地图制图数据的管理与利用_崔文宏.pdf

第 39 卷第 2 期2023 年 6 月测 绘 标 准 化Standardization of Surveying and MappingVol 39No 2Jun 2023收稿日期:2021 04 13第一作者简介:崔文宏，正高级工程师，硕士，现主要从事地图设计及项目管理工作。地图制图数据的管理与利用崔文宏1施雪梅2(1 自然资源部第一地理信息制图院陕西西安710054;2 陕西测绘地理信息局陕西西安710054)摘要:数字制图环境下数据获取途径越来越广，数据类型越来越多、结构越来越复杂。为了实现多源数据的有效、合理利用，提高地图编制效率和质量，本文以现代地图学的可视化和认知论为指导，结合工程实践，对多源数据的类型、特性进行分析研究，提出建立多源数据库和出版数据库的数据组织管理结构，归纳出矢量数据、遥感影像数据、统计数据、文本数据、图像数据等五类源数据，总结出针对性的数据利用方式，并设计处理、管理、利用方案和技术流程。关键词:地图制图;多源数据;数据管理;数据利用中图分类号:P283 1DOI:10 20007/j cnki 61 1275/P 2023 02 03Management and utilization of cartographic dataCUI Wenhong1，SHI Xuemei2(1 The First Geographic Information Mapping Institute，MN，Xian，Shaanxi 710054，China;2 Shaanxi Bureau of Surveying，Mapping and Geoinformation，Xian，Shaanxi 710054，China)Abstract:In the digital mapping environment，data acqusition channels are more and more extensive，data types are more and more numerious，data structures are more and more complex In order to realizethe effective and rational use of multi-source data and improve the efficiency and quality of mapcompilation，this paper analyzes and studies the types and characteristics of multi-source data based onthe visualization and cognitive theory of modern cartography and engineering practiceThe dataorganization and management structure of multi-source database and publishing database is proposedFive types of source data，such as vector data，remote sensing image data，statistical data，text data andimage data，are summarized The targeted data utilization methods are summarized，and the processing，management and utilization schemes and technical processes are designedKeywords:cartography;multi-source data;data management;data utilization随着全球定位系统、地理信息系统、数字摄影测量、遥感等技术的持续发展，资料获取的手段日趋多源化且周期短、数据量大、信息丰富、现势性强，可用于地图生产的数据资料类型越来越多，如 GIS 数据库、数字地图、遥感影像数据、GPS 测量数据1，以及各类统计、文本数据等。借助数据资料的多源特性，制图工作者有机会深入分析各种类型的数据成果，加强数据的融合利用与深层次开发，探索更好的地图表现形式，推动地图生产一体化的发展。为此，我国一些地图与地理学专家，如孙群、刘海砚和王秀斌等，在进行各项地图编制任务、培养地图学人才时，对多源数据的综合利用开展了不同程度的研究，对地图的编制具有参考作用。但面对客观需求的增强，地图的编制技术和表现形式也需紧扣时代脉搏、与时俱进，用创新性、实用化思维方式建立多源数据库，利用新思路，第 2 期崔文宏，等:地图制图数据的管理与利用把人们所关心的现象通过地图形式表达出来。因此，对各类数据的处理、管理与利用依然是地图编制所必须面对的一个技术问题。在地图的设计、生产中，研究如何有效、合理地利用多源数据，将会推动制图技术工艺的规范化和标准化。本文对来源不一、类型多样的数据资料，经整理、归类、标识后，纳入地图多源数据管理系统，进行统一、完整、有序的数据管理，并在对其进行分析后，制定针对性的数据利用方案和技术实现流程，实现多源数据的综合利用，进而利用地图完成数据内容的表达和传递。1制图数据的组织管理数据的获取是地图编制的根本，对获取的数据进行组织管理则是地图编制的一项前期工作，应着眼于数据的合理分类、重复利用和查询便利进行。根据工作实践，地图制图数据，特别是普通地图集和各类专题地图集的制图数据，一般可以分为多源数据库和出版数据库两大部分进行组织管理。多源数据库用于存储收集、获取的各种数据源，出版数据库则存储制图成果数据，二库依次向下延伸，形成具备层次性、有序性的数据组织管理结构，如图 1 所示。图 1制图数据的组织管理Fig 1Organization and management of cartographic data1 1多源数据库多源数据库中存放的数据按用途分为地理要素数据和专题要素数据。地理要素数据主要作为编制普通地理图和专题地图的基础地理底图的数据，专题要素数据则包含各种类型的专题信息数据。对收集获取的多源数据进行组织管理的同时，也要及时编制数据资料表，准确记录数据的名称、格式、大小、来源和日期。1 1 1地理要素数据地理要素数据是地图编制的基础性数据，内容包括水系、地貌、居民地、交通、境界等。地理要素数据的数据类型有矢量数据、基础底图数据、DEM 数据和遥感影像数据。其中，矢量数据主要是数据库中的数据、其他数字地图经格式转换而得到的数据、外业测量调绘的数据、某些特殊图件通过扫描矢量化形成的数据，这些数据按制图区域名称或标准地形图分幅编号标识。基础底图数据是各类专题要素表示的基本骨架，起到定位的作用。作为基础底图的地理要素数据，一般细分为不同比例尺数据并分别存储，以供地图编制时随时调用。这种数据管理方法直观明了，便于识别和应用，在对基础底图数据进行修改时，只需对各比例尺数据中相同的要素进行逐一改动，从而保证数据的一致性。1 1 2专题要素数据专题要素数据类型较多，主要有普查数据、监测数据、专业研究资料、作者原图数据、行业经济运行数据、自然人文数据，各机构发布的统计数据，以及与地图主题息息相关的图像数据和文本数据等。其中，普查数据和监测数据是指以数字地理信息为载体的国家及各省市的国土调查、地理国情监测、文化旅游资源普查、地名普查、林业普查等专题数据。这些专题数据被分别存放，以方便不同地图对某一要素的重复使用，既能满足制图的要求，又减少了数据存储资源的浪费和数据维护的工作量，避免了数据的不一致。31测 绘 标 准 化第 39 卷1 2出版数据库出版数据库按照图组、图幅、图层的分层结构来实现数据的组织和管理。其中，图层管理是图形软件的基本功能，各要素的编辑处理是通过图层实现的，各要素压盖关系处理是通过图层的顺序来实现的。在图层管理中，一般根据图幅内容和表示要求进行分层并命名，为了方便组版和数据相互调用，同专题类地图图层应尽可能保持顺序、名称一致。由于地理底图要素类基本相同，图层分层可适当简化，专题要素可按要素类型分为注记层、文本层、符号层(可再分为点状、线状、图形符号层)、面层和图像层。出版数据库是地图制图的最终成果，为方便数据的浏览、印刷和存档要求，除了按照制图软件所用的矢量数据格式进行组织管理外，还需要对每幅图进行格式转换，保存为图像数据格式(JPEG、TIFF 格式)或者文件交换的数据格式(PDF 格式)。2多源数据的利用根据数据用途、制图对象、编图目的确定不同类型多源数据的实用价值，设计针对性的利用方案和处理技术流程，使不同数学基础下的地图数据可以用于目标地图制图，是编制各类地图需要解决的技术问题。2 1矢量数据的利用目前，地图制图工艺流程已实现全数字化。地图制图方式通常有两种，其中一种是将地图资料扫描或经数据格式转换得到的数据，在 Freehand、CorelDAW 或其他图形软件中进行图形矢量化和制图编辑作业，这种方法得到的制图数据没有地理空间坐标信息和属性信息，只注重地图要素的视觉表达，无法在图形软件中进行投影变换、地物自动化提取和制图综合，且无法保证有关联关系地图的统一性和协调性。随着制图数据的多源化及信息时代对时效性要求的提高，这种制图方式在地图编制市场中越来越难以适应。随着各种比例尺基础地理信息数据库及各种普查、考察、监测矢量数据库的建成，利用数据库数据制图已成为地图制图主流，这种制图方式可在EzMap、SuperMap 数字制图软件平台实现。这些软件平台提供了广泛的 GIS 功能，将数据的地理坐标、投影和属性带到了制图环境中，弥合了图形设计软件和 GIS 之间的鸿沟，融入了许多地图制图知识，能够完成地图坐标系及投影类型自动配置、交互式数据编辑、要素符号化、地物要素的关系处理，从而生产满足一定精度要求的精美地图产品，提高了制图自动化程度。为增强地图艺术效果，矢量数据经数字制图软件处理、编辑后可导入图形软件进行整饰，具体步骤如下:1)根据制图区域和成图比例尺，对矢量数据进行分析，确定所需数据的比例尺及图幅数量，并记录数据的数学基础信息，包括坐标系统、投影参数。同时，依据地图所要表示的内容，确定数据包含的地物要素能否满足制图需要，属性信息是否完整，并确定提取属性信息的属性项2。2)对数据进行处理，包括坐标转换、投影变换、图层合并(删除)、数据拼接与数据更新，对处理后的数据按照不同图幅范围进行分幅裁切。3)对分幅数据进行制图编辑，包括对制图区域的地理要素进行符号化(含注记)编辑，制图综合，水系渐变处理，要素关系处理(压盖、相交、冲突)。4)对编辑处理后的矢量数据进行地图整饰，包括配置图名、图例、花边(图框)及图外说明。也可将编辑处理后的矢量数据输出至图形软件进行组版，配置整饰内容，形成全要素地图。2 2遥感影像数据的利用遥感影像具有覆盖面积广、多时态性和可比性等特点，丰富了制图数据源。因此，利用遥感影像数据进行地物更新和地图编制已成为一种重要方式，目前高空间分辨率的遥感影像在地图制图中的应用较为普及。遥感影像数据的利用主要体现在三个方面，即制作影像地图、制作三维地理景观地图和更新地图要素。2 2 1制作影像地图遥感影像地图既包含丰富的地物影像信息，又具有地形图的数学基础、几何精度、线划要素及图廓整饰等3，是一种可读性很强的地图。根据影像地图的用途、精度等要求，尽可能选取制图区域分辨率最恰当、时相最合适、波段最理想的遥感影像数据作为制图的基本资料4。制作影像地图的工艺流程一般包括几何纠正、影像配准与融合、影像增强与色彩处理、影像镶嵌及裁切、矢量数据叠加与注记生成、影像地图的整饰与输出。遥感影像的增强与色彩处理的目的是为了使影41第 2 期崔文宏，等:地图制图数据的管理与利用像整体色调均匀、饱和、协调，从而进一步增强影像信息，改善影像视觉效果，方便阅读。遥感影像上易于识别的地物，如较宽的河流、湖泊(水库)、建筑物、机场，可以直接通过影像识别，无需再符号化表示;影像上辨识有困难或无法显示的内容，如境界、隧道、地物属性等，则需配置地图符号、注记表示。影像地图的整饰工作是必要的，整饰内容包括制作图廓，添加地理坐标网线，配置图名和图外说明，绘制比例尺和图例，形成一幅完整的影像地图。2 2 2制作三维地理景观地图地理空间三维可视化显示是当前应用最为广泛的地图表现形式。利用影像数据制作三维地理景观地图体现了现代测绘数据与数字制图技术的优势，丰富了地图表达手段。三维地理景观地图不仅包含了制图区域详细的地表形态，而且能够更好地反映地形的立体效果，比传统通过等高线或地貌晕渲表达地形方式更容易为读者所认知，地图表现更加鲜活。三维地理景观地图展现给人们一幅逼真的三维画面，更具有视觉冲击力，例如图 2 所示的华山三维地理景观地图。图 2华山三维地理景观地图Fig 23D geographic landscape map of Huashan数字高程模型(DEM)数据及遥感影像数据是制作三维地理景观地图的基本数据源，要充分利用好两者的数据信息特点，对其进行几何配准、投影叠加，基于地图投影与坐标统一，保证图形的精准度5，实现高质量的三维可视化效果。对于出版、印刷的三维地理景观地图，由于最终成果的展示是静态的，只能以一个视角去俯瞰制图区域。因此为达到真实、舒适的视觉效果，如何在能够辨认主要地理要素的情况下选择适合大小、角度的场景是一大难点，制作时，需要明确图形使用的环境与目的，对视角、光照模型、景深高程等相关参数进行不断试验，以制作出符合实际需要的三维地理景观地图。然后，导入相应矢量数据，添加必要的地物符号、注记和地理名称。2 2 3更新地图要素遥感数据具有来源广泛、信息获取周期短、空间分辨率高的特点，可以满足人们对地图信息更新速度与精准度的需求，从而在地图要素更新中得到了普遍应用6。利用遥感影像进行地图要素更新时，同样需要对更新所用的遥感影像进行几何纠正、影像配准与融合、影像增强与色彩处理等步骤，然后与待更新的地图数据叠加套合，进行地物更新。地图要素更新作业中，识别遥感影像上的更新目标，快速、准确地获取目标几何数据是难点。尽管利用计算机进行自动或半自动影像特征提取已经取得了很大进展，且具备了一定的实用价值，但在通用性、准确性、效率性等方面都有待提升。因此，目前大多采用人机交互的数据采集方式提取地物的形状、边界、线性构造等，进而对原地图数据进行更新，但这对地图制图人员而言是不小的挑战，需要具备一定的目视判读能力，熟悉地物在不同空间分辨率、不同时相影像上的几何、纹理特征。2 3统计数据的利用来自不同部门、不同行业和不同时段的统计数据是编制专题类地图必不可少的数据源。面对这些专业的数据和资料，首先需要进行资料录入(转换)、整理、分类，然后按行业门类和指标体系建立统计数据库。统计数据主要用来制作反映各类自然、人文现象的专题图形图表。因此，如何生成图形图表并使其符合地图表达规范是统计数据利用的关键。经不断实验比较，笔者总结出采用 Excel 和图形软件相结合编制专题统计地图的方法，可有效提高数据处理速度，缩短成图周期，也便于制作过程中的数据更新。其技术过程如下:1)数据运算。在统计数据库中提取与专题要素适用的统计数据，在 Excel 中按制图分区建表，并按设计好的专题指标表达公式进行必要的数学运算，形成相对指标值或数据统计度量单位。2)数据排序。利用 Excel 的排序功能，把计算后的数据按照序号或自变量进行排序，结合要素专业等级划分规定或数据特点进行数据分级，每一个数据划入相应的级别中，用于分区分级图的制作。51测 绘 标 准 化第 39 卷3)图形生成。利用 Excel 的图形生成功能，用排序后的数据生成各种类型的统计图形，如折线图、柱状图、饼图、雷达图等，作为分区统计图或统计图表的初始图形。4)数据导出、编辑。将生成的统计图形导入图形软件相应位置做进一步的编辑加工，包括重新定义图形的线划、颜色，制作各种艺术效果，以及调整图形尺寸与数据的对应关系，使图形更符合制图表达规范。2 4文本数据的利用文本数据的利用相对比较容易。对于说明性文字，只需在文字处理软件中按规定的要求和字数编辑后，导入图形软件进行二次文字处理，主要是定义文字字体、字号、颜色及排版方式等，使之成为地图内容的必要补充。对于文字中记录的一些说明性信息，如对专题信息的定性定量描述、地物名称地址、要素属性，则需对照地图进行空间定位及符号化表达，成为地图内容表示的依据。2 5图像数据的利用这里的图像是指以栅格格式存储的照片，包括灰度图像、彩色图像。图像数据先在图像处理软件(如 Photoshop)中进行处理，一般包括对图像大小、色调、亮度、饱和度的调整，使照片更具视觉感染力，且符合出版技术要求。把处理好的图像导入图形软件进行配置，使之成为图幅内容的一部分。需要说明的是，处理后的图像色彩模式在导出前最好转换为 CMYK 模式，分辨率也要符合图像最终尺寸的像素要求，以达到满意的出图效果。3结语数据是地图制图的基础，因获取手段的多样化和资料形式的不同，会造成数据处理方法不同。本文结合多年的工程实践经验，通过不断的分析、试验，对用于地图编制的多源数据进行了分类，梳理出了各类数据在不同制图场景下的利用方式和技术流程，并着眼于数据使用和制图成果利用提出了多源数据的组织管理结构，为做好各类数据成果在地图制图工作中的应用，拓宽地图使用领域奠定必要的数据基础。随着我国信息化测绘体系建设的推进，采用陆海空天一体化的导航定位和遥感等空间数据获取手段7的应用将越来越广泛，高精度、实时获取的空间三维数据、多源遥感数据等在地图制图中的处理技术和利用方案将是我们不断探索的新课题。参考文献 1 刘海砚，孙群，肖强，等 数字地图制图中多源数据(资料)的综合应用 J 测绘科学技术学报，2006(3):161 164 2 Peterson G N GIS Cartography:A Guide to Effective Map Design M University of Toronto Press，2009:159 160 3 李天华，廖崇高，杨武年，等 遥感数字图像处理关键技术及其在青藏高原机场建设工程中的应用J 工程勘察，2006(12):51 54，71 4 王兴华，崔文宏 遥感影像在地图中的应用 J 北京测绘，2015(4):123 125，113 5 张玉平，张德鑫 遥感制图在地图制图中的应用探析 J 科技创新与应用，2021(11):176 178 6 张金华 遥感影像辅助地图制图的研究和运用探析 J 信息记录材料，2020，21(12):198 199 7 李德仁 论天地一体化的大测绘:地球空间信息学 J 测绘科学，2004(3):1 2，461