基于基础地理信息的数字地图制图系统研究

摘要：数字地图制图是当前地图学研究的重点问题之一，也是融入现代数字技术，实现对国家基础地理信息系统的进一步改进和完善的有效途径之一。本文将结合国家基础地理信息系统，通过建立相应的图式符号库，以自动或半自动化方式来解决地图符号配置关系，从而初步实现数字环境下的普通地图的自动化制图目标。

关键词：数字地图制图；符号；要素关系；注记

中图分类号： K99 文献标识码： A

数字地图数据与基础地理信息系统的一致化问题是当前地理信息系统建设的关键问题之一，也是推动数字地图数字化进程的重要任务。在实现数字地图制图的数学模型中，不同地图制图平台对制图要素与地理信息要素的分类及代码独立性也不同，从而制约了数字地图平台间信息数据的交换与利用。为此，国家标准化组织颁布实施的“基础地理信息要素分类与代码标准GB/T 13923-2006 (以下简称国标码），以面向地理信息实体对象为原则，不是面向地图制图要素的，并不涵盖地图制图要素，不能满足地图制图的需要”[1]，为实现数字地图制图技术的发展提供了重要的参考标准。

随着信息技术特别是计算机技术在地图制图领域的应用，使得能够依托现有的基础地理信息数据库，采用数字化技术和自动化技术，来实现对地理环境信息的快速获取、转存、分析及利用，以满足现代各行业的应用需求。然而GIS信息系统在设计之初，主要侧重于空间数据的查询及分析等功能，忽视了地图制图功能，因此，利用现有的通用制图软件，也只能对一些通用的数据或图形进行处理，而且处理过程纷繁复杂，基于此，建立能够实现对基础地理信息系统中的空间数据进行自动转换为地图制图系统就显得尤为迫切和必要。

1 基于基础地理信息地图制图系统的总体模型及数据库结构

基础地理信息系统数据在转换为数字地图制图要素的过程中，需要全方位的探讨基础地理信息系统与数字制图之间的转换问题，既要满足地图制图规则要求，又要能够基于国家相关比例尺规则，从而为空间数据信息的转换提供必要的参考依据。其系统结构如下所示：

从其系统组成来看，重点是依托基础地理信息系统数据库来实现对主要数据的组织和管理。特别是系统后台对基础地理数据库的挖掘，既有地理空间信息，又有相关属性信息，在制图规则下实现对地理数据信息的符号化、要素关系注记和处理等一系列操作，并满足对相应地图数据的输出。

2 对数字地图制图系统的功能分述

数字地图制图系统根据基础地理信息系统数据特征，在制图规则的处理下来划分为空间数据、图形数据、符号关联数据及注记数据等四大类，并依托存储系统来是实现对相应符号和字体参数的转换与调整。

2.1 对基础地理信息的预处理

符号化处理是数字地图制图系统的首要任务，也是实现对基础地理信息数据库系统进行直接转换的前提，因此从系统设计上必须要从满足对普通地图的制图表达要求，除了利用独立的地图符号模块外，还需要对基础地理信息系统中的特殊要素如境界，水系等要素进行专门处理，对路网的交叉，河流的渐变等处理。也就是说，基于基础地理信息系统的数字地图制图系统，必须能够从系统数据的复杂关系的处理上来提取相应数据要素及属性，以满足对地图制图系统的设计需要。

2.2 对基础地理信息的符号化转换

符号化转换是制图系统的关键环节，结合现有地图符号库各相关比例尺地形符号的特征，对传统地图制图系统符合设计进行了优化，特别是对于非结构化地图符号的处理，增加了符号可变因子及参数，能够对地图制图表达式进行按需调整，如对道路虚线与实际道路相交、道路拐弯点的显示处理等问题。通过对符号库数据及符合配置规则的分析，统一了符合代码转换要求，并能够将基础地理信息系统中的符号，按照符号配置表中的序号与对应的符号代码建立关联，从而实现相应地图数据的有序转换。

2.3 优化数字制图的显示规则

从基础地理数据库中获得的空间数据，根据图层显示规则来进行分类存储，而在数据显示过程中，结合人的视觉层次感需要，能够从各图层要素的空间顺序上进行有效叠置，并满足制图系统对各图层名称及要素类型之间的自动调整和匹配。如在地理信息要素处理中，对于某一公路桥标示，当需要分析从道路与点状水系之间的重叠关系时，则可以将公路桥移动到点状水系的上一层，从而将公路桥作为一个独立的数据单元来进行处理，增强了数据集内各要素的显示灵活性。

在数字地图制图系统显示处理上，交通信息网是地图制图的重要内容，也是体现数据分层叠加、灵活显示的典型。因此，在对交通网进行自动绘制过程中，需要从公路层各要素的关系出发，正确处理公路网中各单线、双线、以及道路规格、属性等信息，这时就需要将道路信息进行符号化的过程中，通过设置不同的线型、颜色及宽度等参数，从而构成多样化公路层网络显示平面。另外，在对公路网进行绘制时，引入优先级技术，根据道路等级等属性特征，对各道路进行优先级绘制，如先绘制双层道路等级较低的底层，再绘制双层道路等级较高的底层，再绘制低等级的单线型道路，再绘制高等级的单线型道路，再绘制双层道路等级低的上层，最后再绘制双层道路等级高的上层，达到对不同等级、不同重要性道路及附属物之间的分层显示。

2.4对数字地图制图系统中河系结构的处理

在地图上表示河流时需要能够结合比例尺的大小来绘制出河流的形状、大小及水流状况，而河流较宽时，需要绘制水涯线符合来满足河岸线的要求。而在地图信息中，由于受到比例尺的影响，对于河流的绘制大多采用单线来表示，从而难以正确反映河流的自然现状，如主支流的划分、河流长度、宽度等信息。因此，在数字地图制图系统中，对河系实体及内在规律要求的分析，是建立在相应的河系知识规则模块基础上，并通过对地图信息的采集和转换，使其能够自动根据河系的特点及要求，以人机交互的方式来实现对河流水系的有效设置。

2.5 对数字地图制图系统中的要素关系的处理

在数字地图制图系统中，从系统设计之初所建立的各类要素关系处理模块，旨在有效解决数据转换过程中的各类要素之间的依附关系和冲突关系，从而实现对各要素关系的准确描述和转换。比如对某伏流河各出入口的相互依赖关系，对铁路站与铁路之间依附关系的处理等，都需要从点状符号及线条规则上进行转换，以满足系统中各要素关系的准确表示，如下图所示：

对于地图系统中点线面等多种要素冲突关系的处理，也是确保地图信息合理性和准确性的关键，如对于符号宽度的界定，对图示符号之间的真重叠与假冲突等，都需要从要素关系的自动检测和优化智能观来进行统一解决，以避免各类假冲突关系的发生。

2.6 对数字地图制图系统中居民地点的自动注记

注记是地图系统中的主要内容，若要实现对地图制图系统的自动注记，需要对注记点的形状、要素等进行自动配置，如注记字体、大小、字体颜色，以及标注方式和位置等。本系统在设计时对点注记使用传统8位置方式，以正右侧为最佳位置点，并可以通过微调处理来满足上下左右移动，缺省条件下为正右侧注记，并对注记进行栅格化处理。需要注意的是，注记处理不仅需要考虑注记之间的关系，还要分析注记与要素之间的关系，并在注记管理中避免关系冲突的发生。

2.7 对数字地图制图系统数据的输出

在系统数据输出设计上，结合当前常用的图像处理软件，主要以EMF格式进行输出，从而满足多数用户对相应地图数据的制版、打印输出需要。

3结语

基于基础地理信息的数字地图制图系统的设计，必须满足系统运行的稳定性及可行性要求，通过对本系统进行的全面测试来看，不仅能够获得高质量的成图效果，还能大大减少制图时间，提高成图效率。

参考文献：

[1] 王家耀,孙群,王光霞,等.地图学原理与方法[M].北京:科学出版社, 2006.

[2] 杨勇,李霖,王红,朱海红.基于国家基础地理信息数据的地图制图系统[J]. 武汉大学学报(信息科学版). 2008(03)