CN103870608B - 一种基于地图图式的制图知识构建及形式化表达的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于地图图式的制图知识构建及形式化表达的方法，主要步骤包括：对基本比例尺地图图式中有关地图制图知识(文字形式)进行类别划分；对划分后的制图知识进行关键词抽象；设计不同类别制图知识的形式化表达方式；建立制图知识的数据库。研究制图知识形式化表达的目的是为地图制图的自动化服务，地图制图过程在利用制图知识时，首先需要对制图知识进行检索查询；然后再对检索出的制图知识进行解析；最终用于指导和规范地图制图过程。本发明提出一种基于地图图式的制图知识构建及形式化方法，方法易行，制图知识库易于扩展，能够满足国家基本比例尺地形图的制作成图。

Description

一种基于地图图式的制图知识构建及形式化表达的方法

技术领域

本发明属于地图制图技术领域，涉及一种知识的构建及形式化表达的方法，尤其是涉及一种基于地图图式的制图知识构建及形式化表达的方法。

背景技术

数字地图制图的实质是地图由图形到数字、再由数字转化为图形的变换过程。以ArcGIS、MapInfo、MapGIS等为代表的GIS软件，在实现地图内容数字化、地图数据库的生产方面均取得突破性进展并日趋成熟，虽然各个软件在地图制图方面进行了大量研究，但由于数字线划模型(DLM)数字地图制图模型(DCM)的差异，现有的GIS软件忽略了由地图符号构成的地图的整体协调性，符号化后的图形不能自动处理各要素之间的关系，从而使得符号化结果不符合地图制图的表达要求，因此仍不能称之为一幅完整意义的地图。并且在传统地形图制图的过程中，由于大量的人工干预过程无法复用，极大地影响了地形图制图的成图效率。如何利用GIS技术实现基于地理信息的地图表达，仍是当前GIS与地图制图学共同需要解决的问题。

由于地图制图以多源多尺度地理空间数据为基础，以制图专家的经验和知识为依据，是一个人工干预很强的决策过程，制图人员的认知水平直接决定了成图的效率和质量。地图制图专家知识是实现计算机地图制图自动化的基础，所包含的制图专家知识的多少和质量的优劣是一个计算机地图制图系统的关键。

针对知识库这一问题，已有相关专利做出了贡献。例如《构造和使用知识库的方法》（申请号：00810915.X）提出了一个用来获取数据结构形式的专业知识的创立的系统；《知识库支持下的空间数据库设计方法》（申请号：200910005910.8）公开了一个基于知识库的空间数据库辅助设计系统和设计方法；《一种构建知识库的方法及装置》（申请号：200910136206.6）公开了一种构建知识库的方法，用于实现知识库的自动生成；《一种基于“本体”的ECG知识的表达及知识库的构建》（申请号：201010194557.5）提出了一种本体知识库的构建策略；《基于位置信息的应急辅助决策系统知识库构建及查询方法》（申请号：201210563070.9）、《基于突发事件应急管理的知识库引擎构建及其查询方法》（申请号：201210564332.3）分别提出了一种用于应急辅助决策的知识库的构建及查询方法；《知识库数据更新方法、系统及知识库》（申请号：201310075900.8）提出了一种知识库数据更新方法，用以获取用户对数据信息的反馈信息；《一种基于地理信息技术的应急知识库维护系统及实现方法》（申请号：201310618601.4）则公开了一个基于地理信息技术的应急知识库维护系统及其相关关键技术。

但是以上专利中提出的相关知识库的建立和表达方法及系统，没有考虑基础地理信息数据的特点，也没有兼顾地图制图过程中的最主要的图面冲突等过程，因此无法适用于基本比例尺地图图式的地图制图。

发明内容

本发明主要是解决现有技术所存在的符号化后的图形不能自动处理各要素之间的关系、制图知识无法复用等的技术问题；提供了一种基于地图图式的制图知识构建及形式化表达的方法。

本发明所采用的技术方案是：一种基于地图图式的制图知识构建及形式化表达的方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：根据在地图制图中的作用，将基本比例尺地图图式中的包括但不限于地图制图说明文字、图形类元素进行分类，形成分类后的制图知识；

步骤2：将分类后的制图知识进关键词抽象；

步骤3：设计制图知识的形式化表达方法，并形式化分类后的制图知识；

步骤4：将形式化后的制图知识建库；

步骤5：经过对制图知识的检索和解析，将建库后的制图知识应用于地图制图流程。

作为优选，所述的步骤1中，分类后的制图知识分为四类：

1）基本符号化类：定义地理要素和图形符号样式的对应关系的制图知识；

2）基本注记类：定义地理要素和注记样式对应关系的制图知识；

3）图面要素冲突类：定义图形符号之间、注记之间、图形符号和注记之间、图内要素和图外要素的空间冲突的制图知识；

4）图面符号约束类：定义有特殊制图约束的符号的制图知识。

作为优选，所述的图面要素冲突类制图知识中，图形符号之间的制图知识分为三类：

1）依附冲突类制图知识：依附冲突类制图知识是定义点符号与线符号、点符号与面符号之间依附类型和依附角度的制图知识；

2）压盖冲突类制图知识：压盖冲突类制图知识是定义全图幅范围内所有要素优先级的制图知识；

3）距离冲突类制图知识：距离冲突类制图知识是定义线符号之间、面符号之间、线符号与面符号之间图面距离约束的制图知识。

作为优选，所述的步骤3中，制图知识的形式化表达方法包括规则表和结构化文本两类。

本发明相对于现有技术，具有如下优点：

1.制图知识构建流程简单、易于实施；

2.制图知识库以文本和规则表表示，易于扩展；

3.制图知识库独立于软件系统，方便共享。

附图说明

图1：本发明的方法流程图。

图2：本发明实施例的图式中地面河流要素的符号原则。

图3：本发明实施例的图式中涵洞和输水渡槽（高架渠）要素的符号原则。

图4：本发明实施例的图式中名称说明注记的注记规格。

图5：本发明实施例的图式中国界要素的符号原则。

具体实施方式

为了便于本领域普通技术人员理解和实施本发明，下面结合附图及实施例对本发明作进一步的详细描述，应当理解，此处所描述的实施示例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

请见图1，本发明所采用的技术方案是：一种基于地图图式的制图知识构建及形式化表达的方法，包括以下步骤：

步骤1：根据在地图制图中的作用，将基本比例尺地图图式中的包括但不限于地图制图说明文字、图形类元素进行分类，形成分类后的制图知识；分类后的制图知识分为四类：

1）基本符号化类：定义地理要素和图形符号样式的对应关系的制图知识；

2）基本注记类：定义地理要素和注记样式对应关系的制图知识；

3）图面要素冲突类：定义图形符号之间、注记之间、图形符号和注记之间、图内要素和图外要素的空间冲突的制图知识；图形符号之间的制图知识分为三类：

（1）依附冲突类制图知识：依附冲突类制图知识是定义点符号与线符号、点符号与面符号之间依附类型和依附角度的制图知识；

（2）压盖冲突类制图知识：压盖冲突类制图知识是定义全图幅范围内所有要素优先级的制图知识；

（3）距离冲突类制图知识：距离冲突类制图知识是定义线符号之间、面符号之间、线符号与面符号之间图面距离约束的制图知识；

4）图面符号约束类：定义有特殊制图约束的符号的制图知识；

步骤2：将分类后的制图知识进关键词抽象；

步骤3：设计制图知识的形式化表达方法，并形式化分类后的制图知识；制图知识的形式化表达方法包括规则表和结构化文本两类；

步骤4：将形式化后的制图知识建库；

步骤5：经过对制图知识的检索和解析，将建库后的制图知识应用于地图制图流程。

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步的详细描述。

为了表述更加简洁，附图及后文所有叙述中，“图式”表示《国家基本比例尺地图图式第2部分:1:50001:10000地形图图式》。

以图式中部分内容为例，制图知识构建及形式化表达的方法包含以下步骤：

首先说明制图知识的分类形式：

如图2所示，为图式中地面河流要素的符号原则,包含了符号名称和符号式样（颜色、宽度）。这些符号名称和符号式样属于基本符号类制图知识。

如图3所示，为图式中涵洞和输水渡槽（高架渠）要素的符号原则。该条符号原则包含了涵洞和输水渡槽（高架渠）两个基本符号类制图知识，同时也包含了图面要素冲突类制图知识。根据制图经验和图式说明，涵洞符号需要依附于所归属的道路、输水渡槽（高架渠）符号需要依附于所归属的水槽或水管要素。这些符号之间的依附关系，属于图面要素冲突中的依附冲突类制图知识。

如图4所示，为图式中名称说明注记的注记规格，定义了工厂、学校、矿区等企事业单位、街道和特殊地区、庙宇、桥梁等要素的注记字体、大小和颜色。这些注记字体、大小和颜色属于基本注记类制图知识。

如图5所示，为图式中国界要素的符号原则。图式中规定：以河流中心线或主航道为界的，河流符号内不能表示国界符号时，国界符号在河流两侧不间断交错表示（每段3-4节）。

因此，国界线符号在符号化时，还要兼顾与其他要素的空间关系，与国相关要素的符号形态和样式会约束国界符号的符号化样式，这些约束符号方式的规则属于图面符号约束类制图知识。

将图式中所有制图说明分类后形成的制图知识，抽象出相应的关键词，以便于后期制图知识的形式化表达和建库。如表1所示，为将图1-图2中涉及的制图知识进行抽象后的结果。

表1制图知识进行抽象后的结果

然后再根据制图知识类型对制图知识进行形式化表达：

1）基本符号化类

基本符号化类制图知识中符号式样以xml样式来表达，如地面河流中的岸线符号可以表示如下：

基本符号化类制图知识中要素与符号的对应关系以规则表表达。如表2所示，为要素与符号对应关系规则表关键字段示意；

表2素与符号对应关系规则表关键字段示意

地面河流岸线的制图知识表示如表3所示:

表3地面河流岸线的制图知识表示

2）基本注记类

基本注记类制图知识可用规则表来表达。如表4所示，为基本注记类制图知识规则表关键字段示意；

表4基本注记类制图知识规则表关键字段示意

名称说明注记的基本注记类制图知识规则表的关键字段达示意如表5所示；

表5名称说明注记的基本注记类制图知识规则表的关键字段达示意

3)图面要素冲突类

（1）依附冲突类

在地图上，有些点状要素在单独表示时无法表现其特殊性质，它们必须同线状要素或者面状要素协调表示，将其作为线状要素或者面状要素的附属地物，才能体现其属性特点。依附冲突就是规定地形图中一类地图要素依附于另一类地图要素的具体规则。

很多情况下，在线上的点状要素表示线状要素所代表地物的某一个附属设施。例如地下河段出入口，它必须依附于河流要素，表示河流流经地下或者穿过山洞的河段在地面上的出入口。一般，在线上的点状要素的方向都会沿着所依附的线状要素协调表示，如火车站与火车轨道的依附关系、里程碑与道路的依附关系、独立房屋与道路的依附关系等。依附冲突类制图知识规则表的关键字段如表6所示：

表6依附冲突类制图知识规则表的关键字段

（2）距离冲突类

读图者在阅读地图时通过视觉来接受地图信息，因此在设计地图时需要顾及视觉感知的三个基本条件：视觉敏锐度、反差感觉阈值以及眼睛的运动反应。其中，视觉敏锐度是指眼睛辨别图形微小细部的能力，它由一个阈值来度量和定义，当低于此阈值时，地图符号的细部便无法辨认。在实际的符号设计中，地图符号不但要能被读者觉察，还应进一步能够被辨认和识别，因此就必须使得构成符号的结构元素尺寸或间隔大于阈值。

由于地图符号是由真实地理数据经符号化处理所得，且其本身具有一定的尺寸，因而它们并不总是满足阈值条件，需要进行特定的处理。距离冲突即定义了地理要素类之间的最小距离阈值，若符号间距小于阈值，则将其进行移位处理以保证间距不小于阈值。

本制图知识的距离阈值依据国家基本比例尺地图图式标准或通用制图规则而确定。例如，图式中规定高水界与水涯线之间的距离在图上大于3mm时应表示高水界，因此将高水位岸线与各类岸线间的距离阈值确定为3mm；又如通用制图规则中规定双线间距小于0.2mm时视力难以分辨，故将干堤（线）与各类海岸线间的距离阈值确定为0.2mm。距离冲突类制图知识规则表的关键字段如表7所示：

表7距离冲突类制图知识规则表的关键字段

（3）压盖冲突类

地形数据依据要素的实际位置对要素进行采集，存储的是要素的实地坐标位置。然而，在制图数据中，由于符号有一定的宽度，会因为两个要素间隔太紧密而出现地物压盖的现象，为了真实地表现地理要素间的关系，需要对制图数据的要素位置进行移位操作。

由长期的制图经验，本制图知识综合考虑地理要素的重要等级和地图表达效果，将各地理要素的压盖等级分为十级。压盖等级中：

第一级为境界相关的地理要素，包括各类界桩、界碑，如省级行政区界桩或界碑、地级行政区界桩或界碑、县级行政区界桩或界碑、乡级行政区界桩或界碑、自然或文化保护区界桩或界碑等。

第二级为各类测量控制点，如三角点、土堆上三角点、埋石图根点、土堆上埋石图根点、小三角点、土堆上小三角点、水准点、卫星定位连续运行站点、卫星定位等级点、重力点以及独立天文点等。

第三级为所有的面状地理要素，如地面河流（面）、水库（面）、淤泥滩（面）、街区（面）、饲养场（面）、运动场（面）、国道（面）、省道（面）、建筑中乡道（面）、主干道（面）、陡石山（面）、新月形沙丘（面）、经济林园地（面）、密集灌木林（面）等诸多面状要素。

第四级为有轨交通类的地理要素，包括铁路、地铁以及轻轨三类，如单线标准轨、复线标准轨、建筑中铁路、单线窄轨、复线窄轨、建筑中窄轨铁路、地铁、建筑中地铁、轻轨、建筑中轻轨等。

第五级为重要交通类地理要素，包括国道、省道、高速公路等，如国道、建筑中国道、国家级高速公路、建筑中国家级高速公路、省道、建筑中省道、省级高速公路、建筑中省级高速公路、高架路、高架快速路、引道等。

第六级为普通交通类地理要素，包括县道、乡道、专用公路、匝道、村道、其他公路以及快速路等，如县道、建筑中县道、乡道、建筑中乡道、专用公路、建筑中专用公路、匝道（连接道、交换道）、建筑中匝道（连接道、交换道）、村道、建筑中村道、其他公路、建筑中其他公路、快速路等。

第七级为次要交通类地理要素，如主干道、次干道、支线、建筑中街道、内部道路、机耕路、乡村路、小路、时令路、栈道等。

第八级为其余所有线状要素，如地面河流（单线）、干沟（单线）、人工海岸线、滚水坝、露天采掘场（范围线）、砖石城墙（线）、人行桥（线）、火车隧道（边线）、高压输电线（架空线）、土质有滩陡岸（坎顶线）、防火带（线）等。

第九级为其余所有点状要素，如地下河段出入口（点）、涵洞（点）、明礁（点）、地热井、通车船闸（点）、蒸馏塔、水文站、地铁站、停泊场、灯桩、高程点、坑穴（点）、针叶独立树丛、盐碱地（配置点）等。

第十级为各类注记分数线，包括测量控制点注记分数线、拦水坝注记分数线、特殊高程点注记分数线等。

压盖冲突类制图知识规则表的关键字段如表8所示：

表8压盖冲突类制图知识规则表的关键字段

4）图面符号约束类

如表9所示，为图面符号约束类制图知识规则表的关键字段示意；

表9图面符号约束类制图知识规则表的关键字段

字段名	类型	约束条件	说明
				ID	无符号整型	主键	标识符
FeatureCode	文本		要素编码
				FeatureName	文本		要素名称
Condition	文本		约束条件

国界线符号约束制图知识表达如表10所示；

表10国界线符号约束制图知识表达

将所有制图知识表达为规则表或格式化后，导入数据库管理系统中进行建库处理，最终用于地图制图过程。

应当理解的是，上述针对较佳实施例的描述较为详细，并不能因此而认为是对本发明专利保护范围的限制，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明权利要求所保护的范围情况下，还可以做出替换或变形，均落入本发明的保护范围之内，本发明的请求保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (3)

1.一种基于地图图式的制图知识构建及形式化表达的方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：根据在地图制图中的作用，将基本比例尺地图图式中的包括但不限于地图制图说明文字、图形类元素进行分类，形成分类后的制图知识；

分类后的制图知识分为四类：

1）基本符号化类：定义地理要素和图形符号样式的对应关系的制图知识；

2）基本注记类：定义地理要素和注记样式对应关系的制图知识；

3）图面要素冲突类：定义图形符号之间、注记之间、图形符号和注记之间、图内要素和图外要素的空间冲突的制图知识；

4）图面符号约束类：定义有特殊制图约束的符号的制图知识；

步骤2：将分类后的制图知识进关键词抽象；

步骤3：设计制图知识的形式化表达方法，并形式化分类后的制图知识；

步骤4：将形式化后的制图知识建库；

步骤5：经过对制图知识的检索和解析，将建库后的制图知识应用于地图制图流程。

2.根据权利要求1所述的基于地图图式的制图知识构建及形式化表达的方法，其特征在于：所述的图面要素冲突类制图知识中，图形符号之间的制图知识分为三类：

1）依附冲突类制图知识：依附冲突类制图知识是定义点符号与线符号、点符号与面符号之间依附类型和依附角度的制图知识；

2）压盖冲突类制图知识：压盖冲突类制图知识是定义全图幅范围内所有要素优先级的制图知识；

3）距离冲突类制图知识：距离冲突类制图知识是定义线符号之间、面符号之间、线符号与面符号之间图面距离约束的制图知识。

3.根据权利要求1所述的基于地图图式的制图知识构建及形式化表达的方法，其特征在于：所述的步骤3中，制图知识的形式化表达方法包括规则表和结构化文本两类。