1比5万电子地图集的制作

1：5万电子地图集的设计制作

摘要：1:5万地形图矢量数据已经生产完成,数据覆盖了全国陆地范围。为了使数据成果更好的为国民经济和国防建设服务，我们研制了“电子地图集”，使其作为纸质地图的替代产品。本文在技术层面上对“电子地图集”的体系结构、基本功能进行了详细的讨论。

关键词：基础地理信息设施电子地图

1. 前言

随着现代信息技术的发展，国民经济和国防建设对基础地理空间数据需求愈来愈强烈。“十五”期间，国家基础测绘与军事测绘都将1：5万基础地理矢量数据库建设列为重点任务，为加快数据库建设进程，节约资源，避免重复建设，国测与军测双方商定合作进行了1：5万地形图框架数据的生产。历时五年，于2005年底圆满完成了项目预定建设任务，成果数据共计2万余幅1：5万地形图矢量数据,覆盖了全国陆地范围。该工程是国家“十五”重点建设项目之一，投入大，作业技术复杂。综合应用航空、航天影像、中国公路网GPS测量数据、数字海图数据、地名库数据以及航空、地磁等现势资料，采用较新的数据采集生产工艺和多源数据融合技术方法，全面更新了居民地、交通、地名、境界、水系、植被、地貌、地磁等人文和自然信息，提高了成果的准确性、现势性和实用性，改变了纸质地形图出版年代早，资料陈旧，现势性差，难以满足应用要求的现状，成果质量达到了优良水平。可为国民经济和国防建设提供急需的大比例尺基础地理空间数据。

为使用户了解1：5地形图矢量数据的内容，充分应用数据成果进行图形显示、查询、量算和地形分析等，推广电子地图在全国的普及应用，为国民经济和国防建设服务，使用户能更好更方便地使用电子地图，并充分考虑数据的安全保密，我们设计制作了“1:5万地形图电子图集”，该图集实际就是一个应用1：5万地形图矢量数据的软件平台。本文根据1：5万地形图矢量数据的特点，介绍电子图集的设计制作方法。

2. 电子地图集体系结构设计

依据电子地图集功能要求和应用需求，软件由“图集制作”和“电子图集”两部分组成。“图集制作”由数据装载、数据加密和图集打包组成；“电子图集”由图集安装注册、数据管理、地图显示、电子地图应用等部分组成。总流程图如下：

图1 电子图集的总体组成

（1）数据加密

为实现数据加密，首先把标准的矢量地图数据入库格式转换成二进制的图集专用格式；再利用数据加密技术，对属性数据和坐标数据分别进行正解计算，在本图集软件调用这些数据时进行反解计算，实现解密，这样不知道密钥或图集专用格式的其他系统或用户不能使用这些数据，从而实现数据的安全保密。

（2）数据管理

整个图集数据库划分为五个逻辑层次，即数据库、子库、图幅、要素层和目标。

数据库由一系列子数据库（称为子库）和一个数据库管理文件组成。数据库管理文件描述该数据库的组成情况，包括所含子库数量、名称、类别、比例尺等。每个子库对应于一个比例尺和品种的地理数据，如1：5万矢量图数据组成一个子库。与数据库类似，各矢量数据子库由多个图幅和一个子库管理文件、一个地名索引文件、一个复杂目标管理文件组成。子库管理文件描述该子库的性质（投影、比例尺、范围、坐标原点与单位等）及其所含的图幅情况。地名索引文件描述的是子库中涉及的所有地名与其所指目标的关系。复杂目标管理文件记录该子库中由简单目标或其它复杂目标组成的复杂目标。图集的数据量非常大，如何提高数据管理的效率、有效地建立索引机制，实现快速调图显示，是本系统的关键技术之一。

（3）电子地图显示

在电子地图显示方面主要需解决的问题有：建立符合地图认知理论、电子地图视觉感受理论、信息传输理论、统一的电子地图符号体系和显示标准，改变一成不变的显示模式，制作出目的明确、层次分明、感受较好的电子地图集，以实现信息共享，满足用户需要，不断完善电子地图的服务模式。克服在计算机屏幕上显示的内容没有层次感，“要看的看不清，要找的找不到，不要的一大堆”。

首先，完善电子地图功能，使图形显示速度更快，图面效果更美观，对地图线划进行反走样处理，由于计算机显示的电子地图与纸质地图成色原理不同，电子地图的色彩必须符合读图者最佳的视觉心理感受。高质量的地图符号是丰富地图内容，提高地图表现力和传输效果的主要手段。要能按纸质地图的图式规范显示等大电子地图；同时，在放大缩小时，能根据当前窗口的缩放系数，自动调用不同的地图符号模板，达到最佳的显示效果，符号不随缩放比例调整，只提供整体按比例缩放。其次，根据空间数据的属性编码确定一个显示级别，即对不同的空间要素设置不同的比例尺，对位置数据采用一些成熟的算法进行压缩。这样通过设置不同的显示比例尺，就可以应用LOD（level of detail）和类似方法自动抽取空间数据，实现在屏幕上显示所需比例尺的空间数据，从而达到一个比较好的显示效果。最后，在电子地图的无级缩放过程能保持一定的载负量，自动对地图要素进行选择性显示。

3. 电子地图集主要功能

（1）电子地图调度和显示

能通过略图灵活指定工作区，确定当前任务覆盖的地理区域；能通过图号快速定位显示；能通过地名或坐标快速定位显示位置；能以标准纸质地图的符号、颜色显示电子地图；能对电子地图进行缩小、放大、漫游，随着缩小放大，屏幕显示内容自动作相应的变化，保持一定载负量及图面的清晰；能对显示的地图要素层进行控制；能对每一地图要素进行显示控制；能灵活设置显示地图的缩放比例；能在电子地图上任意区域进行地形的二维、三维对照显示；能自动叠加晕渲。电子地图的显示和切换时间少于1秒，某一区域三维对照图的显示时间少于2秒，晕渲叠加显示时间少于1.5秒。

（2）信息查询和量算

能进行空间坐标位置、地图要素属性查询；可通过坐标、图号、地名等调阅地图；能进行图上距离计算、面积计算、坡度计算、方位计算等。信息查询或量算的反应时间少于1秒。

（3）地形分析

能在电子地图上进行高度、坡度、通视、剖面等基础地形分析。进行各种地形分析的反应时间少于2秒。主要包括地形分析调度模块，参数设置、底图显示、坡度分析、分层设色、通视分析、剖面分析、路径分析和区域内横向纵向道路分析等应用模块，和DEM数据处理、要素统计、结果显示和路径计算等功能模块。

（4）标图

能在电子地图上进行各种标图操作。标绘的内容能与电子地图同步缩放、移动，并以超大幅面的形式打印输出。

（5）打印

能按标准图幅或用户指定任意区域打印输出纸质地图（可与标图结果同时打印输出）。

（6）三维显示和浏览

能在平面地图上实时开窗显示立体地图，或在平面地图上叠加晕渲。实现地形的三维显

示，实现电子沙盘的旋转、漫游、视点的远近变化以及模拟沿预定路径的飞行观察。

（7）导航定位

导航定位主要包括串口设置，GPS信息接收与数据解析，实时监控，路线设置与管理，目的地设置与显示，目标点信息查询，记录回放和轨迹管理等功能组成。能够在电子地图上显示自身的当前位置、运动轨迹并适时自动更新。实现地图的自动滚动；可设置路径、目的地等，具有偏离路径警告、路径回放、目标查询等功能。

（8）多条互不交互路径的选择

道路机动是部队机动的主要方式，为了及时到达目的地部队通常在不同的路径上同时机动，因此要求这些路径是不能相交的，即需要选择多条互不交叉的路径。为了实施自动路径选择，需要对道路进行拓扑化处理，即找出并记录整个作战区域内的道路交叉口以及通过各交叉口的路段，并计算各路段的长度。

路径选择可归结为图论中最大值、最小值的求解问题，对于最短路径选择最基本的思路是：路径上每个节点到起、终点的距离为最短，采用DIJKSTRA 算法。

4. 电子地图表现形式

本图集除可以装载1：5万矢量地图数据以外，还可以装载1：25万协同图数据，不同比例尺电子图集的设计思路一致，表现形式一致，操作方法一致，区别只在于符号系统、图上内容等。以下为电子地图的显示效果图。

5. 电子地图集制作

由数据管理单位用“电子地图集”生产软件制作电子地图，以两种版本方式向用户提供。

（1）五十万图区标准版

五十万图区标准版是指把五十万图区范围内的144幅1：5万地形图数据经加密后连同图集软件刻录在一张DVD光盘上，向用户提供。

1：5万地形图数据经过数据转换、加密，装载到图集数据库后，一幅地图的数据容量多的超过10M，少的不到5M，平均每幅地图的数据容量为8M左右，因此一张4.7G的DVD光盘有可能装不下一个百万图区的576幅1：5万框架数据，所以，图集标准版采用五十万图区的提供方式。

（2）跨区用户定制版

如果用户需要的地图超出一个标准五十万图区范围，用户必须到数据保管单位量身定

制。利用图集提供的数据装载软件，把用户需要的1：5万地图数据装载到图集数据库中，进行数据加密，再把生成的数据库连同图集软件刻录到一张或多张DVD光盘，也可直接拷贝到活动硬盘上。

图2 1：5万地形图电子地图表现形式

图3 1：25万协同图电子地图表现形式（叠加晕渲效果）

6. 结束语

十五期间，国家基础地理信息系统数据库建设取得了丰硕的成果，建成了1：5万比例尺地图数据库，这是我国目前最大的基础地理信息数据库；开展了全国1：100万、1：50万、1：25万比例尺数据库的更新工作，为了使这些宝贵的地图数据成果为国民经济和国防建设服务，我们研制了“1：5万电子地图集”软件，目的是加强成果的推广应用，充分发挥数据成果在国民经济建设和军队信息化建设中的作用，推动电子地图在全国普及。

参考文献

[ 1 ]江南，夏丽华, 军用电子地图显示模式研究，军事测绘，2005，6

[ 2 ]陈毓芬，电子地图的空间认知研究，地理科学进展（增刊），2001