一種基于版式關聯模型的地圖整飾方法

張劍波，陳 松，張豐鵬，高艷芳

(1. 中國地質大學信息工程學院，湖北 武漢 430074; 2. 中國地質科學院地球物理地球化學勘查研究所，河北 廊坊 065000)

一種基于版式關聯模型的地圖整飾方法

張劍波1，陳 松1，張豐鵬1，高艷芳2

(1. 中國地質大學信息工程學院，湖北 武漢 430074; 2. 中國地質科學院地球物理地球化學勘查研究所，河北 廊坊 065000)

圍繞專題地圖的異質同構特點進行了分析與探討，針對傳統地圖整飾方法所存在的問題，提出了一種基于版式關聯模型的地圖整飾方法。其主要思想是：在地圖模板模型的基礎上，提煉專題圖中輔助要素的共性和個性特征，參考面向對象設計原則，構建一套地理要素和輔助要素二次邏輯關聯的地圖整飾方法與流程，可以實現專題地圖的快速批量制作。實踐表明，該方法較傳統整飾方法更為重用和高效。

地圖整飾；異質同構地圖；版式關聯

信息化地圖制圖時代下，自動化和高效率是基本要求[1]。在地圖制圖的成果圖件中，一般可以分為兩部分內容：一是地圖中的實質內容，稱之為地理要素；二是對地圖中實質內容進行說明、解釋或修飾的輔助內容，稱之為輔助要素。地圖整飾(本文特指圖面配置)是為地理要素添加說明性輔助要素的過程。地圖整飾作為地圖制圖的一個關鍵環節，其自動化程度對專題圖件的批量制作效率具有重要影響。

在專題地圖制作過程中，經常存在需要大量制作輔助要素布局框架(即要素類型及其位置布局)相同、而地理要素內容和輔助要素內容不同的多幅專題圖件的情形。以地球化學專題圖制作為例，輔助要素一般包括圖名、圖框、責任表、比例尺、制圖方法與分析質量表等。在地球化學專題圖中，當對同一勘查區域土壤采樣點數據中不同元素的含量進行綜合分析時，需要制作多幅元素含量分布圖(如單元素異常圖等)。在這些元素含量分布成果圖件中，輔助要素的類型和位置布局相同，而地理要素和輔助要素的內容卻各不相同，本文稱之為異質同構地圖，研究內容將圍繞如何高效制作異質同構地圖而展開。

1 問題分析

近年來，在我國信息化地圖制圖的背景下，在地圖整飾領域，主要圍繞在提高制圖效率、標準化和自動化等方面展開研究。何學洲等[2]從基礎數據與制圖數據一體化的角度提出了地理信息元數據驅動的地圖整飾方法，實現了輔助要素內容自動生成功能，有效提高了地圖制圖生產效率；孫建平和劉禹錫等[3-4]基于地圖整飾要素的數據庫管理思想，實現了地圖整飾要素的自動化添加；楊德嚴和陳金磊等[5-6]著眼于地圖整飾的平臺無關化需求，分別設計并實現了具備各自特點的地圖整飾模塊；趙振鋒等[7]則從減少人機交互的角度出發，設計并實現了地圖打印及批量打印功能；謝超和曹一冰等[8-9]研究地圖模板技術，實現了地圖的快速高質量制圖，提高了制圖效率。

上述研究雖然在提高效率和自動化制圖等方面取得了一定進展，但依舊存在以下問題：

(1) 異質同構地圖制圖效率不高?，F有地圖整飾方法大多著眼于如何提高單一地圖的地圖整飾效率，忽略了異質同構地圖制作中可重用的輔助要素內容。

(2) 地理要素被損毀概率較大?，F有地圖整飾方法一般是在地理要素的基礎上，或是直接逐一地添加輔助要素(如圖1所示)，或是基于地圖模板間接地添加輔助要素(如圖2所示)。這類方法側重于對地理要素的直接修改，在添加輔助要素的過程中，一旦操作失誤，就會對原有地理要素造成不可逆的損毀，導致制圖人員重新開始，嚴重影響制圖的效率。

圖1 直接添加輔助要素的地圖整飾方法

(3) 要素布局自動化程度較低?，F有地圖整飾方法中，無論是直接添加輔助要素方式還是編輯地圖模板方式，對輔助要素的位置布局大多采用“逐一添加并調整”的方式，未能實現“一次性”位置布局；并且在地圖模板模型的地圖套合操作中，如果地理要素與輔助要素存在重疊部分時(如圖3圓圈所示)，也不能實現要素之間的相對位置調整，自動化程度較低。

圖2 基于地圖模板的地圖整飾方法

圖3 制圖方法表與色階部分重疊

為解決上述3個問題，本文提出了一種版式關聯模型，并以此模型為基礎設計了一套地圖整飾方法。該方法以地球化學專題圖的制作為例，從可行性、可靠性和高效性3個方面得以驗證。

2 版式關聯模型

基于地圖模板模型進行地圖整飾的一般步驟為：①構建空的地圖模板框架，逐一添加輔助要素至地圖模板中，同時調整輔助要素的位置布局，輸入要素相關參數；②將創建的地圖模板直接添加進地理要素中，形成最終的成果圖件。這種地圖整飾方法在實際應用中存在如下問題：

(1) 地圖模板的重用率低。模板的設計未考慮專題圖制作的共性(同構)和個性(異質)。模板一旦添加輔助要素并持久化保存后，就與實際參數綁定起來，無法提供異質同構地圖的多次使用需求。

(2) 地圖模板與地理要素物理融合。成果圖件的完成是基于地理要素和地圖模板的物理套合。如果輔助要素范圍與地理要素范圍存在局部重疊，不能自動調整兩者之間的相對位置，對地理要素數據造成不可逆的損毀。

為了解決上述問題，本文對地圖模板模型進行改進，根據地理要素與輔助要素相互獨立的特征，提出了一種版式關聯模型(如圖4所示)。

圖4 版式關聯模型

該模型主要分3個層次：

(1) 物理層。各種輔助要素以對象形式進行封裝、以空間數據文件形式存儲于磁盤介質中，如比例尺對象由注記(數字比例尺)、線、面(線段比例尺)等空間要素組成。這樣的數據組織方式使得各種要素對象之間物理存儲上相互獨立，邏輯上又可相互組合，且與地理要素嚴格分離。

(2) 邏輯層。提供兩個層面的邏輯操作：一是各種輔助要素對象的邏輯組合，形成可重復使用的地圖版式(地圖上輔助要素的排列)；二是地理要素和地圖版式的邏輯關聯，形成可反復調整的成果圖件。

a. 邏輯組合：以圖框對象為中心，依據國家圖廓地圖整飾樣式[8]對各種輔助要素進行自動化、一次性位置布局，并以對象引用的形式將它們組合到一起，形成一個可編輯的地圖版式文件。同時，版式數據庫記錄各個輔助要素的引用信息和相對于圖框的位置信息。

b. 邏輯關聯：地理要素與版式進行邏輯關聯，關聯信息同樣保存在地圖版式文件中，以保證地理要素的獨立性。如果出現地理要素與輔助要素位置重疊的情形，則對涉及位置重疊的輔助要素，依據國家圖廓地圖整飾樣式[10]自動調整其相對于圖框的距離，減輕制圖人員負擔。

(3) 可視化表達層。鑒于各種輔助要素是采用空間數據文件形式進行物理保存，因此可以借助地理信息系統軟件，通過可視化渠道為版式關聯模型提供“所見即所得”的版式編輯手段，并引入檢錯機制。檢查內容包括：輔助要素內容信息是否有誤、版式和地理要素所屬圖幅是否一致等目測可發現的錯誤。

3 基于版式關聯模型的地圖整飾方案

為充分體現版式關聯模型中的存儲策略及關聯原則，本文構建了一套基于版式關聯模型的地圖整飾方法框架，如圖5所示。

圖5 基于版式關聯模型的地圖整飾方法框架

3.1 數據庫存儲

在上述地圖整飾方法框架中，建立了兩個數據庫，分別對應于輔助要素數據庫和版式數據庫，見表1—表2。

表1 輔助要素信息

輔助要素數據庫記錄輔助要素數據文件的元數據信息，通過輔助要素編號和類型兩個字段，唯一確定某一特定輔助要素實例。其中，“輔助要素類型”包括圖名、圖框、密級、直方圖、比例尺、責任表、制圖方法與分析質量，可根據專題圖需求進行擴充；“內容參數”記錄輔助要素的空間組織參數(如圖名注記內容、比例尺的數字和線段等圖形參數信息)；“布局參數”記錄輔助要素空間范圍的左上角和右下角坐標；“引用文件”則記錄輔助要素對應空間數據文件物理存儲路徑。

表2 版式信息

版式數據庫記錄地圖版式對各種輔助要素的引用信息。其中，“圖幅號”記錄該版式適用的圖幅范圍；“輔助要素編號集”記錄該版式引用輔助要素數據庫中的輔助要素集，可以通過解析該字段在輔助要素數據庫中獲取對應的輔助要素對象信息；“引用版式”記錄該版式文件的物理存儲路徑。

3.2 基于版式關聯模型的地圖整飾方法

基于版式關聯模型的地圖整飾方法框架，本文總結出一種用于異質同構地圖的整飾方法，可用于專題地圖的批量制作，如圖6所示。

圖6 基于版式關聯模型的專題地圖整飾方法

圖6中通用版式和單版式是參考面向對象設計原則中的泛化(Generalization)思想。通用版式是在分析和提煉專題圖制作共性特點的基礎上，將某一確定圖幅(如國家基本比例尺地形圖分幅)下各種輔助要素的布局排列信息、同種要素對象的公有屬性進行抽象而得，最大程度剝離異質同構地圖制作過程中與地理要素內容無關的整飾信息(如比例尺、制圖人信息等)，達到最大程度的復用效果。而單版式是由通用版式繼承而來。地理要素在經歷“通用版式應用”的第一次邏輯關聯后，已經初步形成滿足專題圖制作絕大部分要求的成果圖件。此時，還需要根據某個地理要素數據特點，對通用版式進行個性化定制，調整圍繞該地理要素的各種輔助要素空間位置，增加、刪除或編輯對應輔助要素的私有屬性(如圖名、圖例等)，得到對應的單版式。隨后地理要素在經歷“單版式應用”的第二次邏輯關聯后，最終得到滿足要求的成果圖件。

該地圖整飾方法主要包括如下5個步驟：

(1) 通用版式設計。為某一特定圖幅設計一個通用版式，以適用于該圖幅下的所有異質同構地圖。選取需要的輔助要素，輸入相關公共信息；同時依據國家圖廓地圖整飾樣式，對選中的多個輔助要素進行自動位置布局。

(2) 通用版式編輯。在可視化環境下，對通用版式進行編輯，包括調整輔助要素位置、編輯輔助要素參數等。

(3) 通用版式應用。針對待批量制作的多幅異質同構專題圖，在確定圖幅版式的情況下，通過創建副本(單版式)的方式，對適用于該圖幅的異質同構地理要素逐一關聯版式，同時進行要素之間的自動重疊檢測及位置調整。

(4) 單版式編輯。在可視化環境下，結合某個地理要素數據特點，對單版式進行編輯，包括增加特定的輔助要素、個性化定制輔助要素參數等，進而得到符合地理要素特征的單版式。

(5) 單版式應用。按照成果圖件的組織要求(如采用地圖工程的形式，對多個要素的空間數據文件進行邏輯管理)，將地理要素和單版式中所有輔助要素進行最終關聯，得到符合需求的一幅完整的成果圖件。

3.3 專題地圖制圖實例

為了驗證本文提出的基于版式關聯模型的地圖整飾方法的有效性，選取河北某地1∶50 000土壤采樣點數據(采樣面積為460 km2、采樣密度為4個采樣點/km2，包含Si、Al、Ca、Fe等38種元素，共3194個離散點)，批量制作該區域多種元素含量的地球化學圖。

圖7是該地所在圖幅的通用版式，包括圖名、圖框、密級、直方圖、比例尺、責任表和制圖方法與分析質量等7種輔助要素。圖中左側為輔助要素的物理存儲布局，右側為可視化環境下的位置布局。

圖7 河北某地土壤采樣點地球化學專題圖的通用版式

圖8所示為經過通用版式應用后得到的Ag元素單版式和Ag元素地球化學圖(包含色階)。圖中右側為Ag元素地球化學圖及其關聯的單版式的可視化顯示，左側為經過可視化驗證并進行單版式應用操作后得到的完整地球化學圖件?？梢钥吹?，右圖中制圖方法與分析質量(方框)的最終位置是根據地理要素中的色階位置向右微調而得，實現了要素之間布局調整的自動化。

圖8 單版式應用后得到的地球化學圖件

4 結束語

本文針對信息化時代高效、自動化地圖制圖的需求和現有地圖整飾方法未能有效解決異質同構地圖批量制作的現狀，提出一種地圖版式關聯模型，并基于該模型設計了一套完整的地圖整飾方法。該方法已經成功應用于中國地質科學院地球物理地球化學勘查研究所與中國地質大學(武漢)聯合研發的“中大比例尺化探數據一體化處理”系統中。2015年底至今，該系統軟件正在全國地球化學勘探單位進行推廣應用。

如何減少地圖整飾過程中因創建多個版式及輔助要素副本而帶來的數據冗余，將是本文的后續研究方向。

[1] 王家耀. 關于信息時代地圖學的再思考[J]. 測繪科學技術學報，2013，30(4)：329-333.

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[9] 曹一冰，江南，張毅，等. 基于ARCGIS Engine地圖模板化輸出[J]. 測繪通報，2011(7)：60-63.

[10] 中國國家標準化管理委員會. 國家基本比例尺地圖編繪規范 第1部分：1∶25000 1∶50000 1∶100000地形圖編繪規范：GB/T 12343.1—2008[S].北京：中國標準出版社，2008.

A Method of Map Decoration Based on Template Associated Model

ZHANG Jianbo1，CHEN Song1，ZHANG Fengpeng1，GAO Yanfang2

(1. Faculty of Information Engineering, China University of Geosciences, Wuhan 430074, China; 2. Institute of Geophysical and Geochemical Exploration, Chinese Academy of Geological Sciences, Langfang 065000,China)

The heterogeneous isomorphism of the thematic maps is analyzed and discussed. Aiming at the problems existing in the traditional map decoration methods, a method of map decoration is proposed based on the template associated model. Its main idea is to extract the common and individual characteristics of the auxiliary elements in the thematic map based on the template associated model, and construct a method of map decoration which secondary-logically associated with the geographic elements and auxiliary elements according to the principles of object-oriented designation, achieving fast batch production of thematic map. It shows that the method is more reusable and more efficient compared with traditional methods when applied into practice.

map decoration; heterogeneous isomorphism map; template associated

張劍波，陳松，張豐鵬,等.一種基于版式關聯模型的地圖整飾方法[J].測繪通報，2017(2)：60-64.

10.13474/j.cnki.11-2246.2017.0049.

2016-04-06

國家自然科學基金(41001225；41501584)；中國地質調查局地質礦產調查專項(12120113026700)

張劍波(1975—)，男，博士，副教授，主要研究方向為GIS空間分析理論與應用。E-mail：zjb_tigers@126.com

P28

A

0494-0911(2017)02-0060-05