集成測繪地理信息系統(tǒng)的地圖制圖研究

摘 要：傳統(tǒng)地圖制圖技術應用時存在成圖時間較長、制圖效率低下等問題，為解決此問題，本文進行了集成測繪地理信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)的地圖制圖技術設計研究，從各種來源收集、獲取與地理信息系統(tǒng)（GIS）相關的數(shù)據(jù)，按照規(guī)范進處理采樣數(shù)據(jù)，構建了一個統(tǒng)一的地理信息平臺，可對各類數(shù)據(jù)進行統(tǒng)一管理和訪問，提高數(shù)據(jù)的使用效率，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的整合與更新。并將地圖圖層控制、多個圖層進行疊加，以實現(xiàn)地圖的多樣化表達。最后將該技術與傳統(tǒng)制圖方法的效果進行比較，結果顯示，地圖制圖技術所需繪制時間更短，繪制效率更高。

關鍵詞：集成測繪；地理信息系統(tǒng)；地圖制圖

中圖分類號：P 28 " " " " " 文獻標志碼：A

隨著全球信息化和數(shù)字化飛速發(fā)展，地理信息系統(tǒng)的應用已經滲透到各個領域，包括城市規(guī)劃、資源管理、環(huán)境保護和災害監(jiān)測等。在地圖制圖領域，地理信息系統(tǒng)（GIS）的數(shù)據(jù)已經成為重要的信息源。但是GIS數(shù)據(jù)存在數(shù)據(jù)格式多樣、數(shù)據(jù)質量參差不齊等問題，影響了地圖制圖。

本文在研究中發(fā)現(xiàn)，測繪領域數(shù)據(jù)來源廣泛，包括各種傳感器、衛(wèi)星遙感和無人機拍攝等，這些數(shù)據(jù)格式各異，給數(shù)據(jù)的整合和利用帶來了挑戰(zhàn)[1]。如何將這些異構數(shù)據(jù)有效地集成到一起是地圖制圖面臨的重要問題。同時，GIS數(shù)據(jù)在采集、處理和傳輸過程中會在各種因素的影響下出現(xiàn)數(shù)據(jù)質量下降，例如，數(shù)據(jù)采集的誤差、格式轉換時的失真以及數(shù)據(jù)傳輸中的丟失等。這些質量問題將直接影響地圖制圖的精度和可靠性。本文將圍繞這一主題，對地圖制圖技術的分析進行深入探討，以期提高地圖制圖的效率和精度，推動地理信息系統(tǒng)技術的發(fā)展和完善，并為相關領域（例如遙感圖像處理、計算機圖形學等）的研究提供借鑒和參考，推動地理信息產業(yè)快速發(fā)展。

1 數(shù)據(jù)采集與處理

數(shù)據(jù)采集是地圖制圖的第一步，需要從各種來源收集和獲取與地理信息系統(tǒng)（GIS）相關的數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)可能包括地形數(shù)據(jù)、地貌數(shù)據(jù)、建筑物數(shù)據(jù)和植被數(shù)據(jù)等。采集數(shù)據(jù)后，需要進行數(shù)據(jù)預處理。該階段主要包括數(shù)據(jù)清洗、格式轉換和坐標轉換等操作[2]。數(shù)據(jù)清洗的目的是消除錯誤和重復的數(shù)據(jù)，確保數(shù)據(jù)的準確性和完整性。格式轉換和坐標轉換則是為了使數(shù)據(jù)能夠達到GIS系統(tǒng)的要求。最后將預處理的數(shù)據(jù)進行存儲和管理，即存儲在GIS數(shù)據(jù)庫中[3]。GIS數(shù)據(jù)庫建立流程圖如圖1所示。進而根據(jù)采集的數(shù)據(jù)類型、數(shù)據(jù)量以及數(shù)據(jù)使用需求確定合適的存儲方案，再根據(jù)數(shù)據(jù)存儲方案選擇適合的GIS數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)。

2 基于集成測繪地理信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)整合與更新

GIS系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)整合是將不同來源、不同格式的數(shù)據(jù)進行融合和組織，以構建一個統(tǒng)一的地理信息平臺。通過數(shù)據(jù)整合，可對各類數(shù)據(jù)進行統(tǒng)一管理和訪問，提高數(shù)據(jù)的使用效率。

在將具體地理位置數(shù)據(jù)信息映射出來的過程中，必須科學地選擇和組合元素編碼轉換關系[4]。在特定情況下還需要對這些組合元素的編碼進行科學處理。在具體操作期間，信息以符號方式操作是整個過程的關鍵部分，可保證空間數(shù)據(jù)表達的準確性和完整性[5]。假設地理坐標為（x，y），通過一個函數(shù)f將其映射到特定編碼空間中。如果該函數(shù)為線性，其表達式即如公式（1）所示。

f（x，y）=ax+by+c （1）

式中：a、b、c均為常數(shù)。

如果該函數(shù)為非線性，可以使用雙曲函數(shù)或三角函數(shù)等非線性函數(shù)來描述這個映射。雙曲函數(shù)如公式（2）所示。

f（x，y）=a×sinh（bx+cy）+d （2）

式中：h為雙曲余弦函數(shù)；d為常數(shù)。

完成對數(shù)據(jù)的整合后，結合圖2所示流程，對數(shù)據(jù)進行更新。

更新數(shù)據(jù)前，需要對收集的數(shù)據(jù)進行預處理，再將預處理后的數(shù)據(jù)集成到地理信息系統(tǒng)中，替換或補充原有數(shù)據(jù)。在數(shù)據(jù)更新過程中，需要注意保持數(shù)據(jù)的完整性和一致性[6-7]。更新數(shù)據(jù)時，需要對數(shù)據(jù)進行質量檢查和控制。如果發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)存在問題，需要及時修正并補充。

3 地圖圖層控制與地圖輸出

完成地圖制圖后，需要將地圖輸出、打印出來。在GIS系統(tǒng)中，可將地圖導出為圖片、PDF或者其他格式的文件，以便分享和使用。同時，也可以將地圖打印出來，制作成紙質地圖等實物地圖。在地圖的繪制過程中，可按照特定順序，將具有特定樣式的圖層進行疊加來生成地圖[8]。特定樣式的圖層指的是一個圖層及其應用于該圖層的特定樣式。綜上所述，可以將地圖的函數(shù)表達為通過有序疊加具有獨特樣式的圖層來創(chuàng)建和展示地圖內容。在這個過程中，每個圖層都會承載特定的地理信息，并采用不同樣式進行可視化表達，最終多個圖層的疊加形成了豐富多樣的地圖表達，如公式（3）所示。

（3）

式中：Map為地圖的函數(shù)；Layeri為圖層；Stylei為樣式；n為圖層或樣式個數(shù)；N為總數(shù)。

在某個尺度下，地圖服務形式發(fā)布的多尺度地圖可以表示為公式（4）。

（4）

式中：zj為比例尺。

在上述地圖表達式中，地圖的元組可以進一步表示為公式（5）。

（5）

式中：SpatialObj為空間對象集合；k為圖層中空間對象集合數(shù)量。

明確地圖圖層的表達后，為了進一步提高制圖精度，控制繪制過程中產生的誤差，用512×512離散坐標代替256×256的坐標，以消除繪制誤差。繪制誤差示意圖如圖3所示。

將空間坐標的浮點型點要素轉換為整型可以減少數(shù)據(jù)量，并節(jié)省從空間坐標到瓦片坐標的轉換時間，從而提高繪制速度?？臻g數(shù)據(jù)的屬性信息以鍵值對形式存在，其中所有對象的鍵值保持一致。最簡單的存儲方式是先存儲所有鍵值及其對應的數(shù)據(jù)類型，再按照鍵值的存儲順序序列化每個對象對應的值。為減少文件容量并加快繪制速度，通常采用經過簡化的數(shù)據(jù)格式。

Mz=DataCnt/TileCntz （6）

式中：Mz為在z尺度下數(shù)據(jù)集的全局要素密度；DataCnt為數(shù)據(jù)集要素數(shù)量；TileCntz為在尺度z下，與數(shù)據(jù)集空間范圍存在交集的瓦片數(shù)量。

設定一個閾值Th，如果Mzgt;Th，就采用矢量瓦片存儲方式；如果Mz≤Th，就采用傳統(tǒng)存儲模式存儲地圖中的每個要素，確保最終輸出的地圖繪制結果不會出現(xiàn)失真問題。采用混合存儲模式的瓦片數(shù)據(jù)存儲請求流程圖如圖4所示。

圖4中，閾值Th的選擇與運行環(huán)境相關，在計算性能較高的計算平臺上，可以設置更高的密度閾值Th。根據(jù)普通PC的配置，繪制十幾萬個線要素的時間為幾秒因此，將Th設置為每瓦片100000～300000個要素都在合理的范圍內。

4 制圖效果分析

為進一步驗證上述制圖方法的效果，本文將其與傳統(tǒng)制圖方法進行比較，在不同要素個數(shù)條件下，比較2種制圖方法的繪制時間，結果見表1。

表1中，加速比如公式（7）所示。

T=t1/t2 （7）

式中：T為加速比；t1為傳統(tǒng)制圖方法繪制時間；t2為新地圖制圖技術繪制時間。

通過對T進行取值分析可以比較2種制圖方法的繪制效率。如果T的取值＞1，說明新地圖制圖技術繪制時間更短，繪制效率更高；如果T的取值為1，說明2種制圖方法的繪制時間相同，繪制效率相同；如果T的取值＜1，說明新地圖制圖技術繪制時間更長，繪制效率更低。根據(jù)表1可以看出，不同要素個數(shù)下，加速比T的取值均＞1，說明新地圖制圖技術繪制時間更短，繪制效率更高。

進一步分析制圖效果可知，利用集成測繪地理信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)，地圖制作者可以獲得更準確、精細的地理信息數(shù)據(jù)，進而提高地圖的精度和準確性。這些數(shù)據(jù)包括地形、地貌和水文等空間信息以及相關的屬性信息、圖形信息。這些信息的獲取和整合可減少地圖制作中的誤差和不確定性，提高地圖的可靠性和實用性。

在地圖制作中，合理設計地圖符號和圖層管理可將不同的地理信息和數(shù)據(jù)整合到一張地圖上，使地圖更豐富、直觀。例如，使用不同的顏色、形狀和大小的符號，可以區(qū)分不同的地理特征和類別；通過圖層疊加和組合，可以將不同信息整合到一起，使地圖使用者更全面地了解地理信息。

5 結論

集成測繪地理信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)的地圖制圖技術是目前地理信息領域的一個重要方向。利用GIS數(shù)據(jù)的集成和應用可提高地圖的精度和準確性，同時也可為地圖使用者提供更豐富、直觀的信息。本文經過研究，所得結論如下：根據(jù)表1中的數(shù)據(jù)與公式（7）可以看出，在不同要素個數(shù)下，加速比T的計算結果均＞1，說明本文提出的地圖制圖技術繪制時間更短，繪制效率更高。

參考文獻

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