地理空间数据库在地图出版中的转化应用

孙 琳

地图是地理信息可视化的重要方式，具有信息载负、模拟、信息传输和认知等多种功能，使其在空间认知中成为不可替代的工具。当前，地图应用几乎遍及自然科学和社会科学的每一个领域[1]。在传统地图出版中，一般使用CorelDraw软件完成地图编制及地图整饰等工作，CorelDraw软件是一款平面设计软件，提供了矢量编辑、页面设计、动画制作等多种功能，具有强大的图形处理效果[2]。但是CorelDraw软件不包含属性信息且没有定位功能，在地理空间信息和空间位置的精确性表达等方面都存在一定的局限性。随着3S技术的普及应用，数据采集、数据处理和成果应用等方面正向着数字化、网络化、智能化、实时化和可视化的方向迅速发展。地理空间数据库具有海量数据、精确的数学基础、强大的地图制图转化等优势，利用地理空间数据库制作地图已成为当前地图出版的必然趋势。

成熟的地理空间数据库能极大地方便地图编制。但是，数据库是由要素集和要素类构成，每个要素类对应了一个图层，图层包含矢量数据和属性数据，库信息量庞大，由数据库编制地图需要进行大量筛选、综合取舍、加工整理甚至缩编工作。同时，由于数据库数据是按照点、线、面要素类型对图面内容进行了基础的数字化和属性录入，通过数据库的属性表查询各图元的属性信息，从数据库的图面情况难以直接读取各图元的含义，因此，借助数据库编制地图，需要通过符号化来更加直观地表达与显示地理信息及专题信息，增强专题数据的可读性，帮助人们更加准确、快速地获取地理位置信息，从而实现对空间地理认知的目的。

一、技术流程

本文以编制出版小比例尺世界地图为例，介绍如何利用地理空间数据库转化生成地图及编辑出版的技术流程、关键技术方法，并对地理空间数据库在地图出版中应用具有的优势和存在的问题进行总结分析。

地理空间数据库是将水系、境界、交通、居民点等地理要素以点、线、面的形式，对其空间位置、属性信息及空间关系，按照一定的规则进行存储和管理。利用空间数据库制图则是根据成图需求，将存储在地图数据库中的这些抽象地理信息数据，通过科学的手段，借助于丰富的地图语言表达转换为形象、直观、易读的图形数据，满足公开出版地图的要求[3]。利用数据库编制地图主要经过地图设计、地图编制、编辑出版、印刷装订4个环节，主要流程包括地图设计、符号设计、数据整理、格式转换、投影转换、符号化、地图编制、地图整饰、编辑出版等，如图1。

图1：数据库制图技术流程

二、关键技术方法

（一）投影转换

世界地图产品的形式多种多样，制图区域的位置、形状、范围、比例尺、内容以及地图用途都会直接影响地图投影方式的选择[4]。一般地理空间数据库采用的是地理坐标系，本文基于的全球地理空间数据库采用的是WGS-84地理坐标系，根据不同的制图目的选择相应的投影方式。例如，交通地图一般采用等角航线的墨卡托投影，高纬度地区地图为了防止变形过大，一般采用任意投影，对于全球范围小比例尺世界地图，我国通常采用等差分纬线多圆锥投影。本文在ArcGIS中将矢量化的数据成果转换为等差分纬线多圆锥投影，然后再将定义为原图投影的数据进行坐标反算，生成地理坐标体系。

投影变换是图形坐标点空间坐标的换算，通过转换通常改变了图形的坐标系统、投影系统、椭球体参数，有时也进行比例尺变换，投影变换通常会增加空间数据误差。投影变换是通过软件程序计算自动完成的，为减小误差控制数据质量进行投影转换时应注意：①投影变换参数的选择，参数选择要准确，精度要符合要求；②坐标系统变换，应搜集相应坐标点的改正数；③应对投影变换后的图形进行质量检查，检查图形精度是否符合要求。

（二）地理要素的分类分级表达

由于地理空间数据库包含的数据量很大，要素齐全，在地图编绘过程中要分类分级别对各地理要素的综合和缩编。根据制图目的与制图区域的地物重要程度、分布状况，各要素类的综合缩编顺序依次为水系要素、交通要素、境界线、居民地。

图2：缩编顺序图

在编制过程中，首先在标准栏的比例尺条框内选择固定比例尺大小，以防由于显示比例的来回变动造成视觉混淆，不能保证图形概括综合标准的统一性。各要素缩编的制图规范如下[5]。

1.水系要素的编制。水系要素类包括海洋、湖泊、水库、双线河、单线河和岛屿。

（1）湖泊与水库。首先根据湖泊、水库的上图标准以及重要程度对这两类地物进行选取：图上面积大于1平方毫米（实地面积25平方千米）的湖泊、水库，一般全取。在干旱地区，图上面积在0.8～1平方毫米之间的湖、水库夸大到1平方毫米表示；小于0.8平方毫米的适当选取用点状符号表示。

（2）单线河与双线河。首先按从大到小、由主及次的顺序进行。优先选取作为国界、省界等的界河；选取连通湖泊、水库以及能显示河系结构特征的小河等。注意正确表示河源、河流与湖泊关系以及水系的结构特征。其次根据双线河的上图指标：当河流实地宽度大于阈值时，依比例尺双线表示；当河渠实地宽度小于（含）阈值时，不依比例尺用一定范围的渐变单线表示。那么由双线河改为单线表示的河流通过提取中心线的方式进行缩编，并将提取的中心线归并到单线河图层中。利用ArcGIS的Feature to Line工具将双线河转化成线，然后利用Collapse Dual Lines To Centerline提取中心线。如果原双线河是界河，还需要在行政区划的面图层上沿着这些河流中心线进行切割以及分段切割，并使之和周围图斑合并。

图3：提取中心线示意图

单线河的上图指标和平行间距参照缩编技术规范的要求，对某些河渠弯曲细部进行图形简化，利用ArcGIS中的Simplify Polygon/Line（简化多边形/线）工具剔除单线河的细小弯曲和次要的转折[6]。

图4：简化多边形/线示意图

（3）海洋。海岸线综合保持主要转折点的位置准确和岸段弯曲程度的对比关系。凸向海域的岸段，一般夸大陆地，舍去海域碎部；凹向陆地的岸段，则夸大海域，舍去陆地碎部，某些岸部弯曲细部进行简化处理。河流入海处，反映三角洲和三角港的图形特点。

2.交通要素的编制。交通要素主要包括铁路和公路。

大于道路的最小上图长度一般全选，与地质矿产资源密切相关的区域尽量详细表达，适当表示某些具有重要意义的低等级道路。

小于阈值的道路弯曲细部，一般舍去拉直。与水系要素的简化一样，利用ArcGIS中的Simplify Polygon/Line（简化多边形/线）工具剔除道路的细小弯曲和次要的转折。

综合后的线状交通运输用地应检查道路网的拓扑关系，保持道路的连通性和空间关系的合理性。其他辅助设施如机场、港口的缩编用点状符号表示。

3.居民地的编制。居民地按照首都（或首府）、重要城市、一般城市及一般城镇进行选取与分级。根据主次的原则优先选取位于交通线、道路交叉口、关隘、国境线等地的居民地。居民点的取舍正确反映与其他要素和专题内容的对比关系

4.境界线的编制。在世界地图中，境界线与政区面密切相关，当境界线缩编后，政区面也必须做相应的调整。在水系要素和交通要素缩编的基础上，将构成境界线的河流、海岸线、道路拷贝到境界线层中覆盖原有线图元，其他境界线保持不变，进行数据更新。政区面根据缩编后的境界线进行弧段切割以及分段切割，然后使切割后的面图元和周围图斑合并[7]。

（三）制图表达与图面整饰

制图表达能够更加直观地表达与显示地理信息，增强地理底图的可读性，保证公开出版地图的政治性、科学性和逻辑性。地图整饰是地图内容的表现形式和手段的技术，是地图制图的一个重要环节，根据地图色彩和图面表达效果，利用图案、色彩显示地图内容的类别、特征、主次关系、地理分布和相互联系等。地图整饰要素一般包括外图廓、图名、接图表、图例、三北方向、图解和文字比例尺、编图单位、编图时间和依据等。图面整饰原则上分两个图层，即图内整饰图层和图外整饰图层。图面整饰图层要根据原图内容，按有关区调图幅的出版格式和要求进行整饰。图面整饰检查的主要内容包括：检查数据线划质量，线划是否圆滑自然；连续清晰，线型和线划粗细设置是否符合图示要求；检查各要素符号是否正确，尺寸是否符合图示要求；检查各要素关系是否合理，是否有重叠压盖现象；检查各名称、注记是否正确，位置是否合理，指向是否合理，字体是否符合规定；检查注记是否压盖重要地物或点状物；检查图面配置、图廓内外整饰是否符合规定，是否美观等[8]。

（四）现势性更新

现势性更新主要包括各级行政界线、居民地行政等级、地名等方面。小比例尺世界地图数据库在图层划分上，由于比例尺大小的限制，无二级以下行政区、汇水盆地、面状居民地和管线要素类。属性信息方面，按照地理空间数据库属性表的相应字段结合图名载负量分级分类表达到图面。全球地理空间数据涉及200多个国家地名，由于各国资料来源、文字翻译等情况的不同，会出现同一个地名不同国家资料拼写不同的情况，因此在空间数据库转化地图出版的过程中，需要严格按照我国规范进行地名的标准化，实施现势性更新。地理空间数据库中的大量要素地名需要按照出版要求进行更新核改，国外地名需要在原有属性表基础上统一增加中文名字段。部分核改更新内容比如：①“荷属安的列斯”改为“库拉索（荷）”；②“斐济群岛”改为“斐济”；③“阿鲁巴”改为“阿鲁巴（荷）”；④“留尼汪”改为“留尼汪（法）”；⑤圣马丁（法、荷属）改为圣马丁（法、荷）。

（五）编辑加工

对经过地理空间数据库转化并编制完成的地图，虽然已初步具备了出版的条件，但距出版的要求还存在着一定的差距，还需要进一步编辑加工整理，使之达到出版的要求。地图的编辑加工整理就是对地图稿件从整体到细部进行全面检查、修改、补充和润色整理，全面优化，进一步提高地图稿件的内容质量，达到“齐、清、定”的出版要求。

地图编辑加工整理的内容包括：消灭差错、润色提高、规范统一、查对资料等。按照出版的审校制度消除地图中政治性、安全性、知识性、科学性、常识性及文字错误；按照国家的规定统一有关用法，统一体例、格式；查对资料的来源及其是否合法。

（六）地图制印

1.印前处理与输出。地图印前处理主要包括数据格式转换、压印和陷印处理、拼版、成品线与裁切线的添加等工作。地图输出方式主要有彩色喷墨打印、数码打样、彩色激光打印和印刷等，输出格式主要是EPS和PDF格式。

2.地图印刷及装订。地图印刷方式通常有输出分色胶片制版印刷和CTP印刷两种。

输出分色胶片制版印刷是传统的印刷方式，即输出分色胶制作PS版，然后上机印刷。目前普遍采用这种印刷方式。

印刷规格有四开印刷、对开印刷、全开印刷，目前国内已有少数双全开印刷。图集是由单幅图拼成对开印刷，然后折页装订。

单幅地图的装订比较简单，分折叠和挂图（挂杆）。系列图的装订方法有散装、袋装、环装、盒装几种。图集的装订方法分骑马装、平装和精装。

三、总结与分析

地理空间数据库具有强大功能：①能够将地理要素与专题要素有效地进行整合，形成统一的数据结构，方便编图数据的组织管理；②数据库的图层划分有利于各要素的分层显示和叠加；③每个图层对应的属性表，能够有效地实现地理要素和专题要素的属性查询和分类显示；④数据库的符号化能够实现地理要素可视化表达，直观地表达与显示属性信息，增强编图数据的可读性。

但是地图具有很强的政治性，反映了国家的政治立场，在行政界线的画法、争议地区的表达处理等方面都有统一的规定和标准画法[9]。同时地图具有可读性的特点，需要通过科学的符号表达直观地反映地理要素的空间信息。空间数据库的建立缺乏出版要素的设计，因此在编辑出版过程中需要对地理要素进行大量的综合取舍以及可视化表达。为了加强主题内容和地理底图的统一协调，还需要处理好各要素的统一协调关系。利用地理空间数据库编制出版地图图件需要地图设计、地图内容编制、地图整饰、编辑加工、印前处理、印刷装订等过程[10]。