（自然地理学专业论文）基于arcgis的地图输出智能化技术研究.pdf

l 鞋坚2 i 兰堡主丝鲨奎 堇量垒璺垡! 堕丝里兰些塑丝垫! 墅匠塞 摘要 地图输出是空间数据可视化中最常用、最有效的途径，提高地图输出的智能化水平 有重要意义。当前，国际领先的g i s 基础平台a r c g t s 在我国的应用日益广泛。但是， 其地图输出模块常不能满足我国制图的特殊需求，智能性也相对欠缺。鉴于此，作者引 入人工智能中的知识库思想，建立制图知识库。地图输出过程中由知识库控制程序中地 图输出的流向，实现地图输出智能化。同时，通过a m o b j e c t s 组件扩展等措施，满足我 国特殊的制图要求。具体地说，本研究主要包括三个方面的内容： 首先，探讨制图知识库的组成及其构建方法，构建制图知识库。制图知识库是地图 输出智能化实现的基础。本文在分析知识表达策略及知识库基本组成的基础上，提出制 图知识库的组成结构和各个知识子库的构建方法。 其次，在深入剖析a r c o b j e a s 组件开发技术的基础上，总结了a r c o b j e a s 组件开发 的四种方式，归纳了a r c o b j 咖基本编码方法以及a m o b j e c 乜组件扩展的一般步骤与方 法。 最后，在制图知识库与a r c o b j e c t s 组件开发技术支持下，实现智能化地图输出。通 过总结在a r c g i s 体系下智能化地图输出的实现与扩展方法，提出了一套能满足特定地 图输出需求的应用扩展方案。 实践表明，充分利用a t o o b j e c t s 及其扩展机制，结合人工智能的知识库思想，可以 较好地实现各种自定义功能，进而实现智能、高效、准确、美观的地图输出。 关键词：智能化，地图输出，知识库，组件式g i s ，a r c o b j e c t s ，a m o b j e c t s 扩展，a m g i s 两璐江大学磺士学位论文 基于a r c g i s 的地圈麓出智能化技术研究 a b s t 阳c t i ti so fv i t a li m p o r t a n c et oi m p r o v et h ei n t e l l i g e n c el e v e lo fm a po u t p u t a r c g i s ，t h e i n t e r n a t i o n a l l yl e a d i n gg sp l a t f o r m , i sn o ww i d e l yu s e di nc h i n a h o w e v e r , i t sn m p - o u t p u t m o d u l eo f t e - nf a i l st om e e tt h es p e c i a lc a r t o g r a p h i cr c q u i r e n r l e n t si no u rc o u n t r ya n di t s i n t e l l i g e n c el e v e ln e e d si m p r o v e m e n t i nc o n s i d e r a t i o no f t h e s ep r o b l e m s ，t h ea u t h o rh a sb u i r am a pk n o w l e d g eb a s eb yu s i n gt h ei d e ao fk n o w l e d g eb a s ei na r t i f i c i a li n t e l l i g e n c e ( a d b yc o n t r o l l i n gt h ed i r e c d o no fm a po u t p u tt h r o u g h9 1 1 0 w o d g e ，i n t e l l i g e n tm a po u t p u ti s r e a l i z e x l m e a n w h i l e ，b ye x t e n d i n gc o m p o n e n t sa n dc l a s s e s ，t h es p e c i a lr e q u i r e m m a t so f m a p p i n go fo u rc o u n t r yi ss a t i s f i e d t ob es p e c i f i c ，t h ep a p e ri n c l u d e st h ef o l l o w i n gt h r e e 嬲p e c 协： f i r s to fa l l ，t h ea u t h o re x p l o r e st h ec o m p o n e n t sa n dc o n s t r u c t i n gm e t h o d so ft h em a p k n o w l e d g eb a s e i ti st h ef o u n d a t i o no fi n t e l l i g e n tm a po u t p u t o nt h eb a s i so fa i l a l y z i n g k n o w l e d g e e x p r e s s i o ns t r a t e g i e sa n db a s i cc o m p o n e n t so fk n o w l e d g e ，t h ec o m p o s i t i o n s t r u c t u r eo f m a pk n o w l e d g eb a s ea n dt h ec o n s t r u c t i n gm e t h o do f i t ss u b - b a s e sa r ep r e s e n t e d f u r t h e r m o r e ，t h ea u t h o rh a sa l le x h a u s t i v es t u d y , a n ds u m l y l a r i z c sf o u rm e t h o d so ft h e d e v e l o p m e n tt c e l m o l o g yo fa r c o b j e a sc o m p o n e n t s t h e nt h ea u t h o rp r e s e n t sb a s i cc o d i n g m e t h o d sa n dg e n e r a lp r o c e s so f a r c o b j c c t sa n di t sc o m p o n e n t i a le x t e n s i o n f i n a l l y , t h ea u t h o ra c c o m p l i s h e si n t e l l i g e n tm a po u t p u tw i t ht h es u p p o r to fm a p k n o w l e d g eb a s ea n da r e o b j e e t sc o m p o n e n t i n ld e v e l o p m e n tt h n o m g y t h ea l g o l a s o s u m m a r i z e st h er e a l i z a t i o na n de x t e n s i o nm e t h o d so f i n t e l l i g e n tm a po u t p u tt e c h n o l o g yw h i c h i sb a s e d0 1 1a r c g i ss y s t e m ，a n dp r e s e n t s a n a p p l i c a t i o n - e x t e n d e df o r m u l at om e e tt h es p e c i f i c r e q u i r e m e n t so f m a po u t p u t p l 孤t i s h o w st h a t , m a k i n gf i l i lu s eo fa r c o b j e e t sa n di t se x t e n s i o nm e c h a n i s ma n d n t e g r a t i n gi tw i t ba i 叩ec a na c t u a l i z ea l lk i n d so fc u s t o m i z e df u n c t i o n , a n da c h i e v em a p o u t p u ti n t e l l i g e n t l y , e f f i c i e n t l y , a c c u r a t e l ya n de l e g a n t l y k e y w o r d s ：i n t e l l i g e n tm a po u t p u t , k n o w l e d g eb a s e ，a r c o b j e c t s ，e x t e n s i o no fa r c o b j e c t s ， a r c g i s 浙江大学学位论文独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成 果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表 或撰写过的研究成果，也不包含为获得浙江大学或其它教育机构的学位或证书而使用过 的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说盟并 表示了谢意。 研究生签名： 日期：碰“7 浙江大学学位论文使用授权声明 浙江大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留本人所送交学位论文的 复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人电子文档的内 容和纸质论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文外，允许论文被查阅和借阅，可 以公布( 包括刊登) 论文的全部或部分内容。论文的公布( 包括刊登) 授权浙江大学研 究生部办理。 繇辑：班飙岬 珍浙扛大学硕士学位论文基于a 哟i s 的地圈输出智能化技术研究 第1 章绪论 地图输出是将抽象的地理空间数据转换为可视化地图图形的过程，是g i s 空间地理 数据可视化中最常用、最有效的途径( 赵军喜等，2 0 0 1 ) 。提高地图输出的智能化水平 具有重要意义。 当前国际领先的g i s 基础平台a r c g i s 在我国的应用日益广泛，然而其地图输出模 块常不能满足我国制图的特殊需求。鉴于a r c g i s 在空间数据的地图可视化方面拥有成 熟的空间数据组织和完善的符号管理体系以及丰富的a r c o b j e c t s 编程组件，本研究基于 a r o g i s 来搭建新的地图输出框架。在此基础上，通过借鉴人工智能中的知识库思想和 采用a m o b j c o t s 组件扩展等措施，基本实现了能满足我国特殊制图要求的地图输出，并 在智能化水平上有了明显的提高。 浙江大学g i s 重点实验室拥有多年的a r c o i s 研发经验，有丰富的a r c o b j e c t s 组件 编码与扩展的技术积累。本文在实验室原有研究工作的基础上，引入人工智能中的知识 库思想，提出智能化地图输出理念，对智能化地图输出实践过程中诸如制图知识库建设、 h r o o b j e o t s 组件开发与扩展、智能化地图符号化渲染、智能化地图整饰等关键技术进行 研究和探索，给出基于a r c o i s 智能化地图输出实现的基本思路、处理方法和案例借鉴。 1 1智能化地图输出 1 1 1地图输出 地理空间数据在地理信息系统中经过处理、分析后，必须以某种可感知的形式输出， 供用户使用。目前，地理信息系统产品输出的主要形式有：地图、图像、统计图表、文 字和多媒体( 刘南等，2 0 0 2 ) 。 l 、地图 地图是空间实体的符号化模型，它遵循一定的数学法则，将现实世界所传递的地理 信息通过概括总结，并运用特定的符号表示在一定载体( 如纸张、计算机显示器) 上， 用以传递地理空间中地物实体的质量、数量和时空特征及其发展变化规律。只要不特别 说明，地图产品皆是指矢量数据形式的地图。 2 、图像 栅格图像通过画面每个细部的明暗或色调来表现周围实体的界限和形态，具有丰富 的表现力。如经过一定整饰的卫星影像和数字航钡4 图像等，可直接作为g i s 产品输出。 3 、统计图 统计图利用图形来表示实体的属性特征及属性问的相互关系，由于采用可视化手 段，使用户对这些信息有全面、直观的了解。它通常被结合到专题地图输出中，表现点 i i 多浙江大学硕士学位论文基于a f i s 的地图输出智能化技术研究 状地物、面状地物( 有时也表示线状地物) 的属性统计特征、属性问相互关系或数量变 化 4 、文字和表格 地理信息系统有时也输出单纯的文字、数字或表格例如，土地管理系统中输出一 段的土地法令、法规文件等。 5 、多媒体 它包括多媒体视频、音频等。如在水利g i s 系统的屏幕地图上用鼠标点击某水库的 符号即可播放该水库的录相资料等。 在上述众多地理信息系统的输出产品中，最常用而且最重要的是地图。地图输出是 空间对象的符号化过程，经过符号化的地图具有可量测性、直观性、精练性和综合信息 一览性等优点，是反映地理事物和现象的时空分布、组合和联系，并揭示其发展变化的 最有效手段( 刘南等，2 0 0 2 ) 。地图输出主要包括以下几个步骤： l 、地图符号库制作 在g i s 系统中实施空间实体符号化首先要建立点、线和面状符号的基本符号库。主 要包括两方面的内容：一是g i s 软件的地图符号制作和符号库的建立；二是用户在g i s 软件平台的符号库、符号工具基础上的符号再制作 2 、空间实体符号化 在矢量g i s 中，点、线和多边形空间实体用位置数据和属性数据来表示，如果不进 行符号化，输出的只是几何的点、线和多边形。因此，无论是屏幕显示还是硬拷贝输出， 必须在点、线或面状地物坐标规定的位置上，绘制出表现该地物某些地理信息的符号文 字。空间对象的这种符号化过程，就是空间实体在地图中以各种地图符号表示出来的过 程，是地图绘制的主要内容。 3 、地图注记 地图注记是地图的基本内容之一，它与地图符号相配合完成地图的功能。没有注记 的地图只能表达空间概念，而得不到要素的名称和某些数量特征。因此，地图上必须有 能够足以说明各制图要素的具体特征与专有名称的注记。注记本身在某种程度上还具有 符号的作用，它不仅能说明所示地物的所在地，而且还能说明事物的数量特征和质量特 征，丰富了地图的内容，协同地图符号完成地图信息的传输功能。概括地讲，地图注记 具有标识各种对象，指示对象的属性和转译等功能。 4 、地图排版 地图排版指地图符号化之后的图幅整饰等工作。一幅完整的地图除了反映地理要素 的线划及色彩要素外，还必须包含与地理数据相关的一系列辅助要素，如图名、图号、 图表拼接、方里网、图例、比例尺、坡度尺、图幅外注记等许多内容。图幅整饰就是对 以上这些辅助要素所进行的操作 5 、输出地图 在上述工作的基础上，最后要对地图进行输出。目前，主要的地图输出方式有三种： 锾扛大学硕士学位论文基于a 鹂l s 的地图辁出智能化技术研究 一种是绘图仪或打印机输出，即硬拷贝输出；第二种是自动制版系统，这时地图输出形 成分色加网软件，以供印刷之用；第三种途径是电子地图( 集) 系统，输出的是电子地 图产品或电子地图集。 本文主要研究的就是上述地图输出一系列过程在a r e ( i s 中的实现与优化方法。即 借助于当前主流的地理信息系统平台与人工智能的先进思想，运用各种扩展措施，实现 特定制图要求的地图输出，并提高地图输出的智能化水平 1 1 2人工智能与知识库 人工智能( a r t i f i c a li n t e l l i g e n c e ) ，是当前新技术革命中十分活跃，具有战略意义的 一门新技术科学。它是自动化发展的必然趋势，是继自动化之后，人类生产和生活中的 又一个技术特征。人工智能研究如何用人工的方法和技术，即用各种自动机器或智能机 器( 主要指计算机或智能机) 模仿、延伸和扩展人的智能。实现某些“机器思维”或脑 力劳动自动化( 郭庆胜等，2 0 0 3 ) 。 在地理信息处理中，很多领域都在使用人工智能技术，例如地理信息的识别、地理 数据的智能分类、地理数据库的挖掘与知识发现、地图智能设计和综合等( 郭庆胜等， 2 0 0 3 ) 。 l 、地理信息的识别与提取技术 地理信息的识别与提取技术主要用于地理数据的采集阶段，我们常用一种图纸读取 系统来实现。2 0 世纪6 0 年代，人们就研究图纸读取技术，主要利用有限的计算机技术 对相对容易的文字识别( o c r ) 进行研究。2 0 世纪7 0 年代以后，图纸识别技术开始引 起人们的注意。1 9 7 2 年m e j 趟等首先提出利用计算机来输入规划图 1 9 7 7 年美国贝尔 实验室的j a r v i s 等开展了对逻辑电路图自动输入方法的研究。目前，世界上已研制成功 的基于扫描图像的地图信息获取系统多采用交互式线划跟踪方法，如日本的m a r i s ( 1 9 9 0 ) 、法国的c i p a l a n ( 1 9 9 1 ) 和美国的t r a c e r ( 1 9 9 3 ) 等。这种地图的数字化 方法具有一定的智能化功能。 2 、地理数据分类的智能方法 在地理信息系统中，经常用到地理数据分类技术，例如土地类型分类、土地等级的 划分、遥感图像的分类等。在这些领域，人工智能技术应用比较广泛。利用遥感数据进 行土地类型的划分一直是人们非常关心的问题，比如，利用专家系统技术辅助土地类型 的划分，利用人工神经网络模型建立更高精度的土地类型分类模型。土地等级划分的专 家系统方法己广泛应用于土地评价，基于知识的遥感图像分类方法已应用在商品化的遥 感处理软件上。 3 ，地理数据库的挖掘与知识发现 随着大规模的数据库不断增加，人们不再满足一般的数据查询和检索，开始利用这 些数据库自动发现新的知识，这项技术被称为数据库知识发现( k d d ，k n o w l e d g e d i s c o v e r yi nd a t a b a s e ) 或数据挖掘( d a t am i n i n g ) 。数据挖掘常用的方法有统计方法、 3 i 参扛大学颈士学位论支基于 ，嘴l s 舶嬗图输出智能化技术研究 基于概括的方法、聚类分析方法、空间关联分析等。 4 、智能化地图设计和综合 地图数据处理中涉及大量的地图知识，这些知识是制作高质量地图的保证。因此， 人工智能在地图数据处理的应用主要表现在如何有效地利用地图制图知识。目前在地图 数据处理中。使用人工智能技术比较多的几个领域是：地图投影选择、地图注记自动配 置，地图符号的设计和配置、地图综合等。国内外在这些方面已做了大量的研究工作， 例如：地图投影选择专家系统、地图注记自动配置专家系统、地图符号化的优化配置技 术、地图色彩的设色专家系统、地图综合智能化系统、多智能体的地图综合系统、智能 化地图设计系统等。但这些大多数是实验性研究，还有待进一步研究和开发。 图1 1 人工智能专家系统基本结构 纵观人工智能在地学及其它领域所取得的丰硕成果，可以认为：人工智能之所以拥 有广阔应用前景，是因为它将人类的知识和经验以知识库的形式存入计算机，运用这些 知识和经验模仿专家解决问题的推理方式和思维过程，对现实中的问题做出正确的判断 和决策。这种方式减轻了专家的重复性脑力劳动，同时使专家的知识和经验得到推广和 保存，具有巨大的潜在功能和经济效益。拥有某一些问题领域的特定知识是实现人工智 能的关键。在人工智能领域中，一般称拥有特定领域知识的程序为“专家系统”。图1 1 显示了专家系统的基本结构。从图中可知，由特定领域的知识和经验组成知识库是专家 系统的基础，实践证明它决定了专家系统能力的大小。 1 1 3 智能化地图输出 提高地图输出的智能化水平具有重要意义。鉴于人工智能技术在地学领域广泛的应 用前景以及人工智能中知识库的核心作用，作者也将知识库的思想引入到本研究中来， 旨在智能化地实现地图输出。图1 2 为实现智能化地图输出的基本研究思路，即利用空 间和属性数据库引擎，从空问数据库、属性数据库、元数据库中获取图形信息与属性信 息，在知识库的引导下，计算机流程化地实现空间信息智能化输出的基本过程，包括可 视域范围的自动确定、空间数据符号自动配置以及地图自动整饰等。 5 江大学硕士学位论文基于枷l s 的地图输出智能化技术研究 1 2 组件及其扩展技术 1 2 1面向对象的组件技术 圈1 - 2 智能化地图输出流程 面向对象方法学是一门认识客观世界的认知方法学，其着眼点是功能的主体和对 象。它将客观世界看成是由许多不同的对象构成的，每个对象都有自己的运动规律和内 部状态，不同对象闻媳相互作用和相互通讯构成了完整的客观世界。封装性、继承性、 多态性是面向对象方法的重要特点。封装是数据与对数据进行操作的方法的结合，封装 后的类就象一个软集成块，无需了解这些基础类中的实现细节，只需了解方法( 类的外 部接口) 的参数和作用，就能很好地使用这些基础类，并在各种适用的场合可重复使用， 这样将减少对象之间的相互依赖，降低了系统的复杂性，提高系统可靠性和可修改性； 继承是一种借用可重用性部件的机制，它是一种强有力的工具，大大降低了开发的复杂 性和费用，并使得系统易于扩充；多态性是允许把同一消息发送给父类及其子类的所有 对象的能力，即允许父类及各子类的对象各自以不同的方式响应同一消息，即“同一接 口。多种方法”。 组件技术继承了面向对象的基本思想，它是指已经编译、链接好并可以使用的二进 制代码模块，每一个模块可以既运行在同一台机器上，也可以运行在局域网、广域网及 5 l 参妊江大学瑗士学位论文基于觚g l s 的地圈输出智能化技术研究 i n t e m e t 上的不同机器上( 余英等，2 0 0 1 ) 。在组件中，最为重要的是接口，接口使得应 用程序和其它组件能与组件进行的功能进行通信。没有接口，组件就毫无用处 目前，接口通信有两大标准：对象管理组织的c o r b a ( c o m m o no b j e c tr e q u e s t b r e a k e ra r c h i t e c t u r e ，公共对象请求中介体系结构) 和微软的c o m ( c o m p o n e n to b j e c t m o d e l ，组件对象模型) 。其中c o r b a 模型主要应用于u n 】d ( 操作平台上，c o m 则主 要应用于w m d o w s 操作平台上。在中国，由于w m d o w 操作平台比u n i x 操作平台更普 及，c o m 的应用更广泛。基于c o m 的组件技术是本文研究的重点。 目前，组件技术在解决软件的重构、重用方面己表现出惊人的能力。使用组件技术 的软件系统功能越来越强大，而系统结构越来越简单，开发速度也越来越快。组件对象 模型将是今后软件系统的主要模式( 潘爱民，1 9 9 9 ) 。 1 2 2 组件扩展技术 传统的面向对象技术主要通过类间的继承达到软件的重用。当父类派生出子类时， 子类继承了父类的成员定义及其实现。这种重用方式是建立在源代码的基础之上的，是 实现继承。实现继承将一个类的实现同另一个类的实现紧紧地捆绑在了一起，使得当父 类或子类的实现发生改变时，相关类的行为出现不确定的现象。 与传统面向对象技术不同的是，c o m 是通过接口继承实现组件重用，从而实现组 件扩展的。接口继承指派生类继承纯虚基类的类型或接口定义，但不继承实现。它采用 两种技术：包容与聚合。通过这两种技术在二进制级上就可实现软件重用( 尹剑飞， 2 0 0 0 ) 。 包容是在接口级进行的，通常外部组件继承和实现内部组件提供的非i - u n k n o w n 接 口，并缓存内部组件相应的接口指针。当外部组件所包容接口的方法被调用时，通过缓 存的接口指针调用内部组件，进而实现接口方法。 当外部组件需利用内部组件的多个接口实现时，采用包容需继承每个包容接口并通 过转发机制实现接口方法。这显得很不方便。聚合是包容的特例，它可以有效地解决这 个问题。外部组件聚合时，并不采用包容技术的继承和转发机制。相反，终部组件直接 把内部组件的接口指针返回给客户。聚合需要内部组件与外部组件相互配合来完成，外 部组件知道它正在聚合内部组件的接口，内部组件也知道自己被包容。 总之，在包容方式下，外部组件通过调用内部组件接口来实现自己的部分接口( 如 图1 - 3 - a ) ；而在聚合方式下，外部组件把内部组件的接口作为自己的接口直接返回给客 户( 如图l - 3 b ) 。两种方式可以混合使用。通过这两种重用模型，可实现组件扩展，设 计自定义功能组件。 l 匦坚盔塑主皇丝堡茎 堇至苎堡婴! 笪丝里簦坐望丝丝垫查受塞 1 2 3c o r n g i s 接口1 接r 1 2 田1 3 包容与泵合重用模型 c o m g i s ( 组件式g i s ) 的出现为集成式g i s 面临的多种问题提供了全新的解决思 路。c o m g i s 平台的核心技术是m i c r o s o f t 的组件对象模型技术。目前c o m g i s 中比较 有代表性的产品有：e s r i 公司的m a p o b j e c t s 和a r c o b j e c t s ，m a p i n f o 公司推出的m a p x ， i n t e r g r a p h 公司推出的g e o m e d i a ，中科院地理信息产业发展中心开发的a c t i v e m a p ，北 京灵图公司开发的三维虚拟现实地理信息系统v r m a p 等。这类g i s 系统提供的是为完 成g i s 系统而推出的各种标准a c t i v e x 控件和类型库( t y p el i b r a r y ) ，使g i s 系统开发 者不必掌握专门的0 i s 系统开发语言，只需熟悉基于w m d o w s 平台并且支持a c t i v e ) ( 控件技术的通用集成开发环境，了解组件式g i s 各个控件( 包括对象) 的属性、方法和 事件，就可以实现g i s 系统。 c o m g i s 的基本思想是把g i s 的各大功能模块划分为几个控件，每个控件完成不同 的功能。各个g l s 控件之间，以及g i s 控件与其它非g i s 控件之间，可以方便地通过 可视化的软件开发工具集成起来，形成最终的( i s 应用c o m g i s 把g i s 的功能适当抽 象， ； 组件形式供开发者使用，这带来许多传统g i s 工具无法比拟的优点，主要表现为： 无缝集成、跨语言使用、易于推广、开发简捷、使用方便、成本低、可视化界面设计以 及i n t e m e t 应用等( 刘光，2 0 0 3 ：王洁，2 0 0 4 ) 。 鉴于组件技术和组件式g i s 上述优势，本论文采用c o m g i s 构建地图输出智能化的 框架体系 1 3a r e g i s 软件平台 1 3 1a r c g i s 概况 e s r i 的a r c g i s 系列是一个全面的，完善的、可伸缩的g i s 软件平台，无论是单用 户还是多用户无论在桌面端、服务器端还是野外操作，都可以通过a r c g i s 构建地理 信息系统。a t c g i s 为部署g i s 应用提供了一系列的基础框架。图1 4 是a r c g i s 9 的体 系结构( e s r l ，2 0 0 4 ) 。 从图中可知，在组件库a m o b j e c t s 的基础上，其客户端产品主要包括： a r c g i sd e n 哪一个专业g i s 应用完整套件，带有大部分a r c o b j e c t s 组件； 国 始 k 聚 扣；。卜瑁潞 5 江大学颈士学位论文基于a r c g i $ 的地圈输出智能化技术研究 a r c e n g i | l e 一为客户化g i s 提供的嵌入式开发组件，封装了核心的a r c o b j c c t s 组件； 服务器g i s - - - a r c s d e 、a r c i m s 和a r c g i ss e r v e r ，包含了服务器g i s 所需的 a r c o b j e z ：t 组件： 移动g i s - - a m p a d 以及为平板电脑使用的a r c g i sd e s k t o p 和a r c e n g i n e 。 图1 4a r c g i s 9 体系结构 a r c o i s 是由一套共享g i s 组件组成的通用组件库实现，这些组件被称a r c o b j e c t s a r c o t , j e c b ( 简称a o ) 包含了大量的可编程组件，从细粒度的对象到粗粒度的对象，涉 及面极广，为开发者集成了全面的g i s 功能。同时，它是一个开放体系，用户可以运用 c o m 组件扩展机制来编写自定义的a r c o b j e c t s 组件，实现特定要求的o i s 功能( e s r i ， 2 0 0 4 ) 。图l 一5 显示了a r c o b j e c t s 在a r c g i s 产品体系中的核心地位。每一个使用 a r c o b j e c t s 建成的a r c g i s 产品都为开发者提供了一个应用开发容器，包括桌面g i s ( a r c o i sd e s k t o p ) ，嵌入式g i s ( a r c g i se n g i n e ) 以及服务器g i s ( a r c g i ss e r v e r ) 。 图1 - 5a r c o b j e c t s 是a r c g i s 的组件基础 由于a r c o b j e c t s 完全c o m 化，并提供了前所未有的灵活性，对于需要进行结构定 制和功能扩展以及独立程序开发的高级应用来说具有非常大的吸引力。a r c o b j e m s 的特 点主要表现在( 刘伟宏，2 0 0 2 ) ： 婴堑盔堂夔主堂堡垒奎董王苎竖垡曼塑丝翌塑当塑丝垡堡婴塑 l 、功能强大 除了支持数据的输入、输出、编辑、显示、专题图制作、分层叠加显示、多种方式 查询等基本o i s 功能外，还提供了大量专业g i s 分析功能：动态分段技术、缓冲区分析、 叠加分析、网络分析、三维分析、栅格分析等 2 、技术先进性与开放性 a r c o b j e c 忸不同于其它任何g i s 平台的组件，它引入了基于工业标准的组件对象模 型，允许将组件插入其他支持c o m 的应用中。对于需要功能扩展和结构定制的高级开 发人员来说，提供了极大方便，而且可以非常方便地与其他信息系统融合，如m i s 、o a 系统，实现资源共享、信息同步。 3 、丰富灵活的空间特征和先进合理的数据结构 除了传统的点线面要素模型外，引入了一种全新的面向对象的空间数据模型，建立 了拓扑关系，同时定义了一些高级空间特征：区域、事件、路径等，对于几何图形的定 义更加清晰、细致，为图形复杂的分析、编辑功能提供支持。 4 、格式广泛的地理数据源 支持的矢量数据格式包括：a r c l n f oc o v e r a g e 、g e o d a t a b a s e 、c a d d a t at y p e s ( d g n 、 d w g d x f 、v f p ) 、p ca r c i n f oc o v e r a g e s 、s d e 3 0 2l a y e r s 、a x c s d e8l a y e r s 、s h a p e f i l e s 、 a r ct i n ；支持的栅格数据包括：b i l 、b 1 p 、b m p 、b s q 、e r d a sg i s 、e r d a sl a n 、 p e g 、m r s i d 、t i f f 、e r d a sm 俄g 矾e 、e s r ig r i d 、a d r g 、g i f ( 需要l z w 许可) 。 在a r c g i s 9 x 中，e s r i 进一步丰富a t c o b j e a s 组件库，并将a r c o b j e c t s 组件按不同 的功能分类进行重新组织封装( 见表1 1 ) ，形成a r c e n g i n e 组件库。a r c e n g i n e 组件库 既可内嵌于a r c g i s 9 客户端桌面产品中，又可独立于桌面应用产品，作为嵌入式开发环 境独立为开发人员使用，可供开发者选择的余地更大。目前，在a r e g i s 9 1 的a r e e n g i n e 组件库中，已有9 9 1 个e n u m ，3 7 个s t r u e t ，3 9 8 6 个i n t e r f a c e ，3 0 5 1 个c o c l a s s 。 表1 - 1a r c e n g i n e 组件库 露鬻粼糊溅黧& 瑟骐辫弼鬻嚣篱鬻鬻嬲躜辫磺勰磷驾璃；x ：与o ；= o # 嚣。f 毫燃霉勰鬻嚣霹潞 隧瀚 c a r t o 、c o n t r o l s ，d a t a s o u r c e s f i l e 、d a t a s o u r c e s g d b 、 d a t a s o u r c e s o l e d b 、d a t a s o u r c e s r a s t e r 、d i s p l a y 、g e o a n a l y s t 、g e o d a t a b a s e 、g e o d a t a b a s e d i s t r i b u t e d 、g e o m e t r y 、g i s c l i e n t 、 静二 j i 一；i 、，? + ? 譬i8 二舔l o c a t i o n 、n e t w o r k a n a l y s i s 、o u t p u t 、s e r v e r 、s y s t e m 、s y s t e m u i 黼i o n s 。： ，。j 。霉漓鹾壤麓蓉 3 d a n a l y s t 、o l o b e c o r e 。渤委潺熬i溶”0 蝴a 凌薅 察j ? 。? 潮弱夔瓣蘸麟n e t w o r k a n a l y s t 巍蘸 s p a 血l a n a l y s t 篓纛纛渊竣纛鬟 t 3 3a r c g i s 地图输出基础 a r c g i s 地图输出的功能强大。在a t c g i s 中，可实现地图符号库制作、符号匹配渲 9 ! 墅塑坚盔堂塑主竺垡迨塞薹至! 墅! 塑垫里垫些堡丝垡垫查塑塞 染以及地图自动标注等。但是作为平台软件，a r c g i s 在某些具体的应用中，显得不够 智能，效率也不高。例如，a r c g i s 中以地图文档的方式来保存渲染信息，每当重新打 开一个地图文档，原来的渲染信息就会丢失，需要重新进行渲染配置。如果地物类型比 较复杂，其重复的工作量就会更大。再比如，a r c g i s 不提供图幅结合表的功能。用户 只能通过文字要素与图形要素的结合，手动地构建。本研究利用a r c g i s 在地图输出方 面优势，结合实际应用，运用扩展措旅，提高具体制图领域的地图输出的智能化水平( 详 见第2 、3 、4 章) 。这里从地图输出的整个过程( 空间数据组织专地图符号库制作专符 号化专整饰) 来探讨a r c g i s 所提供的地图输出基础。 首先从地理空间数据组织上看，基于面向对象的g e o d a t a b a s e 数据组织模型的服务 器端产品a r c s d e ，支持海量的、连续的空间数据存储和数据建模，是地图输出的基础。 a r c s d e 采用空间索引和空间坐标整量化，可以快速地查找出指定区域的数据子集，实 现了海量数据的高效存储与访问。 其次是地图符号库制作。作为a r c g i sd e s k t o p 重要组成部分的a r c m a p 拥有完整的 符号管理系统，用于不同类型的图例符号，地图要素、标注类型、色彩方案、坐标系统 等的统一管理。它提供了多种多样的图式符号库，而这些图式符号库中包含了编制各种 不同类型地图所需要的大量图例符号和相关要素，可以帮助编制符合相应标准或规范的 地图符号库。如果系统提供的图式符号库不能满足需要，在a r c m a p 中可以根据需要随 时修改现有的图式符号库，也可以建立自己专用的地图符号库。 最后是地图输出的实现，即符号化与地图布局排版整饰。a r c e n g i n e 的c a r t o 组件 库是a r c g l s 地图可视化输出的组件库，包含了地图要素( m a p e l e m e n t ) 、地图及页面布 局、地图整饰( m a ps u r r o u n d ) 、地图格网( m a pg r i d ) 、渲染器( r e n d e r e r ) 、标注( l a b e l i n g ) 、 注记( a n n o t a t i o n ) 、度量( d i m e n s i o n ) 、图层( l a y e r ) 等用于地图制图的各类组件与接 口。通过调用c a r t o 组件库以及相关组件库的接口，能基本实现地图输出。然而，其对 于中国特殊要求的制图表达要求( 复杂符号渲染、图幅结合表等) ，必须辅以扩展措施 才能很好地实现( 详见第3 、4 章) 。 1 4国内外现状与研究内容 1 4 。1国内外现状 根据文献查新结果可以发现，从整体角度探讨地图输出智能化技术的较少，但对于 智能化地图输出各项关键技术国内外学者都有类似或相近的研究，而且研究方法和研究 成果都各具特色。 在g i s 地图可视化、地图输出领域，高俊、王晓延结合地理空间数据的特点，研究 了地理空间可视化的完整体系与实现过程( 高俊，2 0 0 0 ：王晓延，2 0 0 3 ) 。秦建新等从 认知学的角度探讨了地图可视化的研究框架及其在g i s 中的应用( 秦建新等，2 0 0 0 ) 。 瓯扛大学硕士学位论文基于a r c g i s 的地图输出智能化技术研究 赵军喜等总结g i s 中地图输出的特点，并对地图输出过程中的关键技术问题加以总结 ( 赵军喜等，2 0 0 1 ) 。在地图输出的地图符号库中。王伟等研究了基于c o m 技术的地图 符号库结构的设计与实现( 王伟等，2 0 0 2 ；谈晓军等，2 0 0 3 ) 。罗庆洲等在常用g i s 软 件中对地图符号的自定义作了尝试( 罗庆洲等，2 0 0 3 ；牛芩涛等，2 0 0 3 祁华斌等，2 0 0 3 ； 于雷易等，2 0 0 4 ：刘丙方，2 0 0 4 ) 在符号配置领域中，吴小芳等对地图可视化中符号 配置进行研究( 吴小芳等，2 0 0 6 ) 在人工智能领域，陈步英结合人工智能的发展现状，对人工智能在多领域中的应用、 发展和展望进行论述( 陈步英，2 0 0 5 ) 。林清夫等分别在c a d 二次开发、系统构建、土 地利用建库、智能交通等领域对人工智能技术展开研究( 林清夫，2 0 0 4 ：赵天玉，2 0 0 5 许贵林等，2 0 0 4 ；朱茵等，2 0 0 4 ) 。郭庆胜等尝试将人工智能与专家系统引入地理信息 领域，实现智能化的地理处理的解决方案与展望( 郭庆胜等，2 0 0 3 ) 。 在组件式g i s 与基于a r c o b j e e t s 进行组件开发领域中，宋关福、钟耳顺阐述了组件 式g i s 的研究与开发问题( 宋关福等，1 9 9 8 ) 。尹建忠等分别在土地资源管理、湿地三 维显示、房地产三维导购、校园g i s 等可视化角度对a r c g i s 的应用作了尝试( 尹建忠 等，2 0 0 3 ；韩敏等，2 0 0 4 ；杨朝辉，2 0 0 1 ；张正祥等，2 0 0 4 ) 。童兆国等对基于a r e o b j e c t s 的组件式g i s 开发技术做了深入的剖析，并给出了研究实例( 童兆国，2 0 0 5 ；赵万峰等， 2 0 0 4 ；王洁，2 0 0 4 ；廖凌松等，2 0 0 2 ；卢小平等，2 0 0 3 ；张正祥等，2 0 0 4 ：邓小军等， 2 0 0 4 ) 。卢毅敏等结合福建省政务信息共享平台中空间信息服务的需求，提出了一套基 于a r e o b j e c t s 的空间信息可视化表达设计及实现方案( 卢毅敏等，2 0 0 3 ) 。 综上所述，目前智能化地图输出的研究还不够全面。为满足应用上的迫切需求，本 论文运用人工智能知识库思想，结合a r c o b j c o t s 组件扩展手段，在技术上紧跟国际动态， 有效地提高了地图输出的智能化水平。 1 4 2研究内容 本文在a r c g i s 的地图输出项目研发工作的基础上，对于智能化地图输出的实现进 行探索性研究。主要目标是：引入地理信息系统与计算机科学中的先进技术，提高地图 输出的智能化水平。 本文的研究内容具体包括以下几个方面： ( 1 ) 探讨制图知识库的组成及其构建方法，构建制图知识库。主要包括：分析知 识表达策略及知识库基本组成，研究制图知识库构建技术。 ( 2 ) 剖析a r c o b j e c t s 组件开发技术，包括觚o 巧e 啦基本编码技术和a r c o b j e c t s 组件扩展技术。 ( 3 ) 在制图知识库与a r c o b j e c t , s 组件开发技术支持下，探讨智能化地图输出的实 现方法。对于a r c g i s 体系下，无法解决复