GIS在专题图快速制图中的应用研究

梁汉媚

(1. 北京市测绘设计研究院, 北京 100038;2. 城市空间信息工程北京市重点实验室, 北京 100038)

0 引言

“天地图”于2011年正式上线运行,将向公众提供权威、全面、统一的地理信息服务[1]。全国各省市正在大力开展“天地图”省市级分节点专题图的建设工作,并把重点放在地理信息系统(geographic information system,GIS)能产生出高质量的矢量式地图和图表的能力上[2-3]。例如,“天地图·北京”已经研发了2022北京冬奥会、传统地名保护名录(第一批)、北京市市级湿地名录、乡村地名、北京大运河休闲主题游、漫步北京亲河湖享自然主题游线路、漫步北京清明节红色旅游主题游、北大红楼与早期北京革命活动旧址、地理国情监测数据等多套专题图层。

专题图制作的重点内容之一是基于GIS快速制作适用于不同场景的电子地图。GIS不仅能够以多种格式管理和存储海量的地理数据,同时还能够为制图学提供强有力的数据存储、评价和分析功能[4-6]。制图学家将地图视觉化和GIS结合起来设计出了电子地图,使得地图的制作与使用出现了前所未有的重大变革[7-9],用户对地理空间数据的需求增长日益明显[10-11]。

针对目前GIS技术在地图制图中的广泛应用需求,笔者结合制作“天地图·北京”的工作实践,对使用GIS进行专题地图制图的主要流程、关键技术和应用优势等方面进行了梳理和总结,以期为“天地图”的生产制作提供技术支持和实践支撑。

1 专题图制图流程

“天地图·北京”专题图制图流程主要包括资料收集、GIS数据结构设计、地图制图、质量检测与地图审核、切片和发布等环节,如图1所示。本研究以ArcGIS软件为例,重点介绍使用GIS数据快速制作不同风格多版电子专题地图的关键技术,即GIS数据结构设计和地图制图。其他步骤与已有研究大致相同[1],不再赘述。

图1 基于ArcGIS开展地图制图的主要流程

1.1 GIS数据结构设计

电子地图的核心是地图数据。为了使GIS数据满足地图制图的要求,须在GIS数据设计阶段就要对GIS数据进行合理的结构设计,主要包括要素几何类型设计、属性结构设计和要素分层设计等方面。

1.1.1要素几何类型设计

GIS数据分为点、线、面三种几何类型。为了满足地图显示表达效果,在制图时需要对部分要素进行针对性的处理。如桥梁要素在数据库中一般是以线状要素存在,桥梁应该是在河流或者道路现状要素的上面,但是在符号化时经常会出现桥梁与河流或者道路相交的错误情况。为了满足制图要求,在数据库设计时,尤其在大比例尺数据库中,既要保留桥梁的两边边线,还要添加一个桥面要素,以保证地图制图显示效果的合理性。

1.1.2属性项设计

在地图制图中为了辨识某些地物的属性,可采用注记来标记地物的特点,如地铁站的不同出入口可以用A、B、C、D等字样进行标注。这些注记通常是通过添加要素的属性项来实现的,因此在数据结构设计时就要合理地设计要素的属性项。

1.1.3要素分层设计

GIS数据包括水系、交通、居民地、行政区划、植被、管线和地貌等多种地理要素,每种要素又可进一步分为点状、线状和面状三种几何形状。为了方便数据的管理和应用,可按照要素类别和几何类型进行合理的分层,避免制图时不同要素的压盖或遮挡。

1.2 地图制图

地图制图是将地理要素用指定的符号进行绘制并输出的过程。符号化过程如图2所示。

图2 符号化流程图

地图制图时不光要对要素进行符号化处理,还需要对相关地理要素进行标注,如河流名称、居民地名称等。文字标注需要对字体类型、大小、颜色、放置位置等进行设置,使地图表达层次清晰、直观、易读。

2 专题图制图关键技术

基于“天地图·北京”的数据标准和制图要求,本研究设计了不同风格的符号库,形成了多版的配图方案。关键技术包括适用于不同应用场景的地图服务类型构建、多种存储方式的制图符号系统构建、制图符号共享方式构建等。

2.1 适用于不同应用场景需求的地图服务类型构建

电子地图的使用场景大致包括常规用途、影像用途、规划用途和大屏建设展示等类型。为满足规划底图、大屏建设以及其他个性化场景的应用需求,参考主流地图风格,本研究制定了常规版、影像版、灰色版和极夜版等多种风格地图服务类型。

2.2 适用于多种存储方式的制图符号系统构建

将图层要素数据转换为制图表达,并存储在地理信息数据库中,能够实现服务端对图层数据的快速共享。例如建筑物的阴影的制图表达存储在属性表中后,可以方便不同版本专题地图对建筑物阴影的共享。这种存储在服务端的方式,改变了以前将符号化信息只存放客户端的存储和使用方式。

2.3 适用于不同场景风格的制图符号共享方式构建

交通、建筑物等重要骨架,水系、绿地的渲染规则以及兴趣点的标注进行个性化表达和共性共享,并以Mxd或.lir客户端文件的方式实现了符号系统的共享应用。对于同一套数据,通过创建不同应用目的的制图表达符号,就能应用在对应需求的地图中。如将灰色版专题图的灰色底色改为极夜底色,地图的整体风格就能从灰色版切换为极夜版。对于多套数据,通过直接替换原图层就能快速更新基础数据且保持原符号系统的共享应用。

3 “天地图·北京”专题地图制图案例

本文以北京市为研究区,基于上述流程和关键技术,获得了“天地图·北京”的常规版配图、影像版配图、灰色版配图和极夜版配图四种专题地图,如图3所示,审图号为京S(2021)019号,实现了不同场景地图的轻松切换和快速出图,可满足不同场景的应用需要。

(a)常规版配图 (b)影像版配图

4 GIS在地图制图中的优势

结合上述“天地图·北京”不同场景专题图的制作过程,对GIS在地图制图上的应用优势进行了总结,具体如下：

4.1 符号随属性变化动态显示

GIS地图制图能够实现图库一体,使符号随着要素属性的变化而实时动态变化。例如,在“天地图·北京”的交通符号的设计中,不同道路的等级属性主要通过道路的宽度和颜色进行表示。当修改了道路的等级属性后,数据库中的道路表达规则会根据道路的属性信息绘制出道路的显示效果。如某条道路从省道升级为国道,只要修改了这条道路的等级属性,便可将这条道路的颜色和宽度自动显示出国道的效果。

4.2 不同地图要素叠加分层快速处理

GIS软件对于图形信息的处理有分层编辑、分层管理和分层存放的功能。地图信息的叠加要根据图面所负载数据的详细度和要表达的主题内容来决定[12-13]。在“天地图·北京”影像地图中,常规版的设计和编辑可以运用ArcGIS图形信息的分层功能,将需要在影像中表达的共有城市地理地图进行提取,把图中的主要地理信息,如居民地、交通线、境界线、兴趣点等进行信息采集,借助分层功能进行图形数据分层,组合成新的专题数据,再叠加到影像中进行符号化,就形成了影像地图。

4.3 不同地理信息的共享交换

“天地图·北京”有一套完整的电子地图符号和注记说明和统一的数据融合技术要求。基于这些要求,结合ArcGIS对空间数据和属性数据的强大管理能力,形成了统一的数据规范、分类编码、交换格式、术语、文件格式和质量指标体系,实现了不同信息系统的互联互通,为信息共享和交换提供了支持[14-15]。

5 结束语

综上所述,在地图制图中,使用GIS数据实现制图表达,能够实现对地理信息数据的高效处理,极大地减少地图制图的工作量,提高地图制图的效率和质量。不过,ArcGIS不是专业的制图软件,虽然已具备一定的制图功能,但是在平面编辑设计方面还须进一步完善,如GIS数据经过制图表达后,会出现图形显示效果降低等问题。因此,在未来的地图制图过程中,应继续加强ArcGIS制图表达方面的相关研究,不断完善和开发ArcGIS的图文编辑功能,改进地理信息数据与平面可视化有机结合的实现方式,更好地提升地图制图效果和应用价值,以期促进地图制图技术更好更快发展。