基于规则数据驱动的专题制图技术及其应用研究_曾洪云

第23卷第4期2011年8月云南地理环境研究YUNNAN GEOGRAPHIC ENVIRONMENT RESEARCH Vol.23，No.4Aug.，2011收稿日期：2011－03－21；修订日期：2011－07－25．基金项目：国家自然科学基金（40901294）；云南省应用基础研究项目资助（2010CD012）.作者简介：曾洪云（1979－），男，江西省乐安县人，讲师，博士生，研究方向为GIS 语义挖掘及LIS 等.基于规则数据驱动的专题制图技术及其应用研究曾洪云1，2，解智强3，王东峰4（1.云南大学资源环境与地球科学学院，云南昆明650091； 2.云南大学亚洲国际河流中心，云南昆明650091；3.昆明市城市地下管线探测办公室，云南昆明650021；4.云南省国土资源厅，云南昆明655000）摘要：地图制图自动化是地图学的重要目标之一，也是当前研究的热点问题之一，对地球空间信息科学的发展具有十分重要的意义。

通过采用Representation 技术，以昆明市入滇河道（管线）专题地图制图项目为例，研究探讨基于规则化数据驱动的计算机地图制图表达，部分解决了传统上必须通过大量人工编辑才能够完成的制图任务，特别是实现了传统上需要以破坏数据的GIS 属性为代价才能够实现的地图制图效果，结果表明：基于规则驱动的计算机地图制图表达技术能够兼顾GIS 和地图制图对数据的不同要求，可快速完成地图制作，并达到传统地图制图效果，节省大量的人力物力，具有广阔的推广和工程应用价值。

关键词：地图数据库；规则驱动；地图制图表达中图分类号：P208文献标识码：A文章编号：1001－7852（2011）04－0058－050引言GIS 发源于早期的机助地图制图系统，在该时期GIS 主要以地图制图为目的，空间分析功能较弱，伴随着GIS 在各领域的深入应用，空间关系的建立、空间分析以及空间信息的共享成为主流，GIS 与地图制图逐渐分离，前者强调的是地理信息的空间分析和空间语义共享，而后者更关注的是地图的图面表达和地图制图规范。

这种差异的存在，其直接结果是产生地图空间数据的不一致性以及独立建库所产生的数据冗余和资源浪费。

但是，在测绘领域，地图制图仍然是当前的重要任务之一，在世界许多国家，对地图制图的关注不是削弱而是增强，传统地图制图的许多规范和基本原则仍然在地理空间特征信息表达、概括和应用上存在无可比拟的优势，是GIS 表达所应该吸收和发展的［1］。

随着地理信息数据在目前地图制图过程中发挥的作用日渐明显，地图与地理信息系统合二为一已经成为当前的发展趋势和技术主流，但地理信息数据在输出为专题地图时，如何在保证空间数据完整性的同时，能够快捷地按照地图编制规范和美学效果输出专题地图，即地图制图自动化，既满足传统地图编辑的要求又节省重复的人工编辑工作量，已经成为业界亟待解决的一个热点问题，也是地图学的重要目标之一。

1问题提出与分析传统专题地图的要素编辑与处理主要是在以专业出版为目的的制图软件上完成，常见的方法是通过数据导入读取基础矢量或栅格数据，根据地图设计的要求，对导入的点、线、面数据按照地图制图的原则进行人工编辑，如符号大小、线型宽窄、线段类型、填充要素等。

目前地图编制工作一般采用CORDRAW 和ILLUSTRATOR 等非GIS 出版软件，这些地图制图方法存在以下方面的数据和效率问题。

第23卷曾洪云等：基于规则数据驱动的专题制图技术及其应用研究1.1数据结构割裂问题由于多数非GIS 的出版软件无空间坐标体系，一些基于空间位置生产的数据在导入出版软件后即失去位置信息，变为无任何位置信息而仅适合印刷出版的地图数据，导致数据的地理空间信息丢失。

因此，一些CAD 制图软件解决该问题的方法是准备两套数据：一套满足GIS 的数据需求而另一套满足制图出版要求。

这种模式的缺点现而易见，即空间信息与地图表达被人为割裂，造成信息孤岛和人力的浪费。

1.2数据更新问题非GIS 的出版软件制图的另外一个问题是无法提供属性数据的输入，导致地图更新，特别是属性数据的更新无法实现。

而在长期的地图编制过程中，随着社会经济的不断发展，地图数据会随着社会的发展建设不断发生变化，这种变化包括空间数据和属性数据，而非GIS 的出版软件无法通过GIS数据特有的动态空间属性要素进行地图更新，导致数据更新又需要回到专业GIS 之中进行，造成数据更新效率低下，特别是更新的数据无任何空间真实坐标的记录，且无法记录GIS 数据的属性信息。

2规则化数据驱动制图表达解决问题的思路综上所述，为解决目前地图制图所存在的问题，必须破解地图制图自动化与制图自主性之间的冲突，将大量需人工处理的重复性工作交由计算机自动处理，使地图生产效率获得快速提升，具体思路是，将制图数据建立空间数据库，并在数据库中建立规则字段，用于存储制图表达规则，然后采用ArcGIS93中的Representation 技术，利用制图表现和GIS 要素的覆盖功能实现地图制图的自动化和自主性统一（图1）。

图1传统的地图表达模型和规则化数据后的地图表达模型比较Fig.1Map of the expression of the traditional rules of the data model and the map after the expression of model comparison该技术解决了上述的两类问题，保证了GIS 要素的连续性，能满足制图表达的实现，同时，通过数据本身存储的规则，减少人工编辑工作量，促进了地图制图自动化的实现，提高了工作效率［2］，另外，由于该技术源于信息技术的深层次发展，与传统纸质地图比较，地图符号在电子地图上能够动态缩放，而且能够在非人工干预的方式下按照制图输出的规则直接实现制图表达［3］。

该技术的实质是符号信息与要素几何存储在要素类中，从而允许用户对要素的外观进行自定义，通过这一附加控制，用户可满足苛刻制图规范的要求或仅改进要素的显示效果，而且，要素类可拥有多个与之关联的制图表达，这样，在不同的地图产品中，同一数据能够以不同的方式进行制图显示。

3基于规则驱动的地图制图表达研究3.1Representation 的工作机制目前，基于知识和规则驱动的空间数据库的建立，主要是综合应用数据库管理系统（DBMS ）中的触发器、约束、函数、过程、快照等实现。

基于数据库的地图快速制作与表达，可被看做是空间数据要素的一种表现行为，也即面向对象数据库中的数据行为。

基于知识和规则驱动的空间数据库的建立，其核心就是给每一个地理要素赋予行为规则，然后用这些规则来对数据进行表达。

Arcgis 提供的Representation 工具作为属性存储于空间数据库，即将数据的规则信息以属性的字段95云南地理环境研究第23卷信息存储于数据库中，能够在多用户的环境和空间数据迁移的过程中共享和重用地图制图的方案，即实现数据表达的通用性。

其关键在于一个图层可以采用多种Representation Rulers进行符号化，而Rep-resentation Rulers由symbol layer和geometric effects 组成，其中的symbol layer可以是点、线、面状图层，geometric effects是Representation Rulers的可选择项，能够改变符号放置的位置但不影响其数据源，同时可以改变符号的形状甚至几何类型，这是规则化数据的核心。

3.2基于Representation的规则化专题制图研究Representation是Arcgis9.3软件的一个功能模块，可以使用基于规则的结构对数据进行符号化，这些结构与数据一同存储在地理数据库中。

要素类可同时支持多个要素类制图表达，因此，可以从单个数据库获取多个地图产品，而无需存储数据的副本。

单个要素的制图表达可以在必要进行修改，以永久性地覆盖制图表达规则，该制图表达规则也在地理数据库中存储和维护。

制图表达提供了基于规则的符号系统的组织结构，同时还保留了灵活性、可自定义各要素的绘制方法。

基于Representation的制图表达规则包含符号图层和几何效果，基于该规则可定义制图表达中一组相关要素的绘制方式，并在样式内存储制图表达规则，以便在其他制图表达中共享和重复使用。

符号图层是制图表达规则的基本结构单元，可将其定义为标记、线或填充3种类型中的任意一种。

一个制图表达规则必须至少具有一个符号图层，但也可使用多个符号图层来支持复杂绘制。

几何效果是制图表达规则的可选组成部分。

在绘制要素几何时，几何效果会进行动态修改以获得所需外观，但不会影响要素本身的相关形状。

这意味着，在不影响现有空间关系的情况下可获得复杂的数据视图。

在制图表达规则中可将几何效果仅应用于一个符号图层，也可以全局方式将其应用于所有符号图层。

几何效果按顺序运行，因此一个几何效果的动态结果将成为下一个几何效果的输入。

使用Representation制图表达绘制图层时，将根据分配给要素的制图表达规则的属性来绘制要素。

在某些情况下，可能需要对一些要素的外观进行自定义，以使其与所分配规则的绘制方式略有不同。

在这种情况下，可对单个要素的制图表达规则属性进行特殊设置。

这些更改将作为属性覆盖在地理数据库中存储和维护，并可在任何引用该制图表达的地图中显示。

可通过修改或移除覆盖将要素制图表达返回到制图表达规则的默认绘制方式。

或者，也可以使用制图表达来覆盖几何，使用几何覆盖可以修改地图上要素几何的外观，而不影响可能正用于分析或处理的几何源要素。

与绘制时使用几何效果做出的动态几何更改不同，这些编辑是永久性的。

在传统的地图编制过程中涉及的地图表达的部分工作，本研究使用了以下手段加与解决，实现过程详见表1。

表1部份规则及实现的效果Tab.1Parts of the rules and the achieve results制图表达名称表达内容解决传统制图问题实现的效果tapered polygon渐变河道河道分段逐渐渐变中线段需要打断donut渐变线段境界分层填充重复的冗余面使用buffer渐变填充地图色彩均匀过渡06第23卷曾洪云等：基于规则数据驱动的专题制图技术及其应用研究4规则化数据驱动的河网制图应用实例昆明市入滇河道（管线）电子地图项目的目的是建设滇池流域入湖的36条河道（明河）及暗河（地下排水管线）数据库，项目实施过程中，通过规则化数据驱动地图表达的应用，通过Arcgis 的Representation 工具实现上述数据的地图制图表达，使GIS 数据直接生产成为电子地图数据和地图出版数据，同时提供电子地图产品及纸质地图产品，节省了大量工作量。