張劍波，陳 松，張豐鵬，高艷芳

(1. 中國(guó)地質(zhì)大學(xué)信息工程學(xué)院，湖北 武漢 430074; 2. 中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院地球物理地球化學(xué)勘查研究所，河北 廊坊 065000)

一種基于版式關(guān)聯(lián)模型的地圖整飾方法

張劍波1，陳 松1，張豐鵬1，高艷芳2

(1. 中國(guó)地質(zhì)大學(xué)信息工程學(xué)院，湖北 武漢 430074; 2. 中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院地球物理地球化學(xué)勘查研究所，河北 廊坊 065000)

圍繞專題地圖的異質(zhì)同構(gòu)特點(diǎn)進(jìn)行了分析與探討，針對(duì)傳統(tǒng)地圖整飾方法所存在的問題，提出了一種基于版式關(guān)聯(lián)模型的地圖整飾方法。其主要思想是：在地圖模板模型的基礎(chǔ)上，提煉專題圖中輔助要素的共性和個(gè)性特征，參考面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)原則，構(gòu)建一套地理要素和輔助要素二次邏輯關(guān)聯(lián)的地圖整飾方法與流程，可以實(shí)現(xiàn)專題地圖的快速批量制作。實(shí)踐表明，該方法較傳統(tǒng)整飾方法更為重用和高效。

地圖整飾；異質(zhì)同構(gòu)地圖；版式關(guān)聯(lián)

信息化地圖制圖時(shí)代下，自動(dòng)化和高效率是基本要求[1]。在地圖制圖的成果圖件中，一般可以分為兩部分內(nèi)容：一是地圖中的實(shí)質(zhì)內(nèi)容，稱之為地理要素；二是對(duì)地圖中實(shí)質(zhì)內(nèi)容進(jìn)行說明、解釋或修飾的輔助內(nèi)容，稱之為輔助要素。地圖整飾(本文特指圖面配置)是為地理要素添加說明性輔助要素的過程。地圖整飾作為地圖制圖的一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)，其自動(dòng)化程度對(duì)專題圖件的批量制作效率具有重要影響。

在專題地圖制作過程中，經(jīng)常存在需要大量制作輔助要素布局框架(即要素類型及其位置布局)相同、而地理要素內(nèi)容和輔助要素內(nèi)容不同的多幅專題圖件的情形。以地球化學(xué)專題圖制作為例，輔助要素一般包括圖名、圖框、責(zé)任表、比例尺、制圖方法與分析質(zhì)量表等。在地球化學(xué)專題圖中，當(dāng)對(duì)同一勘查區(qū)域土壤采樣點(diǎn)數(shù)據(jù)中不同元素的含量進(jìn)行綜合分析時(shí)，需要制作多幅元素含量分布圖(如單元素異常圖等)。在這些元素含量分布成果圖件中，輔助要素的類型和位置布局相同，而地理要素和輔助要素的內(nèi)容卻各不相同，本文稱之為異質(zhì)同構(gòu)地圖，研究?jī)?nèi)容將圍繞如何高效制作異質(zhì)同構(gòu)地圖而展開。

1 問題分析

近年來，在我國(guó)信息化地圖制圖的背景下，在地圖整飾領(lǐng)域，主要圍繞在提高制圖效率、標(biāo)準(zhǔn)化和自動(dòng)化等方面展開研究。何學(xué)洲等[2]從基礎(chǔ)數(shù)據(jù)與制圖數(shù)據(jù)一體化的角度提出了地理信息元數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的地圖整飾方法，實(shí)現(xiàn)了輔助要素內(nèi)容自動(dòng)生成功能，有效提高了地圖制圖生產(chǎn)效率；孫建平和劉禹錫等[3-4]基于地圖整飾要素的數(shù)據(jù)庫(kù)管理思想，實(shí)現(xiàn)了地圖整飾要素的自動(dòng)化添加；楊德嚴(yán)和陳金磊等[5-6]著眼于地圖整飾的平臺(tái)無關(guān)化需求，分別設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了具備各自特點(diǎn)的地圖整飾模塊；趙振鋒等[7]則從減少人機(jī)交互的角度出發(fā)，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了地圖打印及批量打印功能；謝超和曹一冰等[8-9]研究地圖模板技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了地圖的快速高質(zhì)量制圖，提高了制圖效率。

上述研究雖然在提高效率和自動(dòng)化制圖等方面取得了一定進(jìn)展，但依舊存在以下問題：

(1) 異質(zhì)同構(gòu)地圖制圖效率不高。現(xiàn)有地圖整飾方法大多著眼于如何提高單一地圖的地圖整飾效率，忽略了異質(zhì)同構(gòu)地圖制作中可重用的輔助要素內(nèi)容。

(2) 地理要素被損毀概率較大。現(xiàn)有地圖整飾方法一般是在地理要素的基礎(chǔ)上，或是直接逐一地添加輔助要素(如圖1所示)，或是基于地圖模板間接地添加輔助要素(如圖2所示)。這類方法側(cè)重于對(duì)地理要素的直接修改，在添加輔助要素的過程中，一旦操作失誤，就會(huì)對(duì)原有地理要素造成不可逆的損毀，導(dǎo)致制圖人員重新開始，嚴(yán)重影響制圖的效率。

圖1 直接添加輔助要素的地圖整飾方法

(3) 要素布局自動(dòng)化程度較低?，F(xiàn)有地圖整飾方法中，無論是直接添加輔助要素方式還是編輯地圖模板方式，對(duì)輔助要素的位置布局大多采用“逐一添加并調(diào)整”的方式，未能實(shí)現(xiàn)“一次性”位置布局；并且在地圖模板模型的地圖套合操作中，如果地理要素與輔助要素存在重疊部分時(shí)(如圖3圓圈所示)，也不能實(shí)現(xiàn)要素之間的相對(duì)位置調(diào)整，自動(dòng)化程度較低。

圖2 基于地圖模板的地圖整飾方法

圖3 制圖方法表與色階部分重疊

為解決上述3個(gè)問題，本文提出了一種版式關(guān)聯(lián)模型，并以此模型為基礎(chǔ)設(shè)計(jì)了一套地圖整飾方法。該方法以地球化學(xué)專題圖的制作為例，從可行性、可靠性和高效性3個(gè)方面得以驗(yàn)證。

2 版式關(guān)聯(lián)模型

基于地圖模板模型進(jìn)行地圖整飾的一般步驟為：①構(gòu)建空的地圖模板框架，逐一添加輔助要素至地圖模板中，同時(shí)調(diào)整輔助要素的位置布局，輸入要素相關(guān)參數(shù)；②將創(chuàng)建的地圖模板直接添加進(jìn)地理要素中，形成最終的成果圖件。這種地圖整飾方法在實(shí)際應(yīng)用中存在如下問題：

(1) 地圖模板的重用率低。模板的設(shè)計(jì)未考慮專題圖制作的共性(同構(gòu))和個(gè)性(異質(zhì))。模板一旦添加輔助要素并持久化保存后，就與實(shí)際參數(shù)綁定起來，無法提供異質(zhì)同構(gòu)地圖的多次使用需求。

(2) 地圖模板與地理要素物理融合。成果圖件的完成是基于地理要素和地圖模板的物理套合。如果輔助要素范圍與地理要素范圍存在局部重疊，不能自動(dòng)調(diào)整兩者之間的相對(duì)位置，對(duì)地理要素?cái)?shù)據(jù)造成不可逆的損毀。

為了解決上述問題，本文對(duì)地圖模板模型進(jìn)行改進(jìn)，根據(jù)地理要素與輔助要素相互獨(dú)立的特征，提出了一種版式關(guān)聯(lián)模型(如圖4所示)。

圖4 版式關(guān)聯(lián)模型

該模型主要分3個(gè)層次：

(1) 物理層。各種輔助要素以對(duì)象形式進(jìn)行封裝、以空間數(shù)據(jù)文件形式存儲(chǔ)于磁盤介質(zhì)中，如比例尺對(duì)象由注記(數(shù)字比例尺)、線、面(線段比例尺)等空間要素組成。這樣的數(shù)據(jù)組織方式使得各種要素對(duì)象之間物理存儲(chǔ)上相互獨(dú)立，邏輯上又可相互組合，且與地理要素嚴(yán)格分離。

(2) 邏輯層。提供兩個(gè)層面的邏輯操作：一是各種輔助要素對(duì)象的邏輯組合，形成可重復(fù)使用的地圖版式(地圖上輔助要素的排列)；二是地理要素和地圖版式的邏輯關(guān)聯(lián)，形成可反復(fù)調(diào)整的成果圖件。

a. 邏輯組合：以圖框?qū)ο鬄橹行模罁?jù)國(guó)家圖廓地圖整飾樣式[8]對(duì)各種輔助要素進(jìn)行自動(dòng)化、一次性位置布局，并以對(duì)象引用的形式將它們組合到一起，形成一個(gè)可編輯的地圖版式文件。同時(shí)，版式數(shù)據(jù)庫(kù)記錄各個(gè)輔助要素的引用信息和相對(duì)于圖框的位置信息。

b. 邏輯關(guān)聯(lián)：地理要素與版式進(jìn)行邏輯關(guān)聯(lián)，關(guān)聯(lián)信息同樣保存在地圖版式文件中，以保證地理要素的獨(dú)立性。如果出現(xiàn)地理要素與輔助要素位置重疊的情形，則對(duì)涉及位置重疊的輔助要素，依據(jù)國(guó)家圖廓地圖整飾樣式[10]自動(dòng)調(diào)整其相對(duì)于圖框的距離，減輕制圖人員負(fù)擔(dān)。

(3) 可視化表達(dá)層。鑒于各種輔助要素是采用空間數(shù)據(jù)文件形式進(jìn)行物理保存，因此可以借助地理信息系統(tǒng)軟件，通過可視化渠道為版式關(guān)聯(lián)模型提供“所見即所得”的版式編輯手段，并引入檢錯(cuò)機(jī)制。檢查內(nèi)容包括：輔助要素內(nèi)容信息是否有誤、版式和地理要素所屬圖幅是否一致等目測(cè)可發(fā)現(xiàn)的錯(cuò)誤。

3 基于版式關(guān)聯(lián)模型的地圖整飾方案

為充分體現(xiàn)版式關(guān)聯(lián)模型中的存儲(chǔ)策略及關(guān)聯(lián)原則，本文構(gòu)建了一套基于版式關(guān)聯(lián)模型的地圖整飾方法框架，如圖5所示。

圖5 基于版式關(guān)聯(lián)模型的地圖整飾方法框架

3.1 數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)

在上述地圖整飾方法框架中，建立了兩個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)，分別對(duì)應(yīng)于輔助要素?cái)?shù)據(jù)庫(kù)和版式數(shù)據(jù)庫(kù)，見表1—表2。

表1 輔助要素信息

輔助要素?cái)?shù)據(jù)庫(kù)記錄輔助要素?cái)?shù)據(jù)文件的元數(shù)據(jù)信息，通過輔助要素編號(hào)和類型兩個(gè)字段，唯一確定某一特定輔助要素實(shí)例。其中，“輔助要素類型”包括圖名、圖框、密級(jí)、直方圖、比例尺、責(zé)任表、制圖方法與分析質(zhì)量，可根據(jù)專題圖需求進(jìn)行擴(kuò)充；“內(nèi)容參數(shù)”記錄輔助要素的空間組織參數(shù)(如圖名注記內(nèi)容、比例尺的數(shù)字和線段等圖形參數(shù)信息)；“布局參數(shù)”記錄輔助要素空間范圍的左上角和右下角坐標(biāo)；“引用文件”則記錄輔助要素對(duì)應(yīng)空間數(shù)據(jù)文件物理存儲(chǔ)路徑。

表2 版式信息

版式數(shù)據(jù)庫(kù)記錄地圖版式對(duì)各種輔助要素的引用信息。其中，“圖幅號(hào)”記錄該版式適用的圖幅范圍；“輔助要素編號(hào)集”記錄該版式引用輔助要素?cái)?shù)據(jù)庫(kù)中的輔助要素集，可以通過解析該字段在輔助要素?cái)?shù)據(jù)庫(kù)中獲取對(duì)應(yīng)的輔助要素對(duì)象信息；“引用版式”記錄該版式文件的物理存儲(chǔ)路徑。

3.2 基于版式關(guān)聯(lián)模型的地圖整飾方法

基于版式關(guān)聯(lián)模型的地圖整飾方法框架，本文總結(jié)出一種用于異質(zhì)同構(gòu)地圖的整飾方法，可用于專題地圖的批量制作，如圖6所示。

圖6 基于版式關(guān)聯(lián)模型的專題地圖整飾方法

圖6中通用版式和單版式是參考面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)原則中的泛化(Generalization)思想。通用版式是在分析和提煉專題圖制作共性特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，將某一確定圖幅(如國(guó)家基本比例尺地形圖分幅)下各種輔助要素的布局排列信息、同種要素對(duì)象的公有屬性進(jìn)行抽象而得，最大程度剝離異質(zhì)同構(gòu)地圖制作過程中與地理要素內(nèi)容無關(guān)的整飾信息(如比例尺、制圖人信息等)，達(dá)到最大程度的復(fù)用效果。而單版式是由通用版式繼承而來。地理要素在經(jīng)歷“通用版式應(yīng)用”的第一次邏輯關(guān)聯(lián)后，已經(jīng)初步形成滿足專題圖制作絕大部分要求的成果圖件。此時(shí)，還需要根據(jù)某個(gè)地理要素?cái)?shù)據(jù)特點(diǎn)，對(duì)通用版式進(jìn)行個(gè)性化定制，調(diào)整圍繞該地理要素的各種輔助要素空間位置，增加、刪除或編輯對(duì)應(yīng)輔助要素的私有屬性(如圖名、圖例等)，得到對(duì)應(yīng)的單版式。隨后地理要素在經(jīng)歷“單版式應(yīng)用”的第二次邏輯關(guān)聯(lián)后，最終得到滿足要求的成果圖件。

該地圖整飾方法主要包括如下5個(gè)步驟：

(1) 通用版式設(shè)計(jì)。為某一特定圖幅設(shè)計(jì)一個(gè)通用版式，以適用于該圖幅下的所有異質(zhì)同構(gòu)地圖。選取需要的輔助要素，輸入相關(guān)公共信息；同時(shí)依據(jù)國(guó)家圖廓地圖整飾樣式，對(duì)選中的多個(gè)輔助要素進(jìn)行自動(dòng)位置布局。

(2) 通用版式編輯。在可視化環(huán)境下，對(duì)通用版式進(jìn)行編輯，包括調(diào)整輔助要素位置、編輯輔助要素參數(shù)等。

(3) 通用版式應(yīng)用。針對(duì)待批量制作的多幅異質(zhì)同構(gòu)專題圖，在確定圖幅版式的情況下，通過創(chuàng)建副本(單版式)的方式，對(duì)適用于該圖幅的異質(zhì)同構(gòu)地理要素逐一關(guān)聯(lián)版式，同時(shí)進(jìn)行要素之間的自動(dòng)重疊檢測(cè)及位置調(diào)整。

(4) 單版式編輯。在可視化環(huán)境下，結(jié)合某個(gè)地理要素?cái)?shù)據(jù)特點(diǎn)，對(duì)單版式進(jìn)行編輯，包括增加特定的輔助要素、個(gè)性化定制輔助要素參數(shù)等，進(jìn)而得到符合地理要素特征的單版式。

(5) 單版式應(yīng)用。按照成果圖件的組織要求(如采用地圖工程的形式，對(duì)多個(gè)要素的空間數(shù)據(jù)文件進(jìn)行邏輯管理)，將地理要素和單版式中所有輔助要素進(jìn)行最終關(guān)聯(lián)，得到符合需求的一幅完整的成果圖件。

3.3 專題地圖制圖實(shí)例

為了驗(yàn)證本文提出的基于版式關(guān)聯(lián)模型的地圖整飾方法的有效性，選取河北某地1∶50 000土壤采樣點(diǎn)數(shù)據(jù)(采樣面積為460 km2、采樣密度為4個(gè)采樣點(diǎn)/km2，包含Si、Al、Ca、Fe等38種元素，共3194個(gè)離散點(diǎn))，批量制作該區(qū)域多種元素含量的地球化學(xué)圖。

圖7是該地所在圖幅的通用版式，包括圖名、圖框、密級(jí)、直方圖、比例尺、責(zé)任表和制圖方法與分析質(zhì)量等7種輔助要素。圖中左側(cè)為輔助要素的物理存儲(chǔ)布局，右側(cè)為可視化環(huán)境下的位置布局。

圖7 河北某地土壤采樣點(diǎn)地球化學(xué)專題圖的通用版式

圖8所示為經(jīng)過通用版式應(yīng)用后得到的Ag元素單版式和Ag元素地球化學(xué)圖(包含色階)。圖中右側(cè)為Ag元素地球化學(xué)圖及其關(guān)聯(lián)的單版式的可視化顯示，左側(cè)為經(jīng)過可視化驗(yàn)證并進(jìn)行單版式應(yīng)用操作后得到的完整地球化學(xué)圖件?？梢钥吹剑覉D中制圖方法與分析質(zhì)量(方框)的最終位置是根據(jù)地理要素中的色階位置向右微調(diào)而得，實(shí)現(xiàn)了要素之間布局調(diào)整的自動(dòng)化。

圖8 單版式應(yīng)用后得到的地球化學(xué)圖件

4 結(jié)束語

本文針對(duì)信息化時(shí)代高效、自動(dòng)化地圖制圖的需求和現(xiàn)有地圖整飾方法未能有效解決異質(zhì)同構(gòu)地圖批量制作的現(xiàn)狀，提出一種地圖版式關(guān)聯(lián)模型，并基于該模型設(shè)計(jì)了一套完整的地圖整飾方法。該方法已經(jīng)成功應(yīng)用于中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院地球物理地球化學(xué)勘查研究所與中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(武漢)聯(lián)合研發(fā)的“中大比例尺化探數(shù)據(jù)一體化處理”系統(tǒng)中。2015年底至今，該系統(tǒng)軟件正在全國(guó)地球化學(xué)勘探單位進(jìn)行推廣應(yīng)用。

如何減少地圖整飾過程中因創(chuàng)建多個(gè)版式及輔助要素副本而帶來的數(shù)據(jù)冗余，將是本文的后續(xù)研究方向。

[1] 王家耀. 關(guān)于信息時(shí)代地圖學(xué)的再思考[J]. 測(cè)繪科學(xué)技術(shù)學(xué)報(bào)，2013，30(4)：329-333.

[2] 何學(xué)洲，顧學(xué)明，景祥. 地理信息元數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的地圖整飾技術(shù)研究[J]. 測(cè)繪科學(xué)技術(shù)學(xué)報(bào)，2014,31(5)：543-546.

[3] 孫建平. 基于四叉樹理論的地圖整飾要素研究[D]. 北京：中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(北京)，2012:1-53.

[4] 劉禹鑫. 地圖整飾要素的數(shù)據(jù)庫(kù)管理與應(yīng)用[D]. 北京：中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(北京)，2013:1-67.

[5] 楊德嚴(yán)，趙俊三，李紅波，等. 地圖圖幅整飾自動(dòng)化技術(shù)[J]. 計(jì)算機(jī)工程，2011，37(22)：279-283.

[6] 陳金磊，王卓，鄭昊，等. 地圖整飾模塊的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J]. 計(jì)算機(jī)工程與設(shè)計(jì)，2012,33(9)：3641-3646.

[7] 趙振峰，羅志清，張曉曉. 基于ARCGIS Engine地圖整飾和打印智能化的研究[J]. 科學(xué)技術(shù)與工程，2011,11(16)：3765-3768.

[8] 謝超，陳毓芬，王英杰，等. 基于參數(shù)化模板技術(shù)的電子地圖設(shè)計(jì)[J]. 武漢大學(xué)學(xué)報(bào)(信息科學(xué)版)，2009,34(8)：956-960.

[9] 曹一冰，江南，張毅，等. 基于ARCGIS Engine地圖模板化輸出[J]. 測(cè)繪通報(bào)，2011(7)：60-63.

[10] 中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì). 國(guó)家基本比例尺地圖編繪規(guī)范 第1部分：1∶25000 1∶50000 1∶100000地形圖編繪規(guī)范：GB/T 12343.1—2008[S].北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2008.

A Method of Map Decoration Based on Template Associated Model

ZHANG Jianbo1，CHEN Song1，ZHANG Fengpeng1，GAO Yanfang2

(1. Faculty of Information Engineering, China University of Geosciences, Wuhan 430074, China; 2. Institute of Geophysical and Geochemical Exploration, Chinese Academy of Geological Sciences, Langfang 065000,China)

The heterogeneous isomorphism of the thematic maps is analyzed and discussed. Aiming at the problems existing in the traditional map decoration methods, a method of map decoration is proposed based on the template associated model. Its main idea is to extract the common and individual characteristics of the auxiliary elements in the thematic map based on the template associated model, and construct a method of map decoration which secondary-logically associated with the geographic elements and auxiliary elements according to the principles of object-oriented designation, achieving fast batch production of thematic map. It shows that the method is more reusable and more efficient compared with traditional methods when applied into practice.

map decoration; heterogeneous isomorphism map; template associated

張劍波，陳松，張豐鵬,等.一種基于版式關(guān)聯(lián)模型的地圖整飾方法[J].測(cè)繪通報(bào)，2017(2)：60-64.

10.13474/j.cnki.11-2246.2017.0049.

2016-04-06

國(guó)家自然科學(xué)基金(41001225；41501584)；中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查專項(xiàng)(12120113026700)

張劍波(1975—)，男，博士，副教授，主要研究方向?yàn)镚IS空間分析理論與應(yīng)用。E-mail：zjb_tigers@126.com

P28

A

0494-0911(2017)02-0060-05