戴新春，李偉蘭，吁萍

(南昌市城市規(guī)劃設(shè)計研究總院，江西 南昌　330038)

1　引　言

測繪地理信息提供的數(shù)據(jù)對于國家經(jīng)濟建設(shè)、國防建設(shè)和社會發(fā)展都具有指導(dǎo)性作用，不同行業(yè)對地理信息的使用范疇和突出重點不同，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)渠道實現(xiàn)的電子地圖服務(wù)由于可以符合社會公眾對地理信息服務(wù)公開化、便捷化的新要求，越來越被大眾接受。

“天地圖”由國家測繪地理信息局主導(dǎo)，是一項國家測繪專業(yè)部門與企業(yè)等聯(lián)合開發(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級電子地圖的設(shè)計與實現(xiàn)，及其電子地圖成果瓦片數(shù)據(jù)實現(xiàn)了與網(wǎng)絡(luò)“天地圖·江西”無縫對接，更進一步為南昌市綜合治理辦公室提供了詳細的地圖數(shù)據(jù)服務(wù)。文章將從總體設(shè)計、詳細設(shè)計以及具體制作過程三個方面介紹南昌市電子地圖服務(wù)的實現(xiàn)內(nèi)容，及涉及的技術(shù)難點和解決方案。

2　電子地圖總體設(shè)計

地圖作為對空間信息和環(huán)境的圖形表達方式[2]，重點在于利用形象清晰的符號描述地理信息，因此總體設(shè)計要考慮圖上內(nèi)容的各個方面。電子地圖雖然在表現(xiàn)方式和表達載體上與傳統(tǒng)紙質(zhì)地圖不同，卻仍然保留了傳統(tǒng)地圖中內(nèi)容、符號和顏色的設(shè)計。除此之外，根據(jù)電子地圖服務(wù)獨有的數(shù)據(jù)存儲方式和表達方法，添加了電子地圖數(shù)據(jù)庫設(shè)計與電子地圖服務(wù)設(shè)計的內(nèi)容。

2.1　電子地圖數(shù)據(jù)庫設(shè)計

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)庫設(shè)計方案能夠保證地理信息的完整性和豐富度。數(shù)據(jù)庫設(shè)計包含內(nèi)容設(shè)計和結(jié)構(gòu)設(shè)計兩個方面，分別對電子地圖中所需要的地理要素的存儲格式和存儲結(jié)構(gòu)進行規(guī)范。

電子地圖數(shù)據(jù)庫內(nèi)容設(shè)計：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)實際應(yīng)用需要對其進行選擇、分類、分級和編碼。

數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)設(shè)計：首先選取一種合適的數(shù)據(jù)庫格式，常用的關(guān)系型數(shù)據(jù)庫如Oracle等，由于不適用于電子地圖數(shù)據(jù)庫對數(shù)據(jù)的組織和調(diào)用方式，選擇文件數(shù)據(jù)庫格式(*.gdb)對多種地理要素進行存儲；然后考慮地理要素的屬性存儲方式，即屬性數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計。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。

2.2　電子地圖符號和色彩設(shè)計

符號和色彩在很大程度上影響著地圖可視化的效果，設(shè)計時主要考慮地圖符號和色彩設(shè)計兩個方面，并基于ArcMap 10.2對電子地圖進行配圖操作。

2.3　電子地圖服務(wù)的設(shè)計

電子地圖服務(wù)設(shè)計包括對電子地圖內(nèi)容中的部分敏感信息進行脫密處理；瓦片數(shù)據(jù)分級比例尺設(shè)計及瓦片地圖生成以及最終電子地圖服務(wù)的發(fā)布。

3　電子地圖詳細設(shè)計

3.1　電子地圖數(shù)據(jù)庫內(nèi)容設(shè)計

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)庫結(jié)構(gòu)設(shè)計，可以快速地將不同數(shù)據(jù)源的內(nèi)容進行整理和歸納，根據(jù)地圖使用需求和比例尺級別決定圖面數(shù)據(jù)的豐富度。依據(jù)《地理信息公共服務(wù)平臺電子數(shù)據(jù)規(guī)范》(CH/T9011-2011)和江西省地方標準《電子地圖數(shù)據(jù)分級與表達規(guī)范》(DB36/T746-2013)要求對 1∶500、1∶2 000數(shù)據(jù)源及與之對應(yīng)的18-20級比例尺電子地圖的內(nèi)容進行了分類?；A(chǔ)地理數(shù)據(jù)將地形圖常用地物318個代碼進行分類分級，分成了水系、居民地、交通和植被4個大類，又細分為23個小類。POI數(shù)據(jù)分類時依據(jù)使用者群體關(guān)心的內(nèi)容設(shè)計相應(yīng)的分類[3]，并結(jié)合18-20級電子地圖需要的圖面內(nèi)容作為參考，涵蓋了政府機構(gòu)、餐飲服務(wù)、公共設(shè)施等21個類別[3]，通過先后順序表示POI標注的優(yōu)先級。

3.2　電子地圖數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)設(shè)計

電子地圖數(shù)據(jù)庫采用文件型數(shù)據(jù)庫格式(*.gdb)，建立對應(yīng)于18級～20級的文件數(shù)據(jù)庫564.25.gdb、1128.5.gdb、2257.gdb三個文件數(shù)據(jù)庫。

屬性數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計主要是對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，故對各地圖要素屬性內(nèi)容分別進行設(shè)計：對矢量數(shù)據(jù)中4個大類和23個小類中點狀要素和面狀要素(除房屋外)均采用要素代碼和要素名稱兩個字段進行屬性賦值，房屋面狀要素除采用要素代碼和要素名稱進行屬性賦值外，還需根據(jù)其自身數(shù)據(jù)特點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行屬性賦值，普通線狀要素僅作為結(jié)構(gòu)線進行入庫。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行屬性賦值外需增加名稱屬性，如道路類型和河流等級。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。

3.3　電子地圖符號和色彩設(shè)計

(1)電子地圖符號設(shè)計

地圖中的圖形符號是用于傳遞地理信息的主要方式，所以符號的設(shè)計很大程度上影響著信息的表達效果[4]。根據(jù)不同地理要素的抽象方式設(shè)計相應(yīng)的符號，設(shè)計方法有點狀符號法、線狀符號法和面狀符號法。

點狀符號法用于表示呈點狀分布的物體，或是可以抽象為點的地理要素，如POI。根據(jù)內(nèi)容表達的側(cè)重點不同再細分為幾何符號、文字符號和藝術(shù)符號三個類別。南昌市電子地圖設(shè)計時，調(diào)節(jié)形狀、大小和顏色三個變量來表達不同的符號，并通過不依比例尺的幾何符號和文字符號表示21類POI[5]。對于廟宇、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)符號表示。

線狀符號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、分級要求可以通過顏色、形狀、尺寸等圖形變量表達，如：河流線采用藍色，交通線一般黃或黑色；用線狀要素的粗細表示其道路等級差別。在南昌市電子地圖編制過程中，為了區(qū)分不同等級的交通線，對其進行不同粗細的符號設(shè)計。

面狀符號法：主要用來表示連續(xù)面的分布，如大面積的水系(湖、海等)、綠化區(qū)域、大型公共廣場等。

(2)電子地圖色彩設(shè)計

色彩的合理使用不僅可以突顯分類分級的概念，還能夠簡化符號數(shù)量，減少圖形設(shè)計的工作量。色彩設(shè)計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)計方案如表1所示。

其中，道路要素在實際應(yīng)用中需要區(qū)分不同的等級，為了使地圖層次分明，清晰易讀[6，7]。在描述主要道路時使用醒目的色彩，增加顏色飽和度和線條寬度；次要道路在視覺效果上則需要相對弱化一些，采用較細的線條和濃度較低的色彩為宜。對于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，分別按照其特點使用深綠色楷體字和藍色仿宋體標注名稱；企業(yè)單位等對象則使用方正細等線體標注；政府機構(gòu)為了體現(xiàn)其職能地位的嚴肅性和重要性，標注時采用黑色的字體；小區(qū)等住宅則逐級使用隸書字體標注。

符號與色彩設(shè)計方案　　　　　　　　　　表1

3.4　電子地圖服務(wù)的設(shè)計

電子地圖服務(wù)的設(shè)計包含電子地圖坐標系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換、內(nèi)容的脫密處理[7，9]和瓦片分級比例尺設(shè)計及瓦片地圖數(shù)據(jù)生成。

(1)電子地圖坐標系統(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坐標系，借助ArcGIS完成南昌市電子地圖數(shù)據(jù)的坐標系轉(zhuǎn)換工作。由于ArcGIS不提供這兩種坐標系之間的變換方法，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，利用脫密程序?qū)@些矢量數(shù)據(jù)進行脫密處理。打開ArcGIS數(shù)據(jù)，編寫SQL語句，“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”、“監(jiān)”、“拘”、“毒”、“教”、“站”、“爆”、“彈”、“化”、“油”、“氣”、“煤”、“礦”、“隊”、“場”、“測”、“?！?、“水”、“電”、“廠”、“臺”等關(guān)鍵字，進行排除和瀏覽，以此完成POI屬性數(shù)據(jù)脫密。

(3)瓦片分級比例尺設(shè)計及生成

電子地圖采用瓦片地圖數(shù)據(jù)的形式設(shè)計和制作。將制作好的電子地圖根據(jù)使用需要的分級要求切割為無數(shù)個小矩陣，每個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，分塊的端點從經(jīng)緯度(-180°，90°)開始，向東向南行列逐漸遞增；瓦片分塊大小采取標準的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別和行列號唯一標示，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)；下一級子目錄為地圖瓦片分級目錄，該層目錄名命名方式為“L+級別號”，如L18、L19、L20)；在地圖瓦片分級目錄下，按照該級別地圖瓦片矩陣所在行為子目錄(目錄名命名方式：“R+行號”，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”，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]，本項目瓦片分級、比例尺都依據(jù)江西省電子地圖規(guī)范，按表2顯示比例尺進行瓦片分級：

瓦片分級比例尺　　　　　　　　　　　表2

4　電子地圖實現(xiàn)與關(guān)鍵技術(shù)

4.1　電子地圖制作流程

電子地圖服務(wù)在發(fā)布和提交前需要經(jīng)過三個階段，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)。對數(shù)據(jù)的空間信息的編輯包括拓撲檢查和數(shù)據(jù)分層兩個步驟，通過拓撲檢查排除數(shù)字化錄入過程中造成的線段重合、懸掛等誤差。數(shù)據(jù)導(dǎo)入后，為了對大量不同類型的數(shù)據(jù)進行管理和顯示，根據(jù)要素屬性和類型對數(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)庫系統(tǒng)進行管理和組織。

電子地圖配圖的操作在ArcMap 10.2中進行，從文件型數(shù)據(jù)庫中導(dǎo)入已經(jīng)編輯好的要素集，在軟件中按照總體和詳細設(shè)計書中的方案完成配圖，同時完成坐標系轉(zhuǎn)換的工作。由于地圖編輯的過程復(fù)雜，各環(huán)節(jié)中的誤差積累會影響地圖質(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，通過審查后，提交矢量地圖和瓦片成果。完整的實現(xiàn)流程如圖2所示。

圖2　電子地圖制作工藝流程圖

4.2　電子地圖瓦片數(shù)據(jù)發(fā)布

瓦片數(shù)據(jù)成果完成后，需要在“天地圖”平臺下發(fā)布服務(wù)以實現(xiàn)最終的應(yīng)用。“天地圖”平臺的GeoGlobe在線服務(wù)發(fā)布系統(tǒng)可以對地圖進行瓦片數(shù)據(jù)發(fā)布，其成果為滿足OGC標準的WMTS服務(wù)，向有需要的機構(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。

4.3　主要技術(shù)問題總結(jié)及解決方案

(1)數(shù)據(jù)處理的程序化實施

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)范中對要素分層的要求，需要在數(shù)據(jù)預(yù)處理時對比規(guī)范中的要求，對矢量數(shù)據(jù)歸類，再編寫程序?qū)?shù)據(jù)分層導(dǎo)出。數(shù)據(jù)處理的過程中，有大量重復(fù)性工作，比如對屬性和注記進行賦值，合并、簡化等制圖綜合的內(nèi)容。為了對大量的地理數(shù)據(jù)批量處理，在清華三維軟件上進行腳本程序的二次開發(fā)。利用這些程序進行數(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

本項目采用ArcMap 10.2軟件進行電子地圖圖片的配置。ArcGIS軟件提供的符號庫內(nèi)容不夠全面，不能完全對應(yīng)所有設(shè)計符號，如工礦面等。通過自定義符號繪制的方式解決這個問題。在ArcMap 10.2中，疊合繪制邊界線和中心點符號以實現(xiàn)工礦面的符號化。大橋、河堤、臺階等復(fù)雜線型符號難以利用多個圖形疊加的方式在ArcMap 10.2中完成，主要利用EPS直接輸出線(*.dxf)從外部導(dǎo)入視線符號配置。

(3)地圖標注的優(yōu)化處理

POI往往是地圖使用者最關(guān)注的信息，簡潔明了的標注會大大提升識圖速度，增加電子地圖的實用性。因此首先要解決POI標注中常見的困難，比如標注的位置、偏移、方向等圖面效果以及在POI密集區(qū)域內(nèi)會出現(xiàn)的標注重疊問題。解決方案為，根據(jù)POI的優(yōu)先級順序，首先進行權(quán)重設(shè)置，以便標注沖突時進行抉擇。然后采用ArcGIS的“Maplex標注引擎”擴展模塊，根據(jù)優(yōu)先級依次確定標注位置、標注與符號的距離、分行標注的符號設(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，一大難點是標記的走向應(yīng)該根據(jù)其所屬道路的方向自動調(diào)節(jié)，便于讀圖。因此在標注設(shè)計時采用CJK字符方向，達到道路名稱注記與道路走向一致。

地圖服務(wù)發(fā)布時，要同時發(fā)布數(shù)據(jù)庫中的矢量地圖數(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)的道路中心線為標準，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)用過程中，實時地修改道路名稱標注。

5　總結(jié)與展望

南昌市電子地圖的設(shè)計與實現(xiàn)，對接了“天地圖·江西”，補充了“天地圖·江西”18—20級電子地圖空白，圓滿地解決了南昌市地理信息服務(wù)從無到有的局面，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)生了良好的社會效益。

南昌市電子地圖作為市級電子地圖，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)，進一步完成軌道1、2號線街區(qū)圖的編制項目，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)。