陳金龍，吳新強(qiáng)，秦興國(guó)，周 婭

（桂林電子科技大學(xué) 計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程學(xué)院，廣西 桂林 541004）

符號(hào)庫(kù)［1］是地圖符號(hào)的編輯和管理系統(tǒng)，它利用計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)地圖符號(hào)信息的管理、編輯、存儲(chǔ)、檢索和更新，符號(hào)庫(kù)的設(shè)計(jì)直接影響地圖出圖的質(zhì)量以及地圖信息獲取的效率，現(xiàn)有的主要GIS平臺(tái)都有自身的符號(hào)庫(kù)體系，能夠?qū)崿F(xiàn)地學(xué)簡(jiǎn)單符號(hào)的渲染.但是針對(duì)地學(xué)復(fù)雜的符號(hào)，大多采用柵格圖片的方式進(jìn)行填充.這種方式無法實(shí)現(xiàn)全矢量的渲染效果，造成符號(hào)出現(xiàn)失真現(xiàn)象.

隨著GIS在地學(xué)領(lǐng)域應(yīng)用的不斷發(fā)展，現(xiàn)有的GIS平臺(tái)的符號(hào)制圖體系對(duì)復(fù)雜的符號(hào)的制作已不能滿足用的需求，故需要設(shè)計(jì)一套符合我國(guó)國(guó)標(biāo)、行標(biāo)的統(tǒng)一地學(xué)符號(hào)庫(kù)，實(shí)現(xiàn)不同GIS平臺(tái)間符號(hào)的共享以及符號(hào)庫(kù)的跨平臺(tái)應(yīng)用.筆者提出采用True－Type字體庫(kù)實(shí)現(xiàn)MapGIS符號(hào)庫(kù)向ArcGIS的轉(zhuǎn)換，并設(shè)計(jì)基于Oracle數(shù)據(jù)庫(kù)來管理轉(zhuǎn)換后的符號(hào)庫(kù)，進(jìn)而建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)、統(tǒng)一的地學(xué)符號(hào)庫(kù)，以實(shí)現(xiàn)跨平臺(tái)［2］的GIS系統(tǒng)間的符號(hào)數(shù)據(jù)共享.

1 相關(guān)工作

地學(xué)符號(hào)一般按照其集合特點(diǎn)分為點(diǎn)符號(hào)、線符號(hào)、面符號(hào)，這些符號(hào)的基本圖元又分別為點(diǎn)圖元、線圖元、面圖；地學(xué)符號(hào)在地圖上表現(xiàn)的具體意義是不容忽視的，故要實(shí)現(xiàn)符號(hào)共享的前提是保證符號(hào)的一致性.

地圖數(shù)據(jù)文件格式的轉(zhuǎn)換在國(guó)內(nèi)外的GIS軟件之間主要是通過直接或者間接的方法轉(zhuǎn)換，但是數(shù)據(jù)文件格式轉(zhuǎn)換后勢(shì)必會(huì)出現(xiàn)符號(hào)信息不一致的現(xiàn)象，這是由于國(guó)內(nèi)外各個(gè)GIS軟件之間的符號(hào)庫(kù)設(shè)計(jì)格式存在巨大的差異，從而阻礙了地學(xué)符號(hào)不能進(jìn)行有效的共享.建立統(tǒng)一的、標(biāo)準(zhǔn)的、通用的符號(hào)庫(kù)是今后的必然趨勢(shì).因此很多人對(duì)地學(xué)符號(hào)共享這方面進(jìn)行了研究.

目前地學(xué)符號(hào)在GIS平臺(tái)中，主要通過以下兩種方式實(shí)現(xiàn)：1）通過GIS軟件平臺(tái)自身帶有的基本的符號(hào)體系，其包含一些常用的地圖符號(hào)，同時(shí)用戶也可以在此基礎(chǔ)上創(chuàng)建自定義的符號(hào)，這需要使用軟件提供的符號(hào)制圖模板，利用符號(hào)庫(kù)中符號(hào)創(chuàng)建新的符號(hào)，并保存到自定義的個(gè)人符號(hào)庫(kù)中.2）對(duì)于一些復(fù)雜的符號(hào)，僅僅使用GIS平臺(tái)提供的簡(jiǎn)單圖元已無法繪制出來，此時(shí)需要使用第三方制圖軟件，通過手工的方式進(jìn)行制作復(fù)雜符號(hào).

目前各大GIS平臺(tái)都內(nèi)置符號(hào)編輯模塊對(duì)符號(hào)進(jìn)行制作，并且符號(hào)庫(kù)的管理方式都是采用文件的形式.但是由于各個(gè)軟件之間的符號(hào)庫(kù)文件格式存在很大的差異，并且沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，從而造成很難進(jìn)行有效的符號(hào)共享，因此GIS研究人員以及GIS應(yīng)用人員提出了幾種地學(xué)符號(hào)共享方式，如雙層地圖符號(hào)庫(kù)模型［3］、XML符號(hào)庫(kù)［4］、基于組件的服務(wù)器端符號(hào)庫(kù)［5］、TrueType字庫(kù)和建立符號(hào)對(duì)應(yīng)表.雖然這些成果對(duì)推動(dòng)GIS地學(xué)符號(hào)的標(biāo)準(zhǔn)化和規(guī)范化具有積極的作用，也或多或少的解決了GIS領(lǐng)域的地學(xué)符號(hào)共享的難題，但這些方式都有不足，如使用圖片存儲(chǔ)符號(hào)、手工繪制符號(hào)等，會(huì)造成符號(hào)渲染失真以及耗費(fèi)大量的人力去編輯處理，其并沒有從根本上消除GIS軟件平臺(tái)之間地圖符號(hào)系統(tǒng)的差異，都沒有建設(shè)一套標(biāo)準(zhǔn)的符號(hào)庫(kù)，致使它們對(duì)GIS地學(xué)符號(hào)的共享程度非常有限［6］.

針對(duì)上述問題，筆者提出全矢量自動(dòng)化地學(xué)符號(hào)轉(zhuǎn)換以及符號(hào)庫(kù)采用Oracle數(shù)據(jù)庫(kù)管理的形式.通過Oracle數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)建立統(tǒng)一的、標(biāo)準(zhǔn)的、通用的、跨平臺(tái)的地學(xué)符號(hào)庫(kù)，來解決目前GIS軟件平臺(tái)間沒有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的地學(xué)符號(hào)庫(kù)造成地學(xué)符號(hào)共享的問題.當(dāng)符號(hào)庫(kù)全部建立后，對(duì)地圖數(shù)據(jù)可以實(shí)現(xiàn)符號(hào)化.

2 符號(hào)庫(kù)轉(zhuǎn)換

為解決當(dāng)前國(guó)土部門中大量的MapGIS平臺(tái)下數(shù)據(jù)向ArcGIS平臺(tái)過渡的迫切需求，設(shè)計(jì)了針對(duì)MapGIS符號(hào)進(jìn)行原圖遷移到ArcGIS平臺(tái)中.此過程需要全自動(dòng)的符號(hào)化處理方式，保證生成的符號(hào)在ArcGIS平臺(tái)下顯示和在MapGIS平臺(tái)下顯示相同或相近.

2.1 轉(zhuǎn)換文件格式

Slib符號(hào)庫(kù)：在MapGIS平臺(tái)下該格式是用來存儲(chǔ)地質(zhì)符號(hào)以及顏色的系統(tǒng)庫(kù)，該地質(zhì)符號(hào)系統(tǒng)庫(kù)是地質(zhì)符號(hào)轉(zhuǎn)換的原始數(shù)據(jù)源.

XML［4］文件：由于 MapGIS SDK沒有提供可以讀取系統(tǒng)庫(kù)Slib中符號(hào)的數(shù)據(jù)源的API，文章使用XML文件來存儲(chǔ)MapGIS平臺(tái)下符號(hào)庫(kù)中的數(shù)據(jù)，繼而解析XML文件，可以做到無屬性丟失，從而提高的開發(fā)效率.

TrueType［8－9］字 體 （TrueType F ont，簡(jiǎn) 稱TTF）：常用字庫(kù)的標(biāo)準(zhǔn)，其特點(diǎn)是描邊算法，可以很方便地把任一符號(hào)輪廓通過描邊算法轉(zhuǎn)換成曲線，再對(duì)曲線內(nèi)進(jìn)行填充，以達(dá)到各種顏色和效果，由于TrueType字體本身的優(yōu)勢(shì)，其已成為很多制圖軟件用來制作地學(xué)符號(hào)的字體.TrueType字體生成一一對(duì)應(yīng)的Style文件中符號(hào)具有不失真、繪制速度快、縮放無延時(shí)等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)還可以實(shí)現(xiàn)不同GIS平臺(tái)間使用，以達(dá)到符號(hào)數(shù)據(jù)共享的目的.

Style符號(hào)庫(kù)：在ArcGIS軟件中，將用于存儲(chǔ)符號(hào)的文件稱之為符號(hào)庫(kù)，其Style文件是在樣式管理器中進(jìn)行管理的，進(jìn)行符號(hào)庫(kù)的添加、刪除等工作.每個(gè)Style文件都包含22個(gè)表結(jié)構(gòu)［10］，每一張表對(duì)應(yīng)著一類符號(hào).其中的每個(gè)表結(jié)構(gòu)都相同，每個(gè)表都是由4個(gè)字段ID、Name、Category、Object4組成.

符號(hào)數(shù)據(jù)共享是數(shù)據(jù)共享的一個(gè)基本體現(xiàn)，然而在各個(gè)GIS平臺(tái)和應(yīng)用系統(tǒng)之間，空間數(shù)據(jù)的圖示化表達(dá)信息，特別是地圖符號(hào)信息卻無法共享，促使用戶投入大量的重復(fù)工作，從而造成人力和物力的浪費(fèi).因此，符號(hào)庫(kù)轉(zhuǎn)換是尤為迫切的需要.符號(hào)庫(kù)轉(zhuǎn)換是將MapGIS的符號(hào)庫(kù)轉(zhuǎn)換到ArcGIS平臺(tái)下Style文件中，符號(hào)庫(kù)轉(zhuǎn)換模塊主要將原始MapGIS下符號(hào)系統(tǒng)庫(kù)Slib文件通過MapGIS K9軟件轉(zhuǎn)換為XML文件，再使用筆者開發(fā)的符號(hào)庫(kù)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)Slib2Style將其轉(zhuǎn)換成TTF，進(jìn)而保存為其源數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的渲染樣式Style文件.

2.2 MapGIS 符號(hào)讀取

由于MapGIS平臺(tái)下符號(hào)庫(kù)將通過XML文件來存儲(chǔ)，故需要解析XML文件格式來讀取MapGIS下符號(hào)的數(shù)據(jù).下面以廣西壯族自治區(qū)容縣水文出圖符號(hào)庫(kù)（Jingweidu＿20.xml）中子圖號(hào)為44的點(diǎn)符號(hào)說明XML文件的存儲(chǔ)格式，子圖44號(hào)的導(dǎo)出XML文件格式如下：

＜SymbolLib＞＜／SymbolLib＞（以下均以開標(biāo)記表示標(biāo)記對(duì)，例如，＜SymbolLib＞表示＜Symbol－Lib＞＜／SymbolLib＞標(biāo)記對(duì)）表示標(biāo)記對(duì)為頂層標(biāo)記，其包含＜SymbolLibHead＞、＜Symbol＞標(biāo)記對(duì)；其中＜SymbolLibHead＞記錄了導(dǎo)出的子圖庫(kù)信息，導(dǎo)出XML文件中＜Symbol＞標(biāo)記對(duì)數(shù)量取決于導(dǎo)出子圖的個(gè)數(shù)；＜Symbol＞標(biāo)記記錄了子圖庫(kù)中某一子圖信息，其包含一個(gè)＜SymbolHead＞標(biāo)記對(duì)及若干個(gè)＜SymbolItem＞標(biāo)記對(duì)；＜SymbolItem＞標(biāo)簽對(duì)則記錄了屬于某一個(gè)＜Symbol＞的圖元信息.每個(gè)符號(hào)可包含多個(gè)圖元，圖元包含點(diǎn)、線、區(qū)等，因此在一個(gè)＜Symbol＞中可包含多個(gè)＜SymbolItem＞，包含的數(shù)量可由＜SymbolHead＞當(dāng)中的＜Item－Num＞給出；＜SymbolItem＞結(jié)構(gòu)如下所示.

通過以上XML文件格式解析，獲取到符號(hào)庫(kù)中符號(hào)數(shù)據(jù)作為ArcGIS平臺(tái)下符號(hào)化符號(hào)的數(shù)據(jù)源.

2.3 ArcGIS符號(hào)化

經(jīng)過對(duì)廣西壯族自治區(qū)地礦局現(xiàn)有數(shù)字資源進(jìn)行深入分析研究發(fā)現(xiàn)，大多數(shù)數(shù)據(jù)都是存在一圖一庫(kù)的現(xiàn)象，故需要將MapGIS平臺(tái)的符號(hào)庫(kù)類似的在ArcGIS平臺(tái)下創(chuàng)建，從而程序化解決符號(hào)庫(kù)數(shù)量龐大，而無法實(shí)現(xiàn)符號(hào)庫(kù)數(shù)據(jù)共享的問題.筆者提出符號(hào)庫(kù)轉(zhuǎn)換的解決方式，這里選擇自定義符號(hào)類來實(shí)現(xiàn)符號(hào)從MapGIS平臺(tái)下到ArcGIS平臺(tái)的重構(gòu).根據(jù)需要自定義的接口和符號(hào)擴(kuò)展類，分別用來實(shí)現(xiàn)MapGIS的點(diǎn)、線、面符號(hào)在ArcGIS平臺(tái)下的繪制.表1為接口和類的原型和說明.

ArcGIS平臺(tái)的Style文件主要是通過實(shí)現(xiàn)表1中StyleGen接口實(shí)現(xiàn)的，StyleGen接口中主要是實(shí)現(xiàn)符號(hào)的繪制，分別使用CharacterMarkerSymbol、MarkerLineSymbol、MarkerFillSymbol、MultiLayer－FillSymbol等接口來實(shí)現(xiàn)ISymbol接口，從而實(shí)現(xiàn)Style文件中符號(hào)的符號(hào)化.

ArcGIS平臺(tái)下實(shí)現(xiàn)MapGIS的點(diǎn)符號(hào)就是實(shí)現(xiàn)StyleGen接口中GeneratePoints（）方法，這個(gè)過程中將會(huì)通過CharacterMarkerSymbol接口實(shí)現(xiàn)符號(hào)的繪制.通過SymbolLib類來解析Slib系統(tǒng)庫(kù)對(duì)應(yīng)的XML文件，根據(jù)其中CMKY顏色號(hào)的值來判斷該符號(hào)的顏色.此過程將解析后的XML數(shù)據(jù)存放到點(diǎn)、線、面分別對(duì)應(yīng)的List列表中（如PointSymbols），再通過 TTFGen類中的SaveToTTFFile（）方法，將XML解析后的數(shù)據(jù)寫入TTF字庫(kù)文件.通過解析ColorLibParser類中的顏色值來渲染符號(hào)的顏色，通過StyleGen類分別用CharacterMarkerSymbol接口來實(shí)現(xiàn)符號(hào)樣式的渲染，并調(diào)用StyleGalleryClass接口將它們寫入Style文件中的“Marker Symbols”列表中.線符號(hào)和面符號(hào)的繪制類似于點(diǎn)符號(hào)過程.

表1 轉(zhuǎn)換模塊中接口和類的原型及說明Tab.1 The prototype and description of the interface and class in the conversion module

2.4 轉(zhuǎn)換成果

符號(hào)庫(kù)轉(zhuǎn)換是將 MapGIS的點(diǎn)、線、面符號(hào)轉(zhuǎn)換到ArcGIS平臺(tái)下，圖1是 MapGIS符號(hào)轉(zhuǎn)換到ArcGIS平臺(tái)下的符號(hào)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)主界面.首先，選擇將Slib符號(hào)庫(kù)轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)的XML格式文件，其次提取其對(duì)應(yīng)的渲染顏色，再次解析并生成TTF，將生成的TTF文件注冊(cè)到C：＼Windows＼Fonts目錄下，最后生成Slib符號(hào)庫(kù)對(duì)應(yīng)的Style符號(hào)庫(kù)，使用該符號(hào)庫(kù)進(jìn)行地圖渲染，從而達(dá)到符號(hào)渲染效果.

圖1 MapGIS到ArcGIS符號(hào)庫(kù)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)主界面Fig.1ArcGIS to MapGIS symbol library conversion system master interface

圖2為原MapGIS容縣水文出圖系統(tǒng)中的點(diǎn)符號(hào)（44）和其轉(zhuǎn)換后在ArcGIS平臺(tái)下的顯示效果圖（P－0044）.圖3為原 MapGIS容縣水文出圖系統(tǒng)中的點(diǎn)符號(hào)（41－70）其轉(zhuǎn)換對(duì)應(yīng)Jingweidu＿20.Style文件中的局部點(diǎn)符號(hào)（P－0041—P－0070）效果圖.

圖2 （a）MapGIS平臺(tái)下44號(hào)子圖Fig.2（a）MapGIS platform No.44figure

圖2 （b）圖2（a）對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)換后的ArcGIS平臺(tái)下P－0044號(hào)子圖Fig.2（b） Fig.2 （a）corresponding to the conversion of the ArcGIS platform P－0044Marker Symbols

圖3 （a）MapGIS平臺(tái)下局部子圖（41－70號(hào)）Fig.3（a）The part Marker Symbols in MapGIS（41－70）

圖3 （b）圖3（a）對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)換后的 ArcGIS平臺(tái)下局部子圖（P－0041—P－0070號(hào)）Fig.3（b） Fig.3（a）corresponding to the conversion of the ArcGIS platform Marker Symbol

3 地學(xué)符號(hào)數(shù)據(jù)庫(kù)管理

在傳統(tǒng)的GIS軟件中，符號(hào)都是以文件的形式進(jìn)行管理的，例如MapGIS中的SLib文件以及Arc－GIS中Style文件等，進(jìn)行地圖文件共享必須將Slib文件或Style文件一起進(jìn)行遷移才能保證地圖中的符號(hào)和數(shù)據(jù)顯示不變.符號(hào)庫(kù)系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上仍然存在一定的問題，例如，符號(hào)庫(kù)系統(tǒng)通常綁定于GIS平臺(tái)，受平臺(tái)的約束造成符號(hào)數(shù)據(jù)不能共享；符號(hào)庫(kù)中沒有添加、刪除、更新等操作；缺少標(biāo)準(zhǔn)，給共享符號(hào)帶來困難.

針對(duì)上述問題，筆者提出基于Oracle數(shù)據(jù)庫(kù)建設(shè)并管理轉(zhuǎn)換后符號(hào).符號(hào)庫(kù)數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)具有的特點(diǎn)：基礎(chǔ)庫(kù)建設(shè)，基于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，分別實(shí)現(xiàn)不同比例的地學(xué)符號(hào)表示和存儲(chǔ)；實(shí)現(xiàn)將原有的MapGIS的符號(hào)轉(zhuǎn)換到Oracle數(shù)據(jù)庫(kù)中并去重；數(shù)據(jù)庫(kù)中預(yù)置標(biāo)準(zhǔn)常見的地質(zhì)符號(hào)；實(shí)現(xiàn)地學(xué)符號(hào)的添加、刪除、更新等功能，使其按需管理符號(hào)；建立統(tǒng)一的地學(xué)符號(hào)查詢，能按不同屬性快速檢索，并導(dǎo)出檢索結(jié)果.

筆者通過Oracle數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)建立標(biāo)準(zhǔn)的地學(xué)符號(hào)庫(kù)，來解決目前GIS軟件平臺(tái)間由于沒有標(biāo)準(zhǔn)而造成地學(xué)符號(hào)不能共享的問題.當(dāng)符號(hào)庫(kù)全部建立后，對(duì)地形圖的數(shù)據(jù)就實(shí)現(xiàn)符號(hào)化，從而實(shí)現(xiàn)符號(hào)庫(kù)的跨平臺(tái)應(yīng)用以及符號(hào)數(shù)據(jù)共享.地學(xué)符號(hào)數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)模型圖如圖4所示：

圖4 地學(xué)符號(hào)數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)圖Fig.4 Geological Symbol Database Management System

4 結(jié)語

1）深入研究Slib符號(hào)庫(kù)和Style文件的存儲(chǔ)機(jī)制和結(jié)構(gòu)，采用TrueType字體進(jìn)行符號(hào)圖元的繪制，實(shí)現(xiàn)了地學(xué)符號(hào)的全矢量化，提高了符號(hào)的質(zhì)量以及符號(hào)繪制速度，解決了符號(hào)在比例尺縮放時(shí)失真與變形的問題，改善了地學(xué)圖形的符號(hào)化效果.

2）通過地學(xué)符號(hào)數(shù)據(jù)庫(kù)建設(shè)，實(shí)現(xiàn)原有MapGIS下符號(hào)庫(kù)到ArcGIS平臺(tái)的準(zhǔn)確轉(zhuǎn)換，保證符號(hào)的真實(shí)性.故地學(xué)符號(hào)庫(kù)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)將MapGIS平臺(tái)下的Slib系統(tǒng)庫(kù)轉(zhuǎn)換成ArcGIS平臺(tái)下支持的Style文件，從而很好的解決了國(guó)土部門目前急需解決的多年來積累龐大的一圖一庫(kù)轉(zhuǎn)換問題.

3）針對(duì)符號(hào)庫(kù)不能共享的現(xiàn)狀，根據(jù)我國(guó)國(guó)標(biāo)以及行標(biāo)中制圖符號(hào)的標(biāo)準(zhǔn)，提出了基于Oracle數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)地學(xué)符號(hào)數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)，其實(shí)質(zhì)就是設(shè)計(jì)一個(gè)基于國(guó)標(biāo)的通用的符號(hào)庫(kù)，并且保證了符號(hào)的全矢量化，從而使渲染效果更好.解決了符號(hào)庫(kù)依賴GIS環(huán)境的問題，可以用于多種已經(jīng)封裝好的GIS接口的GIS平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)一個(gè)跨平臺(tái)的通過標(biāo)準(zhǔn)符號(hào)數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)，從而達(dá)到各系統(tǒng)平臺(tái)、各級(jí)工作人員之間符號(hào)通用的需求，以達(dá)到真正意義上的跨平臺(tái)符號(hào)共享.

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