黃國清，徐素薇*，向 浩，曹 侃，李 響

（1. 湖北省航測遙感院，湖北 武漢 430074；2. 武漢智圖科技有限責(zé)任公司，湖北 武漢 430223）

遙感衛(wèi)星影像圖因信息豐富、直觀、易讀而被經(jīng)常使用。湖北省已形成海量的數(shù)據(jù)庫成果和地圖成果，但伴隨著應(yīng)用的日益廣泛和需求的不斷變化，在數(shù)據(jù)的循環(huán)利用、地圖的快速編制等方面，仍存在一定的困難。一是地圖數(shù)據(jù)難以實現(xiàn)統(tǒng)一與共享：不同數(shù)據(jù)庫成果標(biāo)準(zhǔn)不同、側(cè)重點不同、采集精度和現(xiàn)勢性不一[1]，與之對應(yīng)的地圖成果同樣存在數(shù)學(xué)基礎(chǔ)與成果格式不同、地圖要素分層不規(guī)范、屬性信息缺失、不同級別地圖表達(dá)不一致等問題；二是傳統(tǒng)制圖工藝與流程決定了地圖制作的周期較長[2-3]，在短時間內(nèi)不能按照應(yīng)急要求完成專題地圖的定制，無法有效保證重點工作用圖的現(xiàn)勢性和及時性。

本研究針對上述存在的困難，基于對已有多來源數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，充分利用高分辨率影像資源，結(jié)合湖北省各級行政區(qū)劃特點，研究提出了建設(shè)多尺度地圖數(shù)據(jù)庫的思路和方法。構(gòu)建滿足省、市、縣及任意范圍為制圖區(qū)域的湖北省多源多尺度重點工作用圖影像地圖數(shù)據(jù)庫體系，編制數(shù)據(jù)庫標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)規(guī)程，設(shè)計重點工作用圖地圖符號庫及標(biāo)準(zhǔn)配圖模板，形成了地圖數(shù)據(jù)庫快速制圖方案。

1 省級重點工作用圖地圖數(shù)據(jù)庫體系構(gòu)建

省級重點工作用圖影像地圖數(shù)據(jù)庫體系建設(shè)內(nèi)容主要包括數(shù)據(jù)多源性分析與整合、重點工作用圖數(shù)據(jù)庫標(biāo)準(zhǔn)研制、地圖數(shù)據(jù)庫多尺度劃分、地圖符號庫與標(biāo)準(zhǔn)配圖模板建設(shè)等。分析已有資料和數(shù)據(jù)成果，結(jié)合制圖需求對多源數(shù)據(jù)進(jìn)行整合，構(gòu)建滿足重點工作用圖編制的地圖數(shù)據(jù)庫。對地圖數(shù)據(jù)庫要素進(jìn)行尺度分級，以滿足省、市、縣各級行政區(qū)及任意范圍地圖編制的比例尺需求，總體技術(shù)流程見圖1。

圖1 總體技術(shù)流程

1.1 整合多源數(shù)據(jù)庫

對比多源數(shù)據(jù)的空間位置、屬性信息、采集精度等，通過數(shù)據(jù)整合、數(shù)據(jù)更新、格式轉(zhuǎn)換、要素提取、屬性掛接、制圖綜合等處理方法，吸取不同數(shù)據(jù)的特點，從中提取出統(tǒng)一的、比單一數(shù)據(jù)更好、更豐富的信息，從而形成一套現(xiàn)勢性強、準(zhǔn)確性高、滿足重點工作用圖需要的地圖數(shù)據(jù)庫。數(shù)據(jù)來源主要包括遙感影像、專題信息和地理信息數(shù)據(jù)。

1）遙感影像數(shù)據(jù)。自然資源湖北省衛(wèi)星技術(shù)應(yīng)用中心統(tǒng)籌獲取高分辨率衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)，全省亞米級影像數(shù)據(jù)保持半年更新，2 m 級及重點區(qū)域亞米級影像數(shù)據(jù)保持季度更新，為體系構(gòu)建提供不斷更新的海量遙感衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)支撐。

2）專題信息數(shù)據(jù)。以省級重點工作需要為導(dǎo)向，收集最新的國土空間規(guī)劃、三區(qū)三線、土地利用現(xiàn)狀、耕地監(jiān)測等資料作為專題數(shù)據(jù)，并不斷補充完善，豐富數(shù)據(jù)庫內(nèi)容。專題數(shù)據(jù)作為單獨圖層，一般使用線符號或透明填充符號配置，出圖時按需取用。

3）地理信息底圖數(shù)據(jù)。分析湖北省地理國情監(jiān)測數(shù)據(jù)、城市空間監(jiān)測數(shù)據(jù)、湖北省天地圖、湖北省標(biāo)準(zhǔn)地圖、基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)等成果及各部門專項數(shù)據(jù)，對各類數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、篩選、提取及更新。所涉及界線、高等級道路與水系等以相關(guān)權(quán)威部門提供的為準(zhǔn)，并主要以地理國情監(jiān)測成果數(shù)據(jù)作為補充，當(dāng)各來源數(shù)據(jù)出現(xiàn)矛盾時，屬性以公開出版地圖為準(zhǔn)，位置按照最新遙感影像進(jìn)行更新。

1.2 重點工作用圖數(shù)據(jù)庫標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)

建立重點工作用圖數(shù)據(jù)庫標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)定數(shù)據(jù)庫數(shù)學(xué)基礎(chǔ)、數(shù)據(jù)庫要素內(nèi)容與分層、要素屬性結(jié)構(gòu)與字段、屬性賦值等內(nèi)容，確保數(shù)據(jù)庫的規(guī)范性、統(tǒng)一性、嚴(yán)謹(jǐn)性。

1）數(shù)學(xué)基礎(chǔ)。地圖數(shù)據(jù)庫采用2000 國家大地坐標(biāo)系、1985國家高程基準(zhǔn)，高程系統(tǒng)為正常高，高程單位為米。制圖投影采用高斯-克呂格投影，省圖采用6°分帶，中央經(jīng)線采用111°，其他區(qū)域地圖采用3°分帶。因湖北省地跨多個投影分度帶，制圖時中央經(jīng)線選擇制圖區(qū)域所在面積較大的分度帶。

2）數(shù)據(jù)庫內(nèi)容與空間要素分層。重點表示境界與政區(qū)、交通、水系、居民地及設(shè)施、地貌等5 大類內(nèi)容，分別儲存于數(shù)據(jù)庫的5 個數(shù)據(jù)集中，數(shù)據(jù)集進(jìn)一步細(xì)化要素層［4］。境界與政區(qū)數(shù)據(jù)集細(xì)分為省級行政區(qū)、地級行政區(qū)、縣級行政區(qū)、鎮(zhèn)級行政區(qū)等要素線層及對應(yīng)的政區(qū)面層；交通數(shù)據(jù)集細(xì)分為鐵路、公路、城市道路、隧道、機(jī)場、火車站等要素層；水系數(shù)據(jù)集細(xì)分為面狀水系、線狀水系、水利及附屬設(shè)施等要素層；居民地及設(shè)施數(shù)據(jù)集細(xì)分為政府駐地、公共服務(wù)及其設(shè)施、其他重要地名等要素層；地貌數(shù)據(jù)集細(xì)分為山峰和山脈等要素層。

3）空間要素屬性結(jié)構(gòu)。以地理國情監(jiān)測成果數(shù)據(jù)庫的屬性結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)，針對重點工作用圖制圖需求，對原始屬性字段進(jìn)行取舍，保留制圖必須的字段，如名稱、道路編號、等級、類型等，并創(chuàng)造新增部分制圖字段，形成重點工作用圖地圖數(shù)據(jù)庫特有的要素屬性結(jié)構(gòu)。

4）新增制圖字段。設(shè)計新增部分字段主要是為控制各類要素的上圖顯示以滿足快速配圖需要，水系層增加“注記等級”字段用于控制水系注記分級顯示，增加“幾何等級”字段用于控制單線水系制圖時水系漸變的表達(dá)，增加“顯示比例尺”字段用于控制各級比例尺數(shù)據(jù)庫的點、線、面要素分級顯示等。

5）屬性字段賦值。完善空間數(shù)據(jù)屬性信息，正確填寫屬性字段值。同一要素層存在多類要素，類型屬性值必填以便區(qū)分；同類要素不同點、線、面形式，屬性值保持統(tǒng)一。

1.3 建設(shè)多尺度地圖數(shù)據(jù)庫

滿足縣級及以上行政區(qū)劃與城市圈地圖的快速編制是本次研究最主要目的。湖北省下轄13 個地級行政區(qū)、103 個縣級行政區(qū)，即39個市轄區(qū)、26個縣級市、35個縣、2個自治縣、1個林區(qū)?？紤]到重點工作用圖的使用場景，及紙質(zhì)地圖的實用性與便攜性，以常用的全開紙張規(guī)格測算各級行政區(qū)地圖比例尺。其中縣級行政區(qū)地圖比例尺大多介于1∶3～1∶12 萬之間，地市行政區(qū)地圖比例尺介于1∶10～1∶30 萬之間，湖北省全開地圖比例尺約1∶70 萬。綜上考慮，建設(shè)5級尺度的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫，多尺度基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫構(gòu)成。

針對影像地圖特性和重點工作用圖的內(nèi)容需要，基于地圖制圖規(guī)則、區(qū)域地理要素特征等，確定各級基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫最終地圖上圖內(nèi)容。在1∶5萬數(shù)據(jù)庫基礎(chǔ)上，逐級綜合選取分別形成1∶10萬、1∶25萬、1∶50 萬和1∶100萬等數(shù)據(jù)庫成果[5-6]，保證各尺度數(shù)據(jù)庫要素表達(dá)的一致性，覆蓋全省范圍，滿足全省各級行政區(qū)域和重點區(qū)域的地圖成圖

1.4 地圖符號庫與標(biāo)準(zhǔn)配圖模板建設(shè)

地圖符號設(shè)計的原則是使符號具有可定位性、概括性、可感受性、組合性、邏輯性和系統(tǒng)性[7-8]。符號庫用于對地圖數(shù)據(jù)的可視化表達(dá)，針對地圖數(shù)據(jù)庫內(nèi)容及地圖類型，按點、線、面、注記4種形式設(shè)計并制作地圖符號庫。根據(jù)紙質(zhì)地圖成圖尺寸及符號上圖效果，確定各地圖符號的大小、顏色、形狀、粗細(xì)、透明度等[9-11]，影像地圖符號及注記一般設(shè)計白色描邊。

標(biāo)準(zhǔn)配圖模板是存儲地圖符號和圖層設(shè)置的工程文件[12]，包括地圖要素分層設(shè)置、標(biāo)注設(shè)置、要素符號化設(shè)置、附加信息要素設(shè)置及要素是否上圖設(shè)置等。

1）地圖要素分層設(shè)置。數(shù)據(jù)庫要素層與地圖圖層一般是多對一的關(guān)系，通過對要素層類型字段進(jìn)行定義查詢，控制顯示圖層為單一要素層；通過對要素層顯示比例尺字段進(jìn)行定義查詢，控制要素的分級顯示；通過對要素層顯示字段進(jìn)行定義查詢，為要素顯示提供人工動態(tài)調(diào)整的空間。規(guī)范圖層命名并按地圖內(nèi)容顯示順序排序，確保要素上下層關(guān)系正確。

2）標(biāo)注設(shè)置。根據(jù)設(shè)計的注記符號規(guī)格，完成各圖層標(biāo)注內(nèi)容設(shè)置和標(biāo)注樣式設(shè)置，通過調(diào)整標(biāo)注設(shè)置中的放置屬性，完成標(biāo)注位置、自適應(yīng)策略、標(biāo)注密度、沖突解決等設(shè)置[13-15]，完善標(biāo)注的擺放方式設(shè)置，使圖面顯示效果達(dá)到最佳狀態(tài)。

3）要素符號化設(shè)置。通過圖層指定字段與符號庫符號名稱相匹配，使地圖數(shù)據(jù)庫的要素以地圖符號庫的樣式顯示，即可完成要素符號化，其過程高效、便捷。

4）附加信息要素設(shè)置。包含圖名、指北針、圖例、比例尺、編制單位、編制時間等配置，以上設(shè)置直接存儲在對應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)配圖模板中，模板按尺寸和方向分為全開橫版、全開豎版、雙全開橫版、雙全開豎版等。

5）要素是否上圖設(shè)置。五級尺度數(shù)據(jù)庫本質(zhì)上是定義了要素不同顯示級別的同一數(shù)據(jù)庫。從地圖的應(yīng)用場景和用途考慮，影像本身就是豐富的信息，地圖重點表示的是宏觀層面的信息，側(cè)重為不同尺度下地圖表達(dá)的內(nèi)容，而非圖面關(guān)系與細(xì)節(jié)顯示。通過定義查詢“顯示比例尺”來控制地圖要素的分級顯示。

綜上所述，利用GIS 軟件制圖技術(shù)，完成以上內(nèi)容的設(shè)置，形成標(biāo)準(zhǔn)配圖模板，實現(xiàn)數(shù)據(jù)庫內(nèi)容快速可視化表達(dá)與符號化顯示。

2 基于地圖數(shù)據(jù)庫體系的快速制圖

本文地圖制圖使用ArcGIS平臺實現(xiàn)，通過預(yù)先制作地圖編制所需的地圖符號庫、配圖模板等相關(guān)組件，結(jié)合地圖數(shù)據(jù)庫，形成以地圖制圖模型驅(qū)動地圖編制的方法，能夠滿足重點工作用圖及時響應(yīng)、快速生產(chǎn)的目的。

2.1 重點工作用圖地圖制圖模型優(yōu)化

制圖模型的建立具有系統(tǒng)性與指導(dǎo)性，以制圖模型為基底進(jìn)行地圖內(nèi)容表達(dá)的動態(tài)調(diào)整，保留人工調(diào)整的空間，重點考慮因素有：①區(qū)域特征不同。城區(qū)、郊區(qū)、山區(qū)等特征不同則內(nèi)容表達(dá)有所差異；水網(wǎng)密集區(qū)與稀疏區(qū)，其水系選取指標(biāo)不同，就重點工作用圖影像地圖而言主要是面狀水系的取舍，如1∶10萬數(shù)據(jù)庫水庫、湖泊、坑塘密集區(qū)按圖上面積4.4 mm2、稀疏區(qū)按圖上面積3.8 mm2選取，但具有特殊意義的要保留。②表達(dá)專題不同。主題相關(guān)信息詳細(xì)突出表示，非相關(guān)信息視情況簡略弱化表示，避免地圖主次不清、層次不明。③成圖比例尺不同。在現(xiàn)有數(shù)據(jù)庫中選擇比例尺最為接近的某級數(shù)據(jù)庫，在其基礎(chǔ)上進(jìn)一步細(xì)化內(nèi)容的選取與表達(dá)。④用戶重點關(guān)注對象不同。用戶的需求點和最關(guān)注的信息應(yīng)清晰表達(dá)，以滿足本質(zhì)需要。

制圖時根據(jù)需要，充分分析地圖用途、區(qū)域特點、地圖比例尺與載負(fù)量等，以要素的面積、長度、等級、名稱、連通性等為具體指標(biāo)，進(jìn)行控制微調(diào)，在各項設(shè)置的基礎(chǔ)上進(jìn)行調(diào)整，以實現(xiàn)最佳地圖輸出效果。制圖模型的各項組件均可持續(xù)優(yōu)化升級與循環(huán)利用，并在實踐中不斷完善以服務(wù)更多生產(chǎn)需求。

2.2 快速制圖試驗

選取武漢市、武漢新城作為制圖實驗區(qū)，用以驗證地圖數(shù)據(jù)庫體系滿足行政區(qū)劃和任意區(qū)域為制圖范圍的地圖編制需求。

武漢市為湖北省省會城市，面積8569.15 km2，制圖比例尺采用1∶20 萬，使用1∶25 萬地圖數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)。因其交通密集，制圖時在標(biāo)準(zhǔn)配圖模板的基礎(chǔ)上減小了交通要素的寬度、標(biāo)注的字體大小等，降低交通要素對影像信息的壓蓋程度（地圖成果見圖2）。

圖2 武漢市衛(wèi)星影像圖

武漢新城地跨武漢市、鄂州市，規(guī)劃面積約719 km2，制圖比例尺采用1∶5 萬，使用1∶5 萬地圖數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)。該區(qū)域有較多大型水庫、湖泊，制圖時在標(biāo)準(zhǔn)配圖模板的基礎(chǔ)上加大了水系注記的標(biāo)注字號。

利用傳統(tǒng)制圖工藝編制以上地圖，需要進(jìn)行數(shù)據(jù)收集、數(shù)據(jù)處理、符號設(shè)計及制作、地圖分層、地圖符號化、圖面整飾等工作，制作周期至少需要數(shù)天時間。本研究基于地圖數(shù)據(jù)庫體系，省略了傳統(tǒng)制圖中數(shù)據(jù)收集、數(shù)據(jù)處理、符號設(shè)計及制作等環(huán)節(jié)，將地圖分層、地圖符號化、注記設(shè)置存儲于標(biāo)準(zhǔn)配圖模板中。根據(jù)制圖需求，在標(biāo)準(zhǔn)配圖模板中加載地圖數(shù)據(jù)庫中所需表達(dá)數(shù)據(jù)，設(shè)置數(shù)據(jù)顯示比例尺，即完成自動化成圖。在成圖基礎(chǔ)上根據(jù)區(qū)域特征進(jìn)行模型優(yōu)化、圖面整飾，得到最終地圖產(chǎn)品。制圖周期縮短至數(shù)小時，制圖效率明顯提升。

3 結(jié)論

本文闡述了通過整合多源數(shù)據(jù)庫成果、對數(shù)據(jù)庫進(jìn)行尺度分級的方法，研究構(gòu)建了多源多尺度重點工作用圖地圖數(shù)據(jù)庫，編制了數(shù)據(jù)庫標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)規(guī)程，形成了地圖數(shù)據(jù)庫快速制圖方案。充分利用現(xiàn)有的基礎(chǔ)地理信息資源，整合行業(yè)專題信息，建設(shè)規(guī)?；?、集成化、一體化的基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)信息庫，實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享與循環(huán)利用，達(dá)到一庫多用、一庫快用、一庫實用的目的，對各項資源整合與規(guī)范化處理具有借鑒與指導(dǎo)意義。數(shù)據(jù)庫地圖編制方案可實現(xiàn)全省任意區(qū)域、任意幅面影像專題地圖的快速成圖與可視化，提高應(yīng)急響應(yīng)速度與處理能力，可用于宏觀決策、自然資源監(jiān)測、專題分析、空間治理、城市規(guī)劃等方面，滿足不同層級、不同尺度的空間數(shù)據(jù)直觀展示的需要。