一种基于数据库驱动的地形图快速制图方法

摘要

本发明提供了一种基于数据库驱动的地形图快速制图方法，利用已建成的地形数据库快速生产相应比例尺的地形图，实现制图数据库与地形数据库一体化存储、集成管理和同步更新。本发明的基于数据库驱动的地形图快速制图方法，包括如下步骤：(1)管理端制图数据预处理：地形数据库建库；地形数据库制图扩展；制图数据派生；分幅制图数据子库生成；分幅制图工程创建；(2)生产端制图数据生产：制图数据优化调整；制图编辑；图廓整饰；数据接边；制图输出；(3)管理端地形图制图数据成果入库：经过制图生产环节制图编辑和检查验收后的地形图制图数据成果，集中进行统一的数据入库处理，形成最终的地形-制图一体化数据库。

说明书

技术领域

本发明涉及一种地形图的绘制方法，尤其是一种基于数据库驱动的地形图 快速制图方法。

背景技术

1)我国基本比例尺地形图现势性陈旧亟待更新

随着信息化测绘体系的逐步建立与完善，我国已完成全国1∶100万、1∶25 万、1∶50000等基本比例尺基础地理信息数据库的建库，1∶50000数据库更新 工程也即将全面完成。与此同时，各地方测绘部门也纷纷建成省级1∶1万及更 大比例尺基础地理信息数据库，并先后开展了1-2轮的数据更新。

然而，在基础地理信息数据库的更新工程中，普遍侧重于对正射影像数据、 地形要素数据、数字高程模型数据的更新，而忽略了纸质地形图和地形图制图 数据的同步更新，造成系列比例尺地形图现势性普遍陈旧，无法满足应用需要， 特别是不能满足国家应急测绘保障的需要。

2)现有地形图制图技术难以满足快速更新的需求

目前，我国测绘行业的地形图制图生产普遍采用两大类技术方法：一是采 用平面图形制作软件制作地形图，将地形数据转换到平面图形制作软件系统 中，如CorelDraw、Illustrator等，经过制图配置生成图形文件，再进行图 形编辑处理，这种方法使用的软件系统图形编辑功能比较强大，但地形数据是 以GIS系统存储，制图生产时不能直接输入，转换工作比较复杂，转换具有多 种属性的要素时难度更大，甚至还可能有一些信息难以转换而丢失；制图配置 采用人机交互，自动化程度低，工作量大，生产的制图数据与地形数据严格分 离，不带地理坐标，一旦地形要素变化，需要对两套数据分别进行修改和更新。 第二种方法是利用支持GIS的制图系统，如MapCAD、MicroStation、AutoCAD 等，它们可以直接输入地形数据文件进行符号化配置和编辑，生成另外一套分 幅图形数据，但同样不能建立两套数据的紧密关联，不能形成一体化存储管理 的数据库。

由于地形数据和制图数据的数据模型差异，对于由GIS数据向制图数据模 型转换中引起的图面要素表示冲突和关系矛盾问题，目前还缺乏系统有效的解 决方案，难以实现地图符号配置、注记生成的自动化和智能化，以上两种方法 的制图生产效率相对较低，难以实现快速制图，也难以实现制图数据与地形数 据的同步更新。

发明内容

本发明提供了一种基于数据库驱动的地形图快速制图方法，利用已建成的 地形数据库快速生产相应比例尺的地形图，实现制图数据库与地形数据库一体 化存储、集成管理和同步更新。

实现本发明目的的基于数据库驱动的地形图快速制图方法，包括如下步骤

(1)管理端制图数据预处理：地形数据库建库：

包括分发前的制图数据预处理和编辑后的制图数据成果汇交与入库处理， 管理端统一负责成果数据的集中入库处理，最终建成满足印刷要求的地形图制 图数据库，主要包括以下制图环节：

①地形数据库制图扩展

根据定义的制图数据模型，扩展地形数据库属性项，定义制图规则及关系， 并对地形数据库进行锁定保护，主要包括以下内容：

A拓展地形数据库属性字段，用于存储制图数据；

B定义制图过程必需的地图标注、地图掩码、制图表达规则、制图表达规 则例外等制图规则，建立地形数据与制图数据关系类；

C设定地形数据为不可编辑，防止制图编辑中对地形数据进行修改；

②制图数据派生

根据定义的制图数据模型，将地形数据通过数据库处理生成制图数据，主 要包括：

A生成地形要素的制图符号表达；

B生成地图注记：利用属性项的名称和性质信息，派生图幅的图面注记；

C获取相应的制图辅助信息；

③分幅制图数据子库生成

从数据库中按照一定的地理范围提取数据，派生出分幅制图数据子库，实 现分布式、分幅式的制图生产；

④分幅制图工程创建

根据生成的分幅制图数据子库，计算制图参数，配置图廓整饰要素，生成 相应的制图工程，提供初级产品的地图文档，为制图生产提供基础；

(2)生产端制图数据生产

基于管理端制图数据预处理的数据成果，通过数字地形图编绘的作业流 程，制作符合国家标准的定义的地形图制图数据，并生成元数据和印前数据； 生产端制图数据生产工艺流程如下：

①制图数据优化调整

A图层组织优化调整：检核管理端制图数据预处理：地形数据库建库结果 的图层组织关系，如局部要素的逻辑结构需要调整，则调整各图层的上下顺序、 图层内部各要素之间的等级关系，完善制图数据的制图表达效果，使得制图数 据中所有图面信息完整呈现，图面冲突减少到最少；

B符号优化调整，主要内容包括：

d)符号检查及修正：对于同一要素可配置不同符号的情况，检查管理 端符号配置是否需要优化；

e)空符号检查：检查制图数据中是否存在空符号；

f)自定义符号：对存在的空符号，定义新的符号并进行配置；

C注记优化调整：分析制图区域数据特点，结合制图生产专业设计书，检 核管理端制图数据预处理：地形数据库建库结果的注记设置是否需要调整，包 括注记字体、字形、字大、颜色等参数；

②制图编辑

分要素编辑按有利于要素关系协调的先后顺序进行；一般顺序为：a内图 廓线；b直角坐标网；c平面控制点；d高程点；e水系、居民地及设施、交通、 地貌、管线、植被与土质可根据具体数据情况确定作业顺序；f境界；g注记。

分要素编辑完成后，需要进行冲突检测和全图核查，确保图幅内制图编辑 结果满足成果数据要求；对于检测出的图面冲突，需再次进行制图处理，直至 符合成图要求；具体流程与内容如下：

③图廓整饰

已自动派生，检核管理端制图数据预处理：地形数据库建库结果的图廓整 饰是否需要调整优化；

④数据接边

对相邻图幅的垮图廓要素进行制图接边检查，对于不接边部分进行接边处 理，使得制图结果满足接边要求；

⑤制图输出

将最终的制图数据成果输出为印刷格式文件，作为数字形式的地形图统一 存储；

(3)管理端地形图制图数据成果入库

经过制图生产环节制图编辑和检查验收后的地形图制图数据成果，集中进 行统一的数据入库处理，形成最终的地形-制图一体化数据库。

所述步骤(1)中第④步分幅制图工程创建的具体内容如下：

A制图参数计算：根据地图分幅范围，计算当前图幅所在的投影带，确定 地图是否位于分带经线邻近的两个图幅内，根据三北方向角确定三北方向线的 组合类型，确定地图图例类型，确定地图坡度尺类型；

B地图文档生成：生成定义的标准分幅的地图文档，提供初级产品的地图 文档，主要工作包括：

d)制图数据源定向；

e)空间参考设定；

f)地图旋转角度设定；

C图廓整饰要素配置：

f)根据制图参数，生成内外图廓及方里网；

g)根据制图参数，配置三北方向、图例、坡度尺等图廓整饰要素；

h)根据制图参数，标注图名、图号、地图附注、出版说明等；

i)配置政区略图中境界图；

j)配置政区略图与邻接表中数字编号；

f)配置政区略图与邻接表中普染色。

本发明的基于数据库驱动的地形图快速制图方法的有益效果如下：

1)本发明的基于数据库驱动的地形图快速制图方法，地形数据库与制图 数据库紧密集成。本方法构建的一整套“数据库建库-地形图制图-集成管理- 同步更新”的技术方法和工艺流程，地形数据库与制图数据库紧密集成，可以 进行地形图的快速生产、同步更新、应急制图保障、灵活个性化制图服务等， 是对地形图制图生产技术模式的一次革新。而目前其它的制图方法和技术是利 用地形数据文件进行制图处理，生成另外一套图形数据文件，或是地形数据和 辅助制图数据同时采集，编辑生成的制图数据文件独立于地形数据。这些系统 中的地形数据和制图数据无紧密的关系关联，没有进行集成管理，同时一旦地 形数据库中要素更新，相应要素的制图数据难以自动同步更新。

2)地形图制图生产模式方面。本方法实现了基于数据库驱动的地图制图， 地形数据库和制图数据库的一体化建模和集成管理，能够在数据库环境下对制 图符号及注记进行自动配置和交互式编辑调整，可以进行两库同步更新。目前 国内外的制图软件系统主要为两类，一是平面图形制作软件(如CorelDraw)， 生产的制图数据是纯图形数据，二是基于地理信息技术的制图软件，一般是在 地形数据基础上进行制图编辑而生成独立存储的制图数据。这些软件难以解决 由地形数据向制图数据模型转换中引起的图面要素表示冲突和关系矛盾问题， 以及难以建成两库集成管理的数据库和实现同步更新。

3)制图自动配置方面。本系统实现对全要素地形数据库(无需采集制图 辅助信息)的制图符号自动配置，并根据要素空间关系和制图规则进行整体冲 突协调与优化调整，如根据桥梁与道路的关系自动计算和配置桥梁方向及符号 宽度等，优化调整后，以1∶50000地形图制图自动配置效果为例，整体图形效 果符合制图要求依据地形地物复杂程度达到60％-80％，地形地物要素达到80％ 以上，图外整饰达到95％以上，注记达到50％左右。而且随着制图比例尺的增 大，制图自动配置的效果会更佳，而其它制图软件系统的自动配置和优化调整 功能相对较弱。

4)地名字库和系统方面。长期以来生僻汉字一直采用地名编号方式录入 存储，生僻字地名的数据管理、显示、检索和制图输出等始终未能很好解决。 本系统包含的地名字库和系统包含全国范围内1∶50000数据库地名生僻汉字约 3000多个，与常用字库有机形成整体字库，具有5种字体和6种字形；生僻汉 字与常用汉字同样使用，满足对地名管理、更新、应用和制图输出的需要，方 便扩充和移植，通用性强。而其它地形图制图软件中的字库系统还没有一个如 此全面完整，只能满足单方面的显示或制图需要，不能同时满足地名管理、显 示和制图输出等多方面应用。

5)地形图制图数据质量控制技术方面。通常的地形图质量检查是输出纸 质地形图进行人工图面检查，或对地形图数据进行人机交互检查，不仅效率低， 而且一些错漏还难以发现。本系统采用软件方法进行质量控制，地形数据库被 严格锁定，避免误操作引起的质量问题；地形数据库和制图数据库紧密关联和 融合，软件能够自动发现并快速定位质量问题，成倍提高质量检查效率和准确 性。其它软件未见实现。

附图说明

图1为本发明的基于数据库驱动的地形图快速制图方法的流程图。

图2为本发明的基于数据库驱动的地形图快速制图方法的管理端制图数据 预处理：地形数据库建库的流程图。

图3为本发明的基于数据库驱动的地形图快速制图方法的分幅制图工程创 建的流程图。

图4为本发明的基于数据库驱动的地形图快速制图方法的生产端制图数据 生产的流程图。

图5为本发明的基于数据库驱动的地形图快速制图方法的制图编辑的流程 图。

具体实施方式

如图1所示，本发明的基于数据库驱动的地形图快速制图方法，包括如下 步骤

(1)管理端制图数据预处理：地形数据库建库：如图2所示，包括分发 前的制图数据预处理和编辑后的制图数据成果汇交与入库处理，即将1∶50000 地形更新数据转化为包含制图表达信息的地理信息数据。在分幅制图数据编辑 完成后，需要管理端统一负责成果数据的集中入库处理，最终建成满足印刷要 求的地形图制图数据库。主要包括以下制图环节：

①地形数据库制图扩展

根据1∶50000地形数据库的制图数据模型设计，扩展地形数据库属性项， 定义制图规则及关系，并对地形数据库进行锁定保护，主要包括以下内容：

A拓展地形数据库属性字段，用于存储制图数据；

B定义制图过程必需的地图标注、地图掩码、制图表达规则、制图表达规 则例外等制图规则，建立地形数据与制图数据关系类；

C设定地形数据为不可编辑，防止制图编辑中对地形数据进行修改。

②制图数据派生

根据所定义的制图数据模型，将地形数据通过数据库处理生成制图数据， 主要包括：

A生成地形要素的制图符号表达；

B生成地图注记：利用属性项的名称和性质信息，派生图幅的图面注记；

C获取相应的制图辅助信息。

③分幅制图数据子库生成

从数据库中按照一定的地理范围提取数据，派生出分幅制图数据子库，实 现分布式、分幅式的制图生产。

④分幅制图工程创建

如图3所示，根据生成的分幅制图数据子库，计算制图参数，配置图廓整 饰要素，生成相应的制图工程，提供初级产品的地图文档，为制图生产提供基 础。如下图所示：

A制图参数计算：根据地图分幅范围，计算当前图幅所在的投影带，确定 地图是否位于分带经线邻近的两个图幅内，根据三北方向角确定三北方向线的 组合类型，确定地图图例类型，确定地图坡度尺类型；

B地图文档生成：生成1∶50000标准分幅的地图文档，提供初级产品的 地图文档。主要工作包括：

g)制图数据源定向；

h)空间参考设定；

i)地图旋转角度设定；

C图廓整饰要素配置：

k)根据制图参数，生成内外图廓及方里网；

1)根据制图参数，配置三北方向、图例、坡度尺等图廓整饰要素；

m)根据制图参数，标注图名、图号、地图附注、出版说明等；

n)配置政区略图中境界图；

o)配置政区略图与邻接表中数字编号；

p)配置政区略图与邻接表中普染色。

(2)生产端制图数据生产

如图4所示，生产端的制图数据生产，是基于管理端制图数据预处理的数 据成果，通过数字地形图编绘的作业流程，制作符合国家标准的1∶50000地 形图制图数据，并生成元数据和印前数据。生产端制图数据生产工艺流程如下：

①制图数据优化调整

A图层组织优化调整：检核管理端制图数据预处理：地形数据库建库结果 的图层组织关系，如局部要素的逻辑结构需要调整，则调整各图层的上下顺序、 图层内部各要素之间的等级关系，完善制图数据的制图表达效果，使得制图数 据中所有图面信息完整呈现，图面冲突减少到最少。

B符号优化调整，主要内容包括：

g)符号检查及修正：对于同一要素可配置不同符号的情况，检查管理 端符号配置是否需要优化；

h)空符号检查：检查制图数据中是否存在空符号；

i)自定义符号：对存在的空符号，定义新的符号并进行配置。

C注记优化调整：分析制图区域数据特点，结合制图生产专业设计书，检 核管理端制图数据预处理：地形数据库建库结果的注记设置是否需要调整，包 括注记字体、字形、字大、颜色等参数。

②制图编辑

如图5所示，分要素编辑应按有利于要素关系协调的先后顺序进行。一般 顺序为：a内图廓线；b直角坐标网；c平面控制点；d高程点；e水系、居民 地及设施、交通、地貌、管线、植被与土质可根据具体数据情况确定作业顺序； f境界；g注记。

分要素编辑完成后，需要进行冲突检测和全图核查，确保图幅内制图编辑 结果满足成果数据要求。对于检测出的图面冲突，需再次进行制图处理，直至 符合成图要求。具体流程与内容如下：

③图廓整饰

已自动派生，检核管理端制图数据预处理：地形数据库建库结果的图廓整 饰是否需要调整优化。

④数据接边

对相邻图幅的垮图廓要素进行制图接边检查，对于不接边部分进行接边处 理，使得制图结果满足接边要求。

⑤制图输出

将最终的制图数据成果输出为PDF印刷格式文件，作为数字形式的地形图 统一存储。

(3)管理端地形图制图数据成果入库

经过制图生产环节制图编辑和检查验收后的地形图制图数据成果，集中进 行统一的数据入库处理，形成最终的地形-制图一体化数据库。

本发明的基于数据库驱动的地形图快速制图方法的原理如下：

步骤一，数据库驱动制图

制图方案和制图表达规则存储于数据库中，应用数据库驱动制图理念，基 于地形数据库自动高效扩展出制图信息，生成制图初级数据，实现数据库层次 上的制图实现。基于数据库驱动制图，可避免数据库和分幅数据的相互裁切拼 接处理、数据格式转换处理、投影转换处理、1980-2000分幅转换处理等，快 速获得基本满足规范要求的初级制图数据产品。

此步骤的特征在于以下4点：

①地形数据与制图数据一体化模型

通过对地形数据库进行物理结构扩展和逻辑结构重组，并创建维护地形信 息和制图信息的关联关系，建立了地形数据与制图数据的一体化模型。制图数 据库通过地形数据库驱动技术派生，并可实现制图数据随地形数据的同步更 新。在不改变地形数据前提下，还可对制图数据的符号、注记、整饰等各种制 图表示进行编辑修改。两库既实现一体化存储，又可相互独立应用。

②基于数据库驱动的制图表达规则

包括制图表达逻辑规则、符号自动配置和智能优化规则、注记自动派生和 智能优化规则、图廓整饰自动生成规则等。

●制图表达逻辑规则设计：基于地形数据的物理结构，结合制图数据的图 面表达要求，设计制图数据的逻辑结构，即图层组级、图层级、要素级、亚要 素级组织结构，对地形数据库的数百个要素类进行了逻辑重组，通过符号优先 级的设置实现绘制顺序的控制，保证制图元素压盖关系的正确性，使得制图数 据符合图式规范的技术要求。

●符号自动配置和智能优化规则：自动配置规则以地形数据为基础，以国 标码为关联键，依据各项图面表达规则，自动配置图面符号；智能优化规则通 过深入挖掘数据隐含信息、空间相关性，自动/半自动优化图面符号效果，见下 表：

●注记自动派生和智能优化规则：注记自动派生规则基于地名数据和地形 要素实体数据自动派生地图注记，包括名称注记、说明注记、数字注记、图廓 间注记等。

注记智能优化规则归纳如下表：

●图廓整饰自动处理规则：通过构建图廓整饰自动处理规则，在数据库层 次上自动化批量化的实现了图廓整饰生成，主要内容如下：

一自动投影变换：经纬度→高斯投影；

一坐标系统及分幅转换：80坐标→2000坐标、80分幅→2000分幅；

--图面旋转与地图定向：坐标北→真北；

一图廓内容生成：自动计算方里网及注记、内外图廓线、磁北线、图廓标 注等信息，创建标准地图框架；

一图外元素配置：自动配置图名、图号、邻接图表、政区略图、政区说明 注记、图例、比例尺、坡度尺、三北方向、出版说明等要素。

③可灵活编辑与配置的制图符号系统

基于地形数据制图数据一体化的数据模型，充分考虑制图编辑环节对符号 的灵活编辑需求，研制了显示与编辑一体化的符号系统。与传统的以显示为主 的符号系统相比，该符号系统不仅支持灵活的符号层次的制图编辑功能，还支 持基于符号层次的自动配置和智能优化规则，是基于数据库驱动制图和集成管 理的基础。

④标准字与生僻字一体化的制图字库系统

生僻字是数字化测绘体系建立以来始终未能完全解决的一个技术难题，更 是困扰地形图制图生产的技术瓶颈点。本方法中包含研制成功的标准字与生僻 字一体化的制图字库系统，一体化解决了测绘字库的字形、字体、生僻字等难 题，可以在国家级基础地理信息数据库的生产、应用、服务等方面全面应用。

该字库系统统计汇总了国家级基础地理信息数据库所涉及的全部生僻字， 总数约三千余个，进行了造字处理，配套设计了相应的生僻字输入法，并将之 整合融入标准的WINDOWS字库，首次创建了测绘行业字库系统。该字库系统覆 盖了约60000个标准汉字、约3000多个生僻字，包括粗等线体、中等线体、 细等线体、仿宋体、宋体等5种字体，包括正常字形、左斜、右斜、耸肩、长 体、扁体6种字形。

步骤二，分布式、分幅式离线制图编辑

基于地形数据库驱动制图的技术前提下，将关系数据库的离线处理技术引 入空间数据库领域并加以扩展应用，采用基于数据库的集中式制图管理、分布 式分幅式制图生产的技术作业模式，解决了数据库驱动的技术前提和分布式作 业的生产现状二者之间的巨大矛盾，也使得“功能强大但适用面窄”的数据库 技术在测绘行业生产作业层次的广泛应用成为现实。

步骤三，离线数据库的信息定向锁定

对地形数据的几何位置信息、属性信息、以及图外整饰等内容进行了选择 性的编辑锁定，制图作业环节不能编辑修改该部分内容(添加、删除、修改空 间或属性信息)，仅可以自由编辑修改制图表示符号，如符号可合理移位、调 换、旋转，注记可位置编排移动等等，保持了离线数据库与连续的地形数据库 数据关系的一致性，同时也可免除对制图编辑处理后的数据再进行全面的质量 检查，同时也为制图数据生产的质量控制工作量提供了好的基础和方式。

步骤四，基于操作行为的地形图制图数据质量控制

为了进一步降低制图数据生产的质量控制工作量，更加有效地保障制图数 据库的成果质量，采用数据库方式的统一自动符号配置，确保了制图符号、注 记、整饰的一致性，同时大大降低单幅数据符号配置的错误率。

基于离线地形数据的信息锁定技术，一方面可以实现制图数据与地形数据 相互比较的质量控制方式；另一方面，通过设计的制图编辑操作行为信息数据 库，将制图编辑过程中的符号、注记等的编辑行为全部记录并保留，存储全部 地形图制图表示元素的编辑状态、编辑幅度大小等信息，再根据制图编辑指标 和质量检测规则，可以迅速确定制图环节对哪些要素进行了制图编辑，并进一 步检索出编辑幅度的大小及正确性，从而实现了有针对性的要素质量控制，有 效保障了成果质量，极大地降低了质量控制的工作量。

步骤五，地形数据与制图数据的一体化存储管理和同步更新

将地形数据和制图数据存储于同一数据库中，实现两库一体的存储管理模 式，大大降低数据冗余，有效保证两套数据的一致性，并同时满足不同方面的 应用需求。

由于地形数据和制图数据之间实现了要素级、符号级、注记级的关联，可 实现地形数据和制图数据的同步更新，极大地降低数据库再次更新的生产成 本。

上面所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发 明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神前提下，本领域普通工程技术人 员对本发明技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明的权利要求书确 定的保护范围内。