基于ArcGIS的1：1万国家标准地形图的制作方法

摘要

本发明公开了一种基于ArcGIS的1：1万国家标准地形图的制作方法，属于标准地形图制图领域，本发明实现了符合国标的1:1万地形图图幅的一键生成，准确地标注了地图中的各种整饰要素，有效地缩短了制图时间，提高了效率。

说明书

技术领域

本发明属于标准地形图制图领域，具体涉及一种基于ArcGIS的1：1万国家标准地 形图的制作方法。

背景技术

随着信息技术的快速发展，尤其是GIS技术的普及，我国对地形图制图的要求也越 来越高，需要按照固定比例尺标准地形图制图规范制作图幅。

传统的专业制图软件没有统一的制作方法和标准，对不同的项目，不同的图式都 要按照不同的人为要求制作不同的图幅，造成了大量的重复工作，很难有一个相对标准的 产品为大家所用。ArcGIS软件是目前行业比较流行的GIS软件，它拥有非常强大的空间分析 功能和制图功能，但其制图功能从图式方面并不支持中国地图制图国标要求，不便于标准 地图的生产。

发明内容

针对现有技术中存在的上述技术问题，本发明提出了基于ArcGIS的1：1万国家标 准地形图的制作方法，设计合理，克服了现有技术的不足，具有良好的推广价值。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于ArcGIS的1：1万国家标准地形图的制作方法，按照如下步骤进行：

步骤1：加载一个后缀为.MXD的地图文件，采用手动输入或在地图上鼠标点击的方 式获取地图上某一点的经度和纬度，并计算该点所在图幅的图幅号；

步骤2：根据步骤1中的图幅号反算出该图幅四个角点的经度和纬度，将地理坐标 系转换为投影坐标系，计算图幅的图廓边线与投影坐标系的夹角，记为θ；

步骤3：绘制图幅的内外图廓并标注经度和纬度；图幅的图廓外用白色面元素将图 幅以外的地形图掩去，运用文本要素将经度和纬度标注添加到地图中；

步骤4：绘制方里网；创建一个范围超过内图廓的方里网矢量线文件，在创建一个 内图廓的矢量面文件，用面文件截取线文件，便可获取符合标准的方里网线文件；

步骤5：绘制接幅表；

步骤6：绘制比例尺；

步骤7：绘制坡度尺；

步骤8：添加说明信息；

步骤9：设置图纸页面的长和宽，将整个图幅反向旋转θ，然后保存，即得一幅符合 国标的1:1万地形图图幅。

优选地，步骤1中，具体包括

步骤1.1：根据下列公式计算1:100万图幅行列号

步骤1.2：判断1:100万和1:1万地形图的字符代码；

步骤1.3：根据下列公式计算1:1万图幅行列号

式中，a，b分别表示1:100万地形图编号的行号和列号；c，d分别表示所求比例尺地 形图在1:100万地形图编号的行号和列号；()表示取余数；[]表示取整；L，B分别表示某点或 西南图廓点的经度和纬度；ΔL，ΔB分别表示为1:1万地形图的经差和纬差。

优选地，在步骤2中，具体包括

步骤2.1：根据图幅号反算图幅西南角点经度和纬度坐标公式

L_SW＝(b-31)×6°+(d-1)×ΔL

步骤2.2：图幅的其他3个角点坐标由西南角点经度和纬度坐标以经差为ΔL，纬差 为ΔB推算得出。

优选地，在步骤4中，具体包括

步骤4.1：计算超出图幅边界的最大和最小的纵横向整数方里值，生成一个方里线 两端超出图幅边界的方里网线图层；

步骤4.2：生成一个以内图廓为边界的面图层；

步骤4.3：用面图层去裁切方里网图层，得到一个能够完全符合图幅范围的方里网 图层；

步骤4.4：确定第一条方里线的位置，以添加线元素的方式绘制方里线，第一条方 里线的起点在图幅左下角点的右边，且横向距离不小于200米；

步骤4.5：根据方里网间距，计算第二条方里线的位置和剩余方里线的位置，直到 方里线与图幅右下角点横向距离在200米以内，绘制结束。

优选地，在步骤5中，具体包括

步骤5.1：创建接幅表；

步骤5.2：确定接幅表的四个角点坐标；

步骤5.3：依次确定接幅表中九个面的所有角点坐标；

步骤5.4：自上而下、自左而右依次绘制接幅表中周围八个面区块；

步骤5.5：计算八个面对应的图幅号；

步骤5.6：确定接幅表标注的位置并以文本要素形式添加；

步骤5.7：绘制接幅表的中间面，用斜线填充，并添加文本标注；

步骤5.8：接幅表生成。

优选地，在步骤6中，具体包括

步骤6.1：确定比例尺的起点位置和终点位置，以线元素形式添加，绘制两条长横 线；

步骤6.2：绘制19条竖线，其中11条竖线长度均为2.5mm，间隔10mm，剩下的8条竖线 长度均为2mm，间隔为2mm；

步骤6.3：添加黑色区块；首先绘制5条长2mm，宽0.5mm；然后绘制10条长10mm，宽 0.5mm；最后用黑色面元素填充；

步骤6.4：给比例尺每10mm添加标注；

步骤6.5：绘制结束。

优选地，在步骤7中，具体包括

步骤7.1：绘制一条长横线

先确定一条58mm的长横线，表示从1°到30°，间隔1°表示为图上距离为2mm，长横线 的起点坐标按国标中的位置进行确定，终点的X坐标比起点的X坐标在图上距离大58mm，终 点的Y坐标与起点的Y坐标相同，绘制长横线时以起点为旋转点，旋转一个与图幅倾斜度相 同的角度；

步骤7.2：绘制30条长竖线

根据d＝h*cotα求出每一个倾斜角度所对应的坡度值，其中d为坡度值，h为等高 距，α为倾斜角度；第一条长竖线的起点坐标与长横线的起点坐标相同，前10条长竖线的长 度均为d，间隔为2mm，后20条长竖线的长度均为5*d中，间隔为2mm；

步骤7.3：绘制坡度尺中的第一条平滑曲线

按倾斜角度每隔0.1°取一个点，取291个点，相邻点的间隔为0.2mm，用IPolyline 接口中的Smooth方法进行平滑；

步骤7.4：绘制坡度尺中的剩余四条平滑曲线

按倾斜度每隔0.1°取一个点，取201个点，每个点距58mm长横线的距离为5d，用 IPolyline接口中的Smooth方法进行平滑；

步骤7.5：给坡度尺添加标注

根据国标中要求，1°应标注在起始位置上，2°标注在横坐标距1°表示为图上2mm的 位置，剩下的每隔2°标注一次，相邻标注之间横坐标间隔表示为图上4mm，纵坐标位置相同； 然后用添加文本要素的方式对标注进行添加，以标注位置为中心，旋转一个与地形图倾斜 度相同的角度。

本发明所带来的有益技术效果：

本发明提出了一种基于ArcGIS的1：1万国家标准地形图的制作方法，与现有技术 相比，本发明实现了符合国标的1:1万地形图图幅的一键生成，准确地标注了地图中的各种 整饰要素，有效地缩短了制图时间，提高了效率。

附图说明

图1为本发明基于ArcGIS的1：1万国家标准地形图的制作方法的流程框图。

图2为本发明的功能实现结果图。

图3为本发明中图幅的10位编码的构成示意图。

图4为北半球有北漂时方里网的绘制结果及标注示意图。

图5为本发明中接幅表样式图。

图6为本发明中接幅表绘制的流程框图。

图7为本发明中1:1万国标比例尺的示意图。

图8为本发明中比例尺绘制的流程框图。

图9为本发明中坡度尺的示意图。

图10为本发明中坡度尺绘制的流程框图。

图11为本发明中地图整饰信息图。

具体实施方式

下面结合附图以及具体实施方式对本发明作进一步详细说明：

1、地形图国标制图分析

针对地形图图幅的编绘，每个国家都有自己的标准规范。我国于1991年制订了新 的《国家基本比例尺地形图分幅和编号》的国家标准，规定了国家基本比例尺地形图的分 幅、编号及编号应用的公式。2006年颁布了中华人民共和国国家标准GB/T20257.3-2006(本 文简称国标)代替GB12342-1990标准版本。国标中规定，1：1万地形图图廓整饰的内容包 括:内外图廓、方里网、方里网坐标及注记、地理坐标及注记、图幅号、图幅名、接幅表、比例 尺、坡度尺、制图说明等内容。

本文根据《测绘标准汇编地图制图及印刷卷(下)》中国家基本比例尺1:1万地形图 的图幅绘制标准编写完成。其图廓整饰样式要求如下：

(1)1:1万地形图上绘制有内外两个图廓，内外图廓每个角点处都有2条短线连接， 内外图廓间标有方里网注记，内图廓四个角点处标有经纬度坐标注记。内图廓边界由图幅 角点及边界确定，向外平移8mm生成外图廓。内图廓线宽0.2mm，外图廓线宽0.5mm，八条短线 线宽0.2mm。

(2)1:1万地形图上绘有平面直角坐标网(本文简称方里网)。方里网是以赤道为横 轴，以投影带中央经线为纵轴，以千米为单位，以地形图四个角点的平面坐标和1km间距作 平行于纵横轴的直线构成的。

(3)1:1万地形图下方右侧绘制有比例尺，该比例尺采用直线比例尺，图上1cm相当 于实地100m，比例尺总长为10cm，尺头长2cm，以米为单位标注出划分值，分别为200m、100m、 0m、200m、400m、600m、800m。

(4)1:1万地形图下方左侧绘制有坡度尺，坡度尺总长为58mm，表示从1°到30°，间 隔1°的图上距离为2mm，横向标注字体为中等线体1.6，坡度尺名称标注为扁宋体2.5*3.5。 该坡度尺有30条长竖线和5条平滑曲线，前10条长竖线的长度对应每一个倾斜度所对应的 坡度值，后20条长竖线的长度对应每一个倾斜度所对应的坡度值的5倍，坡度值计算公式为 d＝h*cotα，其中d为坡度值，h为等高距，本文取值为5m，α为倾斜角度。

(5)1:1万地形图的右上方绘制有接幅表，显示了相邻图幅的图名图号。接幅表是 一个3行3列固定尺寸的表格，中间表格设置为阴影，表示本图幅，不标注图名图号，长40cm， 宽30cm，其他8格表示相邻八方向的邻接图幅，标注有图名图号，是由中间表格横向双向延 伸20cm，纵向双向延伸15cm形成的。

(6)1:1万地形图的右下方加注地形图的说明信息，主要包括拍摄调绘时间、制作 单位、制作时间、坐标系、等高距等。说明信息距离外图廓右边界8mm，行间距为2mm，标注字 体为扁宋体2.0*2.75。

2、设计流程

本系统实现了在ArcGIS环境下一键制作符合国标的1:1万基本比例尺地形图图 幅，其制作流程如图1所示。流程图的具体描述如下：

首先，加载一个后缀为.MXD的地图文件，采用手动输入或在地图上鼠标点击获取 的方式获取地图上某一点的经纬度，计算该点所在图幅的图幅号。

然后根据图幅号反算出该图幅四个角点的经纬度。将地理坐标系转换为投影坐标 系，计算图廓边线与投影坐标系的夹角，记为θ。

绘制内外图廓及经纬度标注。内外图廓主要由元素组成，图廓外需要用白色面元 素将图幅以外的地形图掩去，经纬度标注运用文本要素添加到地图中。

绘制方里网。创建一个范围超过内图廓的方里网矢量线文件，在创建一个内图廓 的矢量面文件，用面文件截取线文件，便可获取符合标准的方里网线文件。

绘制比例尺、坡度尺、接幅表、说明信息等整饰要素。这些整饰要素都是由矢量元 素组成的，而且都需要旋转θ才可符合图幅要求。

设置出图纸张页面的长和宽，将整个图幅反向旋转θ，保存，便可得到一幅符合国 标的1:1万地形图图幅。

3、功能实现

本制作方法开发环境为MicrosoftVisualStudio2010和ArcEngine，所用语言为 C#，功能实现结果如图2所示。

3.1、图幅号及图幅角点计算

本系统的图幅号是根据1991年《国家基本比例尺地形图分幅和标号(GB/T13989- 92)》颁布的新标准进行计算的。在新标准中，1:100万地形图编号是由该图的行号(字符码) 和列号(数字码)组成的，由经度180°起，从西向东，以6°经差将全球分为60行，依次用数字 1、2、3、…、60表示，从赤道起向两级，以4°纬差将南北半球分别为22列，依次以字母A、B、 C、…、V表示；1:50万-1:5000比例尺地形图的编号都是以1:100万比例尺地形图编号为基 础，采用行列式编码法，图幅编号有10位编码组成(如图3所示)。1:1万地形图以经差3′45″， 纬差2′30″划分，一幅1:100万地形图可划分为96行×96列，得到9216幅1:1万地形图。

1)图幅号计算

图幅号计算步骤如下：

(1)计算图3编码中1:100万图幅行列号

(2)判断1:100万和1:1万地形图的字符代码。

表11:100万-1:5000地形图的字符代码

由表1可知，1:100万地形图的字符代码为A，1:1万地形图的字符代码为G。

(3)计算1:1万图幅行列号

式中，c，d分别表示所求比例尺地形图在1:100万地形图编号的行号和列号；()表 示取余数；[]表示取整；L，B分别表示某点或西南图廓点的经度和纬度；ΔL，ΔB分别表示为 1:1万地形图分幅的经差和纬差，即ΔL＝3′45″，ΔB＝2′30″。

本文考虑了南北半球两种情况，北半球的图幅号和新标准中图幅号的编写方式一 样，南半球的图幅号要在新标准中图幅号的编写方式前添加一个“S”。

2)图幅角点计算

图幅号反算图幅西南角点经纬度坐标公式

L_SW＝(b-31)×6°+(d-1)×ΔL

图幅的其他3个角点坐标可以由西南角点经纬度坐标以经差3′45″，纬差2′30″推 算得出。

3.2、方里网

方里网是由平行于投影坐标轴的两组平行线所构成的方格网。1:1万地形图的方 里网间距为1km，采用的坐标系是平面坐标系。由于高斯—克吕格投影的各带坐标系间相互 独立，各带的坐标经线向该投影带的中央经线收敛，而方里网是图面上的平面直角坐标网， 所以图幅地理范围和投影带中央经线有一定的夹角，即和方里网有一定的夹角。该夹角的 存在使方里网不能平行于图廓以1km为间距绘制。为此，首先计算超出图幅边界的最大和最 小的纵横向整数方里值，生成一个方里线两端超出图幅边界的方里网线图层，然后生成一 个以内图廓为边界的面图层，最后用面图层去裁切方里网图层，得到一个能够完全符合图 幅范围的方里网图层。

方里网由横向方里线和纵向方里线组成，两种方向的方里线绘制方式相同，现在 我们以纵向方里线绘制为例：首先确定第一条方里线的位置，以添加线元素的方式绘制方 里线，该项目中第一条方里线的起点在图幅左下角点的右边，且横向距离不小于200米；然 后根据方里网间距，计算第二条方里线的位置和剩余方里线的位置，直到方里线与图幅右 下角点横向距离在200米以内，终止绘制。

在北半球，横向方里线的标注都是正整数，横向方里线的整数标注可能出现四位 数、五位数、六位数和七位数，我们在标注时只标注到公里数，当标注为四位数和五位数时， 直接将公里数标注到图上，当标注为六位数和七位数，将六位数的第一位和七位数的前两 位抽出，在图幅的第一条方里网和最后一条方里网还有每当万位向十万位进位时以较小的 字体进行标注，后面两位按四位数和五位数的字体标注；在南半球，横向方里线的标注都是 负整数，所以要在标注时加上负号。

在有北漂时纵向方里线的标注都是正整数，纵向方里线的整数标注可能出现四位 数、五位数和六位数，我们在标注时只标注到公里数，当标注为四位数和五位数时，直接将 公里数标注到图上，当标注为六位数，将六位数的第一位抽出，在图幅的第一条方里网和最 后一条方里网还有每当万位向十万位进位时以较小的字体进行标注，后面两位按四位数和 五位数的字体标注，在此标注最前面还要以较小的字体将该图幅所在的3°带号标注上；在 没有北漂时，方里线会出现负值，出现负值时要把负号标注上。

北半球有北漂时的方里网绘制结果如图4所示。

3.3、接幅表

接幅表又名图幅结合表，是表示相邻几幅图之间相互位置的图表。一般表示在图 廓外左上角，用一个3行3列的表格来表示当前地图的接边图幅状况，其中，中间的格子表示 的是当前地图的图幅，常用斜阴影线来表示，周围8个格子对应相邻8个方向上的接边图幅， 使用它能很方便的进行图幅拼接。

接幅表样式可分为矩形和梯形两种，根据接图表内添加的内容不同，分为三种形 式：图名、图幅号、图名和图幅号同时添加，如图5所示。旧式1:100万图幅的接图表呈梯形样 式，除注出相邻图幅的名称外，还需注出相邻图幅编号。

接幅表主要组成部分包括：图形和标注的内容，标注的内容可以由本幅图的编码 推算得到。首先，由当前的图幅编码可以计算得到相邻图幅的编码，进而根据分幅规则和命 名规则可以推算出相邻图幅的图幅号和图名。然后，根据接图表属性的相关规定(如样式、 位置、字体字号等)，可成功地在图面上添加接图表。本文中接幅表的绘制流程如图6所示。

3.4、比例尺

比例尺也是基本制图中必备的整饰要素，本文定义的比例尺可以分为两个部分， 一是文字部分，二是图示部分，分别使用数字形式和图解形式表示。根据国家测绘部门规 范，八种国家基本比例尺地图的制图，标准制图中根据制图比例尺的不同，其比例尺的样 式、位置和信息有严格规定，一般情况下是位于图廓中央下方部位。

比例尺是衡量制图精度和内容详细程度的标尺，从图上量得的长度和面积通过比 例尺可换算成实地长度和面积。比例尺越大，反映越详细越高精度的地面情况，同时也包含 越小的实地范围。

国标中要求的1:1万比例尺如图7所示，该比例尺是有多个线元素和黑色区块组成 的，根据标准图幅确定各个线元素和黑色区块的位置，然后将比例尺标注标在相对应的位 置。绘制过程如图8所示。

3.5、坡度尺

坡度尺通常表现在大中比例尺地图里，如1:5万，1:2.5万，1:1万中，通过它可进行 量测坡度分析地貌。如图9所示，左尺和右尺两个曲线交叉放置组成了坡度尺，其中左尺的 作用在于测量两条相邻等高线(首曲线)间的坡度值(地面倾角)，也可以用来进行逆量取； 右尺的作用在于测量六条相邻等高线(计曲线)间的坡度值(地面倾角)，同样也可以用来进 行逆量取。坡度尺绘在比例尺与左下角图名之间，坡度尺下方的百分数表示某一坡度的垂 直距离与水平距离百分比，对应倾斜角的正切三角函数值。

经过推导计算，可以用公式3.7来表示地面坡度与等高线的关系：

d＝h*cotα(3.7)

其中，d为坡度值，h为等高距，α为倾斜角度。

坡度尺的绘制思路如下：

(1)根据公式3.7计算α＝1°,2°,3°…30°的函数值平距D1，D2,……D30；

(2)画坡度尺的水平基线给定等分间距，并做等分垂线，每条垂线长度为对应角度 的平距。

对于1:1万-1:10万的图幅，通常其等高距h的给法是1:10万为20m，1:5万为10m，1: 2.5万为5m，1:1万为2.5m，则绘制出的坡度尺在这4种比例尺的图中将是完全一样的，只是 等高距成比例变化。

如图9所示，该坡度尺是有很多个线元素组成的，根据标准图幅确定坡度尺在国标 图幅中的位置，以及各个线元素的位置，完成坡度尺的绘制，其绘制过程如下：

(1)绘制一条长横线

先确定一条58mm的长横线，表示从1°到30°，间隔1°表示图上距离为2mm。长横线的 起点坐标按国标中的位置进行确定，终点的X坐标比起点的X坐标在图上距离大58mm，终点 的Y坐标与起点的Y坐标相同，绘制长横线时要以起点为旋转点，旋转一个与图幅倾斜度相 同的角度。

(2)绘制坡度尺中30条长竖线

绘制长竖线前，首先要根据2.5m等高距求出每一个倾斜度所对应的坡度值，坡度 值计算公式为d＝h*cotα，其中h为等高距，α为倾斜角度。在绘制时，运用循环和第一步中的 线添加函数，第一条长竖线的起点坐标与长横线的起点坐标相同，前10条长竖线中，相临长 竖线的横坐标间隔为2mm，每一条长竖线的长度为d；后20条长竖线中，相临长竖线的横坐标 间隔为2mm，每一条长竖线的长度为5*d。

(3)绘制坡度尺中的第一条平滑曲线

绘制平滑曲线，需要知道该曲线上的很多点，我们按倾斜角度每隔0.1°取一个点， 共取291个点，相邻点的横坐标相差0.2mm，第一个点的坐标与第一条长竖线的终点坐标相 同，纵坐标按根据各自的倾斜角度按公式进行计算。用IGeometryBridge2接口中的 AddPoints方法将这291个点放入有IPointCollection4接口定义的pointCollection中，并 将其强制转化为线，对线要素用IPolyline接口中的Smooth方法进行平滑。

(4)绘制坡度尺中的剩余四条平滑曲线

其绘制方式和第一条平滑曲线一样，只是剩余的四条平滑曲线稍短一些，同样按 倾斜度每隔每隔0.1°取一个点，共取201个点，每个点距58mm长横线的距离为5d。

(5)给坡度尺添加标注

根据国标中要求，1°应标注在起始位置上，2°标注在横坐标距1°图上2mm的位置， 剩下的每隔2°标注一次，相邻标注之间横坐标间隔表示为图上4mm，纵坐标位置相同。然后 用添加文本要素的方式对标注进行添加，标注添加以标注位置为中心，旋转一个与地形图 倾斜度相同的角度。坡度尺的整个绘制流程如图10所示。

3.6、其他地图整饰要素生成

成图信息、出版说明及测绘单位等地图整饰信息随制图数据及单位多有变化，系 统提供信息录入界面由制图人员输入。1:1万图式图上距离1cm代表实地距离100m，依此将 地图整饰要素相对图廓角点的偏移量转化成平面坐标系下距离，进而确定每个整饰对象的 平面位置，以文本要素形式添加，添加结果如图11所示。

4、结束语

本文主要介绍了基于ArcEngine开发的完全符合国家比例尺标准的1:1万地形图 的制作方法。通过本方法可以一键生成符合国标的1:1万地图图框，有效地缩短了制图时 间，准确地标注了地图中各种整饰要素，可以放心应用于1:1万标准图幅的制作。

当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领 域的技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的 保护范围。