CN113360584B - 一种基于像素坐标转换的地理专题图在线化快速生成方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种基于像素坐标转换的地理专题图在线化快速生成方法，通过在线化计算的方法，直连制图数据源所在的数据库，通过网络请求的方式，向数据库请求需要的制图数据；对获得的制图数据，采用像素坐标转换算法，计算得到地图底图位置、数据位置以及各制图元素坐标；通过实际需要输出的纸张大小，计算地图屏幕范围、整合比例尺和数据图框的位置及大小；根据得到的地图底图位置、数据位置以及各制图元素位置和得到的地图屏幕范围、整合比例尺和数据图框的位置及大小，采用后端绘图API，完成由得到的制图数据所制成的地理专题图。本发明的有益效果是：满足业务人员日常工作需求，极大节省费用，制图简单且精度较高。
Description
技术领域
本发明涉及地图制图领域，尤其涉及一种基于像素坐标转换的地理专题图在线化快速生成方法。
背景技术
地理专题图是地理信息表达和传播的重要载体，是人们认识自然资源的重要工具。传统的专题图编制工作是一项要求复杂、过程严谨的工作，编制过程包括数据分析、用途原则设计、底图绘制、校检印刷等工作，需要广泛的专业领域知识和制图学经验，繁琐的流程和更新的困难以致制图行业的地图生产效率得不到提高。随着智能化信息时代的来临，测绘领域也在不断发展，传统的专题图制图技术已经无法满足人们对于地理信息的快速获取、实时共享等需求，基于Web服务的在线动态制图服务作为一种新的制图模式悄然而生。地图学与现代信息化技术的结合能有效解决地图制图所面临的质量和效率问题。相比于传统的制图模式，Web在线制图能突破制图图幅和表达方式的限制，更高效地更新和传播地理信息。
据悉，现已有相关应用针对空间信息平台用户对空间数据的上传、下载、发布和在线编辑的需求，结合RIA技术，实现了空间与属性数据的在线编辑、符号的在线编辑、用户数据管理等功能。还有的能加入对用户制图的引导性，建立了在线分步式的制图流程模式，以交互引导的方式设计并实现了地图制作应用系统。
然而当前的在线制图技术的着力点仍在于能够让用户在不同的浏览器客户端浏览地理信息，获取数据和功能服务，于在线专题制图输出方面却还存在着制图精度粗糙、制图效率低下、以及制图元素失位等问题，要想真正满足不同行业背景下的专题图在线定制以及多用户协调，目前的技术突破仍然面临着诸多挑战。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供了一种基于像素坐标转换的地理专题图在线化快速生成方法，通过在线化计算的方法，直连制图数据源所在数据库，通过网络请求的方式，直接请求数据，然后通过像素坐标转换算法，计算地图底图位置、数据位置以及各制图元素位置，通过输出纸张大小，计算地图屏幕范围，计算比例尺，计算数据图框，最后通过后端绘图API，完成专题图的在线化生成流程。该方法不需要人工参与，业务人员只需要选择一个出图范围，设置相关图面信息，即可一键生成所需要的专题图，输出的专题图同样支持大幅面地图打印，跟传统手工制图效果相当，同时也提供了专题图矢量导出功能，可以弥补达不到一些较复杂的专题图自动制作效果，导出后，业务人员可导入到GIS平台中，只进行少量修改，即可达到制图目标，也能极大提高制图效率。此外此方法是在线化自动完成的，只需要在服务器上部署一套系统，甚至不需要购买任何一套GIS平台软件，即可达到多人同时在线化制图的效果，节省费用。最后在更新这块，因为是直接连接的数据库，数据更新后，业务人员只需要完成数据更新入库后，直接一键生成专题图即可，不需要再重复去打开GIS软件，去重新制图输出。所述基于像素坐标转换的地理专题图在线化快速生成方法主要包括以下步骤：
S1：通过在线化计算的方法，直连制图数据源所在的数据库，通过网络请求的方式，向数据库请求需要的制图数据；
S2：对步骤S1中获得的制图数据，采用像素坐标转换算法，计算得到画布范围和制图单元在画布上的像素点坐标；
S3：通过实际需要输出的纸张尺寸，计算地图屏幕范围和各制图元素尺寸；
S4：根据步骤S2得到的画布范围和制图单元在画布上的像素点坐标和S3得到的地图屏幕范围和各制图元素尺寸，采用后端绘图API，完成由步骤S1中得到的制图数据所制成的地理专题图。
进一步地，所述数据源为Geojson数据源。
进一步地，基于proj4工具转换坐标系，根据用户提供的专题图分辨率标准，利用像素坐标转换算法，通过公式(1)来确定画布在横轴W和纵轴H方向上的像素数：
其中，Lon′、Lat′分别为制图图层在经纬度方向上的输出范围，Δlon、Δlat分别为输出图幅的平均经纬度，α和β分别为W、H方向上的像素比例缩放因子，Δw为横轴方向上扩充的像素个数，Δh为纵轴方向上扩充的像素个数，利用公式(2)计算输出图幅的平均像素的经纬度Δlon和Δlat：
其中，Lon(标准)、Lon(标准)分别为用户提供的专题图的经纬度范围，Nlon、Nlat分别为其经纬度方向上的像素个数。
进一步地，根据步骤S1中的制图数据完成像素坐标转换时，利用公式(3)得到制图单元在画布上的像素点坐标：
其中，x、y分别为制图单元的经纬度，Lon′、Lat′分别为制图图层在经纬度方向上的输出范围，w、H画布在W、H方向上的像素个数，Δw为横轴方向上扩充的像素个数，Δh为纵轴方向上扩充的像素个数；
根据制图单元的像素点坐标，利用后端绘图API设置像素点的颜色和透明度，完成像素点的绘制。
进一步地，设置图框宽度为d，d大于0，在制图边界向外绘出一个紧贴的方框，以方框的内侧边线为基准，然后根据图层的四至坐标算出经纬度为整数的坐标刻度，以预设的坐标刻度标注在边框上，完成各制图元素的绘制；其中，
根据公式(4)求出在该地理专题图中，单个字体所占的比例：
其中，L对角线、L字体分别为专题图对角线、图名字体的长度，Num为字的个数；
根据公式(5)求出输出专题图中图名的整体宽度：
其中，L′对角线、N′分别为输出的地理专题图的对角线长度、图名字体的个数；根据用户需求，将图名放在图层上方，画布内外居中填放；
通过公式(6)计算出地理专题图中，每个像素所代表的实际距离：
其中，Length为单格刻度所代表的实际距离，SN代表该格子所占像素个数；
将输出的地理专题图宽度的长度进行四等分，根据经纬度算出每一格所代表的实际距离ΔL，若/>则符合比例尺大小阈值要求，否则仍缩放到宽度的/>接着标注刻度后绘制于图层上方。
进一步地，根据用户的制图需求，当设定输出图片大小时，将图分成两部分，一部分是画布加标题，另一部分是整个范围的图层，将图层按比例缩放插入提前画好的画布中，最后结合图片的宽高比例，确定图片是横向布置或是竖向布置。
本发明提供的技术方案带来的有益效果是：满足业务人员日常工作需求，极大节省费用，制图简单且精度较高。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1是本发明实施例中一种基于像素坐标转换的地理专题图在线化快速生成方法的流程图。
图2是本发明实施例中制图元素的示意图。
图3是本发明实施例中自适应调整的示意图。
图4是本发明实施例中地理专题图的示意图。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。
本发明的实施例提供了一种基于像素坐标转换的地理专题图在线化快速生成方法。
请参考图1-4，图1是本发明实施例中一种基于像素坐标转换的地理专题图在线化快速生成方法的流程图，图2是本发明实施例中制图元素的示意图，图3是本发明实施例中自适应调整的示意图，图4是本发明实施例中地理专题图的示意图，具体包括如下步骤：
通过在线化计算的方法，直连制图数据源所在数据库，通过网络请求的方式，直接请求数据，然后通过像素坐标转换算法，计算地图底图位置、数据位置以及各制图元素位置，通过输出纸张大小，计算地图屏幕范围，整合比例尺和数据图框的位置和大小，最后通过后端绘图API，最终完成专题图的在线化生成流程。
主要步骤说明如下：
(1)首先连接制图数据库，通过网络请求的方式选定所要绘制区域的Geojson数据源。Geojson数据能对地理数据结构进行编码处理，包含所绘制区域的所有几何特征，可将其称为绘图的图层数据。
(2)确定画布范围：计算出图层范围的极值点的经纬度坐标，基于proj4工具转换坐标系为WGS84坐标系。按照用户提供的专题图分辨率标准，基于像素坐标转换来确定图层制图输出时在W和H方向上的像素数。根据实际情况下内存所能容纳的像素分辨率来判断是否需要进行像素的比例缩放，在兼顾性能的情况下并达到最佳的图层显示效果。另外，为了给予标题和图幅边界应有的留白，向外部扩充若干个像素作为整幅图的范围，即空白的画布。
2.1)根据公式：
获取输出图幅的平均像素的经纬度大小。其中，Lon(标准)、Lon(标准)分别为用户提供的专题图的经纬度范围，Nlon、Nlat分别为其经纬度方向上的像素个数。
2.2)根据公式：
求出画布在W、H方向上的像素个数。其中Lon′、Lat′分别为制图图层在经纬度方向上的输出范围，Δlon、Δlat分别为单个像素的经纬度大小、Δw为横轴方向上扩充的像素个数，Δh为纵轴方向上扩充的像素个数。
其中，α和B分别为W、H方向上的像素比例缩放因子，可适应性进行调整。特别说明，由于制图图层的空间尺度是不确定的，根拆计算出来的像素数目是决定最终专题图分辨率的重要因子，该值过大会使得内存溢出、过小则又造成图幅尺寸太小，在此通过在W、H方向上均设置一定的比例缩放因子来控制输出图层的像素数目。
(3)叠加ArcGIS服务的地质数据底图。ArcGIS Server发布有交通、地质等多种底图服务。可直接调用相关底图服务，并通过Exportmap工具选定制图输出的范围，保持与画布同样的空间范围即可完成底图的叠加，画布的空间范围可根据像素数目来反算。
(4)绘制Geojson数据。将需要绘制的Geojson数据完成像素坐标转换，并进行像素点的绘制。
4.1)根据公式：
求得制图单元在画布上的像素点坐标。其中x、y分别为制图单元的经纬度，Lon′、Lat′分别为制图图层在经纬度方向上的输出范围，w、H画布在W、H方向上的像素个数，Δw为横轴方向上扩充的像素个数，Δh为纵轴方向上扩充的像素个数。
4.2)根据制图单元的像素点坐标，利用后端绘图API设置像素点的颜色和透明度，完成像素点的绘制。
(5)绘制添加各种制图元素：按照制图惯例，画上图框(可根据制图要求挑选粗细不等的方框)，并标上图框的坐标，在上部空白的部分画上专题图名称，指北针等元素，在图名的下方添加比例尺，在地图下部分适应性填放图例等信息。
5.1)图框：图框是地理专题图不可或缺的制图元素，它能赋予视图最为直观的空间坐标信息。设置宽度d，在制图边界向外绘出一个紧贴的方框，以方框的内侧边线为基准，即图层的边界，然后根据图层的四至坐标算出经纬度为整数的坐标刻度，一般图框的刻度标注5-6段最为适宜，取出相应的坐标刻度标注在边框上，完成图框的绘制。
5.2)图名：图名是专题图中最为灵活的部分，根据不同的制图需求，其位置、大小比例都是极具适应性的制图元素表达，但规则的地质工程专题图对于字体的比例、宽高都有着严格的要求。首先根据用户提供的专题图示例采用对角线比例衡量的方式测出该类专题图字体的尺寸比例大小，然后根据对需要绘制的字体进行整体宽度的比例缩放，达到与示例图同样的图名显示效果。
根据公式：
求出在该类专题图中，单个字体所占的比例大小，其中，L对角线、L字体分别为示例专题图对角线、图名字体的长度，Num为字的个数。
根据公式：
求出输出专题图中图名的整体宽度，其中L′对角线、N′分别为输出专题图的对角线长度、图名字体的个数。根据不同的用户需求，将图名放在图层上方的合适位置，画布内外居中填放即可。
5.3)指南针：指南针为图片填充，根据输出图片的分辨率进行比例缩放。
5.4)图例：由于图例绘制在图片过于底部会导致图片整体比较不均衡，需根据图片的尺寸将图例往上移动一定距离，在绘图之前，需根据像素填充算法判断是否存在空白区域，根据图幅的整体视觉填充效果，调整图例的位置，如图3所示。
原理如下：空白的画布完成图层的绘制之后或多或少会留下空白区域，即各像素通道值均为255即代表该像素单元未占用，结合总体的像素占用比判定图例的最佳填放区域。根据如下法则：
其中，S为画布的整体像素个数，a空白为未占用像素单元。
5.5)比例尺：画比例尺尤为关键，一般放置于图层的上方，其比例也要符合规范，根据用户提供的标准专题图获取一格刻度的阈值宽度，主要方法为判断输出比例尺的一格刻度是否在该阈值内，否则将进行缩放。首先计算出标准专题图中，每个像素所代表的实际距离，公式如下：
其中，Length为单格刻度所代表的实际距离，SN代表该格子所占像素个数。
将输出专题图宽度的长度进行四等分，根据经纬度算出每一格所代表的实际距离ΔL，若/>则符合比例尺大小阈值要求，否则仍缩放到宽度的/>接着标注刻度后绘制于图层上方。
(6)成果出图：根据用户的出图需求，当需要输出成特定大小的图片(如A3、A4)时，需要将图分成两部分，一部分是画布加标题，一部分是整个范围的图层，将图层按比例缩放插入提前画好的画布中。最后结合图片的宽高比例，确定图片是横向布置还是竖向布置。图4即为采用本方法根据客户的需求所在线生成的地理专题图的示意图。
本发明提供的技术方案带来的有益效果是：
(1)该方法不需要过多人工参与，业务人员只需要选择一个出图范围，设置相关图面信息，即可一键生成所需要的专题图，输出的专题图同样支持大幅面地图打印，跟传统手工制图效果相当，精度较高。
(2)同时提供了专题图矢量导出功能，对于较复杂的专题图也可达到自动制作的效果。矢量导出后，业务人员可进一步将地图导入到GIS平台中，只进行少量修改，即可达到制图目标，也能极大提高制图效率，达到半辅助制图的效果。
(3)整个流程是在线化自动完成的，因此只需要在服务器上部署一套系统，甚至不需要购买任何一套GIS平台软件，即可达到多人同时在线化制图的效果，极大节省费用。
(4)数据请求可以直接连接数据库，数据更新后，业务人员只需要完成数据更新入库，便可直接一键生成专题图，不需要再重复去打开GIS软件，去重新制图输出。
(5)同时实现了丰富的制图元素。如图例、指北针、比例尺、数据网格、坐标等，基本满足一般的制图要求，契合业务人员日常工作需求。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种基于像素坐标转换的地理专题图在线化快速生成方法，用于快速生成地理专题图，其特征在于：包括以下步骤：
S1：通过在线化计算的方法，直连制图数据源所在的数据库，通过网络请求的方式，向数据库请求需要的制图数据；
S2：对步骤S1中获得的制图数据，采用像素坐标转换算法，计算得到画布范围和制图单元在画布上的像素点坐标；
基于proj4工具转换坐标系，根据用户提供的专题图分辨率标准，利用像素坐标转换算法，通过公式(1)来确定画布在横轴W和纵轴H方向上的像素数：
其中，Lon′、Lat′分别为制图图层在经纬度方向上的输出范围，Δlon、Δlat分别为输出图幅的平均经纬度，α和β分别为W、H方向上的像素比例缩放因子，Δw为横轴方向上扩充的像素个数，Δh为纵轴方向上扩充的像素个数，利用公式(2)计算输出图幅的平均像素的经纬度Δlon和Δlat：
其中，Lon(标准)、Lon(标准)分别为用户提供的专题图的经纬度范围，Nlon、Nlat分别为其经纬度方向上的像素个数；
根据步骤S1中的制图数据完成像素坐标转换时，利用公式(3)得到制图单元在画布上的像素点坐标：
其中，x、y分别为制图单元的经纬度，Lon′、Lat′分别为制图图层在经纬度方向上的输出范围，w、H画布在W、H方向上的像素个数，Δw为横轴方向上扩充的像素个数，Δh为纵轴方向上扩充的像素个数；
根据制图单元的像素点坐标，利用后端绘图API设置像素点的颜色和透明度，完成像素点的绘制；
S3：通过实际需要输出的纸张尺寸，计算地图屏幕范围和各制图元素尺寸；
S4：根据步骤S2得到的画布范围和制图单元在画布上的像素点坐标和S3得到的地图屏幕范围和各制图元素尺寸，采用后端绘图API，完成由步骤S1中得到的制图数据所制成的地理专题图。
2.如权利要求1所述的一种基于像素坐标转换的地理专题图在线化快速生成方法，其特征在于：步骤S1中，所述数据源为Geojson数据源。
3.如权利要求1所述的一种基于像素坐标转换的地理专题图在线化快速生成方法，其特征在于：步骤S3中，设置图框宽度为d，d大于0，在制图边界向外绘出一个紧贴的方框，以方框的内侧边线为基准，然后根据图层的四至坐标算出经纬度为整数的坐标刻度，以预设的坐标刻度标注在边框上，完成各制图元素的绘制；其中，
根据公式(4)求出在该地理专题图中，单个字体所占的比例：
其中，L对角线、L字体分别为专题图对角线、图名字体的长度，Num为字的个数；
根据公式(5)求出输出专题图中图名的整体宽度：
其中，L′对角线、N′分别为输出的地理专题图的对角线长度、图名字体的个数；根据用户需求，将图名放在图层上方，画布内外居中填放；
通过公式(6)计算出地理专题图中，每个像素所代表的实际距离：
其中，Length为单格刻度所代表的实际距离，SN代表该格子所占像素个数；
将输出的地理专题图宽度的长度进行四等分，根据经纬度算出每一格所代表的实际距离ΔL，若/>则符合比例尺大小阈值要求，否则仍缩放到宽度的/>接着标注刻度后绘制于图层上方。
4.如权利要求1所述的一种基于像素坐标转换的地理专题图在线化快速生成方法，其特征在于：步骤S4中，根据用户的制图需求，当设定输出图片大小时，将图分成两部分，一部分是画布加标题，另一部分是整个范围的图层，将图层按比例缩放插入提前画好的画布中，最后结合图片的宽高比例，确定图片是横向布置或是竖向布置。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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