林业专题制图分幅技术研讨与实现

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林业专题图是承载一种或数种林业专题信息的图幅，是二类调查的主要提交成果，同时是森林经营管理业务工作中应用最多、最普遍的基础图面资料。常见的林业专题类型有林相图、基本图、森林资源分布图、林种分布图及分类区划图等。二十世纪九十年代，许多研究人员开始探讨利用GIS软件制做林业专题图的技术方法[1-5]。但是这些方法还只是一道单独的工序，通过操作GIS软件将林业专题制图所需的林业专题信息从外部导入、格式转换等步骤进入GIS系统，然后利用GIS软件完成林业专题图的制作。在上述研究中，未能对林业专题制图中的分幅方法进行具体说明，没有将这一功能集成到森林资源信息管理系统当中。2000年初，随着GIS软件技术的发展，研究人员开始将林业专题图的制作过程集成到森林资源信息管理系统中，林业专题数据能够以专题图的方式显示和查询，并将显示在屏幕上的地图直接以图片方式输出并打印[6-9]。已有的在森林资源管理信息系统中制作专题图的方法需要现场操作软件完成专题图的样式制作，制作的专题图样式简单，不具备预先定制专题图类型的功能，而且没有灵活的定制分幅的功能。基于上述存在的问题，重点讨论林业专题制图分幅的技术方法，通过对整个林业专题制图过程的分析和抽象，提出了一套较为通用的专题图分幅制作流程，即将专题图制作的数据和样式分离，各种专题样式统一用样式模板控制，不同的分幅方式统一用分割模板控制。在GIS组件基础上，开发出一套专题类型和分幅方法都可灵活定制的林业专题制图模块，并将其应用在县级森林资源管理信息系统中，实现了专题图样式可灵活定制及分幅方案可灵活选择，使得森林资源信息管理系统的林业专题制动化制图功能接近实用化水平。

1林业专题图与分幅

1.1制图

从科学数据可视化的角度来看，林业专题地图是林业专题数据以图形方式的可视化表现。林业专题图可分为地图数据本体部分和专题样式部分，数据本体部分是存储在信息系统中的数值或文字记录，是林业地理要素的定性或定量描述；专题样式部分则是数据本体的可视化表现形式，将地理信息以一种象形、观感的形式传递给地图使用者。林业专题制图过程可概括为选取指定数据本体内容，即指定专题类型、指定地理范围的林业地理数据，并以指定的符号系统、样式表达的过程。过程如图1所示。通过控制数据本体的类型、地理范围，以及专题图符号系统和样式即可控制林业专题制图过程。

1.2分幅

传统的纸质地图受图幅大小的限制，一张图纸往往难以承载整个区域内的地理信息，于是产生了地图分幅的概念，即按照一定的规则，将一幅完整的地图分割成若干区域范围大小相同或相近的图幅的方法。常用的林业专题图的分幅方式有经纬线分幅、矩形分幅和按区域分幅。

（1）经纬线分幅又称梯形分幅，是将经纬线作为每幅图的内图廓，遵照相关的国家标准或国际标准，利用固定的经纬线网格对地图进行分幅。经纬线分幅的比例尺范围通常在1:100万和1:5000之间，每种比例尺的经纬线分幅方式是固定不变的，便于图幅检索和使用。基本比例尺1:1万地形图分幅即是一种经纬线分幅，这种分幅方式在林业工作中大量使用，本研究中涉及到的林业专题图信息都是在1:1万地形图上勾绘的。

（2）矩形分幅是按照矩形区域划分图幅范围的分幅方式。其中矩形区域的指定较为灵活，按照实际情况因地制宜指定合适的矩形网格，比例尺范围大于或等于1:5000的大比例尺地形图图幅通常采用矩形分幅。

（3）按区域分幅的分幅边界没有指定的外形限制，较为随意。例如：按照用户划定的区域分幅、将整个区域作为单个图幅、按照行政区划范围分幅等，按照县、乡、村或林场、工区、林班等区划边界的分幅方式就属于这种。专题图分幅是将版图过大的图幅分割成大小适宜、图上位置合适的小图幅，分割网格遵照共同的国家标准，或按照具体需要因地制宜划分区域，即按标准分幅和自定义分幅。无论哪种分幅方式都需要预先准备图幅的分割模板。在林业专题制图模块中，图幅分割模板控制着林业专题图数据的地理区域，间接决定着分割后内图框的长宽比样式。在森林资源信息管理系统中集成专题图制图模块需要解决以下两项关键技术：其一是林业专题图样式的定制，即能够按照林业标准定制专题图样式；其二是地图的分幅技术，即按照林业信息管理工作的要求输出指定区域的地图，可以将其概括为对林业专题数据的样式和内容的控制。

2林业专题制图模块

2.1模块的开发环境

林业专题制图模块集成在已有的县级森林资源信息管理系统中。县级森林资源管理信息系统采用Ar-cGISEngine9.3地理信息系统开发组件和VisualStu-dio2005开发环境，运用C#语言开发，具有林业信息管理所需的诸多功能模块[10-11]。在该系统的数据库中包括基础地理数据、森林资源数据等。其中，基础地理数据包括行政区划境界（县/乡/村）、按基本比例尺（1:1万）地形图分幅标准制作的图幅分割网格、水系与道路；1:1万地形图等，都以图层的形式保存在数据库中。森林资源数据则包括小班基本因子信息、森林经营活动信息在内的森林资源数据库完整信息。这些记录是制作林业专题图的主要数据来源。林业专题制图模块属于众多模块之一，设计功能为输出基本图、资源分布图、林种分布图、分类区划图等林业专题地图，各专题类型可按基本比例尺（1:1万）分幅输出和按行政区划分幅输出。图2为林业专题制图模块遵循的MVC设计模式。林业专题制图模块主要利用了ArcGISEngine的MapControl和PageLayoutControl两个控件，以及IAc-tiveView、IFillSymbol、IFeatureLayer等接口。利用MapControl控制地图数据的加载、地图符号的渲染、图2林业专题制图模块遵循的MVC设计模式注记、调整地图的显示区域等，是林业专题图分幅中用到的主要调控部件；利用PageLayoutControl控制地图的版式、文字说明、图例、指南针、比例尺等地图的附属部分，以及地图的整饰微调、专题图幅的输出等。

2.2工作流程

林业专题制图模块的工作流程如图3所示。专题制图模块启动后，系统根据专题图类型从专题图模板库中获取对应的专题图模板，即MXD文档。然后按照MXD文档中记录的图层组合信息，从森林资源数据库中加载对应的专题数据，并以专题图模板中规定的样式渲染地图。系统接收到分割区域的指令后，从图幅分割模板中查找出分割几何要素，然后将版式地图中的地图调整到分割要素所在的区域，并以最大比例尺居中显示。重新渲染专题地图以后，就可以将当前范围的专题图输出打印，这样就完成了指定专题类型、指定分幅方式的专题图输出。专题制图模块的具体工作流程如下：

（1）准备基础地理数据和林业专题数据。林业专题制图所需要的数据已存储在森林资源管理信息系统的森林资源数据库中。林业专题图中的内容包括：基本图主要用到的林班注记、小班注记、面积、地类、行政区划界线、道路、居民点、河流、山脉等；林相图用到的地类、优势树种、龄组、面积等；资源分布图主要用到的地类；林种分布图主要用到的林种；分类区划图主要用到的地类、林种等信息[10-11]。

（2）制作林业专题图模板。林业专题图模板是林业数据的表现样式，如专题地图的图层组合、排列顺序、地图投影方式、经纬网、图幅布局、地图要素的专题符号样式、注记样式、渲染方式、图例、指北针、比例尺、地图标题、相关文字说明等。林业专题图模板可使用ArcMap定制，制作的专题图模板样式保存在MXD地图工程文档中。在MXD文档中，保存了地图数据源位置、地图样式、版式地图样式等信息。专题图模板的详细定制方法可参考ArcGIS使用手册和文献[2]。对于同一种专题图，按行政区划分幅和按照1:1万比例尺分幅需要分别制作专题图模板。比例尺分幅模板的图幅大小、地理坐标系、地图投影方式、内图廓矩形的长宽比、经纬线网格的设置和标注等应遵照行业标准和惯例。

（3）准备专题图分割模板。专题图分割模板以面要素图层类型保存在县级森林资源信息管理系统的数据库中，在GeoDataBase中的视图是一张shapefile格式的矢量图层，其中每一个面要素为一个切割区域。信息系统数据库中已有各级行政区划如县、乡、村（或林场、工区、林班）和国家标准1:1万地形图分幅网格，可以直接作为分幅用的分割模板。若缺少1:1万比例尺分幅模板，则需按照文献中介绍的方法与标准制作[12-14]。

（4）数据加载与专题地图渲染。这部分的工作是由林业专题制图模块完成。运行系统后，用户选择林业专题图类型、分幅的方式，系统从专题图模板库中选择对应的林业专题图模板（MXD文件）；根据专题图模板中的图层组合信息从森林资源数据库中加载相应的基础地理地图和小班因子图层；根据分幅方式加载对应的分割模板面图层；最后根据林业专题图模板（MXD文件）中的专题图符号信息渲染专题图，渲染结果在MapControl和PageLayoutControl控件中显示。

（5）图幅分割与重渲染。这一步骤是实现图幅分割的关键。系统接收到分幅区域的指令后，首先从分割模板数据中检索分幅区域，得到该分幅区域面要素，以最大比例尺将该面要素范围内的专题图居中显示在PagelayoutControl中。然后重新渲染地图，即分幅区域以内的林业专题要素和所有基础地理要素按照原有样式渲染，分幅区域以外的专题要素渲染为不可见样式。

（6）地图版式微调。在PageLayoutControl中生成的版式地图，具有与专题图模板完全一致的地图符号系统和图幅版式。为了进一步增强专题图的可定制性，满足用户多样化需求，还可以利用GIS组件中函数与控件实现在定制模版样式基础上进行微调的功能。例如重设专题图的符号类型、颜色、注记，以及图幅整饰（设置标题、图例、比例尺、指南针、图框线、图廓样式、地图文字说明）等。

（7）地图输出。地图输出是将PageLayoutControl中渲染好的版式地图输出为栅格格式文件。在这里可以通过设置栅格数据像素的大小来调整输出图像的清晰度，输出的数据格式有BMP、JPEG、PNG、TIFF、GIF和PDF文件等类型。

2.3实现与运行实例

林业专题制图模块在原有的县级森林资源管理信息系统的基础上编码实现，用到了ArcGISEngineSDK中的部分接口和类，以及ESRI提供的帮助文档中的类。其中重要的接口和类有①ControlsSynchroniz-er，用于MapControl与PageLayoutControl控件间的联动；②IMapDocument，用于专题图模板的读、写、修改；③ISymbol、IGeoFeatureLayer，用于专题符号的渲染；④IActiveView，用于分割区域的居中显示、版式地图的输出等。图4为林业专题制图模块的运行界面实例。森林资源管理信息系统中管理的是某县森林资源数据，制图模块提供了按行政区划分幅和按国家1:1万基本比例尺分幅两种对话框，图4中右下方对话框即为按行政区划分幅对话框，通过树状的层级视图用户可以选择单个县级、乡镇级和村级的行政区域作为专题图输出范围。选定区域名称之后，系统主界面上的版式视图界面将该选定区域以最大比例尺方式渲染在制图主体区域中，同时更新图例、比例尺、专题图文字说明等地图附属部分。在选择专题图的存储位置、分辨率、数据格式等参数后就可以输出了。图5为该县某村按行政边界分幅的林业专题图样张，图6为按1:1万基本比例尺分幅的林业专题图样张。

3结束语

专题制图模块的开发充分利用了ArcGISEngine的接口和控件，实现了专题图的分幅与输出，与原有的森林资源管理信息系统实现了紧密集成。专题制图的工作步骤分为差异显著的若干阶段，每阶段的工作内容、实现方法及功能可适度伸缩。专题制图模块具有可扩展性，通过更换专题图模板即可实现林业中其他专题图的制作，通过更换分幅模板即可实现其他比例尺分幅方式的输出。

本研究为在森林资源管理信息系统开发中嵌入林业图面资料输出功能提供技术参考，林业其他方面的专题图如土壤分布图、病虫害分布图、野生动植物分布图、立地类型图同样可以利用该方法方便快速地添加到制图模块中，提高森林经营管理和林业业务工作效率。研究实现的专题制图模块仅需少量控制性代码，即可实现专题图的批量分幅输出，进一步提高专题制图的自动化水平。