一种基于模板的一键式专题地图自动成图方法及系统的制作方法
【专利摘要】本发明公开一种基于模板的一键式专题地图自动成图方法及系统，属于计算机制图领域，涉及计算机自动制图与制图综合技术。该方法的基础数据支撑模块包括空间数据库、模型库和专题地图制图模板库，具体成图步骤包括建立空间数据库、选取专题地图内容信息、建立模型库、选取专题数据表示方法、建立模板库、进行制图元素显示信息的配置、生成专题地图配置XML文本和解析专题地图配置XML文本并进行可视化输出。本发明提供的技术方案能够提高专题地图制图效率和制图准确性，提升制图自动化和智能化水平，加快专题地图制图过程，节省人力、物力及财力资源。
【专利说明】—种基于模板的一键式专题地图自动成图方法及系统【技术领域】
[0001]本发明属于计算机制图领域，涉及计算机自动制图(Computer-AidedCartography,简称 CAC)与制图综合技术(Cartographic Generalization),具体涉及一种基于模板的一键式专题地图自动成图方法。
【背景技术】
[0002]地图是人类在认识地球的过程中逐渐发展起来的，是人类在社会实践中创造的认识世界的工具。专题地图(ThematicMap)作为地图的一个重要分支，是着重表示自然或社会现象中的某一种或几种要素，即集中表现某种主题内容的地图，例如矿产资源图，民族地图，文化地图等。专题地图制图过程实质上就是对空间位置数据(底图要素)和属性数据(专题要素)进行处理并符号化的过程。专题地图能更好地反映专题要素的空间位置、分布特征和内在规律，在经济、环境、地质、海洋、人文等领域具有十分重要的作用，成为人们不可缺少的工具和助手。
[0003]随着信息技术和多媒体技术的发展，专题地图种类不断增多，应用领域及应用范围不断扩大，专题地图的自动制图理论和技术的发展与实际需求相差甚远，传统的制图技术已经不能完全满足实际的需要。为了让没有或少有制图知识的人员制作出合理的专题地图，必须对专题地图的设计制作进行深入研究，解决关键技术与问题，从而降低专题地图制作专业门槛，提高专题地图制作效率和应用范围。专题地图设计制作的自动化、智能化和快速化成为制图专家亟需解决的问题。
[0004]采用传统的手工作 业方式进行专题地图设计与制作，不仅需要深厚的专业知识，而且效率低下。由于计算机技术出现并应用到地图制图中，产生了计算机辅助制图方式，制图效率显著提高。而专家系统兴起并应用到专题地图设计制作中，由此开始了专题地图设计与制作的自动化和智能化研究，在一定程度上提高了专题地图设计制作的自动化程度，但是其自动化、智能化水平仍有待提升。
【发明内容】
[0005]为解决专题地图制图过程中存在的设计过程复杂、制作周期长、制图效率低等问题，实现专题地图制图的快捷化、简单化以及自动化，本发明提供一种基于模板的一键式专题地图自动成图方法。该方法根据计算机辅助制图、专题地图制作原理技术以及软件集成技术，遵循“地理实体的抽象——空间数据库的建立——专题地图内容选取——专题数据表示方法选取——专题地图模板设计——一键式自动成图”的步骤进行专题地图的快捷化、自动化批量生产。
[0006]本发明的技术方案为基于模板的一键式专题地图自动成图方法，其基础数据支撑模块包括空间数据库、模型库和专题地图制图模板库，具体成图步骤包括:
[0007]S1:建立空间数据库，包括原始空间数据和专题地图数据；
[0008]S2:从空间数据库中选取专题地图内容信息，生成专题地图模板要素配置信息XML文件；
[0009]S3:建立模型库，该模型库包括专题数据处理模型和符号绘制模型；
[0010]S4:从模型库中选取专题数据表示方法，生成专题数据表示方法XML文件；
[0011]S5:建立专题地图制图模板库，其中，专题地图制图模板包括多种制图元素；
[0012]S6:通过参数配置方式，从专题地图制图模板库中进行制图元素显示信息的配置，生成专题地图模板要素配置信息XML文件；
[0013]S7:将专题地图内容信息配置XML文件、专题数据表示方法XML文件和专题地图模板要素配置信息XML文件进行最优化处理，生成专题地图配置XML文本，解析专题地图配置XML文本并进行可视化输出，实现基于模板的一键式专题地图自动成图。
[0014]上述基于模板的一键式专题地图自动成图方法中，进一步地，步骤SI建立的空间数据库具体包括如下步骤:
[0015]S11，建立空间数据库系统和应用系统的概念模型
[0016]S12，将概念模型转换为逻辑模型，对其功能和性能进行评价，并予以优化
[0017]在概念设计的基础上，按照不同的转换方法将概念模型转换为具体DBMS支持的数据模型的过程，即导出具体DBMS可处理的地理数据库的逻辑结构(或外模式)，包括确定数据项、记录及记录间的联系、安全性、完整性和一致性约束等。进一步考虑导出的逻辑结构是否与概念模式一致，能否满足用户要求，对其功能和性能进行评价，并予以优化；
[0018]S13，根据逻辑结构建立空间数据库的物理模型，其物理存储结构包括文件存储格式、文件存储结构、文件存取路径和文件存储空间等
[0019]S14，建立空间数据库的数据层；
[0020]将空间数据库的数据按逻辑类型分成不同的数据层进行组织。空间数据库的数据可以按照空间数据的逻辑关系或专业属性分为各种逻辑数据层或专业数据层，类似于图片的叠置。在进行专题地图制作时，通常需要多个相应图层的数据进行叠加。在本发明的实施例中，将地形图数据分为地貌、水系、道路、植被、控制点、居民地等诸层分别存储，将各层叠加起来就合成了地形图的数据。
[0021]S15，建立空间数据库的数据字典，用以描述空间数据库的整体结构、数据内容和
定义等。
[0022]步骤S2中的专题地图内容信息具体为专题地图的地图类型、地图主题、地图比例尺、专题地图的底图要素和专题地图的专题要素，专题地图内容信息的选取设定具体包括如下步骤:
[0023]S21，依据专题地图的用途或用户要求设定专题地图的地图类型、地图主题和比例尺
[0024]依据地图用途或用户要求确定地图类型、地图主题和比例尺，地图类型如规划图、分布图、统计图等；地图主题如地质灾害、社会经济、土地利用等；比例尺如1:50万、1:100万等。
[0025]S22，依据专题地图的地图类型和比例尺设定专题地图的底图要素
[0026]底图要素是专题要素的参考基准，意在强调和突出专题要素，主要起到位置标示、显示区域地理背景等作用。底图要素的类型主要包括地貌、水系、交通网、行政界线、居民地等。底图要素选取，主要取决于地图类型和比例尺。地图类型影响底图要素类型的取舍。比例尺影响同一类型底图要素不同等级的取舍。在本发明的一个实施例中，通过一种可视化底图要素配置方法，将数据库中的所有图层以目录树的形式展示出来，供用户选择。用户可以添加、修改、删除图层，还可以调整图层的显示顺序。确定后的底图要素，其所对应的图层名称及显示控制信息以XML文件的形式进行存储，供一键式专题地图成图时调用。
[0027]S23，根据专题地图的地图类型和地图主题设定专题地图的专题要素
[0028]根据地图类型、地图主题确定专题地图的专题要素内容。一般情况下，专题要素对应的是属性数据，其在数据库中是以二维表格的形式进行存储。在确定专题要素时，类似于确定底图要素的方法，在本发明的一个实施例中，通过一种可视化的配置方法，将专题要素的属性信息以目录树的形式展示出来，供用户选取，如人口统计中的人口总量字段。确定后的专题要素，其所对应的表名称、属性字段、数值类型等信息以XML文件的形式进行存储，供后期专题制图时调用。
[0029]步骤S3所建立的模型库中包括专题数据处理模型和符号绘制模型，其中:专题数据处理模型包括系统聚类模型、树状图表聚类模型、变量平均值逐步替代聚类模型、典型样本单元聚类模型、模糊聚类模型、等差分级模型、等比分级模型和统计分析模型等中的多种；符号绘制模型包括对地图符号尺寸进行绘制的符号梯尺模型和能够计算分级分类色彩的色彩模型等。
[0030]步骤S4进行专题数据表示方法的选取设定，具体包括如下步骤:
[0031]S41.根据专题数据的特征，从模型库中选取数据处理模型；
[0032]专题数据的特征包括空间分布特征(主要包括点状、线状、离散面状、连续面状、空间分散分布、空间连续分布等六种)、数据尺度特征(主要包括定名、顺序、间隔、比率四个尺度)、方向特征(主要包括点的方向性和线的方向性)、数据组特征(主要包括数据组的总体特征、数据组内的结构特征、数据组内的对比特征、数据组的时序特征)等。本发明根据上述专题数据的特征，通过设定适宜采用的专题数据分类分级方法(通常为定点符号法、线状符号法、范围法、质底法、等值线法、点值法、运动符号法、定位图表法、分区统计图表法和分级比值法等方法中的一种)，从模型库中选取一种数据处理模型。选取的数据处理模型信息以XML文件存储，供后期专题制图时调用。
[0033]S42.选取符号绘制模型
[0034]从模型库中选取一种符号绘制模型，根据专题数据处理的结果进行符号化表示。符号绘制模型的选取信息以XML文件存储，供后期专题制图时调用。
[0035]步骤S5中的专题地图制图模板中的制图元素主要包括图廓、接图表、文本、图表、表格、图例、比例尺、OLE对象(包括Word、PDF和Excel等)、指北针和图形对象(点、线和面图形对象)等制图元素。
[0036]步骤S6通过参数配置方式进行制图元素显示信息的配置，具体步骤包括:
[0037]S61.首先设置专题地图的图廓配置的基本信息，包括内外图廓符号、图框格网间距、左下角坐标要求和比例尺等；
[0038]S62.设置接图表、文本、图表、表格、图例、比例尺、OLE对象、指北针和图形对象等其他制图元素的位置及属性信息，其中，这些制图元素的位置以图廓为参考进行定位配置。
[0039]一种基于模板的一键式专题地图自动成图系统，其特征是，所述系统包括基础支撑模块、数据管理模块、地图操作模块、专题地图制作模块和一键式成图模块，所述基础支撑模块包括空间数据库和专题地图数据库；所述数据管理模块用于从所述空间数据库查询检索和读取数据，通过所述专题地图制作模块处理后的数据保存到所述专题地图数据库中；所述专题地图制作模块用于完成专题地图内容的配置、专题数据表示方法的选取和专题地图模板要素的配置，并生成对应的XML文件；所述一键式成图模块用于读取所述专题地图内容配置XML文件、专题数据表示方法XML文件和专题地图模板要素配置信息XML文件，并进行解析和可视化出图。
[0040]本发明的有益效果为:
[0041]本发明的技术方案为基于模板的一键式专题地图自动成图方法，将模板技术运用到专题地图设计制作中。模板作为同类事物的抽象化表达，是定义某一类事物的标准。将模板技术引入到专题地图设计制作中具有多种优势，如简化复杂的设计过程，提高制图效率，提高制图系统智能化程度等。通过本发明所提供的基于模板的一键式专题地图自动成图方法，能够提高专题地图制图效率和制图准确性，提升专题地图制图的自动化、智能化水平，加快专题地图的制图过程，节省专题地图制作的人力、物力及财力资源。
【专利附图】
【附图说明】
[0042]图1是本发明一实施例的系统结构框图；
[0043]图2是本发明一实施例一键式专题地图制作的流程图；
[0044]图3是本发明一实施例进行专题地图内容选取的流程图。
【具体实施方式】
[0045]下面结合附图和【具体实施方式】，对本发明进行进一步详细描述，但不以任何方式限制本发明的范围。
[0046]图1为本实施例基于模板的一键式专题地图自动成图的流程图，按照此流程采用C#和ArcGIS Engine开发基于模板的一键式专题地图自动成图系统，图2为具体实施例中基于模板的一键式专题地图自动成图系统的结构框图，构建系统包括如下步骤:
[0047]S1:建立空间数据库，包括原始空间数据库和专题地图数据库；
[0048]S2:从空间数据库中选取专题地图内容信息，生成专题地图模板要素配置信息XML文件；
[0049]S3:建立模型库，该模型库包括专题数据处理模型和符号绘制模型；
[0050]S4:从模型库中选取专题数据表示方法，生成专题数据表示方法XML文件；
[0051]S5:建立专题地图制图模板库，其中，专题地图制图模板包括多种制图元素；
[0052]S6:通过参数配置方式从专题地图制图模板库中进行制图元素显示信息的配置，生成专题地图模板要素配置信息XML文件；
[0053]S7: 一键式自动成图，具体为:首先将专题地图内容信息配置XML文件、专题数据表示方法XML文件和专题地图模板要素配置信息XML文件进行最优化处理，生成专题地图配置XML文本，然后解析专题地图配置XML文本，并进行可视化，实现基于模板的一键式专题地图自动成图，批量生产相同类型的专题地图。
[0054]其中，在本实施例中建立空间数据库具体包括如下步骤:
[0055]Sll:建立空间数据库系统和应用系统的概念模型；[0056]S12:将概念模型转换为逻辑模型，其逻辑结构包括数据项、记录及记录间的联系、安全性、完整性和一致性约束；
[0057]S13:针对上述逻辑模型中的逻辑结构，从其与概念模型是否一致和能否满足用户要求的角度，对其功能和性能进行评价，并予以优化；
[0058]S14:根据逻辑结构建立空间数据库的物理模型，其物理存储结构包括文件存储格式、文件存储结构、文件存取路径和文件存储空间等；
[0059]S15:建立空间数据库的数据层；
[0060]S16:建立空间数据库的数据字典。
[0061]图3表示本实施例进行专题地图内容选取的流程，具体包括如下步骤:
[0062]I)根据地图用途或用户要求，设定专题地图的类型、主题和比例尺等基本信息；
[0063]2)根据步骤I)，确定底图要素，其中地图类型决定了底图要素类型的选取，比如制作地质灾害分布图时，行政区界线、居民地、地貌等底图要素是必须具备的；其中比例尺主要影响同一类型的要素不同级别的取舍，比如制作水资源分布图时，在1:50万比例尺的专题地图上，某河流以双线表示，在1:100万比例尺的专题地图上，该河流就很有可能需要用单线表示；
[0064]3)根据步骤2)，从空间数据库中选取合适的底图要素图层，在底图要素选取时，本发明实施例采用目录树的形式进行空间数据库中的图层展示，供用户勾选其需要的图层，底图要素图层的名称、显示顺序控制信息等内容保存到XML文件中；
[0065]4)根据步骤I)，选取专题底图制作所需的专题要素数据，从空间数据库中读取属性数据信息表，并以目录树的形式进行展示，供用户选择。将用户选择的专题要素表名称、属性字段、数值类型等信息保存到XML文件中；
[0066]5)合并步骤3)和步骤4)生成的XML文件，生成专题地图内容信息配置XML文件，供后期专题地图制作时使用。
[0067]本实施例中，对专题数据表示方法的选取设定具体包括如下步骤:
[0068]S41.根据专题数据的特征选择专题数据适宜采用的分类分级方法
[0069]根据专题数据的特征，如空间分布特征、数据尺度特征、方向特征、数据组特征等，分析专题数据适宜采用的分类分级方法，如定点符号法、线状符号法、范围法、质底法、等值线法、点值法、运动符号法、定位图表法、分区统计图表法和分级比值法等分类分级方法中的一种；
[0070]S42.选取数据处理模型
[0071]根据专题数据的特征及其适宜采用的分类分级方法，从模型库中选取合适的数据处理模型，以数学方法表达专题要素的特征或本质。选取数据处理模型后，该信息以XML文件存储，供后期专题制图时调用；
[0072]S43.选取符号绘制模型
[0073]从模型库中选取符号绘制模型，根据专题数据处理的结果对符号进行绘制。符号绘制模型的选取信息以XML文件存储，供后期专题制图时调用。
[0074]其中，专题地图制图模板所涉及到的制图元素主要包括图廓、接图表、文本、图表、表格、图例、比例尺、OLE对象、指北针和图形对象等其他制图元素。
[0075]本实施例通过参数配置方式进行制图元素显示信息的配置，具体步骤包括:[0076]S61.首先设置专题地图的图廓配置的基本信息，包括内外图廓符号、图框格网间距、左下角坐标要求和比例尺等；
[0077]S62.设置其他制图元素的位置及属性信息，其中，其他元素的位置以图廓为参考进行定位配置。
[0078]本实施例中，在完成上述步骤后，通过一键式自动成图方法完成同类型专题地图的批量制作输出，具体为:
[0079]首先保存专题地图的底图要素、专题要素、专题内容表示方法、地图模板等配置信息的XML文件，通过最优化处理生成专题地图配置XML文本；
[0080]然后按照计算机软件工程的方法，将制图数据、制图方法、配置信息进行流程化处理和软件编程实现，完成基于模板的一键式专题地图自动成图系统。
[0081]该一键式专题地图自动成图系统包括基础支撑模块、数据管理模块、地图操作模块、专题地图制作模块和一键式成图模块，其中:
[0082]基础支撑模块提供基本的数据库支撑、模型库支撑和模板库支撑。在数据库支撑方面不仅包括原始空间数据库的管理和存储，还包括专题地图加工后生成的专题地图数据库的管理和存储；模型库支撑方面提供专题数据处理模型和符号绘制模型，其中专题数据处理模型包括系统聚类模型、模糊聚类模型和统计分析模型等；符号绘制模型包括对地图符号尺寸进行绘制的符号梯尺模型和能够计算分级分类色彩的色彩模型。
[0083]数据管理模块完成从空间数据库查询检索和读取数据，并将加工处理后的数据保存到专题地图数据库中，实现专题制图数据的持久化保存。
[0084]地图操作模块提供基本的地图操作方法，如地图浏览、放大、缩小、平移、属性查询、图层显示控制等。
[0085]专题地图制作模块是本发明实施例的核心，主要包括专题地图基本信息确定、制图内容选取、制图方法选择、表示方法确定、专题数据加工处理和制图元素配置等。
[0086]一键式成图模块读取专题地图内容配置XML文件、专题数据表示方法XML文件、专题地图模板要素配置信息XML文件，并进行解析和可视化，以实现同类型专题地图的批量化快速生产。
[0087]在本发明的一个具体实施例中，通过上述方法构建基于模板的一键式专题地图自动成图系统，通过该系统生成一幅《全国油气勘察开采登记状况图》，可按照如下步骤进行基于模板的一键式专题地图自动成图:
[0088]第一步:准备数据，需要数据包括全国矿权总库、地理底图以及出图视图地图模板。
[0089]第二步:启动此制图系统，加载地理底图。新建任务，该系统对全国矿权总库进行处理，提取符合制图所需的数据，生成任务数据mdb模板。
[0090]第三步:初始化制图任务，进行数据源配置，选择勘察登记数据探矿权数据源表和采矿权数据源表，该系统对数据进行处理，生成全国油气勘察开采登记状况的两个专题图层，保存到任务mdb中，接着在配置查询图层界面选择探矿权和采矿权查询图层，并将配置结果存储到Query, xml中，配置的目的决定之后选择的专题图。
[0091]第四步:在系统中打开地图管理，新建地图并命名为“全国专题地图”，在制图范围里选择“全国”里的“全国油气勘察开采登记状况图”，然后打开出图视图，加载地图模板，并适当调整出图整饰要素，包括经纬网格、区块标注字号、区块类型和地图表格等，选择专题图输出格式，可为DOC、MXD、A1、JPG或EPS格式，并生成文件，即生成《全国油气勘察开采登记状况图》。
[0092]将上述方法及所构建的系统用于批量同类型专题地图的制作，可实现一键式专题地图批量化生产。
【权利要求】
1.一种基于模板的一键式专题地图自动成图方法，其基础数据支撑模块包括空间数据库、模型库和专题地图制图模板库，其特征是，所述专题地图自动成图的步骤包括: S1:建立空间数据库，所述空间数据包括原始空间数据和专题地图数据； S2:从空间数据库中选取专题地图内容信息，生成专题地图模板要素配置信息XML文件； S3:建立模型库，所述模型库中的专题数据表示方法包括专题数据处理模型和符号绘制模型； S4:从模型库中选取专题数据表示方法，生成专题数据表示方法XML文件； S5:建立专题地图制图模板库，其中，专题地图制图模板包括多种制图元素； S6:通过参数配置方式，从专题地图制图模板库中进行制图元素显示信息的配置，生成专题地图模板要素配置信息XML文件； S7:将专题地图内容信息配置XML文件、专题数据表示方法XML文件和专题地图模板要素配置信息XML文件进行最优化处理，生成专题地图配置XML文本，解析专题地图配置XML文本并进行可视化输出，实现基于模板的一键式专题地图自动成图。
2.如权利要求1所述基于模板的一键式专题地图自动成图方法，其特征是，步骤SI建立空间数据库包括如下步骤: S11，建立空间数据库的概念模型； S12，将概念模型转换为逻辑模型，对其逻辑结构的功能和性能进行评价，并予以优化； S13，根据逻辑结构建立空间数据库的物理模型，其物理存储结构具体为文件存储格式、文件存储结 构、文件存取路径和文件存储空间； S14，建立空间数据库的数据层； S15，建立空间数据库的数据字典，具体为空间数据库的整体结构定义、数据内容和数据定义。
3.如权利要求1所述基于模板的一键式专题地图自动成图方法，其特征是，步骤S2中的专题地图内容信息具体为专题地图的地图类型、地图主题、地图比例尺、专题地图的底图要素和专题地图的专题要素；专题地图内容信息的选取步骤具体为:首先通过专题地图的用途或用户要求设定专题地图的地图类型、地图主题和比例尺；然后根据专题地图的地图类型和比例尺选取设定专题地图的底图要素；最后根据专题地图的地图类型和地图主题选取设定专题地图的专题要素。
4.如权利要求3所述基于模板的一键式专题地图自动成图方法，其特征是，所述设定专题地图的底图要素和设定专题地图的专题要素均通过一种可视化的要素配置方法，将底图要素或专题要素的属性信息以目录树的形式展示出，以方便选取设定。
5.如权利要求1所述基于模板的一键式专题地图自动成图方法，其特征是，步骤S3所述专题数据处理模型包括系统聚类模型、树状图表聚类模型、变量平均值逐步替代聚类模型、典型样本单元聚类模型、模糊聚类模型、等差分级模型、等比分级模型和统计分析模型中的多种；所述符号绘制模型包括符号梯尺模型和色彩分级分类模型。
6.如权利要求1所述基于模板的一键式专题地图自动成图方法，其特征是，步骤S5所述多种制图元素包括图廓、接图表、文本、图表、表格、图例、比例尺、OLE对象、指北针和图形对象。
7.如权利要求6所述基于模板的一键式专题地图自动成图方法，其特征是，所述OLE对象为Word对象、PDF对象和Excel对象中的一种或多种。
8.如权利要求6所述基于模板的一键式专题地图自动成图方法，其特征是，步骤S6通过参数配置方式进行制图元素显示信息的配置，具体为首先设置专题地图的图廓配置的基本信息；再以图廓为参考设置除图廓之外的其他制图元素的位置及属性信息；所述图廓配置的基本信息具体为内外图廓符号、图框格网间距、左下角坐标和比例尺。
9.一种基于模板的一键式专题地图自动成图系统，其特征是，所述系统包括基础支撑模块、数据管理模块、地图操作模块、专题地图制作模块和一键式成图模块，所述基础支撑模块包括空间数据库和专题地图数据库；所述数据管理模块用于从所述空间数据库查询检索和读取数据，通过所述专题地图制作模块处理后的数据保存到所述专题地图数据库中；所述专题地图制作模块用于完成专题地图内容的配置、专题数据表示方法的选取和专题地图模板要素的配置，并生成对应的XML文件；所述一键式成图模块用于读取所述专题地图内容配置XML文件、专题数据表示方法XML文件和专题地图模板要素配置信息XML文件，并进行解析和可视化出图 。
【文档编号】G06F17/30GK104008162SQ201410232141
【公开日】2014年8月27日 申请日期:2014年5月28日 优先权日:2014年5月28日
【发明者】邢廷炎, 郑春梅, 邓尖凤, 闫含, 毕晓庆, 梁梅, 刘娟, 张岩, 丛晨, 王晓延, 李思慧 申请人:中国地质大学（北京）