孫 琳

地圖是地理信息可視化的重要方式，具有信息載負(fù)、模擬、信息傳輸和認(rèn)知等多種功能，使其在空間認(rèn)知中成為不可替代的工具。當(dāng)前，地圖應(yīng)用幾乎遍及自然科學(xué)和社會(huì)科學(xué)的每一個(gè)領(lǐng)域[1]。在傳統(tǒng)地圖出版中，一般使用CorelDraw軟件完成地圖編制及地圖整飾等工作，CorelDraw軟件是一款平面設(shè)計(jì)軟件，提供了矢量編輯、頁面設(shè)計(jì)、動(dòng)畫制作等多種功能，具有強(qiáng)大的圖形處理效果[2]。但是CorelDraw軟件不包含屬性信息且沒有定位功能，在地理空間信息和空間位置的精確性表達(dá)等方面都存在一定的局限性。隨著3S技術(shù)的普及應(yīng)用，數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理和成果應(yīng)用等方面正向著數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化、實(shí)時(shí)化和可視化的方向迅速發(fā)展。地理空間數(shù)據(jù)庫具有海量數(shù)據(jù)、精確的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)、強(qiáng)大的地圖制圖轉(zhuǎn)化等優(yōu)勢(shì)，利用地理空間數(shù)據(jù)庫制作地圖已成為當(dāng)前地圖出版的必然趨勢(shì)。

成熟的地理空間數(shù)據(jù)庫能極大地方便地圖編制。但是，數(shù)據(jù)庫是由要素集和要素類構(gòu)成，每個(gè)要素類對(duì)應(yīng)了一個(gè)圖層，圖層包含矢量數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)，庫信息量龐大，由數(shù)據(jù)庫編制地圖需要進(jìn)行大量篩選、綜合取舍、加工整理甚至縮編工作。同時(shí)，由于數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)是按照點(diǎn)、線、面要素類型對(duì)圖面內(nèi)容進(jìn)行了基礎(chǔ)的數(shù)字化和屬性錄入，通過數(shù)據(jù)庫的屬性表查詢各圖元的屬性信息，從數(shù)據(jù)庫的圖面情況難以直接讀取各圖元的含義，因此，借助數(shù)據(jù)庫編制地圖，需要通過符號(hào)化來更加直觀地表達(dá)與顯示地理信息及專題信息，增強(qiáng)專題數(shù)據(jù)的可讀性，幫助人們更加準(zhǔn)確、快速地獲取地理位置信息，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)空間地理認(rèn)知的目的。

一、技術(shù)流程

本文以編制出版小比例尺世界地圖為例，介紹如何利用地理空間數(shù)據(jù)庫轉(zhuǎn)化生成地圖及編輯出版的技術(shù)流程、關(guān)鍵技術(shù)方法，并對(duì)地理空間數(shù)據(jù)庫在地圖出版中應(yīng)用具有的優(yōu)勢(shì)和存在的問題進(jìn)行總結(jié)分析。

地理空間數(shù)據(jù)庫是將水系、境界、交通、居民點(diǎn)等地理要素以點(diǎn)、線、面的形式，對(duì)其空間位置、屬性信息及空間關(guān)系，按照一定的規(guī)則進(jìn)行存儲(chǔ)和管理。利用空間數(shù)據(jù)庫制圖則是根據(jù)成圖需求，將存儲(chǔ)在地圖數(shù)據(jù)庫中的這些抽象地理信息數(shù)據(jù)，通過科學(xué)的手段，借助于豐富的地圖語言表達(dá)轉(zhuǎn)換為形象、直觀、易讀的圖形數(shù)據(jù)，滿足公開出版地圖的要求[3]。利用數(shù)據(jù)庫編制地圖主要經(jīng)過地圖設(shè)計(jì)、地圖編制、編輯出版、印刷裝訂4個(gè)環(huán)節(jié)，主要流程包括地圖設(shè)計(jì)、符號(hào)設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)整理、格式轉(zhuǎn)換、投影轉(zhuǎn)換、符號(hào)化、地圖編制、地圖整飾、編輯出版等，如圖1。

圖1：數(shù)據(jù)庫制圖技術(shù)流程

二、關(guān)鍵技術(shù)方法

（一）投影轉(zhuǎn)換

世界地圖產(chǎn)品的形式多種多樣，制圖區(qū)域的位置、形狀、范圍、比例尺、內(nèi)容以及地圖用途都會(huì)直接影響地圖投影方式的選擇[4]。一般地理空間數(shù)據(jù)庫采用的是地理坐標(biāo)系，本文基于的全球地理空間數(shù)據(jù)庫采用的是WGS-84地理坐標(biāo)系，根據(jù)不同的制圖目的選擇相應(yīng)的投影方式。例如，交通地圖一般采用等角航線的墨卡托投影，高緯度地區(qū)地圖為了防止變形過大，一般采用任意投影，對(duì)于全球范圍小比例尺世界地圖，我國通常采用等差分緯線多圓錐投影。本文在ArcGIS中將矢量化的數(shù)據(jù)成果轉(zhuǎn)換為等差分緯線多圓錐投影，然后再將定義為原圖投影的數(shù)據(jù)進(jìn)行坐標(biāo)反算，生成地理坐標(biāo)體系。

投影變換是圖形坐標(biāo)點(diǎn)空間坐標(biāo)的換算，通過轉(zhuǎn)換通常改變了圖形的坐標(biāo)系統(tǒng)、投影系統(tǒng)、橢球體參數(shù)，有時(shí)也進(jìn)行比例尺變換，投影變換通常會(huì)增加空間數(shù)據(jù)誤差。投影變換是通過軟件程序計(jì)算自動(dòng)完成的，為減小誤差控制數(shù)據(jù)質(zhì)量進(jìn)行投影轉(zhuǎn)換時(shí)應(yīng)注意：①投影變換參數(shù)的選擇，參數(shù)選擇要準(zhǔn)確，精度要符合要求；②坐標(biāo)系統(tǒng)變換，應(yīng)搜集相應(yīng)坐標(biāo)點(diǎn)的改正數(shù)；③應(yīng)對(duì)投影變換后的圖形進(jìn)行質(zhì)量檢查，檢查圖形精度是否符合要求。

（二）地理要素的分類分級(jí)表達(dá)

由于地理空間數(shù)據(jù)庫包含的數(shù)據(jù)量很大，要素齊全，在地圖編繪過程中要分類分級(jí)別對(duì)各地理要素的綜合和縮編。根據(jù)制圖目的與制圖區(qū)域的地物重要程度、分布狀況，各要素類的綜合縮編順序依次為水系要素、交通要素、境界線、居民地。

圖2：縮編順序圖

在編制過程中，首先在標(biāo)準(zhǔn)欄的比例尺條框內(nèi)選擇固定比例尺大小，以防由于顯示比例的來回變動(dòng)造成視覺混淆，不能保證圖形概括綜合標(biāo)準(zhǔn)的統(tǒng)一性。各要素縮編的制圖規(guī)范如下[5]。

1.水系要素的編制。水系要素類包括海洋、湖泊、水庫、雙線河、單線河和島嶼。

（1）湖泊與水庫。首先根據(jù)湖泊、水庫的上圖標(biāo)準(zhǔn)以及重要程度對(duì)這兩類地物進(jìn)行選取：圖上面積大于1平方毫米（實(shí)地面積25平方千米）的湖泊、水庫，一般全取。在干旱地區(qū)，圖上面積在0.8～1平方毫米之間的湖、水庫夸大到1平方毫米表示；小于0.8平方毫米的適當(dāng)選取用點(diǎn)狀符號(hào)表示。

（2）單線河與雙線河。首先按從大到小、由主及次的順序進(jìn)行。優(yōu)先選取作為國界、省界等的界河；選取連通湖泊、水庫以及能顯示河系結(jié)構(gòu)特征的小河等。注意正確表示河源、河流與湖泊關(guān)系以及水系的結(jié)構(gòu)特征。其次根據(jù)雙線河的上圖指標(biāo)：當(dāng)河流實(shí)地寬度大于閾值時(shí)，依比例尺雙線表示；當(dāng)河渠實(shí)地寬度小于（含）閾值時(shí)，不依比例尺用一定范圍的漸變單線表示。那么由雙線河改為單線表示的河流通過提取中心線的方式進(jìn)行縮編，并將提取的中心線歸并到單線河圖層中。利用ArcGIS的Feature to Line工具將雙線河轉(zhuǎn)化成線，然后利用Collapse Dual Lines To Centerline提取中心線。如果原雙線河是界河，還需要在行政區(qū)劃的面圖層上沿著這些河流中心線進(jìn)行切割以及分段切割，并使之和周圍圖斑合并。

圖3：提取中心線示意圖

單線河的上圖指標(biāo)和平行間距參照縮編技術(shù)規(guī)范的要求，對(duì)某些河渠彎曲細(xì)部進(jìn)行圖形簡(jiǎn)化，利用ArcGIS中的Simplify Polygon/Line（簡(jiǎn)化多邊形/線）工具剔除單線河的細(xì)小彎曲和次要的轉(zhuǎn)折[6]。

圖4：簡(jiǎn)化多邊形/線示意圖

（3）海洋。海岸線綜合保持主要轉(zhuǎn)折點(diǎn)的位置準(zhǔn)確和岸段彎曲程度的對(duì)比關(guān)系。凸向海域的岸段，一般夸大陸地，舍去海域碎部；凹向陸地的岸段，則夸大海域，舍去陸地碎部，某些岸部彎曲細(xì)部進(jìn)行簡(jiǎn)化處理。河流入海處，反映三角洲和三角港的圖形特點(diǎn)。

2.交通要素的編制。交通要素主要包括鐵路和公路。

大于道路的最小上圖長度一般全選，與地質(zhì)礦產(chǎn)資源密切相關(guān)的區(qū)域盡量詳細(xì)表達(dá)，適當(dāng)表示某些具有重要意義的低等級(jí)道路。

小于閾值的道路彎曲細(xì)部，一般舍去拉直。與水系要素的簡(jiǎn)化一樣，利用ArcGIS中的Simplify Polygon/Line（簡(jiǎn)化多邊形/線）工具剔除道路的細(xì)小彎曲和次要的轉(zhuǎn)折。

綜合后的線狀交通運(yùn)輸用地應(yīng)檢查道路網(wǎng)的拓?fù)潢P(guān)系，保持道路的連通性和空間關(guān)系的合理性。其他輔助設(shè)施如機(jī)場(chǎng)、港口的縮編用點(diǎn)狀符號(hào)表示。

3.居民地的編制。居民地按照首都（或首府）、重要城市、一般城市及一般城鎮(zhèn)進(jìn)行選取與分級(jí)。根據(jù)主次的原則優(yōu)先選取位于交通線、道路交叉口、關(guān)隘、國境線等地的居民地。居民點(diǎn)的取舍正確反映與其他要素和專題內(nèi)容的對(duì)比關(guān)系

4.境界線的編制。在世界地圖中，境界線與政區(qū)面密切相關(guān)，當(dāng)境界線縮編后，政區(qū)面也必須做相應(yīng)的調(diào)整。在水系要素和交通要素縮編的基礎(chǔ)上，將構(gòu)成境界線的河流、海岸線、道路拷貝到境界線層中覆蓋原有線圖元，其他境界線保持不變，進(jìn)行數(shù)據(jù)更新。政區(qū)面根據(jù)縮編后的境界線進(jìn)行弧段切割以及分段切割，然后使切割后的面圖元和周圍圖斑合并[7]。

（三）制圖表達(dá)與圖面整飾

制圖表達(dá)能夠更加直觀地表達(dá)與顯示地理信息，增強(qiáng)地理底圖的可讀性，保證公開出版地圖的政治性、科學(xué)性和邏輯性。地圖整飾是地圖內(nèi)容的表現(xiàn)形式和手段的技術(shù)，是地圖制圖的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，根據(jù)地圖色彩和圖面表達(dá)效果，利用圖案、色彩顯示地圖內(nèi)容的類別、特征、主次關(guān)系、地理分布和相互聯(lián)系等。地圖整飾要素一般包括外圖廓、圖名、接圖表、圖例、三北方向、圖解和文字比例尺、編圖單位、編圖時(shí)間和依據(jù)等。圖面整飾原則上分兩個(gè)圖層，即圖內(nèi)整飾圖層和圖外整飾圖層。圖面整飾圖層要根據(jù)原圖內(nèi)容，按有關(guān)區(qū)調(diào)圖幅的出版格式和要求進(jìn)行整飾。圖面整飾檢查的主要內(nèi)容包括：檢查數(shù)據(jù)線劃質(zhì)量，線劃是否圓滑自然；連續(xù)清晰，線型和線劃粗細(xì)設(shè)置是否符合圖示要求；檢查各要素符號(hào)是否正確，尺寸是否符合圖示要求；檢查各要素關(guān)系是否合理，是否有重疊壓蓋現(xiàn)象；檢查各名稱、注記是否正確，位置是否合理，指向是否合理，字體是否符合規(guī)定；檢查注記是否壓蓋重要地物或點(diǎn)狀物；檢查圖面配置、圖廓內(nèi)外整飾是否符合規(guī)定，是否美觀等[8]。

（四）現(xiàn)勢(shì)性更新

現(xiàn)勢(shì)性更新主要包括各級(jí)行政界線、居民地行政等級(jí)、地名等方面。小比例尺世界地圖數(shù)據(jù)庫在圖層劃分上，由于比例尺大小的限制，無二級(jí)以下行政區(qū)、匯水盆地、面狀居民地和管線要素類。屬性信息方面，按照地理空間數(shù)據(jù)庫屬性表的相應(yīng)字段結(jié)合圖名載負(fù)量分級(jí)分類表達(dá)到圖面。全球地理空間數(shù)據(jù)涉及200多個(gè)國家地名，由于各國資料來源、文字翻譯等情況的不同，會(huì)出現(xiàn)同一個(gè)地名不同國家資料拼寫不同的情況，因此在空間數(shù)據(jù)庫轉(zhuǎn)化地圖出版的過程中，需要嚴(yán)格按照我國規(guī)范進(jìn)行地名的標(biāo)準(zhǔn)化，實(shí)施現(xiàn)勢(shì)性更新。地理空間數(shù)據(jù)庫中的大量要素地名需要按照出版要求進(jìn)行更新核改，國外地名需要在原有屬性表基礎(chǔ)上統(tǒng)一增加中文名字段。部分核改更新內(nèi)容比如：①“荷屬安的列斯”改為“庫拉索（荷）”；②“斐濟(jì)群島”改為“斐濟(jì)”；③“阿魯巴”改為“阿魯巴（荷）”；④“留尼汪”改為“留尼汪（法）”；⑤圣馬丁（法、荷屬）改為圣馬丁（法、荷）。

（五）編輯加工

對(duì)經(jīng)過地理空間數(shù)據(jù)庫轉(zhuǎn)化并編制完成的地圖，雖然已初步具備了出版的條件，但距出版的要求還存在著一定的差距，還需要進(jìn)一步編輯加工整理，使之達(dá)到出版的要求。地圖的編輯加工整理就是對(duì)地圖稿件從整體到細(xì)部進(jìn)行全面檢查、修改、補(bǔ)充和潤色整理，全面優(yōu)化，進(jìn)一步提高地圖稿件的內(nèi)容質(zhì)量，達(dá)到“齊、清、定”的出版要求。

地圖編輯加工整理的內(nèi)容包括：消滅差錯(cuò)、潤色提高、規(guī)范統(tǒng)一、查對(duì)資料等。按照出版的審校制度消除地圖中政治性、安全性、知識(shí)性、科學(xué)性、常識(shí)性及文字錯(cuò)誤；按照國家的規(guī)定統(tǒng)一有關(guān)用法，統(tǒng)一體例、格式；查對(duì)資料的來源及其是否合法。

（六）地圖制印

1.印前處理與輸出。地圖印前處理主要包括數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換、壓印和陷印處理、拼版、成品線與裁切線的添加等工作。地圖輸出方式主要有彩色噴墨打印、數(shù)碼打樣、彩色激光打印和印刷等，輸出格式主要是EPS和PDF格式。

2.地圖印刷及裝訂。地圖印刷方式通常有輸出分色膠片制版印刷和CTP印刷兩種。

輸出分色膠片制版印刷是傳統(tǒng)的印刷方式，即輸出分色膠制作PS版，然后上機(jī)印刷。目前普遍采用這種印刷方式。

印刷規(guī)格有四開印刷、對(duì)開印刷、全開印刷，目前國內(nèi)已有少數(shù)雙全開印刷。圖集是由單幅圖拼成對(duì)開印刷，然后折頁裝訂。

單幅地圖的裝訂比較簡(jiǎn)單，分折疊和掛圖（掛桿）。系列圖的裝訂方法有散裝、袋裝、環(huán)裝、盒裝幾種。圖集的裝訂方法分騎馬裝、平裝和精裝。

三、總結(jié)與分析

地理空間數(shù)據(jù)庫具有強(qiáng)大功能：①能夠?qū)⒌乩硪嘏c專題要素有效地進(jìn)行整合，形成統(tǒng)一的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，方便編圖數(shù)據(jù)的組織管理；②數(shù)據(jù)庫的圖層劃分有利于各要素的分層顯示和疊加；③每個(gè)圖層對(duì)應(yīng)的屬性表，能夠有效地實(shí)現(xiàn)地理要素和專題要素的屬性查詢和分類顯示；④數(shù)據(jù)庫的符號(hào)化能夠?qū)崿F(xiàn)地理要素可視化表達(dá)，直觀地表達(dá)與顯示屬性信息，增強(qiáng)編圖數(shù)據(jù)的可讀性。

但是地圖具有很強(qiáng)的政治性，反映了國家的政治立場(chǎng)，在行政界線的畫法、爭(zhēng)議地區(qū)的表達(dá)處理等方面都有統(tǒng)一的規(guī)定和標(biāo)準(zhǔn)畫法[9]。同時(shí)地圖具有可讀性的特點(diǎn)，需要通過科學(xué)的符號(hào)表達(dá)直觀地反映地理要素的空間信息?？臻g數(shù)據(jù)庫的建立缺乏出版要素的設(shè)計(jì)，因此在編輯出版過程中需要對(duì)地理要素進(jìn)行大量的綜合取舍以及可視化表達(dá)。為了加強(qiáng)主題內(nèi)容和地理底圖的統(tǒng)一協(xié)調(diào)，還需要處理好各要素的統(tǒng)一協(xié)調(diào)關(guān)系。利用地理空間數(shù)據(jù)庫編制出版地圖圖件需要地圖設(shè)計(jì)、地圖內(nèi)容編制、地圖整飾、編輯加工、印前處理、印刷裝訂等過程[10]。