谷艷春，何 寬，王雙美，李洪超，李茂娟

（黃河水利職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河南 開封 475004）

0 引言

隨著信息技術(shù)的快速發(fā)展、 信息源更新頻率的加快和互聯(lián)網(wǎng)的普及， 公路現(xiàn)狀示意圖也需要加速更新迭代。傳統(tǒng)制圖方式是依靠手工繪制圖紙，需要消耗大量人力、 物力和時間等資源， 導(dǎo)致制圖效率低，圖紙更新周期過長，時效性差，且空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)分離［1］。 事實證明，傳統(tǒng)制圖方式不利于公路信息的管理和更新，以及公路示意圖的高效制作。

GIS 軟件具有數(shù)據(jù)處理效率高、 維護(hù)數(shù)據(jù)一致性強(qiáng)、制圖便捷等優(yōu)勢，已在諸多行業(yè)應(yīng)用中得到廣泛認(rèn)可。 ArcGIS 作為世界上使用最廣泛的 GIS 軟件，其桌面端產(chǎn)品提供了數(shù)據(jù)編輯和存儲、地圖制圖和空間分析等多種靈活、強(qiáng)大的制圖功能［2］。 利用ArcGIS 實現(xiàn)公路數(shù)據(jù)管理和現(xiàn)狀示意圖的編制和輸出，能夠多層次分析處理各種屬性參數(shù)、全面直觀地顯示公路資源數(shù)據(jù)、 提高圖件編制的自動化程度和制圖速度， 很大程度上提高了制圖的準(zhǔn)確性和便捷性，還可以與可視化需求相匹配，提升公路數(shù)字化生產(chǎn)水平。因此，采用ArcGIS 快速制圖技術(shù)，不僅可以保證空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)的對應(yīng)關(guān)系， 提高制圖效率以及制圖精度，還可以最大限度地解放人力，降低成本，有效縮短圖紙更新周期，保證制圖成果的時效性。 筆者基于已有的交通數(shù)據(jù)和各地市每年提供的變更數(shù)據(jù)，應(yīng)用ArcGIS 的制圖功能，構(gòu)建基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)的更新機(jī)制， 將基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)的現(xiàn)勢性提高到數(shù)月之內(nèi)， 以此來解決公路現(xiàn)狀示意圖基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)的更新及補(bǔ)充等問題。

1 ArcGIS 的優(yōu)勢及制圖流程

1.1 ArcGIS 的功能

ArcGIS 軟件可以完成地理數(shù)據(jù)信息的生成、管理、編輯、轉(zhuǎn)換、分析、處理、表達(dá)及制圖等多項任務(wù)，在自然資源管理、自動制圖、城市和區(qū)域規(guī)劃、測繪、地質(zhì)勘察等領(lǐng)域中發(fā)揮著重要作用［3］。 ArcGIS 快速制圖技術(shù)與傳統(tǒng)制圖方式的區(qū)別為：（1）傳統(tǒng)制圖方式缺乏數(shù)據(jù)支撐，而ArcGIS 快速制圖技術(shù)以現(xiàn)有的地理數(shù)據(jù)信息為基礎(chǔ)， 因此，ArcGIS 制圖效率要明顯高于傳統(tǒng)制圖方式。（2）傳統(tǒng)制圖工具可以對地圖圖元進(jìn)行修改，但是費(fèi)時費(fèi)力，導(dǎo)致地圖生產(chǎn)過程較長，地圖更新周期也較長，而ArcGIS 只需要關(guān)注符號化規(guī)則以及數(shù)據(jù)規(guī)范即可完成地圖繪制， 生產(chǎn)過程明顯縮短，地圖更新周期較短，時效性強(qiáng)。（3）傳統(tǒng)制圖方式多以手工繪制為主， 地圖精度受人為因素的影響較大，而ArcGIS 通過符號庫技術(shù)、智能化制圖表達(dá)以及標(biāo)注等手段， 可以顯著提升地圖的可讀性，能確保地圖的精度［3－4］。

1.2 制圖流程

綜合交通一張圖公路現(xiàn)狀示意圖制作過程主要涉及以下幾個環(huán)節(jié)：（1）數(shù)據(jù)收集與整理。 根據(jù)綜合交通一張圖公路現(xiàn)狀示意圖制圖需求， 收集相關(guān)數(shù)據(jù)，如國省干線、隧道、橋梁、行政點(diǎn)、行政邊界等矢量數(shù)據(jù)。因部分?jǐn)?shù)據(jù)是由各地級市交通局呈報的，會出現(xiàn)統(tǒng)計信息不詳細(xì)、 格式與制圖需求不一致、錯誤、遺漏等問題，所以對于收集到的數(shù)據(jù)，還需進(jìn)行屬性、 空間形狀或位置逐一查驗。 對于有問題的數(shù)據(jù)， 根據(jù)留存的規(guī)劃數(shù)據(jù)和各地市交通局提供的現(xiàn)狀數(shù)據(jù)，進(jìn)行完善或修正。（2）符號和注記設(shè)計。根據(jù)制圖規(guī)范和實際應(yīng)用需求， 設(shè)計制圖所需的符號和注記圖形樣式，并修改不合適的樣式。（3）層級設(shè)計、符號和注記編輯。根據(jù)制圖需求，調(diào)整制圖數(shù)據(jù)疊放次序，設(shè)計符號和注記大小與顯示比例，并對其進(jìn)行字體優(yōu)化、增刪、挪動等編輯操作。 （4）建立制圖模板。 設(shè)定地圖幅面、比例尺大小、圖名、圖例、圖框等地圖要素，作為地圖模板。 ArcGIS 制圖法繪制綜合交通一張圖公路現(xiàn)狀示意圖的流程如圖1 所示。

圖1 ArcGIS 制圖法繪制綜合交通一張圖公路現(xiàn)狀示意圖的流程圖Fig.1 Flowchart of highway current situation by ArcGIS cartography of a comprehensive transportation map

2 制圖準(zhǔn)備

2.1 屬性數(shù)據(jù)管理

屬性數(shù)據(jù)的信息用于描述空間數(shù)據(jù)的相關(guān)特性，以屬性表方式存儲，用于空間數(shù)據(jù)的查詢、分析和顯示。 在ArcGIS 中，屬性表中的列被稱為字段，每個字段均可儲存特定類型的數(shù)據(jù)，例如數(shù)字、日期或文本段。因此，字段構(gòu)成了地圖或獨(dú)立表中任何給定圖層的屬性信息。 字段計算是實現(xiàn)空間數(shù)據(jù)屬性快速處理的重要手段， 可以對選定的部分矢量要素或所有矢量要素進(jìn)行簡單或高級屬性操作和計算。通過字段計算修改要素屬性的方法有通過鍵盤輸入相關(guān)數(shù)值和通過Python 或VBScript 腳本代碼來處理2 種。 鍵盤輸入法需靈活運(yùn)用屬性字段計算工具，腳本代碼法可成倍提高作業(yè)效率。 ArcMap 的字段計算工具有3 種調(diào)用方式：（1）在ArcMap 視圖中載入需要處理的矢量數(shù)據(jù)， 在要素編輯模式下進(jìn)行操作；（2） 通過ArcToolbox 地理處理工具操作；（3）通過Python 腳本來實現(xiàn)［5］。

通過字段計算器直接輸入屬性表達(dá)式的方式可以對公路空間數(shù)據(jù)進(jìn)行屬性處理（包括簡單幾何屬性處理和非幾何屬性處理）。簡單幾何屬性處理可以通過字段計算工具實現(xiàn)， 如對公路空間數(shù)據(jù)長度進(jìn)行操作； 非幾何屬性處理主要指屬性字段的增刪操作。向公路空間數(shù)據(jù)屬性表中增加屬性字段時，必須明確字段的屬性和數(shù)據(jù)類型，如精度或長度。數(shù)據(jù)類型的選擇和相關(guān)設(shè)置會直接影響存儲和顯示， 并對后臺數(shù)據(jù)庫的精度和效率有重要影響。 若對公路空間數(shù)據(jù)進(jìn)行裁切、合并、融合等操作，不同空間數(shù)據(jù)之間的屬性會分離、合并、關(guān)聯(lián)等。

屬性數(shù)據(jù)處理是制作綜合交通一張圖公路現(xiàn)狀示意圖過程中的重要步驟，是完成快速制圖的核心。通過屬性表自帶的字段計算工具，結(jié)合Python 腳本語言對空間數(shù)據(jù)的幾何屬性和非幾何屬性進(jìn)行操作與處理， 可以提高公路空間數(shù)據(jù)屬性處理的工作效率［5］。 同時，通過ArcGIS 關(guān)聯(lián)功能進(jìn)行空間數(shù)據(jù)與屬性值連接， 可以實現(xiàn)空間數(shù)據(jù)隨屬性值更新而實時更新。 綜合交通一張圖公路現(xiàn)狀示意圖數(shù)據(jù)要素的必備屬性值如表1 所示。

表1 綜合交通一張圖公路現(xiàn)狀示意圖數(shù)據(jù)要素必備屬性值表Tab.1 Essential attribute values for data elements of highway current situation of a comprehensive transportation map

2.2 數(shù)據(jù)層設(shè)計

在數(shù)據(jù)層設(shè)計上， 根據(jù)綜合交通一張圖公路現(xiàn)狀示意圖的數(shù)據(jù)要素， 將交通所涉及的空間數(shù)據(jù)分為點(diǎn)、線、面3 個類別。其中，點(diǎn)數(shù)據(jù)主要包括省級政府、市級政府、縣／區(qū)級政府、鄉(xiāng)鎮(zhèn)／街道級政府、村落、服務(wù)區(qū)、互通點(diǎn)、機(jī)場、火車站、港航局、港口、碼頭、橋梁、隧道等；線數(shù)據(jù)主要包括高速公路、普通國省干線、縣道、鄉(xiāng)道、村道、行政區(qū)分界線等；面數(shù)據(jù)主要包括河流、湖泊、水庫、錨地、回旋水域、省市縣行政區(qū)等。

在綜合交通一張圖公路現(xiàn)狀示意圖制作過程中，為了確保構(gòu)圖層次清晰，需要進(jìn)行數(shù)據(jù)篩選、圖層疊放次序設(shè)置和構(gòu)圖要素沖突協(xié)調(diào)等綜合處理，如將點(diǎn)圖層（如行政點(diǎn)、服務(wù)區(qū)）放置到最上層，線圖層（如公路）次之，面圖層（如河流、湖泊、行政區(qū)）放在最下層；在同類要素圖層間，按重要性等級排列，最重要的圖層放在最上層。 這樣就可以實現(xiàn)全面準(zhǔn)確地表達(dá)數(shù)據(jù)要素內(nèi)容，達(dá)到傳遞公路信息的效果。

3 制圖過程

3.1 建立符號和注記庫

采用地圖符號表達(dá)空間數(shù)據(jù)的基本信息， 可使空間數(shù)據(jù)更加形象化和具有可讀性。 地圖符號是由形狀不同、 大小不一、 色彩有別的圖形或文字組成的，能夠形象地傳遞地理事物的空間位置、形狀、數(shù)量、 各事物之間的相互聯(lián)系及區(qū)域總體特征等方面的信息［6］。 因此，建立符號和注記庫是完成ArcGIS快速制圖的重要基礎(chǔ)， 也是創(chuàng)建美觀完整綜合交通一張圖公路現(xiàn)狀示意圖的重要基礎(chǔ)。

在ArcGIS 軟件中，現(xiàn)有的公路符號較少，不能滿足同類數(shù)據(jù)分級展示的需求。因此，需要利用符號管理器建立點(diǎn)、線以及面等多種符號和注記。ArcGIS軟件具有符號自定義功能，支持基于圖片、字體和多種組合等方式制作符號。符號設(shè)計統(tǒng)計如表2 所示。

表2 符號設(shè)計統(tǒng)計表Tab.2 Statistics of symbol design

標(biāo)注是綜合交通一張圖公路現(xiàn)狀示意圖的重要組成部分， 它以動態(tài)或獨(dú)立文本等形式標(biāo)示地圖中的各種要素。 ArcGIS 的地圖標(biāo)注模塊對標(biāo)注的內(nèi)容、方式、字體式樣、大小、方向和顏色等均可做參數(shù)化設(shè)置［2，7］。 根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)和綜合交通一張圖公路現(xiàn)狀示意圖的應(yīng)用需要，對地圖標(biāo)注進(jìn)行定制化設(shè)定，如表3 所示。

表3 注記設(shè)計統(tǒng)計表Tab.3 Statistics of annotation design

ArcGIS 能夠?qū)⒏鞣N符號和注記組合到一起進(jìn)行存儲、管理和共享，保證所展示的空間數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，實現(xiàn)同一專題圖的要素具有一致性。 ArcGIS 提供了交互式符號設(shè)計系統(tǒng)，具有符號和注記自動匹配的功能，在圖層管理中，指定好不同數(shù)據(jù)使用的符號或注記，可在數(shù)據(jù)視圖中實現(xiàn)整體更換。 ArcGIS 系統(tǒng)這一功能極為適合進(jìn)行快速、批量制圖，僅需要制定數(shù)據(jù)采集的標(biāo)準(zhǔn)、符號化和注記規(guī)則，即可實現(xiàn)符號和注記與圖層要素的自動匹配，顯著提升制圖效率。

3.2 著色與篩選

公路示意圖的著色是在國家標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)上， 再根據(jù)具體需求或業(yè)主特定要求， 進(jìn)行整幅圖色彩的均衡與協(xié)調(diào)。

在經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)，點(diǎn)數(shù)據(jù)較密集。 因此，在制圖過程中，必須對構(gòu)圖數(shù)據(jù)進(jìn)行篩選和取舍，去掉干擾和冗余要素， 使得數(shù)據(jù)要素內(nèi)容直觀突出。 ArcGIS軟件提供了SQL 語句， 方便對構(gòu)圖數(shù)據(jù)進(jìn)行篩選，使得綜合交通一張圖公路現(xiàn)狀示意圖的內(nèi)容更加聚焦，表達(dá)更加直觀。 同時，ArcGIS 軟件提供了完備的沖突協(xié)調(diào)避讓功能， 對于綜合交通一張圖公路現(xiàn)狀示意圖中標(biāo)注、符號、圖形等構(gòu)圖要素間的沖突，通過設(shè)置各類數(shù)據(jù)要素的避讓策略和權(quán)重值， 可以有效協(xié)調(diào)解決， 從而使示意圖中各數(shù)據(jù)要素間的沖突得以消除。

3.3 建立制圖模板

為保證綜合交通一張圖公路現(xiàn)狀示意圖表達(dá)的內(nèi)容具有完整性、協(xié)調(diào)美觀、清晰易讀的效果，需要對制圖紙張大小、地圖比例尺、圖例、指北針等出圖要素進(jìn)行設(shè)置。 ArcGIS 中多種樣式的地圖模板，可以實現(xiàn)快速便捷地完成地圖幅面設(shè)置。 如設(shè)置紙張大小和布局方向， 調(diào)整數(shù)據(jù)框， 使數(shù)據(jù)要素充滿頁面，且適當(dāng)留白，使制圖整體美觀效果達(dá)到最佳等。

設(shè)計好的制圖模板，可以存儲和共享，其他專題圖可直接使用該制圖模板，只需替換空間數(shù)據(jù)即可。所以，可以達(dá)到省時省力的效果，提高制圖速度，且保證成圖效果的一致性和整體美觀性。

4 結(jié)語

以公路和公路基礎(chǔ)設(shè)施為主要要素的綜合交通一張圖公路現(xiàn)狀示意圖具有直觀、使用方便等特點(diǎn)。傳統(tǒng)手工制圖方式不僅費(fèi)時費(fèi)力， 成果也不便于保存，且數(shù)據(jù)一旦發(fā)生變化，只能重新編繪，難以實現(xiàn)快速更新。 采用ArcGIS 制作公路示意圖，可以提升綜合交通一張圖建設(shè)水平， 提高制圖自動化程度和速度，提高制圖的準(zhǔn)確性和便捷性，實現(xiàn)同一專題圖的要素表現(xiàn)一致性和整體美觀性， 保證空間數(shù)據(jù)和制圖成果時效性。