地理空間數(shù)據(jù)庫在地圖出版中的轉(zhuǎn)化應(yīng)用

孫 琳

地圖是地理信息可視化的重要方式，具有信息載負、模擬、信息傳輸和認知等多種功能，使其在空間認知中成為不可替代的工具。當(dāng)前，地圖應(yīng)用幾乎遍及自然科學(xué)和社會科學(xué)的每一個領(lǐng)域[1]。在傳統(tǒng)地圖出版中，一般使用CorelDraw軟件完成地圖編制及地圖整飾等工作，CorelDraw軟件是一款平面設(shè)計軟件，提供了矢量編輯、頁面設(shè)計、動畫制作等多種功能，具有強大的圖形處理效果[2]。但是CorelDraw軟件不包含屬性信息且沒有定位功能，在地理空間信息和空間位置的精確性表達等方面都存在一定的局限性。隨著3S技術(shù)的普及應(yīng)用，數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理和成果應(yīng)用等方面正向著數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化、實時化和可視化的方向迅速發(fā)展。地理空間數(shù)據(jù)庫具有海量數(shù)據(jù)、精確的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)、強大的地圖制圖轉(zhuǎn)化等優(yōu)勢，利用地理空間數(shù)據(jù)庫制作地圖已成為當(dāng)前地圖出版的必然趨勢。

成熟的地理空間數(shù)據(jù)庫能極大地方便地圖編制。但是，數(shù)據(jù)庫是由要素集和要素類構(gòu)成，每個要素類對應(yīng)了一個圖層，圖層包含矢量數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)，庫信息量龐大，由數(shù)據(jù)庫編制地圖需要進行大量篩選、綜合取舍、加工整理甚至縮編工作。同時，由于數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)是按照點、線、面要素類型對圖面內(nèi)容進行了基礎(chǔ)的數(shù)字化和屬性錄入，通過數(shù)據(jù)庫的屬性表查詢各圖元的屬性信息，從數(shù)據(jù)庫的圖面情況難以直接讀取各圖元的含義，因此，借助數(shù)據(jù)庫編制地圖，需要通過符號化來更加直觀地表達與顯示地理信息及專題信息，增強專題數(shù)據(jù)的可讀性，幫助人們更加準(zhǔn)確、快速地獲取地理位置信息，從而實現(xiàn)對空間地理認知的目的。

一、技術(shù)流程

本文以編制出版小比例尺世界地圖為例，介紹如何利用地理空間數(shù)據(jù)庫轉(zhuǎn)化生成地圖及編輯出版的技術(shù)流程、關(guān)鍵技術(shù)方法，并對地理空間數(shù)據(jù)庫在地圖出版中應(yīng)用具有的優(yōu)勢和存在的問題進行總結(jié)分析。

地理空間數(shù)據(jù)庫是將水系、境界、交通、居民點等地理要素以點、線、面的形式，對其空間位置、屬性信息及空間關(guān)系，按照一定的規(guī)則進行存儲和管理。利用空間數(shù)據(jù)庫制圖則是根據(jù)成圖需求，將存儲在地圖數(shù)據(jù)庫中的這些抽象地理信息數(shù)據(jù)，通過科學(xué)的手段，借助于豐富的地圖語言表達轉(zhuǎn)換為形象、直觀、易讀的圖形數(shù)據(jù)，滿足公開出版地圖的要求[3]。利用數(shù)據(jù)庫編制地圖主要經(jīng)過地圖設(shè)計、地圖編制、編輯出版、印刷裝訂4個環(huán)節(jié)，主要流程包括地圖設(shè)計、符號設(shè)計、數(shù)據(jù)整理、格式轉(zhuǎn)換、投影轉(zhuǎn)換、符號化、地圖編制、地圖整飾、編輯出版等，如圖1。

圖1：數(shù)據(jù)庫制圖技術(shù)流程

二、關(guān)鍵技術(shù)方法

（一）投影轉(zhuǎn)換

世界地圖產(chǎn)品的形式多種多樣，制圖區(qū)域的位置、形狀、范圍、比例尺、內(nèi)容以及地圖用途都會直接影響地圖投影方式的選擇[4]。一般地理空間數(shù)據(jù)庫采用的是地理坐標(biāo)系，本文基于的全球地理空間數(shù)據(jù)庫采用的是WGS-84地理坐標(biāo)系，根據(jù)不同的制圖目的選擇相應(yīng)的投影方式。例如，交通地圖一般采用等角航線的墨卡托投影，高緯度地區(qū)地圖為了防止變形過大，一般采用任意投影，對于全球范圍小比例尺世界地圖，我國通常采用等差分緯線多圓錐投影。本文在ArcGIS中將矢量化的數(shù)據(jù)成果轉(zhuǎn)換為等差分緯線多圓錐投影，然后再將定義為原圖投影的數(shù)據(jù)進行坐標(biāo)反算，生成地理坐標(biāo)體系。

投影變換是圖形坐標(biāo)點空間坐標(biāo)的換算，通過轉(zhuǎn)換通常改變了圖形的坐標(biāo)系統(tǒng)、投影系統(tǒng)、橢球體參數(shù)，有時也進行比例尺變換，投影變換通常會增加空間數(shù)據(jù)誤差。投影變換是通過軟件程序計算自動完成的，為減小誤差控制數(shù)據(jù)質(zhì)量進行投影轉(zhuǎn)換時應(yīng)注意：①投影變換參數(shù)的選擇，參數(shù)選擇要準(zhǔn)確，精度要符合要求；②坐標(biāo)系統(tǒng)變換，應(yīng)搜集相應(yīng)坐標(biāo)點的改正數(shù)；③應(yīng)對投影變換后的圖形進行質(zhì)量檢查，檢查圖形精度是否符合要求。

（二）地理要素的分類分級表達

由于地理空間數(shù)據(jù)庫包含的數(shù)據(jù)量很大，要素齊全，在地圖編繪過程中要分類分級別對各地理要素的綜合和縮編。根據(jù)制圖目的與制圖區(qū)域的地物重要程度、分布狀況，各要素類的綜合縮編順序依次為水系要素、交通要素、境界線、居民地。

圖2：縮編順序圖

在編制過程中，首先在標(biāo)準(zhǔn)欄的比例尺條框內(nèi)選擇固定比例尺大小，以防由于顯示比例的來回變動造成視覺混淆，不能保證圖形概括綜合標(biāo)準(zhǔn)的統(tǒng)一性。各要素縮編的制圖規(guī)范如下[5]。

1.水系要素的編制。水系要素類包括海洋、湖泊、水庫、雙線河、單線河和島嶼。

（1）湖泊與水庫。首先根據(jù)湖泊、水庫的上圖標(biāo)準(zhǔn)以及重要程度對這兩類地物進行選取：圖上面積大于1平方毫米（實地面積25平方千米）的湖泊、水庫，一般全取。在干旱地區(qū)，圖上面積在0.8～1平方毫米之間的湖、水庫夸大到1平方毫米表示；小于0.8平方毫米的適當(dāng)選取用點狀符號表示。

（2）單線河與雙線河。首先按從大到小、由主及次的順序進行。優(yōu)先選取作為國界、省界等的界河；選取連通湖泊、水庫以及能顯示河系結(jié)構(gòu)特征的小河等。注意正確表示河源、河流與湖泊關(guān)系以及水系的結(jié)構(gòu)特征。其次根據(jù)雙線河的上圖指標(biāo)：當(dāng)河流實地寬度大于閾值時，依比例尺雙線表示；當(dāng)河渠實地寬度小于（含）閾值時，不依比例尺用一定范圍的漸變單線表示。那么由雙線河改為單線表示的河流通過提取中心線的方式進行縮編，并將提取的中心線歸并到單線河圖層中。利用ArcGIS的Feature to Line工具將雙線河轉(zhuǎn)化成線，然后利用Collapse Dual Lines To Centerline提取中心線。如果原雙線河是界河，還需要在行政區(qū)劃的面圖層上沿著這些河流中心線進行切割以及分段切割，并使之和周圍圖斑合并。

圖3：提取中心線示意圖

單線河的上圖指標(biāo)和平行間距參照縮編技術(shù)規(guī)范的要求，對某些河渠彎曲細部進行圖形簡化，利用ArcGIS中的Simplify Polygon/Line（簡化多邊形/線）工具剔除單線河的細小彎曲和次要的轉(zhuǎn)折[6]。

圖4：簡化多邊形/線示意圖

（3）海洋。海岸線綜合保持主要轉(zhuǎn)折點的位置準(zhǔn)確和岸段彎曲程度的對比關(guān)系。凸向海域的岸段，一般夸大陸地，舍去海域碎部；凹向陸地的岸段，則夸大海域，舍去陸地碎部，某些岸部彎曲細部進行簡化處理。河流入海處，反映三角洲和三角港的圖形特點。

2.交通要素的編制。交通要素主要包括鐵路和公路。

大于道路的最小上圖長度一般全選，與地質(zhì)礦產(chǎn)資源密切相關(guān)的區(qū)域盡量詳細表達，適當(dāng)表示某些具有重要意義的低等級道路。

小于閾值的道路彎曲細部，一般舍去拉直。與水系要素的簡化一樣，利用ArcGIS中的Simplify Polygon/Line（簡化多邊形/線）工具剔除道路的細小彎曲和次要的轉(zhuǎn)折。

綜合后的線狀交通運輸用地應(yīng)檢查道路網(wǎng)的拓撲關(guān)系，保持道路的連通性和空間關(guān)系的合理性。其他輔助設(shè)施如機場、港口的縮編用點狀符號表示。

3.居民地的編制。居民地按照首都（或首府）、重要城市、一般城市及一般城鎮(zhèn)進行選取與分級。根據(jù)主次的原則優(yōu)先選取位于交通線、道路交叉口、關(guān)隘、國境線等地的居民地。居民點的取舍正確反映與其他要素和專題內(nèi)容的對比關(guān)系

4.境界線的編制。在世界地圖中，境界線與政區(qū)面密切相關(guān)，當(dāng)境界線縮編后，政區(qū)面也必須做相應(yīng)的調(diào)整。在水系要素和交通要素縮編的基礎(chǔ)上，將構(gòu)成境界線的河流、海岸線、道路拷貝到境界線層中覆蓋原有線圖元，其他境界線保持不變，進行數(shù)據(jù)更新。政區(qū)面根據(jù)縮編后的境界線進行弧段切割以及分段切割，然后使切割后的面圖元和周圍圖斑合并[7]。

（三）制圖表達與圖面整飾

制圖表達能夠更加直觀地表達與顯示地理信息，增強地理底圖的可讀性，保證公開出版地圖的政治性、科學(xué)性和邏輯性。地圖整飾是地圖內(nèi)容的表現(xiàn)形式和手段的技術(shù)，是地圖制圖的一個重要環(huán)節(jié)，根據(jù)地圖色彩和圖面表達效果，利用圖案、色彩顯示地圖內(nèi)容的類別、特征、主次關(guān)系、地理分布和相互聯(lián)系等。地圖整飾要素一般包括外圖廓、圖名、接圖表、圖例、三北方向、圖解和文字比例尺、編圖單位、編圖時間和依據(jù)等。圖面整飾原則上分兩個圖層，即圖內(nèi)整飾圖層和圖外整飾圖層。圖面整飾圖層要根據(jù)原圖內(nèi)容，按有關(guān)區(qū)調(diào)圖幅的出版格式和要求進行整飾。圖面整飾檢查的主要內(nèi)容包括：檢查數(shù)據(jù)線劃質(zhì)量，線劃是否圓滑自然；連續(xù)清晰，線型和線劃粗細設(shè)置是否符合圖示要求；檢查各要素符號是否正確，尺寸是否符合圖示要求；檢查各要素關(guān)系是否合理，是否有重疊壓蓋現(xiàn)象；檢查各名稱、注記是否正確，位置是否合理，指向是否合理，字體是否符合規(guī)定；檢查注記是否壓蓋重要地物或點狀物；檢查圖面配置、圖廓內(nèi)外整飾是否符合規(guī)定，是否美觀等[8]。

（四）現(xiàn)勢性更新

現(xiàn)勢性更新主要包括各級行政界線、居民地行政等級、地名等方面。小比例尺世界地圖數(shù)據(jù)庫在圖層劃分上，由于比例尺大小的限制，無二級以下行政區(qū)、匯水盆地、面狀居民地和管線要素類。屬性信息方面，按照地理空間數(shù)據(jù)庫屬性表的相應(yīng)字段結(jié)合圖名載負量分級分類表達到圖面。全球地理空間數(shù)據(jù)涉及200多個國家地名，由于各國資料來源、文字翻譯等情況的不同，會出現(xiàn)同一個地名不同國家資料拼寫不同的情況，因此在空間數(shù)據(jù)庫轉(zhuǎn)化地圖出版的過程中，需要嚴格按照我國規(guī)范進行地名的標(biāo)準(zhǔn)化，實施現(xiàn)勢性更新。地理空間數(shù)據(jù)庫中的大量要素地名需要按照出版要求進行更新核改，國外地名需要在原有屬性表基礎(chǔ)上統(tǒng)一增加中文名字段。部分核改更新內(nèi)容比如：①“荷屬安的列斯”改為“庫拉索（荷）”；②“斐濟群島”改為“斐濟”；③“阿魯巴”改為“阿魯巴（荷）”；④“留尼汪”改為“留尼汪（法）”；⑤圣馬?。ǚ?、荷屬）改為圣馬?。ǚ?、荷）。

（五）編輯加工

對經(jīng)過地理空間數(shù)據(jù)庫轉(zhuǎn)化并編制完成的地圖，雖然已初步具備了出版的條件，但距出版的要求還存在著一定的差距，還需要進一步編輯加工整理，使之達到出版的要求。地圖的編輯加工整理就是對地圖稿件從整體到細部進行全面檢查、修改、補充和潤色整理，全面優(yōu)化，進一步提高地圖稿件的內(nèi)容質(zhì)量，達到“齊、清、定”的出版要求。

地圖編輯加工整理的內(nèi)容包括：消滅差錯、潤色提高、規(guī)范統(tǒng)一、查對資料等。按照出版的審校制度消除地圖中政治性、安全性、知識性、科學(xué)性、常識性及文字錯誤；按照國家的規(guī)定統(tǒng)一有關(guān)用法，統(tǒng)一體例、格式；查對資料的來源及其是否合法。

（六）地圖制印

1.印前處理與輸出。地圖印前處理主要包括數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換、壓印和陷印處理、拼版、成品線與裁切線的添加等工作。地圖輸出方式主要有彩色噴墨打印、數(shù)碼打樣、彩色激光打印和印刷等，輸出格式主要是EPS和PDF格式。

2.地圖印刷及裝訂。地圖印刷方式通常有輸出分色膠片制版印刷和CTP印刷兩種。

輸出分色膠片制版印刷是傳統(tǒng)的印刷方式，即輸出分色膠制作PS版，然后上機印刷。目前普遍采用這種印刷方式。

印刷規(guī)格有四開印刷、對開印刷、全開印刷，目前國內(nèi)已有少數(shù)雙全開印刷。圖集是由單幅圖拼成對開印刷，然后折頁裝訂。

單幅地圖的裝訂比較簡單，分折疊和掛圖（掛桿）。系列圖的裝訂方法有散裝、袋裝、環(huán)裝、盒裝幾種。圖集的裝訂方法分騎馬裝、平裝和精裝。

三、總結(jié)與分析

地理空間數(shù)據(jù)庫具有強大功能：①能夠?qū)⒌乩硪嘏c專題要素有效地進行整合，形成統(tǒng)一的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，方便編圖數(shù)據(jù)的組織管理；②數(shù)據(jù)庫的圖層劃分有利于各要素的分層顯示和疊加；③每個圖層對應(yīng)的屬性表，能夠有效地實現(xiàn)地理要素和專題要素的屬性查詢和分類顯示；④數(shù)據(jù)庫的符號化能夠?qū)崿F(xiàn)地理要素可視化表達，直觀地表達與顯示屬性信息，增強編圖數(shù)據(jù)的可讀性。

但是地圖具有很強的政治性，反映了國家的政治立場，在行政界線的畫法、爭議地區(qū)的表達處理等方面都有統(tǒng)一的規(guī)定和標(biāo)準(zhǔn)畫法[9]。同時地圖具有可讀性的特點，需要通過科學(xué)的符號表達直觀地反映地理要素的空間信息?？臻g數(shù)據(jù)庫的建立缺乏出版要素的設(shè)計，因此在編輯出版過程中需要對地理要素進行大量的綜合取舍以及可視化表達。為了加強主題內(nèi)容和地理底圖的統(tǒng)一協(xié)調(diào)，還需要處理好各要素的統(tǒng)一協(xié)調(diào)關(guān)系。利用地理空間數(shù)據(jù)庫編制出版地圖圖件需要地圖設(shè)計、地圖內(nèi)容編制、地圖整飾、編輯加工、印前處理、印刷裝訂等過程[10]。