基于天地图的湖北省快速制图系统构建

曾 真，王海羽，胡 挺

（1.湖北省地图院，湖北 武汉 430079）

基于天地图的湖北省快速制图系统构建

曾 真1，王海羽1，胡 挺1

（1.湖北省地图院，湖北 武汉 430079）

介绍了基于天地图地理信息数据库的快速制图系统。通过插件的方式，在制图软件Adobe Illustrator中引入了GIS数据处理功能，以扩展其地图数据处理及制图功能。通过对湖北省老河口市部分区域的研究表明，使用该系统制图的效率可比传统制图提高约80%，缩短了制图周期。

天地图；快速制图；GIS；数据库

天地图是国家测绘地理信息局主导建设的地理信息公共服务平台，旨在向政府部门、企业和公众等用户提供基础地理信息公共产品的在线浏览、查询、开发等功能服务[1]。天地图・湖北是天地图的省级节点，拥有丰富的基础地理数据和专题数据[2]。基于该数据基础的快速制图服务，在应急抢险、政府决策、反映市情市理等方面有着重要应用，同时也是天地图公共服务平台提供的主要服务功能之一[3]。

然而，如何在充分利用GIS数据丰富语义信息的同时兼顾效率，达到快速制图的目的，是当前需要解决的问题。GIS软件虽能充分表达数据的语义信息，但其地图制图功能普遍较弱，设计与生产的地图很难达到出版要求；而专业制图软件的制图功能强大，但需对GIS线划数据进行大量处理工作。针对上述问题，目前的解决方法有两种：建立基于GIS的地图表达模型；通过中间格式或GIS软件与制图软件之间的互操作，将GIS数据转换为快速制图所需的数据格式。前者的研究仍停留在形式化描述阶段，尚无法应用于实际生产；后者在数据转换过程中，可能存在严重的信息丢失现象，且转换后的数据仍需大量的人工处理才可形成符合出版要求的地图。

本文设计并实现了一种基于天地图地理信息数据库的快速制图系统，通过插件的方式，在制图软件Adobe Illustrator（AI）中引入了GIS的数据处理功能，以扩展其地图数据处理及制图功能，提高了地图制图工作效率，缩短了制图周期，同时将出版级地图的成果在天地图平台上发布。

1 系统设计

1.1 系统架构设计

系统采用数据存储层、服务层、接口层和应用层4 层逻辑架构，采用Oracle数据库存储原始基础地理数据，以ArcSDE为服务层，使用插件式开发技术在AI中嵌入GIS数据处理模块，形成系统应用层，见图1。

图1 逻辑结构图

1.2 系统功能模块设计

系统包括数据预处理模块、符号库模块、地图制图规则模块、地图制图模块和地图发布模块5个功能模块，如图2所示。

图2 系统功能模块设计

1）数据预处理模块，完成天地图・湖北数据库中的GIS数据到AI中制图数据的转换，主要功能包括数据转换、数据提取、兴趣点提取和注记预处理。

2）符号库模块，针对AI进行地图制图符号的设计与管理，主要包括符号库和符号库管理插件两个部分[4]。符号库管理插件将UI插件嵌套在AI中可进行点符号的修改替换，采用C++进行逻辑开发，采用Adobe Flash Builder进行符号配置可视化界面的开发。其主要功能包括符号的设计、入库、配置和替换等。

3）地图制图规则模块，包括地图制图规则库和规则库管理插件两部分，用于对各要素注记进行配置。地图制图规则库采用外挂数据库方式进行制图知识规则的组织；规则库管理插件将标准C++封装为AI标准插件，负责制图规则的入库和调用管理等，主要包括点注记规则和线注记规则，面注记可通过点注记（面的中心点）或线注记（大型面的中心线）表示。

4）地图制图模块，为系统的核心模块，负责对数据预处理模块转换后的数据进行自动制图，主要功能包括GIS数据到AI数据的转换、要素选择、要素关系处理（如压盖、移位避让等冲突）、注记智能配置、要素符号化表达、制图环境参数设置等。针对GIS数据，基于地图符号库（样式库），由制图规则库驱动，地图制图模块负责对GIS数据的自动转换处理、要素自动选择、要素关系处理、自动注记配置、要素符号化表达等进行智能化处理。

5）地图发布模块，以插件的形式嵌入到AI中的地图制图核心模块，实现对不同格式地图的导出、切片、打印等，以及地图在天地图平台的发布，同时生成数据地理信息附属文件，方便后期校准发布。

1.3 关键技术研究

1.3.1 基于Text Engine的智能注记配置

点注记、线注记和面注记的配置方式各不相同。

对于点注记对象，给定一个具体位置，并在该位置上设定好属性。点注记有8个方位，当前方位有冲突时，就转到下一个方位。每次冲突处理，都只转当前点的位置，若有些点的重要性较强，则在点规则表里把它的权值提高。在作图时，权值高的点会先画[5]。

对于线注记对象，创建线时需给定一个具体路径。在配置线注记时，注记内容的正向会自动跟随给定路径的走向，且道路交叉口较容易发生注记冲突。当发生注记冲突时，优先级高的注记应尽量保持原状，只调整优先级低的注记位置。在检测注记内容是否在道路交叉路口时，先得到道路注记每个字符的最小外接矩形，并与道路交叉点的最小外接矩形比较求交集，从而判断注记是否在道路交叉口，若两个最小外接矩形相交，则改变注记字符间距或注记的首尾间距，再把注记的新位置与道路交叉口进行比较，最终得到一 个合适的位置，使得注记有效避开道路交叉口[6-7]。

面状要素的标注一般分为两种：以面状要素的中心点进行标注，适合于较规则或面积较小的面状要素；提取面状要素的骨架线，再按照线状要素的标注方法进行标注。

1.3.2 数据及信息的无缝转换

为实现数据及信息的无缝转换，采用ArcEngine的开发接口获取GIS数据，再将GIS数据经过坐标转换变成纸质坐标。AI中的Art对象提供的扩展方式可存放GIS数据的属性信息，因此使用AI提供的接口转换制图数据。该方式相当于在GIS和AI之间搭建了一个桥梁，实现了GIS数据与制图数据间的转换。

1.3.3 要素智能配置及冲突处理技术

为实现要素智能配置和冲突处理，采用规则库记录要素间的权重，程序通过读取要素权重，根据优先级进行绘图，再检测要素与注记、注记与注记是否压盖。若压盖则通过算法将要素自动移位解决要素间的冲突，若道路图层压盖则采用调整不同要素间图层的顺序来解决冲突问题。在规则库中记录各图层间的权重，图层绘制前先按照权重对图层重新排序，再对道路进行符号化。

1.3.4 内外部制图符号库的设计及配置

点符号的样式既可使用AI软件自带的内部符号面板中的符号；也可在绘制出图前，调用该点规则库的信息，通过修改CLASID值，在C++插件端调用AI的API修改相应符号样式，样式与AI符号库一一对应，进而从外部进行符号设计和修改。

2 系统开发及性能测试

通过对上述4个关键技术的深入研究，本文完成了基于天地图的湖北省快速制图系统的构建。该系统包括数据预处理与转换子系统和快速地图制图子系统，其中数据预处理与转换子系统实现了要素提取、数据转换、数据处理、数据检查等功能；快速地图制图子系统包括4个模块：AI地图符号库模块、制图规则库模块、自动制图模块和地图发布模块，实现了制图规则库的定义、管理与配置，点线面要素符号的定义、管理与配置，地图要素的符号配置、关系处理、冲突处理，地图数据发布等功能。

为测试本系统的制图效率[8]，以湖北省老河口市部分区域的第17、18、19、20级数据和湖北省黄石市第18级数据为测试数据，对比传统人工制图和快速制图软件制图所用时间，结果如表1所示。不难看出，在保证成图质量的前提下，使用本系统进行制图可明显缩短成图时间，效率可提高约80%；且相同数据的符号库可以通用，进一步提高了制图效率。老河口市成果图如图3所示。

表1 制图效率测试表/d

同时经过第三方软件测试和试运行，基于天地图的湖北省快速制图软件达到了缩短出版级地图制作周期的目的。

图3 基于快速制图系统的老河口市第20级数据成果图

3 结 语

本系统的数据预处理与转换子系统可提高出版地图生产设计的自动化程度，减少数据库到地图成图过程中的人工工作量，并实现了制图数据切片与快速输出；快速地图制图子系统可提高地图制图的生产效率，降低人工工作带来的产品差错率，提高地图编制整体质量，提升地图和地理信息在应急抢险、政府决策、反映市情市理等需要快速地图（地理底图）领域中的制图效率和服务能力。

基于天地图的湖北省快速制图系统具有的重要意义为：①实现了一种基于GIS数据库的新型快速制图方法；②实现了地图制图软件环境下的自动地图制图插件开发技术；③实现了地图制图规则驱动下的要素自动配置及关系处理技术；④完成了地图制图工艺改进，有效提升了制图效率；⑤研发了国产的MapPublisher软件，具有重要推广价值。

今后还需在以下两个方面深入分析：①针对天地图提供的其他级别实验数据进行软件功能的测试与试运行，在实际地图生产中优化和完善软件功能。②为满足更多制图单位的需求，需进一步研究基于CorelDraw等制图软件下的技术移植与开发，完成基于CorelDraw等制图软件的快速出图插件系统的设计和开发，并将成果进行推广。

[1] 杨勇,李霖,王红,等.基于国家基础地理信息数据的地图制图系统[J].武汉大学学报(信息科学版),2008(3)：261-264

[2] 雷瑛,钱金波.“天地图・甘肃”在地质灾害应急中的应用初探[J].矿山测量,2013(5)：6-8

[3] 梅洋,赵勇,彭震中,等.基于天地图的应急影像地图快速制作研究[J].测绘通报,2012(3)：32-35

[4] 马俊,王光霞,张令逵,等.多用途多尺度专题地图快速制图设计模式[J].测绘科学,2011(6)：213-215

[5] 杜世宏,王桥,杜道生,等.地名注记自动配置研究[J].地理学与国土研究,2002(4)：14-18

[6] 罗广祥,马智民,刘元会,等.智能化地图注记[J].地球科学与环境学报,1999(3)：53-56

[7] 游涟,何宏星.地图点状符号及注记的自动配置[J].测绘学报,1993(4)：304-308

[8] 董琨,雷瑛,钱金波.基于天地图的在线快速制图技术研究[J].矿山测量,2015(6)：83-85

P208

B

1672-4623（2017）05-0048-03

10.3969/j.issn.1672-4623.2017.0051.5

曾真，高级工程师，主要从事地图编制与地理信息系统方面工作与研究。

2016-09-14。