电子地图自动化编制通用框架体系设计

翟静，魏巍，柳亚威

（山东正元航空遥感技术有限公司，济南 250101）

1 引言

随着地理信息技术的广泛应用，以及“两服务、两支撑”理念的提出，各个系统对电子地图的需求越来越多，对地图编制工作的精准化、专业化和编制速度提出了更高的要求。地图早已不再局限于一张表示地理位置的图纸。在数字孪生产业的催化下，地图承载的信息从传统测绘扩展到实时采集，传播的载体从纸张发展到交互式智能终端，再结合不同的业务和应用场景，为电子地图的发展带来了更多的可能性。

2 地图自动化编制应用分析

2.1 地图自动化编制技术现状

目前的地图自动编制系统多是基于Coreldraw、AutoCAD等开发，面向打印、出版的图形化编制技术，图形与属性关联性较弱，不能满足地理信息应用的需求。另一种是基于ArcGIS、SuperMap等软件开发，面向地理信息数据的地图自动编制技术，但限于前期数据集成度低、标准不统一的情况，功能限制较多，使用率较低。

2.2 地理信息数据现状

近年来，地理信息数据已完成了从基础线划数据到框架实体数据的转换[1]，解决了以往制图工作中由于图形、属性集成度低带来的困难。倾斜摄影、激光扫描和BIM技术的普及，实现了实景三维模型的快速采集和构建，将地理信息数据从二维带入了真三维时代，数据范围涵盖了从城市到结构的多个尺度。

2.3 地图自动化编制应用需求

地理信息数据的标准化生产、快速化更新以及软硬件技术的成熟，已为电子地图的自动化编制提供了充分的条件，广泛的应用场景又对其提出了更高的要求，比如，地图可根据不断变化的数据信息自动更新；同一数据实现多维度、多尺度、多风格的可视化展示；简单易交互、易维护等。

3 通用框架体系设计

3.1 设计原则

3.1.1 系统性

框架体系设计应从整体出发，以地图编制层设计为核心，向下包含数据输入设计，向上包含地图表现及发布交换设计，所有层级应在技术标准体系和数据安全保障体系下运行。

3.1.2 通用性

框架体系设计应适用于从城市到建筑内部的多尺度表达，适用于从二维到三维的多维度表达，适用于历史数据的多时序表达。作为数据表达的重要一环，其设计应基于上下层主流数据格式和标准体系，保证数据从采集到应用的流畅。

3.1.3 易用性

框架体系设计应满足自动化制图需求，借鉴人工电子地图编制经验，建立成熟的制图流程、规则和样式库，使其能够通过简单的操作，提取数据库内容，实现电子地图的智能化自动编制，并采用模块化组合的方式，满足不同应用场景的需求。

3.1.4 扩展性

框架体系设计应具备数据类型和标准体系的可扩展性，不仅要考虑各行业对电子地图的需求共性，满足当前使用需求，也要兼顾长远规划。可采用核心加扩展的方式，既能保证核心编制体系的稳定通用，又能兼容不同数据来源、标准和服务应用的扩展需求[2]。

3.2 通用框架体系

电子地图自动化编制通用框架体系，如图1所示。

图1 电子地图自动化编制通用框架体系

3.2.1 数据输入层

地理信息数据是一种带有信息的可视化载体，根据其携带信息的方式可以分为抽象型和具象型两大种类。抽象型数据载体多为简单矢量形式，信息由人为赋予并以属性字段方式存储于内部，这类数据体量小、可视化方式灵活，便于程序处理。具象型数据载体多为栅格、模型、点云等复杂数据形式，信息为自动化采集并直接表现在载体表面，这类数据体量大、可视化方式较为固定，一般直接作为底图使用。

对于抽象型地理信息数据使用实体数据建库技术对其进行融合处理，将DLG数据、地名地址数据、规划设计数据、资源普查数据、BIM数据、地质体数据等，转换为实体数据库，以点、线、面、体等简单几何形式承载实体对象的属性信息。对于具象型地理信息数据配置元数据，并使用缓存技术直接加载。

3.2.2 地图编制层

地图编制层作为整个通用框架体系的核心，同时起到了承上启下的纽带作用。地图编制层主要分为两大部分：地图数据库和地图文档。地图数据库通过对抽象型地理信息数据属性的扩展，使其具备分级、符号化的必要属性。地图文档则通过对数据信息的表达和组织，为地图表现层提供了不同类型的可视化模块。两者之间采用分离存储的模式，通过扩展字段建立关联，数据的变化将通过扩展字段传递给地图文档，而地图文档的表现形式可以自由设置且不会影响到数据库本身，满足了地图编制自动化、多样化的需求。

1）地图数据库。地图数据库在实体数据库基础上自动添加并计算扩展字段，如显示层级、显示符号等。显示层级根据实体数据的分类代码、重要程度、面积、长度等信息自动计算。显示符号可分为二维符号和三维符号两个字段，根据分类代码等信息自动计算。

2）地图文档。地图文档以文档设置、坐标系统、符号库、显示层级组、要素图层以及底图场景六大模块组成核心框架，可基于同一套数据库派生出多种风格的地图文档。文档设置模块定义了每个地图文档的关联数据库、关联符号库、范围、元数据、缩略图、摄像机角度等地图整体参数。坐标系统定义了地图文档的坐标系统。符号库中包含二维、三维以及多种配色风格的符号库，由文档设置指定当前地图所选用的符号库。显示层级组规定了每组数据的可见比例尺或可见高度范围，以及每个级别中包含的要素图层及图层顺序等。要素图层定义了该层所使用的实体数据、数据的过滤显示条件以及符号匹配、注记显示等规则。底图及场景定义了所选用的具象型地理信息数据及其显示模式。

3.2.3 地图表现层

地图表现层根据实际的应用需求，对编制好的地图文档进行模块化组合，以承载现实世界中的更多信息。如在大数据分析应用中，使用暗色版二维、三维矢量地图叠加注记图，衬托实时分析的大数据可视化效果；在园区、厂区、楼宇管理中，使用实景三维场景和BIM数据叠加三维注记图的方式，实现对监管信息和工艺流程的精准化管理等。

3.2.4 交换输出层

交换数据层将组合后的地图数据发布为服务或导出为其他地图格式。为便于开发应用，发布时宜根据模块化的地图文档分开发布，所有数据都需要生成LOD（多细节层次）缓存。

3.2.5 标准规范和知识库体系

电子地图自动化编制通用框架体系的各个层级，均应在标准规范和制图知识库体系下进行，保障地图编制质量控制过程的科学、高效、合理。框架体系应集成符合国家标准、地方标准、行业标准的扩展型地图数据库和元数据以及服务方案等。

3.2.6 数据安全保障体系

用于地图编制的基础数据一般为保密数据，从数据输入到交换输出的过程必须有数据安全保障体系的支撑，以保障数据的安全和文档的版权。需要公开发布时，还应由专门的部门进行保密技术处理。

3.3 关键技术

1）在扩展字段阶段，最重要的是对显示层级、显示符号两个字段的自动计算和填写，尤其是对兴趣点的抽稀分层，可以根据制图经验总结的规则，通过机器学习[3]的方式，实现基于兴趣点名称、位置的自动化分层、分类功能。

2）在符号化配图阶段，建立符号库转换机制和智能化AI配图，实现同一地图文档不同样式风格的一键转换[4]。符号库中宜选用限制较少的简单图形或图像符号。

3）在缓存发布阶段，采用分布式计算方法和混合型存储格式[4]来提高LOD缓存的生产效率和显示效果[5]。

4 结语

本文就电子地图自动化编制问题对自动化编制的通用框架体系设计展开了论述，通过对现状分析和体系设计，制订了在GIS框架下的通用制图解决方案：依赖于成熟的数据建库技术，通过建立数据库与地图文档相对独立的松耦合模式，能够满足同一数据的多样性展示以及数据变化在地图上的自动更新，并使地理信息数据达到分析、制图两用的目的。目前，该框架体系的思想已在多个项目的电子地图编制工作中得到应用，能够满足使用需求，并取得了良好的社会经济效益。