基於gis數據的快速地圖製圖系統的製作方法
2023-10-19 09:20:12
專利名稱：基於gis數據的快速地圖製圖系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及數字製圖領域，尤其是涉及一種基於GIS數據的快速地圖製圖系統。
背景技術：
傳統的地圖製圖是通過手工直接在紙質材料上進行繪製，這種繪圖方式不僅效率極低，而且修改困難，地圖更新更為費時費力。隨著計算機技術的發展。計算機製圖逐步替代了手工繪圖，也就出現了大量的地圖設計與製圖軟體，比如CorelDraw，Illustrator, Supermap等。計算機輔助地圖製圖是以測繪數據(測量數據或GIS數據)的基本線劃數據作為數字地圖製圖基礎，節省了大量的數據採集工作，不僅提高了數據生產效率，而且加快了數據更新速度，與傳統製圖模式相比，數字地圖生產周期大大縮短了。GIS數據是地理空間數據。然而，隨著觀測技術、GIS (地理信息系統技術)等的快速發展，地理信息的採集、 存儲、分析、應用逐漸形成一體化，空間信息的採集與存儲組織方式從以前單一的空間信息 (數據)採集，發展成現在空間信息與屬性信息的集成化採集與組織的模式，包含大量語義信息的GIS數據(如ArcGIS等軟體生產的數據)已經成為地圖製圖的主要數據源。這種以線劃數據作為基礎數據的數字地圖製圖過程，現有製圖軟體僅僅利用了 GIS數據的線劃信息(空間坐標信息)，卻忽略了大量的原始數據(GIS數據)的語義信息(如要素分類、要素關係等)。由於缺少了語義信息及製圖規則的控制，GIS數據在製圖軟體中只能作為坐標骨架存在，加上GIS軟體與製圖軟體的符號不兼容問題，以及轉換線劃數據過程中地理要素語義信息的丟失問題等，要素分類(分層)、要素關係、地圖符號設計與配置等工作需要在製圖軟體中重新進行，這需要大量的人工去處理，成為快速製圖的瓶頸，很難滿足地圖數據的快速網絡化發布及應急製圖需要。GIS軟體製圖與專業製圖軟體存在著本質區別。儘管GIS軟體具備一定的製圖功能，但由於其在地圖美化設計方面卻存在明顯的缺陷，其設計和生產的地圖很難達到出版地圖的要求，主要原因為GIS軟體採用的是地理模型(GIS數據模型，或稱數字景觀模型，Digital Landscape Model，DLM)，注重地理要素的空間完整性、連續性和空間關係及相關語義信息的描述，強調空間分析功能；GIS軟體只能對GIS數據進行簡單製圖，如簡單配置符號和圖面整飾，不具備專業級的地圖編輯、顏色設計及可視化表達工具，因此這種製圖僅在一定程度上滿足一般需求(比如特殊領域的簡單數字地圖等)，很難達到公開版地圖(尤其是紙質地圖)的製圖要求。而製圖軟體採用的是製圖模型(地圖數據，或稱數字製圖模型，Digital Cartography Model, DCM)，其強調地理信息可視化(表達)效果，而對空間要素完整性、甚至空間關係則不太注重，甚至會把降低部分要素的地理位置及關係的準確度作為代價，以達到增強地圖表現力的目的。如前所述，製圖軟體與GIS軟體因應用目的不同，而採用不同的數據組織模型，模型的差異導致數據轉換中數據語義信息丟失及空間位置精度等降低。GIS軟體地圖製圖功能弱，設計與生產的地圖很難達到出版要求；專業製圖軟體的製圖功能強大，但需要對GIS線劃數據的進行大量的處理工作，如要素分層、要素壓蓋關係處理、線劃數據光滑處理、要素符號設計與配置等。要解決上述問題，目前有幾種普遍試用的方法，但是這些方法各有優缺點(1) 建立GIS地圖表達模型；(2)通過矢量圖形格式AutoCAD DXF, Windows EMF、Adobe Illustrator AI等作為中間格式進行間接轉換；(3)使用剪貼板，通過ArcGIS軟體與 CorelDraw軟體間的互操作把GIS數據通過選擇性粘貼的方式直接轉換成CorelDraw的格式數據等。基於GIS的地圖表達模型，將地理數據與地圖表達信息進行了有機融合，便於地圖目標的對象級修改與保存，減少了數據冗餘，便於地圖的增量更新與多重表達，同時也便於傳統GIS擴展地圖表達能力，但這種模型仍然停留在形式化描述階段，尚沒有開發出相關系統；利用GIS數據在CorelDraw環境下地圖製圖的技術路線，其主要步驟為數據的篩選與分析一數據投影變換一數據分層一數據編輯一符號化一比例尺確定一數據格式轉換(地圖輸出)，這種方法雖然解決了 GIS數據至CorelDraw數據的格式轉換問題，但是從 GIS數據到地圖數據轉換過程卻不能進行控制，因此無法定製GIS數據轉換成地圖數據的規則，輸出後的地圖數據仍然存在壓印與疊印、補漏白等問題，該方法最主要的特點還是要在CorelDraw中進行符號化、渲染、規範化、數據編輯等大量的人工編輯工作；採用「複製+ 粘貼」的方法實現ArcGIS數據到CorelDraw數據的轉換，這種方法不僅要根據要素類型進行多次的「複製+粘貼」或轉換EMF (Windows增強型元文件)操作，而且轉換後註記、符號、 顏色等信息丟失嚴重。這些解決方法基本解決了從GIS軟體到製圖軟體的線劃數據轉換，但仍存在著線劃精度不高，數據的語義信息大量丟失(如要素分類、屬性、關係、符號表達等)等問題。製圖軟體從轉換的線劃數據到生產出符合出版要求的地圖，需要對要素分類、關係表達、屬性表達、符號設計與配置、顏色設計等進行大量的人工處理工作。
發明內容
本發明的目的在於，實現在製圖規則支持下的線劃數據及其語義信息的最大程度轉換，提高基於GIS數據的製圖質量和效率，因此提供基於GIS數據的快速地圖製圖系統。本發明的技術方案為一種基於GIS數據的快速地圖製圖系統，包括原始GIS數據讀取模塊10、符號庫構建模塊20、圖面設計知識庫模塊30、要素衝突處理知識庫模塊40、製圖規則提供模塊50、地圖數據生成模塊60和地圖文件輸入輸出模塊70 ；
原始GIS數據讀取模塊10，用於從原始GIS數據中讀取線劃數據、符號信息和語義信息，並將線劃數據輸入地圖數據生成模塊60，將符號信息輸入符號庫構建模塊20，將語義信息輸入製圖規則提供模塊50 ；
符號庫構建模塊20，用於接收原始GIS數據讀取模塊10傳輸的符號信息和用戶輸入的 CorelDraw符號文件，並存儲進符號庫，符號庫內的符號提供給地圖數據生成模塊60 ；
圖面設計知識庫模塊30，用於接收用戶輸入的圖面設計知識，並存儲進圖面設計知識庫，圖面設計知識庫內的圖面設計知識提供給地圖數據生成模塊60 ；
要素衝突處理知識庫模塊40，用於接收用戶輸入的地圖要素處理規則，並存儲進要素衝突處理知識庫，要素衝突處理知識庫內的地圖要素處理規則提供給製圖規則提供模塊 50，所述地圖要素處理規則包括製圖表達過程中的要素壓蓋處理規則、要素移位規則和要素捨棄規則；
製圖規則提供模塊50，用於接收原始GIS數據讀取模塊10輸入的語義信息，根據語義信息提供符號化規則到地圖數據生成模塊60，根據語義信息從要素衝突處理知識庫模塊 40中提取相應的地圖要素處理規則並提供給地圖數據生成模塊60 ；
地圖數據生成模塊60，用於根據符號庫構建模塊20提供的符號和製圖規則提供模塊 50提供的符號化規則，對原始GIS數據讀取模塊10輸入的線劃數據進行符號化，得到地圖製圖模型；然後根據製圖規則提供模塊50提供的地理要素處理規則，對地圖製圖模型進行地圖要素的衝突處理；最後，根據圖面設計知識庫模塊30提供的圖面設計知識對地圖製圖模型進行整飾，生成最終的地圖數據並輸出到地圖數據生成模塊60 ；
地圖文件輸入輸出模塊70，用於將地圖數據生成模塊60生成的地圖數據按照 PostScript語言的語法規則解析為基於Postkript語言的文本描述信息，將文本描述信息寫入地圖文件中進行輸出。而且，所述符號庫構建模塊20包括CorelDraw符號輸入輸出單元、GIS符號信息讀取單元和符號分類管理單元；
CorelDraw符號輸入輸出單元，用於提供CorelDraw符號文件的導入導出功能，包括將用戶輸入的CorelDraw符號文件輸入符號分類管理單元，同時支持將符號庫中已有的符號導出為CorelDraw符號文件；
GIS符號信息讀取單元，用於將原始GIS數據讀取模塊10傳輸的符號信息輸入符號分類管理單元；
符號分類管理單元，用於將CorelDraw符號輸入輸出單元提供的CorelDraw符號文件和GIS符號信息讀取單元提供的符號信息存入符號庫，並支持分類管理。而且，所述地圖數據生成模塊60包括符號化單元、要素衝突處理單元和地圖整飾單元；
符號化單元，用於根據符號庫構建模塊20提供的符號和製圖規則提供模塊50提供的符號化規則，對原始GIS數據讀取模塊10輸入的線劃數據進行符號化，得到地圖製圖模型並輸出到要素衝突處理單元；
要素衝突處理單元，用於根據製圖規則提供模塊50提供的地理要素處理規則，對符號化單元輸入的地圖製圖模型進行地圖要素的衝突處理，衝突處理後的地圖製圖模型輸入地圖整飾單元，
地圖整飾單元，用於根據圖面設計知識庫模塊30提供的圖面設計知識，對要素衝突處理單元輸入的地圖製圖模型進行整飾，生成最終的地圖數據。本發明提出通過編寫製圖規則支持下的GIS數據快速地圖製圖系統，實現GIS數據的快速製圖。該系統首先將GIS數據轉換成製圖軟體(如CorelDraw，Illustrator等) 支持的AI (Adobe Illustrator軟體的格式，面向製圖出版的高精度數據格式)格式數據， 同時利用GIS數據的語義信息以及製圖系統中預先定義的製圖規則，完成數據轉換過程中製圖數據的自動化預處理，包括要素自動分層、要素關係自動調整、註記自動配置、顏色設置、面向製圖軟體的符號設計與配置等。採用本方法從GIS數據轉換得到的製圖格式數據， 可以在地圖製圖編輯前完成大量數據預處理工作，減少在製圖軟體中進行處理的時間，縮短製圖周期，以提高GIS數據的地圖製圖效率。
圖1為本發明實施例的結構圖2為本發明實施例的原始GIS數據讀取示意圖； 圖3為本發明實施例的符號庫構建示意圖； 圖4為本發明實施例的圖面設計知識配置示意圖； 圖5為本發明實施例的地圖數據生成示意圖。
具體實施例方式
本發明的基於GIS數據的快速地圖製圖系統著重突出基於GIS語義信息和製圖規則庫的自動化製圖流程，通過GIS語義信息的智能轉換、手動定製製圖規則以及系統預定義製圖規則三種方式生成最終的GIS數據快速地圖製圖規則。對GIS語義信息的智能轉換是指將GIS中的語義信息，如要素分類、要素屬性、要素關係等信息轉換為製圖表達中的地圖要素描述信息，如地層的繪製順序、地圖要素的顏色、地圖要素的位置信息、地圖註記配置規則等。手動定製的製圖規則是指用戶通過系統提供的地圖模板配置界面進行地圖文件參數配置；系統預定義製圖規則是指傳統製圖表達中的一些默認規則，如道路壓蓋處理，註記捨棄規則，要素移位規則等等，這些規則被定義在系統中，在用戶進行製圖的時候自動進行調用。本發明技術方案可採用計算機軟體技術實現模塊化設計。以下結合附圖和實施例詳細說明本發明技術方案。如圖1，實施例所提供基於GIS數據的快速地圖製圖系統，包括原始GIS數據讀取模塊10、符號庫構建模塊20、圖面設計知識庫模塊30、要素衝突處理知識庫模塊40、製圖規則提供模塊50、地圖數據生成模塊60和地圖文件輸入輸出模塊70。以下分別說明各模塊實現，以供實施參考。原始GIS數據讀取模塊10，用於從原始GIS數據中讀取線劃數據、符號信息和語義信息，並將線劃數據輸入地圖數據生成模塊60，將符號信息輸入符號庫構建模塊20，將語義信息輸入製圖規則提供模塊50。實施例中，根據用戶輸入的原始GIS數據，生成地圖製圖要素資源庫，包括線劃數據、符號信息和語義信息。原始GIS數據讀取模塊10具體實現原始GIS數據讀取可參見圖2
GIS基礎空間數據讀取，包括讀取點、線、面、註記等實體的空間位置和相關幾何信息， 得到線劃數據。符號及圖層渲染信息讀取，包括讀取點、線、面要素的符號信息、註記的字體信息、圖層的渲染方式，即符號信息。製圖表達相關的語義信息，是指存儲在GIS地理要素中製圖表達相關的屬性信息，這些屬性信息用來描述地圖要素的製圖規則，如符號化的順序、符號編碼、要素要素移位處理等級、要素壓蓋處理等級等。這些規則提供給製圖規則提供模塊50，用來進行地圖數據的生成。具體實施時，系統可以向用戶提供製圖表達屬性相關說明，即通過文檔說明屬性的格式標準，用戶參照製圖表達屬性相關說明，在原始GIS數據採集的過程中錄入地理要素的製圖表達屬性。系統通過ArcEngine組件依次讀取GIS圖層的幾何信息和屬性數據，所得線劃數據、符號信息和語義信息存儲在地圖製圖模型中。符號庫構建模塊20，用於接收原始GIS數據讀取模塊10傳輸的符號信息和用戶輸入的CorelDraw符號文件，並存儲進符號庫，符號庫內的符號提供給地圖數據生成模塊60。符號庫構建模塊20可分CorelDraw符號輸入輸出單元、GIS符號信息讀取單元和符號分類管理單元設計。CorelDraw符號輸入輸出單元，用於提供CorelDraw符號文件的導入導出功能，包括將用戶輸入的CorelDraw符號文件輸入符號分類管理單元，同時支持將符號庫中已有的符號導出為CorelDraw符號文件；GIS符號信息讀取單元，用於將原始GIS數據讀取模塊10傳輸的符號信息輸入符號分類管理單元；符號分類管理單元，用於將CorelDraw符號輸入輸出單元提供的CorelDraw符號文件和GIS符號信息讀取單元提供的符號信息存入符號庫，並支持分類管理。通過CorelDraw符號輸入輸出單元提供CorelDraw符號文件的導入導出功能，用戶可以將CorelDraw中導出的AI文件導入符號庫中存儲為二進位符號信息，同時也以將符號庫中已有的符號導出為AI文件在CorelDraw中進行編輯。通過GIS符號信息讀取單元，可以從ArcGIS符號的Myle符號文件中讀取相應的符號信息，並轉存到符號庫中，同時作為CorelDraw符號輸入輸出單元輸出AI文件時的符號信息來源。通過符號分類管理單元可以提供符號分類的新建、修改、刪除等功能，用戶將導入的符號進行選擇歸類。符號庫構建模塊20具體實現符號庫構建可參見圖3
符號文件導入包括CorelDraw符號導入和ArcGIS符號文件導入。CorelDraw符號導入時，首先在CorelDraw中製作地圖符號，然後另存為AI格式的符號文件，最後在符號創建界面中導入符號文件，由CorelDraw符號輸入輸出單元完成。ArcGIS符號文件導入時直接導入即可，由GIS符號信息讀取單元完成。自定義符號創建可通過符號分類管理單元提供用戶對符號進行創建、分類、管理的界面，還可提供界面供用戶根據系統提供基本的符號圖元，進行圖元組合，例如線狀符號組合和面狀符號組合。組合後的圖元即為要創建的符號。原始GIS數據讀取模塊10傳輸的符號信息、用戶輸入的CorelDraw符號文件和用戶創建的自定義符號，都由符號分類管理單元分類存入符號庫。符號庫可採用現有資料庫技術構建，其中設置符號分類表。根據國家基礎地理信息要素分類與編碼標準進行符號分類信息創建，將創建的信息存儲在符號分類表中，表結構如下表2所示。表1符號分類信息存儲表_
權利要求
1.一種基於GIS數據的快速地圖製圖系統，其特徵在於包括原始GIS數據讀取模塊 (10)、符號庫構建模塊(20)、圖面設計知識庫模塊(30)、要素衝突處理知識庫模塊(40)、製圖規則提供模塊(50 )、地圖數據生成模塊(60 )和地圖文件輸入輸出模塊(70 )；原始GIS數據讀取模塊(10)，用於從原始GIS數據中讀取線劃數據、符號信息和語義信息，並將線劃數據輸入地圖數據生成模塊(60)，將符號信息輸入符號庫構建模塊(20)，將語義信息輸入製圖規則提供模塊(50)；符號庫構建模塊(20)，用於接收原始GIS數據讀取模塊(10)傳輸的符號信息和用戶輸入的CorelDraw符號文件，並存儲進符號庫，符號庫內的符號提供給地圖數據生成模塊 (60)；圖面設計知識庫模塊(30)，用於接收用戶輸入的圖面設計知識，並存儲進圖面設計知識庫，圖面設計知識庫內的圖面設計知識提供給地圖數據生成模塊(60)；要素衝突處理知識庫模塊(40)，用於接收用戶輸入的地圖要素處理規則，並存儲進要素衝突處理知識庫，要素衝突處理知識庫內的地圖要素處理規則提供給製圖規則提供模塊 (50)，所述地圖要素處理規則包括製圖表達過程中的要素壓蓋處理規則、要素移位規則和要素捨棄規則；製圖規則提供模塊(50)，用於接收原始GIS數據讀取模塊(10)輸入的語義信息，根據語義信息提供符號化規則到地圖數據生成模塊(60)，根據語義信息從要素衝突處理知識庫模塊(40)中提取相應的地圖要素處理規則並提供給地圖數據生成模塊(60)；地圖數據生成模塊(60)，用於根據符號庫構建模塊(20)提供的符號和製圖規則提供模塊(50)提供的符號化規則，對原始GIS數據讀取模塊(10)輸入的線劃數據進行符號化， 得到地圖製圖模型；然後根據製圖規則提供模塊(50)提供的地理要素處理規則，對地圖製圖模型進行地圖要素的衝突處理；最後，根據圖面設計知識庫模塊(30)提供的圖面設計知識對地圖製圖模型進行整飾，生成最終的地圖數據並輸出到地圖數據生成模塊(60)；地圖文件輸入輸出模塊(70)，用於將地圖數據生成模塊(60)生成的地圖數據按照 Postkript語言的語法規則解析為基於Postkript語言的文本描述信息，將文本描述信息寫入地圖文件中進行輸出。
2.根據權利要求1所述基於GIS數據的快速地圖製圖系統，其特徵在於所述符號庫構建模塊(20)包括CorelDraw符號輸入輸出單元、GIS符號信息讀取單元和符號分類管理單元；CorelDraw符號輸入輸出單元，用於提供CorelDraw符號文件的導入導出功能，包括將用戶輸入的CorelDraw符號文件輸入符號分類管理單元，同時支持將符號庫中已有的符號導出為CorelDraw符號文件；GIS符號信息讀取單元，用於將原始GIS數據讀取模塊(10)傳輸的符號信息輸入符號分類管理單元；符號分類管理單元，用於將CorelDraw符號輸入輸出單元提供的CorelDraw符號文件和GIS符號信息讀取單元提供的符號信息存入符號庫，並支持分類管理。
3.根據權利要求1或2所述基於GIS數據的快速地圖製圖系統，其特徵在於所述地圖數據生成模塊(60)包括符號化單元、要素衝突處理單元和地圖整飾單元；符號化單元，用於根據符號庫構建模塊(20)提供的符號和製圖規則提供模塊(50)提供的符號化規則，對原始GIS數據讀取模塊(10)輸入的線劃數據進行符號化，得到地圖製圖模型並輸出到要素衝突處理單元；要素衝突處理單元，用於根據製圖規則提供模塊(50)提供的地理要素處理規則， 對符號化單元輸入的地圖製圖模型進行地圖要素的衝突處理，衝突處理後的地圖製圖模型輸入地圖整飾單元，地圖整飾單元，用於根據圖面設計知識庫模塊(30)提供的圖面設計知識，對要素衝突處理單元輸入的地圖製圖模型進行整飾，生成最終的地圖數據。
全文摘要
本發明公開一種基於GIS數據的快速地圖製圖系統，將GIS數據轉換成面向製圖出版的高精度地圖數據格式的製圖數據，充分利用GIS數據中的豐富語義信息以及製圖系統中預定義的製圖規則，完成數據轉換過程中製圖數據的智能化預處理，包括原始GIS數據讀取模塊、符號庫構建模塊、圖面設計知識庫模塊、要素衝突處理知識庫模塊、製圖規則提供模塊、地圖數據生成模塊和地圖文件輸入輸出模塊。採用本發明進行GIS數據到製圖數據的轉換，可在地圖製圖編輯前的完成大量製圖數據的預處理工作，縮短了數字地圖製圖周期，提高了基於GIS數據的地圖製圖效率和質量。
文檔編號G06F17/30GK102509511SQ20111038037
公開日2012年6月20日 申請日期2011年11月25日 優先權日2011年11月25日
發明者李雅彥, 羅康, 翁敏, 蔣維傑, 蔡忠亮, 解智強 申請人:武漢大學