戴新春,李偉蘭,吁萍
(南昌市城市規(guī)劃設(shè)計(jì)研究總院,江西 南昌 330038)
測(cè)繪地理信息提供的數(shù)據(jù)對(duì)于國(guó)家經(jīng)濟(jì)建設(shè)、國(guó)防建設(shè)和社會(huì)發(fā)展都具有指導(dǎo)性作用,不同行業(yè)對(duì)地理信息的使用范疇和突出重點(diǎn)不同,地圖作為地理信息可視化的一種方式能夠滿足各行各業(yè)的需要?;ヂ?lián)網(wǎng)+測(cè)繪的全新模式使得地圖制圖方式出現(xiàn)了新的變革。借助互聯(lián)網(wǎng)渠道實(shí)現(xiàn)的電子地圖服務(wù)由于可以符合社會(huì)公眾對(duì)地理信息服務(wù)公開(kāi)化、便捷化的新要求,越來(lái)越被大眾接受。
“天地圖”由國(guó)家測(cè)繪地理信息局主導(dǎo),是一項(xiàng)國(guó)家測(cè)繪專業(yè)部門與企業(yè)等聯(lián)合開(kāi)發(fā)的互聯(lián)網(wǎng)地理信息服務(wù),目的在于合理地共享和高效利用地理信息資源以滿足國(guó)家信息化建設(shè)的需要[1]。南昌市作為政治與文化中心,其地理數(shù)據(jù)的有效組織與管理以及合理的、可交互的數(shù)據(jù)操作方式可以更有效地提高地理信息的使用率。2016年,南昌市城區(qū) 300 km218、19、20級(jí)電子地圖的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn),及其電子地圖成果瓦片數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)了與網(wǎng)絡(luò)“天地圖·江西”無(wú)縫對(duì)接,更進(jìn)一步為南昌市綜合治理辦公室提供了詳細(xì)的地圖數(shù)據(jù)服務(wù)。文章將從總體設(shè)計(jì)、詳細(xì)設(shè)計(jì)以及具體制作過(guò)程三個(gè)方面介紹南昌市電子地圖服務(wù)的實(shí)現(xiàn)內(nèi)容,及涉及的技術(shù)難點(diǎn)和解決方案。
地圖作為對(duì)空間信息和環(huán)境的圖形表達(dá)方式[2],重點(diǎn)在于利用形象清晰的符號(hào)描述地理信息,因此總體設(shè)計(jì)要考慮圖上內(nèi)容的各個(gè)方面。電子地圖雖然在表現(xiàn)方式和表達(dá)載體上與傳統(tǒng)紙質(zhì)地圖不同,卻仍然保留了傳統(tǒng)地圖中內(nèi)容、符號(hào)和顏色的設(shè)計(jì)。除此之外,根據(jù)電子地圖服務(wù)獨(dú)有的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)方式和表達(dá)方法,添加了電子地圖數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)與電子地圖服務(wù)設(shè)計(jì)的內(nèi)容。
數(shù)據(jù)是電子地圖滿足用戶各種需求的核心,合理的數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)方案能夠保證地理信息的完整性和豐富度。數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)包含內(nèi)容設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)兩個(gè)方面,分別對(duì)電子地圖中所需要的地理要素的存儲(chǔ)格式和存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)進(jìn)行規(guī)范。
電子地圖數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)容設(shè)計(jì):構(gòu)成電子地圖的地理要素包含矢量數(shù)據(jù)和POI數(shù)據(jù)兩方面,并且根據(jù)實(shí)際應(yīng)用需要對(duì)其進(jìn)行選擇、分類、分級(jí)和編碼。
數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì):首先選取一種合適的數(shù)據(jù)庫(kù)格式,常用的關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)如Oracle等,由于不適用于電子地圖數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)數(shù)據(jù)的組織和調(diào)用方式,選擇文件數(shù)據(jù)庫(kù)格式(*.gdb)對(duì)多種地理要素進(jìn)行存儲(chǔ);然后考慮地理要素的屬性存儲(chǔ)方式,即屬性數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。不同要素的屬性結(jié)構(gòu)及屬性內(nèi)容均存在差異,例如:道路中心線名稱、河流結(jié)構(gòu)線名稱、房屋樓層結(jié)構(gòu)、POI屬性等,除了基本的名稱和空間信息,各自根據(jù)需求還要添加屬性字段。
符號(hào)和色彩在很大程度上影響著地圖可視化的效果,設(shè)計(jì)時(shí)主要考慮地圖符號(hào)和色彩設(shè)計(jì)兩個(gè)方面,并基于ArcMap 10.2對(duì)電子地圖進(jìn)行配圖操作。
電子地圖服務(wù)設(shè)計(jì)包括對(duì)電子地圖內(nèi)容中的部分敏感信息進(jìn)行脫密處理;瓦片數(shù)據(jù)分級(jí)比例尺設(shè)計(jì)及瓦片地圖生成以及最終電子地圖服務(wù)的發(fā)布。
電子地圖的內(nèi)容主要包括:基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)和POI數(shù)據(jù)。合理的分類體系有助于數(shù)據(jù)組織和數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),可以快速地將不同數(shù)據(jù)源的內(nèi)容進(jìn)行整理和歸納,根據(jù)地圖使用需求和比例尺級(jí)別決定圖面數(shù)據(jù)的豐富度。依據(jù)《地理信息公共服務(wù)平臺(tái)電子數(shù)據(jù)規(guī)范》(CH/T9011-2011)和江西省地方標(biāo)準(zhǔn)《電子地圖數(shù)據(jù)分級(jí)與表達(dá)規(guī)范》(DB36/T746-2013)要求對(duì) 1∶500、1∶2 000數(shù)據(jù)源及與之對(duì)應(yīng)的18-20級(jí)比例尺電子地圖的內(nèi)容進(jìn)行了分類?;A(chǔ)地理數(shù)據(jù)將地形圖常用地物318個(gè)代碼進(jìn)行分類分級(jí),分成了水系、居民地、交通和植被4個(gè)大類,又細(xì)分為23個(gè)小類。POI數(shù)據(jù)分類時(shí)依據(jù)使用者群體關(guān)心的內(nèi)容設(shè)計(jì)相應(yīng)的分類[3],并結(jié)合18-20級(jí)電子地圖需要的圖面內(nèi)容作為參考,涵蓋了政府機(jī)構(gòu)、餐飲服務(wù)、公共設(shè)施等21個(gè)類別[3],通過(guò)先后順序表示POI標(biāo)注的優(yōu)先級(jí)。
電子地圖數(shù)據(jù)庫(kù)采用文件型數(shù)據(jù)庫(kù)格式(*.gdb),建立對(duì)應(yīng)于18級(jí)~20級(jí)的文件數(shù)據(jù)庫(kù)564.25.gdb、1128.5.gdb、2257.gdb三個(gè)文件數(shù)據(jù)庫(kù)。
屬性數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)主要是對(duì)需要表示的地圖要素屬性賦值,由于不同要素的屬性結(jié)構(gòu)及屬性內(nèi)容存在差異,故對(duì)各地圖要素屬性內(nèi)容分別進(jìn)行設(shè)計(jì):對(duì)矢量數(shù)據(jù)中4個(gè)大類和23個(gè)小類中點(diǎn)狀要素和面狀要素(除房屋外)均采用要素代碼和要素名稱兩個(gè)字段進(jìn)行屬性賦值,房屋面狀要素除采用要素代碼和要素名稱進(jìn)行屬性賦值外,還需根據(jù)其自身數(shù)據(jù)特點(diǎn)和使用需求增加房屋樓層、房屋結(jié)構(gòu)、房屋名稱、房屋用途等屬性內(nèi)容。線狀要素中一般采用要素代碼和要素名稱進(jìn)行屬性賦值,普通線狀要素僅作為結(jié)構(gòu)線進(jìn)行入庫(kù)。道路中心線和河流結(jié)構(gòu)線除采用要素代碼和要素名稱進(jìn)行屬性賦值外需增加名稱屬性,如道路類型和河流等級(jí)。POI屬性內(nèi)容主要包括注記代碼和注記分類,并增加注記內(nèi)容屬性。
(1)電子地圖符號(hào)設(shè)計(jì)
地圖中的圖形符號(hào)是用于傳遞地理信息的主要方式,所以符號(hào)的設(shè)計(jì)很大程度上影響著信息的表達(dá)效果[4]。根據(jù)不同地理要素的抽象方式設(shè)計(jì)相應(yīng)的符號(hào),設(shè)計(jì)方法有點(diǎn)狀符號(hào)法、線狀符號(hào)法和面狀符號(hào)法。
點(diǎn)狀符號(hào)法用于表示呈點(diǎn)狀分布的物體,或是可以抽象為點(diǎn)的地理要素,如POI。根據(jù)內(nèi)容表達(dá)的側(cè)重點(diǎn)不同再細(xì)分為幾何符號(hào)、文字符號(hào)和藝術(shù)符號(hào)三個(gè)類別。南昌市電子地圖設(shè)計(jì)時(shí),調(diào)節(jié)形狀、大小和顏色三個(gè)變量來(lái)表達(dá)不同的符號(hào),并通過(guò)不依比例尺的幾何符號(hào)和文字符號(hào)表示21類POI[5]。對(duì)于廟宇、牲口、廁所等特定的公共設(shè)施,為了可視化效果能更加直觀,采用藝術(shù)符號(hào)表示。
線狀符號(hào)是指那些可以抽象為線狀分布的地理要素和現(xiàn)象,如水系、道路等。線狀要素的分類、分級(jí)要求可以通過(guò)顏色、形狀、尺寸等圖形變量表達(dá),如:河流線采用藍(lán)色,交通線一般黃或黑色;用線狀要素的粗細(xì)表示其道路等級(jí)差別。在南昌市電子地圖編制過(guò)程中,為了區(qū)分不同等級(jí)的交通線,對(duì)其進(jìn)行不同粗細(xì)的符號(hào)設(shè)計(jì)。
面狀符號(hào)法:主要用來(lái)表示連續(xù)面的分布,如大面積的水系(湖、海等)、綠化區(qū)域、大型公共廣場(chǎng)等。
(2)電子地圖色彩設(shè)計(jì)
色彩的合理使用不僅可以突顯分類分級(jí)的概念,還能夠簡(jiǎn)化符號(hào)數(shù)量,減少圖形設(shè)計(jì)的工作量。色彩設(shè)計(jì)主要涉及的地理要素有居民地、道路、POI注記、水系和植被,具體設(shè)計(jì)方案如表1所示。
其中,道路要素在實(shí)際應(yīng)用中需要區(qū)分不同的等級(jí),為了使地圖層次分明,清晰易讀[6,7]。在描述主要道路時(shí)使用醒目的色彩,增加顏色飽和度和線條寬度;次要道路在視覺(jué)效果上則需要相對(duì)弱化一些,采用較細(xì)的線條和濃度較低的色彩為宜。對(duì)于POI的注記,要根據(jù)一定規(guī)則和習(xí)慣,如:公園和水系等具有明顯特征的設(shè)施,分別按照其特點(diǎn)使用深綠色楷體字和藍(lán)色仿宋體標(biāo)注名稱;企業(yè)單位等對(duì)象則使用方正細(xì)等線體標(biāo)注;政府機(jī)構(gòu)為了體現(xiàn)其職能地位的嚴(yán)肅性和重要性,標(biāo)注時(shí)采用黑色的字體;小區(qū)等住宅則逐級(jí)使用隸書字體標(biāo)注。
符號(hào)與色彩設(shè)計(jì)方案 表1
電子地圖服務(wù)的設(shè)計(jì)包含電子地圖坐標(biāo)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換、內(nèi)容的脫密處理[7,9]和瓦片分級(jí)比例尺設(shè)計(jì)及瓦片地圖數(shù)據(jù)生成。
(1)電子地圖坐標(biāo)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換
南昌市電子地圖數(shù)據(jù)是基于南昌城建坐標(biāo)系的 1∶500和 1∶2 000數(shù)據(jù)源編制而成,而天地圖·江西采用的是CGCS2000坐標(biāo)系,借助ArcGIS完成南昌市電子地圖數(shù)據(jù)的坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換工作。由于ArcGIS不提供這兩種坐標(biāo)系之間的變換方法,需要自定義創(chuàng)建一種轉(zhuǎn)化方法。
(2)電子地圖內(nèi)容的脫密處理
數(shù)據(jù)源中提供的基礎(chǔ)矢量數(shù)據(jù)中,有一些涉及敏感信息的內(nèi)容,在繪制電子地圖服務(wù)時(shí),利用脫密程序?qū)@些矢量數(shù)據(jù)進(jìn)行脫密處理。打開(kāi)ArcGIS數(shù)據(jù),編寫SQL語(yǔ)句,“摘錄”搜索各地物“名稱”屬性和注記內(nèi)容屬性中含有的“軍”、“警”、“軍”、“警”、“武”、“庫(kù)”、“監(jiān)”、“拘”、“毒”、“教”、“站”、“爆”、“彈”、“化”、“油”、“氣”、“煤”、“礦”、“隊(duì)”、“場(chǎng)”、“測(cè)”、“?!?、“水”、“電”、“廠”、“臺(tái)”等關(guān)鍵字,進(jìn)行排除和瀏覽,以此完成POI屬性數(shù)據(jù)脫密。
(3)瓦片分級(jí)比例尺設(shè)計(jì)及生成
電子地圖采用瓦片地圖數(shù)據(jù)的形式設(shè)計(jì)和制作。將制作好的電子地圖根據(jù)使用需要的分級(jí)要求切割為無(wú)數(shù)個(gè)小矩陣,每個(gè)矩陣中都是一片瓦片數(shù)據(jù),利用金字塔模型組織這些數(shù)據(jù)[10]。可以保證電子地圖更好地滿足平移、縮放等瀏覽功能,方便用戶在瀏覽器端快速地獲取和顯示底圖數(shù)據(jù),
瓦片切割時(shí),分塊的端點(diǎn)從經(jīng)緯度(-180°,90°)開(kāi)始,向東向南行列逐漸遞增;瓦片分塊大小采取標(biāo)準(zhǔn)的256*256像素。瓦片數(shù)據(jù)格式使用便攜式網(wǎng)絡(luò)圖片的位圖格式(*.PNG)[11]。
金字塔數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的組織方式即按照數(shù)據(jù)集、層、行的目錄結(jié)構(gòu)描述,這樣的方式使得每一張瓦片利用級(jí)別和行列號(hào)唯一標(biāo)示,具體結(jié)構(gòu)如圖1所示。
其中,“地圖瓦片數(shù)據(jù)集”是根目錄,其中包含整張地圖切割后的瓦片數(shù)據(jù);下一級(jí)子目錄為地圖瓦片分級(jí)目錄,該層目錄名命名方式為“L+級(jí)別號(hào)”,如L18、L19、L20);在地圖瓦片分級(jí)目錄下,按照該級(jí)別地圖瓦片矩陣所在行為子目錄(目錄名命名方式:“R+行號(hào)”,如R0、R1、R2、……),行目錄下是具體的瓦片文件(文件名命名方式:“C+列號(hào)”,如C0.png、C1.png、C2.png、……)。
圖1 地圖瓦片文件組織結(jié)構(gòu)圖
合適的瓦片分級(jí)比例尺可以在不同的地圖顯示層次之間做連續(xù)的切換[12],本項(xiàng)目瓦片分級(jí)、比例尺都依據(jù)江西省電子地圖規(guī)范,按表2顯示比例尺進(jìn)行瓦片分級(jí):
瓦片分級(jí)比例尺 表2
電子地圖服務(wù)在發(fā)布和提交前需要經(jīng)過(guò)三個(gè)階段,分別是數(shù)據(jù)處理、繪制合理的電子地圖、發(fā)布服務(wù)。
首先在清華三維軟件中導(dǎo)入電子地圖所需的矢量基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)。對(duì)數(shù)據(jù)的空間信息的編輯包括拓?fù)錂z查和數(shù)據(jù)分層兩個(gè)步驟,通過(guò)拓?fù)錂z查排除數(shù)字化錄入過(guò)程中造成的線段重合、懸掛等誤差。數(shù)據(jù)導(dǎo)入后,為了對(duì)大量不同類型的數(shù)據(jù)進(jìn)行管理和顯示,根據(jù)要素屬性和類型對(duì)數(shù)據(jù)分層操作。數(shù)據(jù)的屬性信息需要根據(jù)數(shù)據(jù)源批量錄入,利用數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)進(jìn)行管理和組織。
電子地圖配圖的操作在ArcMap 10.2中進(jìn)行,從文件型數(shù)據(jù)庫(kù)中導(dǎo)入已經(jīng)編輯好的要素集,在軟件中按照總體和詳細(xì)設(shè)計(jì)書中的方案完成配圖,同時(shí)完成坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換的工作。由于地圖編輯的過(guò)程復(fù)雜,各環(huán)節(jié)中的誤差積累會(huì)影響地圖質(zhì)量,所以在發(fā)布地圖服務(wù)前需要不斷檢驗(yàn)地圖圖面的合理性,直到滿足要求為止。
瓦片數(shù)據(jù)集是在符合要求的電子地圖基礎(chǔ)上制作的,通過(guò)審查后,提交矢量地圖和瓦片成果。完整的實(shí)現(xiàn)流程如圖2所示。
圖2 電子地圖制作工藝流程圖
瓦片數(shù)據(jù)成果完成后,需要在“天地圖”平臺(tái)下發(fā)布服務(wù)以實(shí)現(xiàn)最終的應(yīng)用?!疤斓貓D”平臺(tái)的GeoGlobe在線服務(wù)發(fā)布系統(tǒng)可以對(duì)地圖進(jìn)行瓦片數(shù)據(jù)發(fā)布,其成果為滿足OGC標(biāo)準(zhǔn)的WMTS服務(wù),向有需要的機(jī)構(gòu)及公眾提供地理信息服務(wù)。地圖服務(wù)成果如圖3、圖4所示。
(1)數(shù)據(jù)處理的程序化實(shí)施
在清華三維軟件中,基礎(chǔ)地形要素分層的結(jié)果不能滿足電子地圖規(guī)范中對(duì)要素分層的要求,需要在數(shù)據(jù)預(yù)處理時(shí)對(duì)比規(guī)范中的要求,對(duì)矢量數(shù)據(jù)歸類,再編寫程序?qū)?shù)據(jù)分層導(dǎo)出。數(shù)據(jù)處理的過(guò)程中,有大量重復(fù)性工作,比如對(duì)屬性和注記進(jìn)行賦值,合并、簡(jiǎn)化等制圖綜合的內(nèi)容。為了對(duì)大量的地理數(shù)據(jù)批量處理,在清華三維軟件上進(jìn)行腳本程序的二次開(kāi)發(fā)。利用這些程序進(jìn)行數(shù)據(jù)預(yù)處理,預(yù)處理后的數(shù)據(jù)用于電子地圖制作,既減少了人為操作中可能出現(xiàn)的誤差,又提高了電子地圖制作的工作效率。
圖3“天地圖·江西”電子地圖服務(wù)成果展示(一)
圖4 “天地圖·江西”電子地圖服務(wù)成果展示(二)
(2)地圖配圖方式合理利用
本項(xiàng)目采用ArcMap 10.2軟件進(jìn)行電子地圖圖片的配置。ArcGIS軟件提供的符號(hào)庫(kù)內(nèi)容不夠全面,不能完全對(duì)應(yīng)所有設(shè)計(jì)符號(hào),如工礦面等。通過(guò)自定義符號(hào)繪制的方式解決這個(gè)問(wèn)題。在ArcMap 10.2中,疊合繪制邊界線和中心點(diǎn)符號(hào)以實(shí)現(xiàn)工礦面的符號(hào)化。大橋、河堤、臺(tái)階等復(fù)雜線型符號(hào)難以利用多個(gè)圖形疊加的方式在ArcMap 10.2中完成,主要利用EPS直接輸出線(*.dxf)從外部導(dǎo)入視線符號(hào)配置。
(3)地圖標(biāo)注的優(yōu)化處理
POI往往是地圖使用者最關(guān)注的信息,簡(jiǎn)潔明了的標(biāo)注會(huì)大大提升識(shí)圖速度,增加電子地圖的實(shí)用性。因此首先要解決POI標(biāo)注中常見(jiàn)的困難,比如標(biāo)注的位置、偏移、方向等圖面效果以及在POI密集區(qū)域內(nèi)會(huì)出現(xiàn)的標(biāo)注重疊問(wèn)題。解決方案為,根據(jù)POI的優(yōu)先級(jí)順序,首先進(jìn)行權(quán)重設(shè)置,以便標(biāo)注沖突時(shí)進(jìn)行抉擇。然后采用ArcGIS的“Maplex標(biāo)注引擎”擴(kuò)展模塊,根據(jù)優(yōu)先級(jí)依次確定標(biāo)注位置、標(biāo)注與符號(hào)的距離、分行標(biāo)注的符號(hào)設(shè)置等。最后根據(jù)圖面POI分布情況和密度,決定字體大小等。
制作道路名稱注記時(shí),一大難點(diǎn)是標(biāo)記的走向應(yīng)該根據(jù)其所屬道路的方向自動(dòng)調(diào)節(jié),便于讀圖。因此在標(biāo)注設(shè)計(jì)時(shí)采用CJK字符方向,達(dá)到道路名稱注記與道路走向一致。
地圖服務(wù)發(fā)布時(shí),要同時(shí)發(fā)布數(shù)據(jù)庫(kù)中的矢量地圖數(shù)據(jù)和底圖瓦片數(shù)據(jù),為了二者的精確疊合,以矢量數(shù)據(jù)的道路中心線為標(biāo)準(zhǔn),疊加其余地物瓦片數(shù)據(jù)共同發(fā)布。這樣的方式能夠在瓦片數(shù)據(jù)調(diào)用過(guò)程中,實(shí)時(shí)地修改道路名稱標(biāo)注。
南昌市電子地圖的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn),對(duì)接了“天地圖·江西”,補(bǔ)充了“天地圖·江西”18—20級(jí)電子地圖空白,圓滿地解決了南昌市地理信息服務(wù)從無(wú)到有的局面,為綜治信息化系統(tǒng)建設(shè)提供了基礎(chǔ)技術(shù)支撐,滿足了工作需求,產(chǎn)生了良好的社會(huì)效益。
南昌市電子地圖作為市級(jí)電子地圖,是基于 1∶500、1∶2 000數(shù)據(jù)源建立的電子地圖,南昌市電子地圖瓦片數(shù)據(jù)提供的地圖服務(wù),以其詳細(xì)的數(shù)據(jù)內(nèi)容,為南昌市綜合治理辦公室提供了格網(wǎng)管理服務(wù)?;谀喜须娮拥貓D數(shù)據(jù),進(jìn)一步完成軌道1、2號(hào)線街區(qū)圖的編制項(xiàng)目,降低了地鐵街區(qū)圖的制作成本。隨著城市的不斷發(fā)展,南昌市電子地圖瓦片數(shù)據(jù)將為城市管理的方方面面提供服務(wù)。