ArcGIS 在公路現狀示意圖制作中的應用

谷艷春，何 寬，王雙美，李洪超，李茂娟

（黃河水利職業技術學院，河南 開封 475004）

0 引言

隨著信息技術的快速發展、 信息源更新頻率的加快和互聯網的普及， 公路現狀示意圖也需要加速更新迭代。傳統制圖方式是依靠手工繪制圖紙，需要消耗大量人力、 物力和時間等資源， 導致制圖效率低，圖紙更新周期過長，時效性差，且空間數據和屬性數據分離［1］。 事實證明，傳統制圖方式不利于公路信息的管理和更新，以及公路示意圖的高效制作。

GIS 軟件具有數據處理效率高、 維護數據一致性強、制圖便捷等優勢，已在諸多行業應用中得到廣泛認可。 ArcGIS 作為世界上使用最廣泛的 GIS 軟件，其桌面端產品提供了數據編輯和存儲、地圖制圖和空間分析等多種靈活、強大的制圖功能［2］。 利用ArcGIS 實現公路數據管理和現狀示意圖的編制和輸出，能夠多層次分析處理各種屬性參數、全面直觀地顯示公路資源數據、 提高圖件編制的自動化程度和制圖速度， 很大程度上提高了制圖的準確性和便捷性，還可以與可視化需求相匹配，提升公路數字化生產水平。因此，采用ArcGIS 快速制圖技術，不僅可以保證空間數據和屬性數據的對應關系， 提高制圖效率以及制圖精度，還可以最大限度地解放人力，降低成本，有效縮短圖紙更新周期，保證制圖成果的時效性。 筆者基于已有的交通數據和各地市每年提供的變更數據，應用ArcGIS 的制圖功能，構建基礎地理數據的更新機制， 將基礎地理數據的現勢性提高到數月之內， 以此來解決公路現狀示意圖基礎地理數據的更新及補充等問題。

1 ArcGIS 的優勢及制圖流程

1.1 ArcGIS 的功能

ArcGIS 軟件可以完成地理數據信息的生成、管理、編輯、轉換、分析、處理、表達及制圖等多項任務，在自然資源管理、自動制圖、城市和區域規劃、測繪、地質勘察等領域中發揮著重要作用［3］。 ArcGIS 快速制圖技術與傳統制圖方式的區別為：（1）傳統制圖方式缺乏數據支撐，而ArcGIS 快速制圖技術以現有的地理數據信息為基礎， 因此，ArcGIS 制圖效率要明顯高于傳統制圖方式。（2）傳統制圖工具可以對地圖圖元進行修改，但是費時費力，導致地圖生產過程較長，地圖更新周期也較長，而ArcGIS 只需要關注符號化規則以及數據規范即可完成地圖繪制， 生產過程明顯縮短，地圖更新周期較短，時效性強。（3）傳統制圖方式多以手工繪制為主， 地圖精度受人為因素的影響較大，而ArcGIS 通過符號庫技術、智能化制圖表達以及標注等手段， 可以顯著提升地圖的可讀性，能確保地圖的精度［3－4］。

1.2 制圖流程

綜合交通一張圖公路現狀示意圖制作過程主要涉及以下幾個環節：（1）數據收集與整理。 根據綜合交通一張圖公路現狀示意圖制圖需求， 收集相關數據，如國省干線、隧道、橋梁、行政點、行政邊界等矢量數據。因部分數據是由各地級市交通局呈報的，會出現統計信息不詳細、 格式與制圖需求不一致、錯誤、遺漏等問題，所以對于收集到的數據，還需進行屬性、 空間形狀或位置逐一查驗。 對于有問題的數據， 根據留存的規劃數據和各地市交通局提供的現狀數據，進行完善或修正。（2）符號和注記設計。根據制圖規范和實際應用需求， 設計制圖所需的符號和注記圖形樣式，并修改不合適的樣式。（3）層級設計、符號和注記編輯。根據制圖需求，調整制圖數據疊放次序，設計符號和注記大小與顯示比例，并對其進行字體優化、增刪、挪動等編輯操作。 （4）建立制圖模板。 設定地圖幅面、比例尺大小、圖名、圖例、圖框等地圖要素，作為地圖模板。 ArcGIS 制圖法繪制綜合交通一張圖公路現狀示意圖的流程如圖1 所示。

圖1 ArcGIS 制圖法繪制綜合交通一張圖公路現狀示意圖的流程圖Fig.1 Flowchart of highway current situation by ArcGIS cartography of a comprehensive transportation map

2 制圖準備

2.1 屬性數據管理

屬性數據的信息用于描述空間數據的相關特性，以屬性表方式存儲，用于空間數據的查詢、分析和顯示。 在ArcGIS 中，屬性表中的列被稱為字段，每個字段均可儲存特定類型的數據，例如數字、日期或文本段。因此，字段構成了地圖或獨立表中任何給定圖層的屬性信息。 字段計算是實現空間數據屬性快速處理的重要手段， 可以對選定的部分矢量要素或所有矢量要素進行簡單或高級屬性操作和計算。通過字段計算修改要素屬性的方法有通過鍵盤輸入相關數值和通過Python 或VBScript 腳本代碼來處理2 種。 鍵盤輸入法需靈活運用屬性字段計算工具，腳本代碼法可成倍提高作業效率。 ArcMap 的字段計算工具有3 種調用方式：（1）在ArcMap 視圖中載入需要處理的矢量數據， 在要素編輯模式下進行操作；（2） 通過ArcToolbox 地理處理工具操作；（3）通過Python 腳本來實現［5］。

通過字段計算器直接輸入屬性表達式的方式可以對公路空間數據進行屬性處理（包括簡單幾何屬性處理和非幾何屬性處理）。簡單幾何屬性處理可以通過字段計算工具實現， 如對公路空間數據長度進行操作； 非幾何屬性處理主要指屬性字段的增刪操作。向公路空間數據屬性表中增加屬性字段時，必須明確字段的屬性和數據類型，如精度或長度。數據類型的選擇和相關設置會直接影響存儲和顯示， 并對后臺數據庫的精度和效率有重要影響。 若對公路空間數據進行裁切、合并、融合等操作，不同空間數據之間的屬性會分離、合并、關聯等。

屬性數據處理是制作綜合交通一張圖公路現狀示意圖過程中的重要步驟，是完成快速制圖的核心。通過屬性表自帶的字段計算工具，結合Python 腳本語言對空間數據的幾何屬性和非幾何屬性進行操作與處理， 可以提高公路空間數據屬性處理的工作效率［5］。 同時，通過ArcGIS 關聯功能進行空間數據與屬性值連接， 可以實現空間數據隨屬性值更新而實時更新。 綜合交通一張圖公路現狀示意圖數據要素的必備屬性值如表1 所示。

表1 綜合交通一張圖公路現狀示意圖數據要素必備屬性值表Tab.1 Essential attribute values for data elements of highway current situation of a comprehensive transportation map

2.2 數據層設計

在數據層設計上， 根據綜合交通一張圖公路現狀示意圖的數據要素， 將交通所涉及的空間數據分為點、線、面3 個類別。其中，點數據主要包括省級政府、市級政府、縣／區級政府、鄉鎮／街道級政府、村落、服務區、互通點、機場、火車站、港航局、港口、碼頭、橋梁、隧道等；線數據主要包括高速公路、普通國省干線、縣道、鄉道、村道、行政區分界線等；面數據主要包括河流、湖泊、水庫、錨地、回旋水域、省市縣行政區等。

在綜合交通一張圖公路現狀示意圖制作過程中，為了確保構圖層次清晰，需要進行數據篩選、圖層疊放次序設置和構圖要素沖突協調等綜合處理，如將點圖層（如行政點、服務區）放置到最上層，線圖層（如公路）次之，面圖層（如河流、湖泊、行政區）放在最下層；在同類要素圖層間，按重要性等級排列，最重要的圖層放在最上層。 這樣就可以實現全面準確地表達數據要素內容，達到傳遞公路信息的效果。

3 制圖過程

3.1 建立符號和注記庫

采用地圖符號表達空間數據的基本信息， 可使空間數據更加形象化和具有可讀性。 地圖符號是由形狀不同、 大小不一、 色彩有別的圖形或文字組成的，能夠形象地傳遞地理事物的空間位置、形狀、數量、 各事物之間的相互聯系及區域總體特征等方面的信息［6］。 因此，建立符號和注記庫是完成ArcGIS快速制圖的重要基礎， 也是創建美觀完整綜合交通一張圖公路現狀示意圖的重要基礎。

在ArcGIS 軟件中，現有的公路符號較少，不能滿足同類數據分級展示的需求。因此，需要利用符號管理器建立點、線以及面等多種符號和注記。ArcGIS軟件具有符號自定義功能，支持基于圖片、字體和多種組合等方式制作符號。符號設計統計如表2 所示。

表2 符號設計統計表Tab.2 Statistics of symbol design

標注是綜合交通一張圖公路現狀示意圖的重要組成部分， 它以動態或獨立文本等形式標示地圖中的各種要素。 ArcGIS 的地圖標注模塊對標注的內容、方式、字體式樣、大小、方向和顏色等均可做參數化設置［2，7］。 根據國家標準和綜合交通一張圖公路現狀示意圖的應用需要，對地圖標注進行定制化設定，如表3 所示。

表3 注記設計統計表Tab.3 Statistics of annotation design

ArcGIS 能夠將各種符號和注記組合到一起進行存儲、管理和共享，保證所展示的空間數據的準確性，實現同一專題圖的要素具有一致性。 ArcGIS 提供了交互式符號設計系統，具有符號和注記自動匹配的功能，在圖層管理中，指定好不同數據使用的符號或注記，可在數據視圖中實現整體更換。 ArcGIS 系統這一功能極為適合進行快速、批量制圖，僅需要制定數據采集的標準、符號化和注記規則，即可實現符號和注記與圖層要素的自動匹配，顯著提升制圖效率。

3.2 著色與篩選

公路示意圖的著色是在國家標準基礎上， 再根據具體需求或業主特定要求， 進行整幅圖色彩的均衡與協調。

在經濟發達地區，點數據較密集。 因此，在制圖過程中，必須對構圖數據進行篩選和取舍，去掉干擾和冗余要素， 使得數據要素內容直觀突出。 ArcGIS軟件提供了SQL 語句， 方便對構圖數據進行篩選，使得綜合交通一張圖公路現狀示意圖的內容更加聚焦，表達更加直觀。 同時，ArcGIS 軟件提供了完備的沖突協調避讓功能， 對于綜合交通一張圖公路現狀示意圖中標注、符號、圖形等構圖要素間的沖突，通過設置各類數據要素的避讓策略和權重值， 可以有效協調解決， 從而使示意圖中各數據要素間的沖突得以消除。

3.3 建立制圖模板

為保證綜合交通一張圖公路現狀示意圖表達的內容具有完整性、協調美觀、清晰易讀的效果，需要對制圖紙張大小、地圖比例尺、圖例、指北針等出圖要素進行設置。 ArcGIS 中多種樣式的地圖模板，可以實現快速便捷地完成地圖幅面設置。 如設置紙張大小和布局方向， 調整數據框， 使數據要素充滿頁面，且適當留白，使制圖整體美觀效果達到最佳等。

設計好的制圖模板，可以存儲和共享，其他專題圖可直接使用該制圖模板，只需替換空間數據即可。所以，可以達到省時省力的效果，提高制圖速度，且保證成圖效果的一致性和整體美觀性。

4 結語

以公路和公路基礎設施為主要要素的綜合交通一張圖公路現狀示意圖具有直觀、使用方便等特點。傳統手工制圖方式不僅費時費力， 成果也不便于保存，且數據一旦發生變化，只能重新編繪，難以實現快速更新。 采用ArcGIS 制作公路示意圖，可以提升綜合交通一張圖建設水平， 提高制圖自動化程度和速度，提高制圖的準確性和便捷性，實現同一專題圖的要素表現一致性和整體美觀性， 保證空間數據和制圖成果時效性。