快速制图服务系统在三调成果图集编制中的应用

甘 雨

(江苏省基础地理信息中心,江苏 南京 210013)

0 引言

第三次国土调查是一项重大的国情国力调查,旨在细化和完善国土资源管理精准化水平和社会经济可持续发展的需要。通过调查,进一步完善土地利用基础数据,掌握准确、翔实的国土利用现状和专项成果情况[1]。第三次国土调查成果图集是以三调成果为基础编制的,全面反映土地利用现状,为各级政府、部门贯彻落实方针政策和决策部署提供重要的科学依据。然而,三调成果数据中各图斑仅有类型信息而没有属性信息,仅根据该成果数据无法成图。因此,本文根据三调图集编制的实际需要,提出一种基于快速制图服务系统的三调图集编制方法,对三调成果进行分析、整理,从江苏省快速制图数据库中提取相应的地理要素,最终两个过程文件在快速成图子系统中进行叠加和镶嵌等处理,在提高制图效率的同时保证制图表达的科学性和准确性,为当前的地图制图工作提供参考。

1 三调成果数据分析

三调成果数据中各图斑数据仅有类型信息没有属性信息,如河流水面没有河名信息,交通运输用地没有道路编号名称等相关信息,居民地仅有权属范围没有驻地信息,仅根据该成果数据是无法成图。为了丰富图面信息,保证图面效果,针对三调数据属性信息不全的问题,需要采用权威的道路、水系、居民地等属性数据来补充图面信息。

快速制图服务系统涵盖基于制图表达知识规则的地图数据库、地图编制半自动化等技术,可以为三调图集编制提供重要的数据来源。根据三调技术规程建立相应的知识规则,在快速制图软件中完成对各地理要素的综合选取并镶嵌图斑数据,然后进行图面冲突处理,配置图名、比例尺等整饰要素后成图。

2 快速制图服务系统

2.1 快速成图子系统

作为快速制图服务系统的子系统,快速成图子系统基于已有的制图经验,将不同尺度要素表达的内容、规范进行整理,围绕知识规则驱动快速制图的核心理念,设计相应的各类方案,包括符号化方案、注记方案、配色方案、图外整饰方案等,并制作不同风格的配图模板(符号化规则)、注记规则表和制图版式,针对要素选取、曲线化简、注记编辑、线状要素编辑等工艺相关的专家经验值进行梳理总结[2],建立制图专家知识规则库,实现地图要素的快速符号化、半自动化编辑和地图整饰输出,满足地图快速制作和输出需求。

快速成图子系统主要有基础功能、数据源、地图处理、注记处理、图面编辑、工具箱与地图整饰等功能模块,如图1所示。

图1 快速成图子系统主要功能模块

快速成图子系统依托具有现势性的多尺度地图数据库,采用地图数据加制图规则的模式,从传统制图工艺中总结专家经验,制定了常用比例尺的出图规则,制作了多种用途的符号模板,并提供交互式模板,可自主设定参数,采用了基于地理实体的自然河选取等级快速赋值、水系、交通要素选取等级连通性检查等新技术,实现全省多尺度、多类型地图的全域或局部快速生产,能够满足三调图集居民地、道路、水系等地理要素的提取和缩编要求。

2.2 基于三调知识的制图表达规则

通过建立的三调知识规则,在快速制图软件中快速完成对各地理要素的综合选取及避让,以减少人工工作量。

2.2.1 地名点综合选取模型及表达规则

散列的地名点、成群分布的山峰等都是地图中群点目标的实例[3]。从群点分布特征的研究出发,参照生物群体的“适者生存”进化思想,利用Voronoi图对群点的空间分布特征进行描述,分别针对边界点、内部点的化简提出选取模型,并结合开方根模型计算不同比例尺下的选取数量,基于知识规则驱动,继而获得特定比例尺下要素目标的选取结果,保持点目标分布的覆盖范围及相对疏密关系,如图2所示。

图2 保持空间分布特征的地名点选取

2.2.2 水系、道路综合选取模型及表达规则

与点要素的综合选取相比,网状要素的综合选取过程要复杂得多。地图表达上呈网状的要素目标类型主要包括以道路要素为代表的人工构筑物、以河流为代表的自然地物。综合考虑要素目标的各项特征,包括属性等级、长度形状、拓扑连通性以及空间分布密度,本文提出一种顾及Stroke特征的网状要素综合选取模型。将描述要素目标完整地理意义的stroke特征引入选取过程,按照属性等级、连通性、长度的优先级顺序评价单个Stroke的重要性,通过约束条件来区分Stroke类型为保留型、删除型与约束型,对于约束型Stroke结合邻近关系约束条件实施进一步删除策略。采用依次删除探测的方法保留部分弧段以保证水系、道路的连通性,同时将保留的弧段动态地归并到周围Stroke中并更新相应信息,在保证连通性的同时兼顾了要素目标的重要性和区域分布的密度差异[4],如图3所示。

图3 水系、道路删除时顾及连通性

2.2.3 面向不同地理要素的冲突关系处理规则

本文基于0.2 mm的要素间隔指标建立要素冲突检测与处理规则库,并提出一种基于缓冲区分析的线面要素、面面要素避让关系快速处理方法,基于线或面轮廓边线作双侧缓冲区,对临近面要素进行擦除处理。同时,构建不同要素之间的协同空间关系,提出了一种基于协同移位算法的点目标、线目标的冲突检测和快速处理方法,保证两者之间的空间关系协调。在专家经验和制图表达规则的基础上,构建符号移位规则库,作为冲突检测和处理的依据。利用约束Delaunay三角网建立不同要素之间的协同关系,并识别冲突区域。借助Stroke模型构建要素群分布模式形态,作为特殊形态要素移位的约束条件。综合考虑要素上下文环境和制图知识规则,建立了满足生产需求的冲突检测和处理模型,完成多尺度数据库中点目标、线目标符号冲突处理任务。

2.3 不同比例尺下要素快速选取

为实现不同比例尺下各要素的快速选取,利用多尺度快速制图数据库中HYDL层属性项“GRADE2”(记录水系要素选取等级),保证去除部分等级低的水系后,即可用于某些较小比例尺的水系的快速制图,如在1∶5万数据中去掉8级水系即可用于1∶7万比例尺下的快速制图,也可快速实现主区、邻区要素密度对比效果。利用多尺度快速制图数据库中LRDL层属性项“GRADE2”(记录道路要素选取等级),确保去掉部分等级低的道路时,其他高等级道路能够形成闭合网,保证路网的连通性和完整性。利用多尺度快速制图数据库中AGNP层中的属性项“PRIORITY”(记录点状居民地的优先级),辅助不同比例尺下地名点的密度筛选。利用快速成图子系统中的要素选取工具,根据每幅图的制图需求,对图上各类要素的显示等级做相应调整,保证主、邻区水网、路网的构网情况良好且地名点密度合理。

3 基于快速制图数据库的三调图集制图表达

3.1 图斑缩编

三调各调查单元的地类图斑数量最大达47万个,最小在2万到3万个之间。为了能够清晰、真实地反映地理对象的分布特征,也为了方便读图,需要对三调原始数据进行缩编处理,包括缩放、图形选取、综合及处理图上各要素之间的关系。根据缩编技术指标,将地类图斑缩编至不同比例尺后,数据中以面状符号表示的交通运输用地、水域和水系设施用地等线状图斑,会出现因不足选取指标而被舍去,造成图面不合理、不连贯。通过面向地类图斑的自动化与定制化处理,逐步完成传统人工制图综合知识与经验向计算机执行的转换,采用计算机加人工校核的方式,在兼顾语义与拓扑关系的基础上,侧重复杂图斑的分裂、融合与迭代合并,包括海量图斑自适应平衡分块与边界修正、海量分块图斑并进行综合。

3.2 地理要素提取与处理

在快速制图服务系统中,根据三调各个调查单元的范围文件,设定好图廓尺寸,通过套框法计算比例尺,将每个调查单元的水系、道路、地名点、境界等地理要素从数据库中提取出来,并设置相应的空间参考。首先,从快速制图数据库中提取道路、水系、行政区划等地理要素,并利用快速制图服务系统要素选取功能进行综合化简。然后,根据三调内容的分类图式、图例、色标而设计完成的三调图集的符号模板,通过快速成图子系统的制图功能,对选取之后的地理要素符号化。再次,通过快速制图服务系统的注记生成功能,生成相关注记。最后,对图面进行处理,比如水系要素需要进行水系渐变等,道路要素需要进行道路关系处理等。

3.3 要素镶嵌与整饰输出

将经过处理后的图斑数据、地理要素数据在快速成图子系统中进行镶嵌处理,它不仅仅是要素的简单叠加,还要处理图面冲突,既要兼顾整体效果,同时也要考虑特殊图斑综合的需求。地类图斑经过缩编之后,由于一片区域的选取指标相同,可能会导致某些局部区域的某类地物过少。从图面平衡效果考虑,对该类地物进行相应的补充。地类图斑和地理要素叠加、镶嵌之后,还要进行相应的人工调整,如人工检查、校核、处理地类图斑的边线等,其中地理要素与地类图斑的冲突关系处理尤为重要,例如水域用地与单线水系关系的处理、交通用地与道路线关系的处理、水域用地和交通用地图斑剖分融合等。

通过快速制图服务系统提供的整饰输出功能,进行地图整饰,包括图例、比例尺、指北针生成、图名添加、统计表格生成等,最终以PDF 格式输出。

4 结语

传统制图工序烦琐,耗时严重。快速制图服务系统最大限度地利用计算机技术研发核心功能模块,实现地图要素的半自动化编辑、快速符号化和地图整饰配置,可以快速完成不同比例尺专题图制作和输出。本文通对三调成果数据进行处理,获取地类图斑,同时通过江苏省快速制图服务系统从快速制图数据库中提取相应的地理要素,最终在快速成图子系统中进行叠加和镶嵌等处理,配置图名、比例尺等整饰要素,形成各个调查单元的成果图。该方法通过建立三调知识规则,在快速制图软件中快速地完成了对各地理要素的综合选取及注记避让,减少了人机交互的工作量,大幅提高专题图生产效率的同时保证了地图的科学性和实用性。