摘 要：地理信息系統(tǒng)是空間信息系統(tǒng)的一種特定形式，本文通過介紹地理信息系統(tǒng)（GIS）、函數(shù)轉(zhuǎn)換、繪圖、封裝地圖等基本知識，詳細的分析了GIS的圖形繪制方法。

關(guān)鍵詞：地理信息系統(tǒng)（GIS）；地圖繪制

地理信息系統(tǒng)（Geographic Information System或 Geo-Information system，GIS）稱為“地理學信息系統(tǒng)”，是空間信息系統(tǒng)的一種特定形式。需要在計算機硬、軟件系統(tǒng)的支持下，對整個或部分地球表層空間中的有關(guān)地理分布的數(shù)據(jù)進行采集、儲存、運算、分析、管理、描述、顯示的技術(shù)系統(tǒng)。

地理位置中的經(jīng)緯度坐標只能在地理信息中代表為某個地點、標志或方位，對于用戶理解和認識周邊信息有一定的局限；在通過相關(guān)技術(shù)獲取到位置之后，了解了所處的地理環(huán)境，通過查詢和分析環(huán)境信息，為用戶的活動提供信息支持與服務(wù)，更注重用戶的需求，滿足用戶的各種體驗。

一、地圖是通過函數(shù)的調(diào)用繪制出來的

地圖的繪制是對函數(shù)的基本操作，即使用繪圖語句畫出來的。從基礎(chǔ)的底層地圖繪制，就是使用繪圖函數(shù)繪制點、線、面、標準、柵格等組合起來，就形成了一張地圖。

二、地圖繪制中的關(guān)鍵——坐標轉(zhuǎn)換

.NET提供了大量繪圖方法，基本上都是以Graphics類的函數(shù)形式提供，包括各類幾何形狀、圖像、文字的繪制，通過這些方法可以畫出各種圖形。但是圖形的繪制和坐標方位有著贊揚聯(lián)系，使我們繪制的地圖可以轉(zhuǎn)換為地圖元素，即地理坐標的經(jīng)緯度，需要解決坐標轉(zhuǎn)換問題。

首先了解一下轉(zhuǎn)換函數(shù)：

///經(jīng)緯度

///屏幕坐標

public Point WorldToScreen（PointF xy）

再一個，有時，還需要根據(jù)屏幕上點位置反算出它的經(jīng)緯度，如在需要顯示鼠標指針處的經(jīng)緯度，所以還需要這么一個函數(shù)：

///屏幕坐標

///經(jīng)緯度

public PointF ScreenToWorld（Point xy）

有了這兩個函數(shù)，就可以將以經(jīng)緯度表示的地理坐標轉(zhuǎn)換為屏幕坐標，然后再屏幕繪圖了。

三、繪圖

有了坐標轉(zhuǎn)換類Coordinator，就可以用經(jīng)緯度數(shù)據(jù)來繪圖了，如得到了經(jīng)緯度坐標數(shù)據(jù)，就可以將經(jīng)緯度數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為屏幕坐標，然后用Graphics的方法來畫出來了，Graphics對象又從哪里來呢？可以從一個Image對象創(chuàng)建，也可以從一個控件的Paint事件中取得。

為了使用方便，F(xiàn)reeMicaps把符號繪制功能封裝到三個符號類中，以靜態(tài)方法提供。

.NET的繪圖是對GDI+的封裝，包括了對點、線、面等各種圖形元素的封裝，圖形圖像的繪制、坐標旋轉(zhuǎn)，各種反走樣和平滑等功能，功能十分強大，利用它可以繪出各種圖形。

四、圖層

為了使繪圖過程便于管理，可將繪圖過程分為組，如可以將一張地圖的繪制分為：交通地圖、建筑地圖、管道地圖、區(qū)域地圖等幾個過程，每次繪圖好像就是在一張玻璃上繪制，疊加起來就形成了一張地圖，這里把每次繪圖過程形象地稱為一個圖層。地圖分層后，圖層可以增刪，每個圖層可以單獨進行隱藏、設(shè)置屬性等，更重要的是可以將利用面向?qū)ο蠹夹g(shù)把每個圖層當做一個對象進行管理。

對圖層進行抽象，需要調(diào)用圖層繪制方法（Render），圖層標題（LayerName）和用于表示數(shù)據(jù)源的字符串（DataSource）。用于表示繪圖樣式的設(shè)置的LayerStyle，加上一些輔助方法屬性，最終形成如下抽象圖層類（CustomLayer）。

FreeMicaps中，每種數(shù)據(jù)對應一種圖層類，為了使圖層類編寫方便，使用了設(shè)計模式中的模板方法，定義繪制流程，主程序在調(diào)用圖層的Render（）方法時，會自動判斷是否已經(jīng)讀入數(shù)據(jù)，根據(jù)需要分析數(shù)據(jù)繪圖。

對于同一種類型數(shù)據(jù)，需要從CustomLayer繼承新建一個圖層類。各種類型數(shù)據(jù)圖層的工作方式一樣，僅在數(shù)據(jù)讀取和繪制方面不同。所以，寫新圖層類時，僅需實現(xiàn)DoLoad（）和DoRender（）兩個抽象方法，完成讀取數(shù)據(jù)和繪制圖層代碼即可。FreeMicaps里使用了字符串作為數(shù)據(jù)源標識，通用GIS系統(tǒng)對數(shù)據(jù)源進行了抽象。

一張地圖有多個圖層，所以還需要將圖層放入一個列表，用于繪制地圖時遍歷圖層。調(diào)用每個圖層的Render（）方法，形成一張完整的地圖。

圖層繪制是需要有順序的，在圖層的樣式（LayerStyle）中放了一個ZOrder屬性，通過它來控制圖層順序。但由于List本身的排序方法是一種“非穩(wěn)固排序”，也就是說當兩個圖層的ZOrder相等時，它們的順序是不確定的，為了避免這個問題，F(xiàn)reeMicaps從CollectionBase繼承了一個類LayerList，實現(xiàn)對圖層的管理，并實現(xiàn)了IXmlSerializable接口，完成圖層序列化功能。

FreeMicaps中，每種數(shù)據(jù)對應一種圖層類，為了使圖層類編寫方便，使用了設(shè)計模式中的模板方法，定義繪制流程，主程序在調(diào)用圖層的Render（）方法時，會自動判斷是否已經(jīng)讀入數(shù)據(jù)，根據(jù)需要讀數(shù)據(jù)繪圖。

五、封裝地圖

有了坐標轉(zhuǎn)換類、圖層類、圖層列表類，就可以利用它們做出一個具有縮放平移、圖層管理等功能的地圖了，但為了更方便地對地圖進行操作，還需要對這些類進行組合封裝。

新建一個類WeatherMap，添加Coordinator和LayerList類的實例作為它的屬性，將Coordinator類的實例作為私有成員，將地圖坐標轉(zhuǎn)換等方法加入WeatherMap類，調(diào)用WeatherMap類的方法。

再回到抽象圖層類CustomLayer，它有一個成員Map，即為WeatherMap對象，在將圖層加入圖層列表時會自動賦值。在編寫CustomLayer的子類時，可調(diào)用它來進行坐標轉(zhuǎn)換和地圖操作。

為了使地圖在繪制復雜圖形過程中不至于BUG，需要在繪圖過程中能隨時中斷繪圖，如快速縮放平移地圖中，可終止前次繪圖過程直接繪制最后一次，就實現(xiàn)了地圖繪制的多線程，特別是多線程操作UI，對程序流程造成了一定混亂。

六、再次封裝-增加UI

上面已完成了地圖繪制的核心代碼，為了使代碼編寫更加容易，需要對WeatherMap類再次進行封裝（MapView類），加入UI部分，即給地圖加一個具有界面的殼，并在上面實現(xiàn)地圖的操作如縮放、拖動功能。

MapView從PictureBox類繼承，內(nèi)建了WeatherMap類的實例，在MapView的Refresh（）方法中調(diào)用WeatherMap.Render（）對地圖進行繪制。

為了完成對地圖的操作，F(xiàn)reeMicaps定義一個IMapTool接口，包含了鼠標和鍵盤操作方法，MapView類內(nèi)建一個IMapTool接口成員，MapView的鼠標和鍵盤操作，將被IMapTool接口的實例接管，在實現(xiàn)IMapTool接口的類中，可對地圖做各種操作，如平移、縮放等操作，這個對象可隨時替換以實現(xiàn)不同方式的地圖操作。

在FreeMicaps中，已完成一個實現(xiàn)IMapTool接口的類ZoomTool，此類為默認的地圖縮放和平移工具。

另外，在MapView中，還引入了一個當前圖層的概念CurrentLayer，用它來表示當前操作的圖層，后面用它來實現(xiàn)圖層元素拾取、圖層工具條等功能。

通過以上論述的方法，可以對地圖的開發(fā)有了全面、透徹的了解，便于開發(fā)人員對地圖系統(tǒng)的優(yōu)化和升級。文章對GIS系統(tǒng)的論述僅限于基礎(chǔ)應用和開發(fā)，不妥之處請批評指正。

參考文獻：

[1] 朱洪軍.基于GIS的移動終端LBS系統(tǒng)建設(shè)與實現(xiàn)[D].華東師范大學，2008.

[2] 李海艷.移動GIS的概念體系研究[D].長安大學，2006.

作者簡介：

王盼（1985-），男，漢族，北京人，本科，工程師，單位：國家新聞出版廣電總局北京廣播電視維護中心，研究方向：廣電系統(tǒng)節(jié)目傳輸和調(diào)度。