城市基础地理信息系统符号化及符号快速配赋研究
窦 炜 诸敏秋 陈新玺
摘 要：符号化是城市基础GIS建设中的一个重要环节，同时也是一大难点。本文研究了城市基础GIS符号化的特点、各种地物及注记等的表达方法、符号选用原则、符号的快速自动配赋及符号化结果的存储等问题，并基于ArcGIS平台提出了符号化解决方案，论述了符号快速自动配赋工具的设计与实现。
关键词：基础地理信息系统；符号化；制图
1 引言
城市基础地理信息系统对于规划、国土、消防、公安等均有重要的意义和作用，是数字城市的重要组成部分，因此国内各大城市均竞相进行基础GIS建库工作。符号化是建库过程中的一个重要环节，甚至决定了整个城市基础GIS建库的成败。当前各城市的基础GIS建库基本都是采用先生产出DLG数据（一般为DWG或DGN格式），然后再通过数据转换形成GIS数据，最终入库形成基础GIS数据库。但由于DLG和GIS间的特点、定位等各方面的差异，造成了GIS和作为建库基础的原始DLG在图面表达上存在较大差异。另一方面由于城市基础GIS承载的信息量大，各种符号众多，造成了手工配赋符号工作量大、周期长。
很多专家和学者对符号问题进行了研究，但往往专注于符号的设计、符号库的管理等方面。符号化只是城市基础GIS建设过程中的一个环节，其不是单独存在的，应综合考虑应用及数据源等各方面的影响。鉴于以上城市基础GIS符号化中存在的一些问题，本文研究了城市基础GIS符号化的特点，基于ArcGIS平台论述了各种要素的符号表达方法及符号选用原则，并提出了一个包含简单符号、程序符号、实转符号的符号方案，同时提出了一种程序自动配赋符号及符号化结果的存储的方法，简化和加快了符号的配赋及使用。
2 城市基础GIS符号化的特点及各种地物、注记的表达
2．1 城市基础GIS符号化的特点
城市基础GIS系统主要功能是保证各行业，政府部门等的决策、分析，如规划部门的规划审批、公安部门的警力部署等，要有较高的调用效率，同时需尽可能兼顾制图的要求，并能保证在一般要求下可以直接出图。该功能定位也决定了其符号化的目标和原则，即：尽量满足制图的要求，但要权衡考虑符号方案对效率等的影响，在保证图理正确，地理信息表达准确的前提下，允许与地形图存在一定的差异。
另一方面，城市基础GIS的数据源一般来源于城市大比例尺地形图测绘，由于设备、作业效率、误差等各方面的影响，其数据质量及数据组织方式并不能完全达到GIS的理想要求，因此在符号化时还需充分考虑数据质量及数据组织方式的影响。
2．2 符号及其选用原则
为了满足图式要求，结合GIS的特点，本文提出的符号化方案共涉及三大类符号，分别为简单符号、程序符号及实转符号：
（1）简单符号包括简单点状符号、简单线状符号、简单面状符号。
（2）程序符号是指，通过程序直接获取DC，按指定的方法进行符号绘制的符号化方法。有些地物符号比较复杂，较难直接通过线形、填充等方法来解决，但图形较规则，如依比例尺人行桥、依比例双向地下建筑出入口等，这时候就需要用到程序符号化。由于ArcGIS是完全基于COM架构的，实现程序符号时，只要实现其定义的标准接口，就可以无缝的嵌入到ArcGIS体系中，并按照自定义的方式对地物进行符号绘制。
（3）本文将直接把原始数据中的符号点、线等转换到GIS中作为符号的方式称为实转符号，在GIS系统中这些数据仅用作符号表达，不代表任何要素。
对于能够使用简单的点、线、面符号表达的尽可能使用简单符号，无法使用简单符号的采用程序符号或实转符号。程序符号往往涉及较多的计算，在大量采用时，会造成效率低下，同时只有数据按预先定义好的格式才能获得正确的结果，对数据格式有较高要求；而实转符号会极大地增加数据量。因此对这两种方法的选取，需综合、权衡考虑。
2．3 点状地物的符号表达
图1 无方向点符号
图2 有方向点符号
点状地物主要指大小与地图比例尺无关的小面积地物或独立地物，表达时主要分有方向点和无方向点两种，对方向不敏感的点状地物称为无方向点，反之则称为有方向点。如图1所示的路灯等为典型的无方向点，如图2所示的电杆为典型的有方向点。
无方向点可通过点、线段、折线、样条曲线、多边形、矩形、三角形、圆、圆弧等基本的几何构造单元组合成点状符号来表达。而有方向点还需另外表达方向信息。
以电杆为例，每个电杆均有自己的旋转角度。在ArcGIS中可以通过将每个电杆的角度信息存储到指定的属性字段中，并通过在ArcGIS中设置旋转字段来实现。
ArcGIS中的点状符号主要有栅格和矢量两种实现方式，栅格方式速度较快，但在图面显示时容易产生“发虚”等问题，而矢量方式图面表达效果较好，但速度较慢。
2．4 线状地物的符号表达
线状地物指地理空间上以线状、带状分布的地物，其长度在地图上按比例表示，而宽度不依比例表示，例如：道路、河流、陡坎等。线状地物同样也分有方向和无方向两种（本文将对线的走向敏感的线状地物称为有向线）。表达时，从纵向分析可以看成是若干基本线条的组合和叠加，从横向可以看做是点状符号沿着线前进方向的周期性重复。
对于一般的线状地物可以通过配赋线形来实现，有向线的表达需分左右，在符号化时需制作对称的两个线形分别符号化（如图3、图4所示）。
图3 斜坡式栅栏加固岸（左）
图4 斜坡式栅栏加固岸（右）
对于一些复杂的线状地物的表达则需通过程序符号的方式来解决，如图5所示：不依比例人行桥等。符号化时传入骨架线的两个端点，通过程序符号化完成4个角的绘制和表达。
图5 不依比例人行桥
图6 变坡
而对于如图6所示的变坡等线状地物，由于其符号（示坡线）无规律，所以无法通过线形或程序符号来实现，本文采用将所有的示坡线都实转到GIS中作为符号线即实转符号的方式来实现符号表达。
2．5 面状地物的符号表达
面状地物指地理空间上以面状分布的地物，符号范围与地图比例尺有关。面状地物的符号表达包括封闭轮廓线和内部填充两个部分。边线的符号化同线状地物；内部填充主要分井字填充及品字填充两种。基础GIS中大多是品字填充（如图7所示）。通常采用制作普通点或线符号的方式制作好内部填充符号，然后用点填充和线填充方式实现。对于如图8所示幼林等比较复杂的填充符号，则需要制作出多个填充符号进行交叉、叠加填充。
图7 品字填充的面状符号
图8 交叉填充的面状符号
有些面状地物需要通过程序符号化的方式实现：如图9所示的依比例尺人行桥为例，根据顺序传入的1，2，3，4，其中12和34为桥边线，在Draw函数中分别以45度角方向绘制出四个角上的斜短线，并绘制各边线。
图9 依比例尺人行桥
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图10 沙砾滩／沙石滩
对于类似图10所示的沙砾滩／沙石滩由于填充内容无规律，因此需使用实转符号来表达。
2．6 注记
ArcGIS中注记通常可采用Label或Annotation两种方式，两者互有优缺点。Label方式无论建库还是显示，效率都较高但表现力较弱（如：较难在同一个要素类中实现分级显示等）；Annotation方式效率较低，但表现力较强，可以每个注记单独设置颜色、大小、字体等。通过综合考虑，本文使用Annotation方式。
2．6．1 注记大小，拉伸及旋转
在设置注记字体大小的时候需根据DLG中的字高到TrueType字号的转换关系进行转换，并设置合适的拉伸值等参数，从而达到和原始数据基本相同的显示效果。
有些注记需设置旋转角度，如图11所示为道路名称注记的效果。
图11 道路名称注记
图12 等高线注记消影
2．6．2 注记消影
对于等高线等注记需要作消隐处理，如图12所示为注记消隐的效果。
2．6．3 耸肩、左倾斜等特殊注记
DWG中一般采用SHAPE字体，这些字体样式中包含耸肩、左倾斜等特殊字体，而ArcGIS中的注记采用TrueType字体，常用的TrueType字体如宋体、华文细黑等只能设置右倾斜，没有耸肩、左倾斜等姿态。本文采用在一般TrueType字体的基础上通过FontCreateor等字体编辑工具中通过设置倾斜角度等参数来生成所需的特殊字体，来解决该问题。
图13 左倾斜注记
图14 耸肩注记
3 符号的快速自动配赋及结果存储
3．1 数据及符号库的要求和准备
符号化不是独立存在的，为了达到符号化的要求必须首先通过数据标准，相关规范等对数据进行约束，使其包含必要的信息，采用统一的格式。
点状要素需包含角度字段，注记需包含注记内容及角度字段等。对于采用程序符号化的要素应符合程序符号的约定。以DWG格式数据为例：在转换到ArcGIS数据时，可将DWG数据中的块等的角度信息等转换到GIS要素类的ROTATION等字段中，注记采用了Annotation方式存储，并在数据转换时设置了相应的角度、字号。对于需要程序符号化的数据，在前端开发数据处理工具，协助数据生产人员自动查询定位到需程序符号的要素并采用人机交互的方式自动检核、处理数据。
在进行符号化前需通过各种符号制作工具制作完成各种相关的符号并形成符号库，为了便于程序自动配赋符号，所有的符号均以编码命名。
3．2 基于XML的配置文件
在符号化的过程中，有些信息，需能够方便的批量配赋或更改，如：每个层的表现信息，包括颜色，有向点的旋转角所在字段，地图的参考比例尺等。本文采用XML配置文件的方式描述这些信息，在符号化时，配赋符号程序自动读取该文件并实现配置。
3．3 符号自动配赋流程
符号自动配赋流程如图15所示，工具基于AO开发，对于非注记要素类主要采用ArcGIS的Unique Value Renderer方式，为要素类中的每种编码对应的要素配赋各自的符号。注记由于采用Annotation方式，其角度、大小等信息在数据转换时就已经确定了，在配赋符号时，只需根据配置文件统一设置颜色等。
图15 符号配置流程
3．4 符号化结果的存储
通常情况下直接将符号化完的成果存储成工作区，就可以在下次直接打开显示了，但这种方式必须依赖工作区文件（ArcGIS中为MXD），不够灵活。因此还需提供第二种方式，即序列化成Render库的方式，并开发Render导入导出工具，在应用系统地图浏览程序中开图时自动从Render库中读取这些信息，实现符号信息的快速加载。
4 结论
城市基础GIS的符号化一方面要尽可能地满足图式的要求，一方面又要保证较系统具有较高的效率，同时还要考虑原始数据格式及质量的影响等问题，在表达和效率等之间存在冲突时需权衡考虑。通过普通符号、程序符号、实转符号的综合运用和合理选取可以较好的满足城市基础GIS符号化的要求。符号的程序快速自动配赋，大大加快了符号化的速度，减轻了符号化人员的工作量，但该方法对数据的质量要求较高，通常自动符号化完成后对一些特殊情况还需进行一些手工微调才能达到理想的效果。
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Research on the Urban Foundational GIS Symbolization and Quick Setting
Dou Wei Zhu Minqiu Chen Xinxi
Abstract：Symbolization is a difficult problem in establishing urban foundational GIS．This paper researched on the characteristic，expression of all kinds of features and annotations，fundamental of selecting symbol，quick setting symbols and the storage of the result in urban foundational GIS．Based on ArcGIS a resolvent was presented to resolve the symbolization problem．And the designing and implementation of tools to quick set symbol was discussed．
Key words：urban foundational GIS；symbolization；cartography
（本文原载于《地理与地理信息科学》2009年第25卷）
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