ArcGIS 在公路现状示意图制作中的应用

谷艳春，何 宽，王双美，李洪超，李茂娟

（黄河水利职业技术学院，河南 开封 475004）

0 引言

随着信息技术的快速发展、 信息源更新频率的加快和互联网的普及， 公路现状示意图也需要加速更新迭代。传统制图方式是依靠手工绘制图纸，需要消耗大量人力、 物力和时间等资源， 导致制图效率低，图纸更新周期过长，时效性差，且空间数据和属性数据分离［1］。 事实证明，传统制图方式不利于公路信息的管理和更新，以及公路示意图的高效制作。

GIS 软件具有数据处理效率高、 维护数据一致性强、制图便捷等优势，已在诸多行业应用中得到广泛认可。 ArcGIS 作为世界上使用最广泛的 GIS 软件，其桌面端产品提供了数据编辑和存储、地图制图和空间分析等多种灵活、强大的制图功能［2］。 利用ArcGIS 实现公路数据管理和现状示意图的编制和输出，能够多层次分析处理各种属性参数、全面直观地显示公路资源数据、 提高图件编制的自动化程度和制图速度， 很大程度上提高了制图的准确性和便捷性，还可以与可视化需求相匹配，提升公路数字化生产水平。因此，采用ArcGIS 快速制图技术，不仅可以保证空间数据和属性数据的对应关系， 提高制图效率以及制图精度，还可以最大限度地解放人力，降低成本，有效缩短图纸更新周期，保证制图成果的时效性。 笔者基于已有的交通数据和各地市每年提供的变更数据，应用ArcGIS 的制图功能，构建基础地理数据的更新机制， 将基础地理数据的现势性提高到数月之内， 以此来解决公路现状示意图基础地理数据的更新及补充等问题。

1 ArcGIS 的优势及制图流程

1.1 ArcGIS 的功能

ArcGIS 软件可以完成地理数据信息的生成、管理、编辑、转换、分析、处理、表达及制图等多项任务，在自然资源管理、自动制图、城市和区域规划、测绘、地质勘察等领域中发挥着重要作用［3］。 ArcGIS 快速制图技术与传统制图方式的区别为：（1）传统制图方式缺乏数据支撑，而ArcGIS 快速制图技术以现有的地理数据信息为基础， 因此，ArcGIS 制图效率要明显高于传统制图方式。（2）传统制图工具可以对地图图元进行修改，但是费时费力，导致地图生产过程较长，地图更新周期也较长，而ArcGIS 只需要关注符号化规则以及数据规范即可完成地图绘制， 生产过程明显缩短，地图更新周期较短，时效性强。（3）传统制图方式多以手工绘制为主， 地图精度受人为因素的影响较大，而ArcGIS 通过符号库技术、智能化制图表达以及标注等手段， 可以显著提升地图的可读性，能确保地图的精度［3－4］。

1.2 制图流程

综合交通一张图公路现状示意图制作过程主要涉及以下几个环节：（1）数据收集与整理。 根据综合交通一张图公路现状示意图制图需求， 收集相关数据，如国省干线、隧道、桥梁、行政点、行政边界等矢量数据。因部分数据是由各地级市交通局呈报的，会出现统计信息不详细、 格式与制图需求不一致、错误、遗漏等问题，所以对于收集到的数据，还需进行属性、 空间形状或位置逐一查验。 对于有问题的数据， 根据留存的规划数据和各地市交通局提供的现状数据，进行完善或修正。（2）符号和注记设计。根据制图规范和实际应用需求， 设计制图所需的符号和注记图形样式，并修改不合适的样式。（3）层级设计、符号和注记编辑。根据制图需求，调整制图数据叠放次序，设计符号和注记大小与显示比例，并对其进行字体优化、增删、挪动等编辑操作。 （4）建立制图模板。 设定地图幅面、比例尺大小、图名、图例、图框等地图要素，作为地图模板。 ArcGIS 制图法绘制综合交通一张图公路现状示意图的流程如图1 所示。

图1 ArcGIS 制图法绘制综合交通一张图公路现状示意图的流程图Fig.1 Flowchart of highway current situation by ArcGIS cartography of a comprehensive transportation map

2 制图准备

2.1 属性数据管理

属性数据的信息用于描述空间数据的相关特性，以属性表方式存储，用于空间数据的查询、分析和显示。 在ArcGIS 中，属性表中的列被称为字段，每个字段均可储存特定类型的数据，例如数字、日期或文本段。因此，字段构成了地图或独立表中任何给定图层的属性信息。 字段计算是实现空间数据属性快速处理的重要手段， 可以对选定的部分矢量要素或所有矢量要素进行简单或高级属性操作和计算。通过字段计算修改要素属性的方法有通过键盘输入相关数值和通过Python 或VBScript 脚本代码来处理2 种。 键盘输入法需灵活运用属性字段计算工具，脚本代码法可成倍提高作业效率。 ArcMap 的字段计算工具有3 种调用方式：（1）在ArcMap 视图中载入需要处理的矢量数据， 在要素编辑模式下进行操作；（2） 通过ArcToolbox 地理处理工具操作；（3）通过Python 脚本来实现［5］。

通过字段计算器直接输入属性表达式的方式可以对公路空间数据进行属性处理（包括简单几何属性处理和非几何属性处理）。简单几何属性处理可以通过字段计算工具实现， 如对公路空间数据长度进行操作； 非几何属性处理主要指属性字段的增删操作。向公路空间数据属性表中增加属性字段时，必须明确字段的属性和数据类型，如精度或长度。数据类型的选择和相关设置会直接影响存储和显示， 并对后台数据库的精度和效率有重要影响。 若对公路空间数据进行裁切、合并、融合等操作，不同空间数据之间的属性会分离、合并、关联等。

属性数据处理是制作综合交通一张图公路现状示意图过程中的重要步骤，是完成快速制图的核心。通过属性表自带的字段计算工具，结合Python 脚本语言对空间数据的几何属性和非几何属性进行操作与处理， 可以提高公路空间数据属性处理的工作效率［5］。 同时，通过ArcGIS 关联功能进行空间数据与属性值连接， 可以实现空间数据随属性值更新而实时更新。 综合交通一张图公路现状示意图数据要素的必备属性值如表1 所示。

表1 综合交通一张图公路现状示意图数据要素必备属性值表Tab.1 Essential attribute values for data elements of highway current situation of a comprehensive transportation map

2.2 数据层设计

在数据层设计上， 根据综合交通一张图公路现状示意图的数据要素， 将交通所涉及的空间数据分为点、线、面3 个类别。其中，点数据主要包括省级政府、市级政府、县／区级政府、乡镇／街道级政府、村落、服务区、互通点、机场、火车站、港航局、港口、码头、桥梁、隧道等；线数据主要包括高速公路、普通国省干线、县道、乡道、村道、行政区分界线等；面数据主要包括河流、湖泊、水库、锚地、回旋水域、省市县行政区等。

在综合交通一张图公路现状示意图制作过程中，为了确保构图层次清晰，需要进行数据筛选、图层叠放次序设置和构图要素冲突协调等综合处理，如将点图层（如行政点、服务区）放置到最上层，线图层（如公路）次之，面图层（如河流、湖泊、行政区）放在最下层；在同类要素图层间，按重要性等级排列，最重要的图层放在最上层。 这样就可以实现全面准确地表达数据要素内容，达到传递公路信息的效果。

3 制图过程

3.1 建立符号和注记库

采用地图符号表达空间数据的基本信息， 可使空间数据更加形象化和具有可读性。 地图符号是由形状不同、 大小不一、 色彩有别的图形或文字组成的，能够形象地传递地理事物的空间位置、形状、数量、 各事物之间的相互联系及区域总体特征等方面的信息［6］。 因此，建立符号和注记库是完成ArcGIS快速制图的重要基础， 也是创建美观完整综合交通一张图公路现状示意图的重要基础。

在ArcGIS 软件中，现有的公路符号较少，不能满足同类数据分级展示的需求。因此，需要利用符号管理器建立点、线以及面等多种符号和注记。ArcGIS软件具有符号自定义功能，支持基于图片、字体和多种组合等方式制作符号。符号设计统计如表2 所示。

表2 符号设计统计表Tab.2 Statistics of symbol design

标注是综合交通一张图公路现状示意图的重要组成部分， 它以动态或独立文本等形式标示地图中的各种要素。 ArcGIS 的地图标注模块对标注的内容、方式、字体式样、大小、方向和颜色等均可做参数化设置［2，7］。 根据国家标准和综合交通一张图公路现状示意图的应用需要，对地图标注进行定制化设定，如表3 所示。

表3 注记设计统计表Tab.3 Statistics of annotation design

ArcGIS 能够将各种符号和注记组合到一起进行存储、管理和共享，保证所展示的空间数据的准确性，实现同一专题图的要素具有一致性。 ArcGIS 提供了交互式符号设计系统，具有符号和注记自动匹配的功能，在图层管理中，指定好不同数据使用的符号或注记，可在数据视图中实现整体更换。 ArcGIS 系统这一功能极为适合进行快速、批量制图，仅需要制定数据采集的标准、符号化和注记规则，即可实现符号和注记与图层要素的自动匹配，显著提升制图效率。

3.2 着色与筛选

公路示意图的着色是在国家标准基础上， 再根据具体需求或业主特定要求， 进行整幅图色彩的均衡与协调。

在经济发达地区，点数据较密集。 因此，在制图过程中，必须对构图数据进行筛选和取舍，去掉干扰和冗余要素， 使得数据要素内容直观突出。 ArcGIS软件提供了SQL 语句， 方便对构图数据进行筛选，使得综合交通一张图公路现状示意图的内容更加聚焦，表达更加直观。 同时，ArcGIS 软件提供了完备的冲突协调避让功能， 对于综合交通一张图公路现状示意图中标注、符号、图形等构图要素间的冲突，通过设置各类数据要素的避让策略和权重值， 可以有效协调解决， 从而使示意图中各数据要素间的冲突得以消除。

3.3 建立制图模板

为保证综合交通一张图公路现状示意图表达的内容具有完整性、协调美观、清晰易读的效果，需要对制图纸张大小、地图比例尺、图例、指北针等出图要素进行设置。 ArcGIS 中多种样式的地图模板，可以实现快速便捷地完成地图幅面设置。 如设置纸张大小和布局方向， 调整数据框， 使数据要素充满页面，且适当留白，使制图整体美观效果达到最佳等。

设计好的制图模板，可以存储和共享，其他专题图可直接使用该制图模板，只需替换空间数据即可。所以，可以达到省时省力的效果，提高制图速度，且保证成图效果的一致性和整体美观性。

4 结语

以公路和公路基础设施为主要要素的综合交通一张图公路现状示意图具有直观、使用方便等特点。传统手工制图方式不仅费时费力， 成果也不便于保存，且数据一旦发生变化，只能重新编绘，难以实现快速更新。 采用ArcGIS 制作公路示意图，可以提升综合交通一张图建设水平， 提高制图自动化程度和速度，提高制图的准确性和便捷性，实现同一专题图的要素表现一致性和整体美观性， 保证空间数据和制图成果时效性。