GIS中地图符号设计方法的研究

摘要：根据地理要素的几何特征，可将地图符号分为点状符号、线状符号和面状符号。该文通过地图符号的特点进行分析，剖析地图符号的结构形式，探讨地图符号的组织方法。在此基础上研究了点、线、面状符号的设计思路，给出了地图符号的一般设计方法。

关键词：地图符号；结构；设计

中图分类号：G255.4文献标识码：A 文章编号：1009-3044(2011)19-4687-02

Reserch of Map Symbol Design Meoth in Gis

ZHANG Ming-wang

(Sichuan Police College, Luzhou 646000, China)

Abstract: According to the geometric characteristics of geographic features, map symbols can be divided into point symbols, line symbols and area symbols. This paper analyzes the characteristics and structural forms of map symbols, to explore its organization. On the basis of a point, line, area symbols design ideas, this paper gives the general map of symbol design.

Key words: map symbols; structure; design

地图符号是地图的语言，是构成地图的基本元素。GIS 将空间数据以点、线、面的几何形式划分为点、线、面状符号，各种符号的结构都不尽相同。由于各类符号最终都可以分解为多种基本图元，因此，地图符号即由基本图元组成，而对于地图符号的设计，则可看成是对基本图元按某种方法的组合。

1 地图符号的分类

地图符号由形状不同、大小不一、色彩有别的图形和文字组成，由于现实世界中要表示的事物数量种类繁多，所以需要的地图符号也很多，那么如何更好的设计这些地图符号就显得很重要。根据符号的几何特征可将地图符号分为点状符号、线状符号和面状符号三类[1]。

1）点状符号：在地图上当符号所代表的概念能在抽象的意义下可以认为是几何上的点时，则被称为点状符号。点状符号具有定位特征并且其大小与地图的比例尺无关。

2）线状符号：在地图上当符号所代表的概念能在抽象的意义下可以认为是几何上的线时，则被称为线状符号。线状符号有方向性并且与地图比例尺有关。

3）面状符号：在地图上当符号所代表的概念能在抽象的意义下可以认为是几何上的面时，则被称为面状符号。面状符号所处的范围同地图比例尺有密切的关系。它通过其轮廓线来表示物体的分布范围。

2 地图符号结构组织

地图符号是由基本图元经组合而成的复杂对象。根据地图符号的分类以及符号设计的基本要求，可以将符号分解为以下五种基本对象类：矩形类（直线、矩形、园、椭圆、正多边形等）、折线类（多边形、曲线等）、圆弧类（圆弧、扇形、弦形等）、注记类、位图类。图1就是基本图元的设计。

2.1 点状符号结构组织

点状符号是用来表示某定位点上不依比例尺变化的小面积地物和点状地物，表示其定位点上的地图信息的地图符号。如水塔、烟囱等符号。点状符号的主要视觉变量是形状、尺寸和色彩。形状和色彩表示点状地图符号的质量差别，尺寸表示其数量差别。形状变化是点状符号的主要表示方法。对于点状符号，有如下特点[1]：

1）点状符号形体相对较小。

2）点状符号都有准确的定位点和方向性。

3）点状符号固定，不随它在地图中的位置变化而变化。

4）点状符号大小不随比例尺的大小变化而变化。

5）点状符号比较规则，能用简单的几何图形构成。

根据点状符号的特殊性，对点状符号则可由规则的图元经过简单组合得到。

2.2 线状符号结构组织

线状符号主要的视觉变量是形状（即符号单元）、尺寸和色彩。线状符号单元由基本图元组成，绘制一条线状符号就是沿地物的定位线重复绘制为该线状要素定义的线状符号单元。

线状符号的符号单元是线状符号的的最小重复单元，它由各种图元组合构成。对于线状符号，有如下特点[2]：

1）线状符号都有一条无形或有形的定位线。

2）线状符号单元可以看作由若干图元组合而成。

3）线状符号是线状符号单元沿着定位线的前进方向循环填充而成。

4）构成线状符号的符号变量一般是形状、色彩、尺寸和图案。形状和色彩变量用来表示物体的质量差别，尺寸变量用来表示物体的数量差别。

由于线状符号是由线状符号单元经循环填充得到的，因此，线状符号的设计就是线状符号单元的设计，而线状符号单元是由基本图元经组合得到的。

2.3 面状符号结构组织

面状符号用来表示二维地理空间上依比例变化且以面状分布的地理要素，它是一种能按地图比例尺表达出面积的、说明地物性质与数量的符号。面状符号的主要视觉变量是色彩和填充符号。色彩变化用以区别面状符号的属性，确定面状符号的所属类别。填充符号变化用以表示同一类别中的不同地图符号对象。对于面状符号，有如下特点[3]：

1）面状符号一般有一个封闭轮廓边界线，这个边界线可以是有形的也可以是无形的。

2）面状符号的面积和范围都是随地图比例尺变化而变化。

3）为区别边界线范围内的对象，在面状符号边界线范围内填充不同的点符号、线符号、位图或颜色来区分。

面状符号一般由边界线和填充图形构成，其中边界可以用线符号进行描述，填充图形可以用晕线、点状符号、位图等来描述。

3 地图符号的设计

通过对点、线、面状符号结构组织的分析可知，地图符号都是由基本图元构成的。因此，地图符号的设计即为基本图元的组合方法的设计，而图元一般包含以下几种：直线、矩形、园、椭圆、正多边形、星形、折线、曲线、圆弧、扇形、弦形、注记、位图、点、线段、折线、样条曲线、圆弧、三角形、矩形、多边形等。

3.1 点状符号的设计

由于任何点状符号都可以通过基本图元来组合得到，所以图元是点状符号的基础，因此点状符号的设计重点在于如何将各种基本图元组合成一个复杂的点状符号。

以某定位点为基准将图元进行合理的组合，基本上可以构造出地图中所有的点状符号。如图2所示，水塔符号由四条直线段图元和一个填充矩形图元组成，古塔符号由三条直线段和一个填充三角形组成。

为了设计出理想的点状符号，还应遵守一定的原则并掌握一些技巧：

1）明确各图元的定义参数。对于每种图元，要用最节省存储空间的参数来定义各图元，同时也要有利于图元的绘制。

2）选择最少数量的图元。要尽量选择最少数量的图元，以利于点状符号的设计和点状符号库的管理。

3）点状符号设计时应有统一的坐标系。各个点状符号的定位点坐标都是以这个统一坐标系为标准。

3.2 线状符号的设计

线状符号的设计是GIS中的难点，目前对于线状符号的绘制，一般分为以下三种：

1）纯函数绘制：按符号表示的地物种类进行分类并为每一类符号写一个绘制函数。采用纯函数实现符号的绘制速度较快，但其缺点是符号可编辑性和维护性差。一旦符号确定下来，用户要做大量修改将十分困难。

2）纵向叠加图元法：该方法利用线状符号纵向的可分解性，将线状符号拆分为多个基本符号单元。在绘制线状符号时，只须按顺序分别从符号的起点到终点绘制出各单元符号，这样就完成了图元的纵向叠加，实现了线状符号的绘制。所以，此方法的线状符号设计即为符号单元的设计。如图3所示的铁路符号，可以先从起点到终点连续两次绘制完铁路的边线单元，再从起点到终点绘制铁路的矩形填充符号。

这种算法的优点在于它将符号拆分为基本符号单元，用户对预先给定的这些单元符号进行排列，就能够组合成所需要的符号。但这种方法需要记录各符号单元之间的相对位置，从而确定各符号单元之间的位置依赖关系。否则，单纯的从起点到终点重复绘制，就会出现符号单元之间的错位、重叠、压盖等失真现象。

3）横向循环填充符号单元。这种方法是将线状符号分解成定长符号单元沿着定位线重头到尾循环填充形成的，大多数线状符号都可以通过一个基本符号单元沿着定位线周期性填充而成，此方法的重点是要设计出正确的符号单元。如图4所示，铁路符号可分解为一个黑色圆角矩形和白色矩形组成的符号单元。

以上三种线状符号绘制思路各有其优缺点和适合范围，在线状符号设计时可以根据具体情况单独使用，也可以把这三种方法进行组合使用，从而绘制出更多的复杂线状符号。横向循环填充符号单元方法可以用于绝大多数线状符号的绘制，对于简单线符号用纵向叠加比较适合，对于那些无法用符号单元来描述的符号，可以用纯函数绘制法来绘制。

3.3 面状符号的设计

面状符号主要由边界线和填充符号组成，填充符号的不同代表了面状符号的不同。如用均匀分布细点的网纹表示平沙地，用水平短线组成填充符号表示可通行沼泽。把面状符号可以分为三类，如图5所示。

1）颜色填充面状符号，即在面状符号的轮廓线内填充不同的颜色。

2）晕线填充面状符号，即在面状符号的轮廓线内填充不同的晕线。晕线的形状分为平行状和网格状，每种形状都可以调整晕线的角度。

3）点符号填充的面状符号，即将点状符号按一定的排列方式来填充面域。排列方式有：井字形、品字形和散列式。实现的方法是先根据填充点符的间隔距离，求出点状符号的定位点坐标，然后在定位点上绘制该点符号。

另外，不同的面状符号的边界线是不同的，因此，边界线的设计可以选择不同的线型。根据以上分析，面状符号的设计即可划分为边界线的确定及填充方式的确定，而填充方式又可分为颜色填充、线符填充、点符填充。

4 结束语

本文分析了地图符号的组织方法，在此基础上分析了点、线、面符号的结构形式。在地图符号的设计过程中，本文描述了各类地图符号的设计方法，其中，线状符号和面状符号的设计方法是难点，本论文对此做了深入的设计方法研究。

参考文献：

[1] 孙庆辉,赵军喜,周海燕.GIS中地图输出对符号库建立的影响[J].测绘通报,2000(10):78-80.

[2] 赵江宏,殷赣华.通用地图符号库的算法设计及其实现[J].测绘通报,2002(4):79-80.

[3] 吴立新,刘纯波,陈桂茹,崔志琳.地图符号库的面向对象技术与引用接口设计[J].矿山测量,1999(1).

[4] 车森,吴明光,程越.高精度地图符号编辑器的设计与实现[J].测绘科学技术学报,2006(12):418-421.

[5] 吴明光,闾国年,陈泰生.点状地图符号数据结构同化研究[J].武汉大学学报,2011(2):219-242.

注：本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文