包括图名、图框、责任表、比例尺、制图方法与分析质量表等。在地球化学专题图中，当对同一勘查区域土壤采样点数据中不同元素的含量进行综合分析时，需要制作多幅元素含量分布图(如单元素异常图等)。在这些元素含量分布成果图件中，辅助要素的类型和位置布局相同，而地理要素和辅助要素的内容却各不相同，本文称之为异质同构地图，研究内容将围绕如何高效制作异质同构地图而展开。

1 问题分析

近年来，在我国信息化地图制图的背景下，在地图整饰领域，主要围绕在提高制图效率、标准化和自动化等方面展开研究。何学洲等[2]从基础数据与制图数据一体化的角度提出了地理信息元数据驱动的地图整饰方法，实现了辅助要素内容自动生成功能，有效提高了地图制图生产效率；孙建平和刘禹锡等[3-4]基于地图整饰要素的数据库管理思想，实现了地图整饰要素的自动化添加；杨德严和陈金磊等[5-6]着眼于地图整饰的平台无关化需求，分别设计并实现了具备各自特点的地图整饰模块；赵振锋等[7]则从减少人机交互的角度出发，设计并实现了地图打印及批量打印功能；谢超和曹一冰等[8-9]研究地图模板技术，实现了地图的快速高质量制图，提高了制图效率。

上述研究虽然在提高效率和自动化制图等方面取得了一定进展，但依旧存在以下问题：

(1) 异质同构地图制图效率不高。现有地图整饰方法大多着眼于如何提高单一地图的地图整饰效率，忽略了异质同构地图制作中可重用的辅助要素内容。

(2) 地理要素被损毁概率较大。现有地图整饰方法一般是在地理要素的基础上，或是直接逐一地添加辅助要素(如图1所示)，或是基于地图模板间接地添加辅助要素(如图2所示)。这类方法侧重于对地理要素的直接修改，在添加辅助要素的过程中，一旦操作失误，就会对原有地理要素造成不可逆的损毁，导致制图人员重新开始，严重影响制图的效率。

图1 直接添加辅助要素的地图整饰方法

(3) 要素布局自动化程度较低。现有地图整饰方法中，无论是直接添加辅助要素方式还是编辑地图模板方式，对辅助要素的位置布局大多采用“逐一添加并调整”的方式，未能实现“一次性”位置布局；并且在地图模板模型的地图套合操作中，如果地理要素与辅助要素存在重叠部分时(如图3圆圈所示)，也不能实现要素之间的相对位置调整，自动化程度较低。

图2 基于地图模板的地图整饰方法

图3 制图方法表与色阶部分重叠

为解决上述3个问题，本文提出了一种版式关联模型，并以此模型为基础设计了一套地图整饰方法。该方法以地球化学专题图的制作为例，从可行性、可靠性和高效性3个方面得以验证。

2 版式关联模型

基于地图模板模型进行地图整饰的一般步骤为：①构建空的地图模板框架，逐一添加辅助要素至地图模板中，同时调整辅助要素的位置布局，输入要素相关参数；②将创建的地图模板直接添加进地理要素中，形成最终的成果图件。这种地图整饰方法在实际应用中存在如下问题：

(1) 地图模板的重用率低。模板的设计未考虑专题图制作的共性(同构)和个性(异质)。模板一旦添加辅助要素并持久化保存后，就与实际参数绑定起来，无法提供异质同构地图的多次使用需求。

(2) 地图模板与地理要素物理融合。成果图件的完成是基于地理要素和地图模板的物理套合。如果辅助要素范围与地理要素范围存在局部重叠，不能自动调整两者之间的相对位置，对地理要素数据造成不可逆的损毁。

为了解决上述问题，本文对地图模板模型进行改进，根据地理要素与辅助要素相互独立的特征，提出了一种版式关联模型(如图4所示)。

图4 版式关联模型

该模型主要分3个层次：

(1) 物理层。各种辅助要素以对象形式进行封装、以空间数据文件形式存储于磁盘介质中，如比例尺对象由注记(数字比例尺)、线、面(线段比例尺)等空间要素组成。这样的数据组织方式使得各种要素对象之间物理存储上相互独立，逻辑上又可相互组合，且与地理要素严格分离。

(2) 逻辑层。提供两个层面的逻辑操作：一是各种辅助要素对象的逻辑组合，形成可重复使用的地图版式(地图上辅助要素的排列)；二是地理要素和地图版式的逻辑关联，形成可反复调整的成果图件。

a. 逻辑组合：以图框对象为中心，依据国家图廓地图整饰样式[8]对各种辅助要素进行自动化、一次性位置布局，并以对象引用的形式将它们组合到一起，形成一个可编辑的地图版式文件。同时，版式数据库记录各个辅助要素的引用信息和相对于图框的位置信息。

b. 逻辑关联：地理要素与版式进行逻辑关联，关联信息同样保存在地图版式文件中，以保证地理要素的独立性。如果出现地理要素与辅助要素位置重叠的情形，则对涉及位置重叠的辅助要素，依据国家图廓地图整饰样式[10]自动调整其相对于图框的距离，减轻制图人员负担。

(3) 可视化表达层。鉴于各种辅助要素是采用空间数据文件形式进行物理保存，因此可以借助地理信息系统软件，通过可视化渠道为版式关联模型提供“所见即所得”的版式编辑手段，并引入检错机制。检查内容包括：辅助要素内容信息是否有误、版式和地理要素所属图幅是否一致等目测可发现的错误。

3 基于版式关联模型的地图整饰方案

为充分体现版式关联模型中的存储策略及关联原则，本文构建了一套基于版式关联模型的地图整饰方法框架，如图5所示。

图5 基于版式关联模型的地图整饰方法框架

3.1 数据库存储

在上述地图整饰方法框架中，建立了两个数据库，分别对应于辅助要素数据库和版式数据库，见表1—表2。

表1 辅助要素信息

辅助要素数据库记录辅助要素数据文件的元数据信息，通过辅助要素编号和类型两个字段，唯一确定某一特定辅助要素实例。其中，“辅助要素类型”包括图名、图框、密级、直方图、比例尺、责任表、制图方法与分析质量，可根据专题图需求进行扩充；“内容参数”记录辅助要素的空间组织参数(如图名注记内容、比例尺的数字和线段等图形参数信息)；“布局参数”记录辅助要素空间范围的左上角和右下角坐标；“引用文件”则记录辅助要素对应空间数据文件物理存储路径。

表2 版式信息

版式数据库记录地图版式对各种辅助要素的引用信息。其中，“图幅号”记录该版式适用的图幅范围；“辅助要素编号集”记录该版式引用辅助要素数据库中的辅助要素集，可以通过解析该字段在辅助要素数据库中获取对应的辅助要素对象信息；“引用版式”记录该版式文件的物理存储路径。

3.2 基于版式关联模型的地图整饰方法

基于版式关联模型的地图整饰方法框架，本文总结出一种用于异质同构地图的整饰方法，可用于专题地图的批量制作，如图6所示。

图6 基于版式关联模型的专题地图整饰方法

图6中通用版式和单版式是参考面向对象设计原则中的泛化(Generalization)思想。通用版式是在分析和提炼专题图制作共性特点的基础上，将某一确定图幅(如国家基本比例尺地形图分幅)下各种辅助要素的布局排列信息、同种要素对象的公有属性进行抽象而得，最大程度剥离异质同构地图制作过程中与地理要素内容无关的整饰信息(如比例尺、制图人信息等)，达到最大程度的复用效果。而单版式是由通用版式继承而来。地理要素在经历“通用版式应用”的第一次逻辑关联后，已经初步形成满足专题图制作绝大部分要求的成果图件。此时，还需要根据某个地理要素数据特点，对通用版式进行个性化定制，调整围绕该地理要素的各种辅助要素空间位置，增加、删除或编辑对应辅助要素的私有属性(如图名、图例等)，得到对应的单版式。随后地理要素在经历“单版式应用”的第二次逻辑关联后，最终得到满足要求的成果图件。

该地图整饰方法主要包括如下5个步骤：

(1) 通用版式设计。为某一特定图幅设计一个通用版式，以适用于该图幅下的所有异质同构地图。选取需要的辅助要素，输入相关公共信息；同时依据国家图廓地图整饰样式，对选中的多个辅助要素进行自动位置布局。

(2) 通用版式编辑。在可视化环境下，对通用版式进行编辑，包括调整辅助要素位置、编辑辅助要素参数等。

(3) 通用版式应用。针对待批量制作的多幅异质同构专题图，在确定图幅版式的情况下，通过创建副本(单版式)的方式，对适用于该图幅的异质同构地理要素逐一关联版式，同时进行要素之间的自动重叠检测及位置调整。

(4) 单版式编辑。在可视化环境下，结合某个地理要素数据特点，对单版式进行编辑，包括增加特定的辅助要素、个性化定制辅助要素参数等，进而得到符合地理要素特征的单版式。

(5) 单版式应用。按照成果图件的组织要求(如采用地图工程的形式，对多个要素的空间数据文件进行逻辑管理)，将地理要素和单版式中所有辅助要素进行最终关联，得到符合需求的一幅完整的成果图件。

3.3 专题地图制图实例

为了验证本文提出的基于版式关联模型的地图整饰方法的有效性，选取河北某地1∶50 000土壤采样点数据(采样面积为460 km2、采样密度为4个采样点/km2，包含Si、Al、Ca、Fe等38种元素，共3194个离散点)，批量制作该区域多种元素含量的地球化学图。

图7是该地所在图幅的通用版式，包括图名、图框、密级、直方图、比例尺、责任表和制图方法与分析质量等7种辅助要素。图中左侧为辅助要素的物理存储布局，右侧为可视化环境下的位置布局。

图7 河北某地土壤采样点地球化学专题图的通用版式

图8所示为经过通用版式应用后得到的Ag元素单版式和Ag元素地球化学图(包含色阶)。图中右侧为Ag元素地球化学图及其关联的单版式的可视化显示，左侧为经过可视化验证并进行单版式应用操作后得到的完整地球化学图件。可以看到，右图中制图方法与分析质量(方框)的最终位置是根据地理要素中的色阶位置向右微调而得，实现了要素之间布局调整的自动化。

图8 单版式应用后得到的地球化学图件

4 结束语

本文针对信息化时代高效、自动化地图制图的需求和现有地图整饰方法未能有效解决异质同构地图批量制作的现状，提出一种地图版式关联模型，并基于该模型设计了一套完整的地图整饰方法。该方法已经成功应用于中国地质科学院地球物理地球化学勘查研究所与中国地质大学(武汉)联合研发的“中大比例尺化探数据一体化处理”系统中。2015年底至今，该系统软件正在全国地球化学勘探单位进行推广应用。

如何减少地图整饰过程中因创建多个版式及辅助要素副本而带来的数据冗余，将是本文的后续研究方向。

[1] 王家耀. 关于信息时代地图学的再思考[J]. 测绘科学技术学报，2013，30(4)：329-333.

[2] 何学洲，顾学明，景祥. 地理信息元数据驱动的地图整饰技术研究[J]. 测绘科学技术学报，2014,31(5)：543-546.

[3] 孙建平. 基于四叉树理论的地图整饰要素研究[D]. 北京：中国地质大学(北京)，2012:1-53.

[4] 刘禹鑫. 地图整饰要素的数据库管理与应用[D]. 北京：中国地质大学(北京)，2013:1-67.

[5] 杨德严，赵俊三，李红波，等. 地图图幅整饰自动化技术[J]. 计算机工程，2011，37(22)：279-283.

[6] 陈金磊，王卓，郑昊，等. 地图整饰模块的设计与实现[J]. 计算机工程与设计，2012,33(9)：3641-3646.

[7] 赵振峰，罗志清，张晓晓. 基于ARCGIS Engine地图整饰和打印智能化的研究[J]. 科学技术与工程，2011,11(16)：3765-3768.

[8] 谢超，陈毓芬，王英杰，等. 基于参数化模板技术的电子地图设计[J]. 武汉大学学报(信息科学版)，2009,34(8)：956-960.

[9] 曹一冰，江南，张毅，等. 基于ARCGIS Engine地图模板化输出[J]. 测绘通报，2011(7)：60-63.

[10] 中国国家标准化管理委员会. 国家基本比例尺地图编绘规范 第1部分：1∶25000 1∶50000 1∶100000地形图编绘规范：GB/T 12343.1—2008[S].北京：中国标准出版社，2008.

A Method of Map Decoration Based on Template Associated Model

ZHANG Jianbo1，CHEN Song1，ZHANG Fengpeng1，GAO Yanfang2

(1. Faculty of Information Engineering, China University of Geosciences, Wuhan 430074, China; 2. Institute of Geophysical and Geochemical Exploration, Chinese Academy of Geological Sciences, Langfang 065000,China)

The heterogeneous isomorphism of the thematic maps is analyzed and discussed. Aiming at the problems existing in the traditional map decoration methods, a method of map decoration is proposed based on the template associated model. Its main idea is to extract the common and individual characteristics of the auxiliary elements in the thematic map based on the template associated model, and construct a method of map decoration which secondary-logically associated with the geographic elements and auxiliary elements according to the principles of object-oriented designation, achieving fast batch production of thematic map. It shows that the method is more reusable and more efficient compared with traditional methods when applied into practice.

map decoration; heterogeneous isomorphism map; template associated

张剑波，陈松，张丰鹏,等.一种基于版式关联模型的地图整饰方法[J].测绘通报，2017(2)：60-64.

10.13474/j.cnki.11-2246.2017.0049.

2016-04-06

国家自然科学基金(41001225；41501584)；中国地质调查局地质矿产调查专项(12120113026700)

张剑波(1975—)，男，博士，副教授，主要研究方向为GIS空间分析理论与应用。E-mail：zjb_tigers@126.com

P28

A

0494-0911(2017)02-0060-05