基于GIS的歷史地圖集符號庫設計方法探討

李海萍，王 欣，華林甫

（1.中國人民大學，北京 100872）

基于GIS的歷史地圖集符號庫設計方法探討

李海萍1，王 欣1，華林甫1

（1.中國人民大學，北京 100872）

以清代歷史地圖為例，參照國內現有的地圖符號標準，研究并設計了基于GIS的清代歷史地圖符號庫。重點討論了點狀、線狀和面狀符號的實現方法，可以為其他專題地圖符號庫設計提供參考。

地理信息系統；專題地圖；符號設計方法；清代歷史地圖集

歷史地圖是眾多專題地圖中最常見的一種形式，使用的符號主要用于反映所處的歷史時代的特點。除了常規地圖要素外，還包含一些現代地圖中所不存在的要素，需要用戶自行設計。目前，我國尚沒有歷史地圖符號樣式的標準和符號庫體系，相關行業所使用的歷史地圖符號庫，在表達方面也存在較大的差異。與此同時，現有歷史地圖所采用的符號，尤其是古地圖，大多是前人手繪而成，無法滿足現代歷史地圖對符號的系統性要求，因此，對歷史地圖的符號規范進行系統研究十分必要。

本文針對清代歷史地圖編制的符號需求，探討了基于地理信息系統的符號設計原則和方法，對其他歷史地圖及其符號設計和應用具有重要參考價值。

1 基于地理信息系統的符號設計方法

現有的數字地圖制圖軟件主要分為傳統地圖制圖軟件和地理信息系統地圖制圖軟件2大類。傳統的地圖制圖軟件以AutoCAD、Illustrator、CorelDraw等為代表，但這些系統在空間信息的操作及表達方面卻難以很好地體現地圖的科學價值與使用價值。隨著地理信息系統技術的日益成熟和不斷發展，如ArcGIS、MapInfo、MapGIS等商用地理信息系統軟件，這些軟件以其強大的制圖功能和廣泛的用戶群而逐漸取代了傳統的制圖軟件，成為當前專題地圖制圖領域的重要技術手段[1-4]。

針對歷史地圖符號庫的特點，本文采用ArcGIS中的Style Manager模塊與造字軟件相結合的方法，對一些歷史要素符號進行設計，并根據符號的幾何性質，分別對點、線、面3種符號類型的設計方法進行論述。

2 清代歷史地圖的符號庫設計

2.1 符號庫設計的基本原則

參照我國《地圖符號庫建立的基本規定（CH/ T4015-2001）》[5]，歷史地圖符號庫創建的基本原則應包括以下幾條：

1）應參照現有的地圖圖示。我國已制定了部分地圖符號的國家標準，如地形圖圖式等，因此，在進行專題要素的符號設計時，應參照已有的行業規定或慣例符號。

2）圖案化。對要素的形象素材進行概括綜合，包括整理、夸張和變形，以形成比較簡單的規則化圖案，同時把最基本的特征表現出來。因此，設計的符號在構圖上應具有一定的規律性并做到規格化，以正確表現對象的質量、數量特征以及相互間的關系特征，以便于統一規格、區分等級和精確定位，也便于繪制和復制。

3）象征性。盡管符號和對象之間的人為關系可以通過圖例說明強制實行，但歷史地圖中的要素具有很強的時代特征，很多地物名稱較為生僻，為使符號易于理解，應強調符號與對象間的自然聯系，利用人們看到符號便產生聯想的心理活動，在設計時盡量保留要素的形象特征，包括外形、結構特點以及顏色等的相似性，對非具象的要素則盡量選擇與其有密切聯系的形象作為符號設計的素材。

4）清晰性。符號清晰是地圖易讀的基本條件，每個符號都應具有良好的視覺效果，因此，在設計時應保證符號簡潔明了、對比度適中和結構緊湊，以增強其感知效果。

5）系統性。符號群體間應具有內在的相互關系和邏輯關系，以保證符號能夠相互配合使用。因此，在設計時要與其所指代對象的性質和地位相適應，在形式上表現出地圖內容的分類、分級、主次、虛實等關系。不同比例尺和專題內容的地圖對符號的要求往往不同，因此，符號多采用矢量形式，以控制其在不同比例尺和專題地圖中的形態大小和顯示。以清史地圖為例，在普通圖中，京師、省級、府級和縣級治所的顯示較突出，在專題圖中，炮臺、驛站、窩集等要素則需要突出顯示。

6）可擴充性。符號庫建立后，應允許用戶自行修改其中的任意符號，包括圖形、大小和顏色等，同時還可以刪除舊符號、增加新符號等，因此，符號庫應是可擴充的。

2.2 清代歷史地圖的符號庫設計

由于已出版的歷史地圖較少，因此，清史地圖符號庫的設計，主要參照譚其驤主編的《中國歷史地圖集》中一些符號，對于譚圖中沒有給出的較特殊符號，采納相關專家的意見，自行設計。

點、線、面符號的空間維度不同，在設計方法上具有較大的差異性，根據符號的幾何特性，將整個符號庫分為點狀、線狀和面狀3個子庫，分別設計。

2.2.1 點狀符號設計方法

點狀符號用于表示不隨比例尺變化的小面積地物和點狀要素，一般放置在要素的定位點上[6]，清史地圖中需要專門設計的特殊點狀符號包括卡倫、塘汛、古戰場等。

ArcGIS中，對于簡單的點狀符號，可以通過不同符號的疊加并修改大小、間距、旋轉角度等視覺變量的值來實現。例如煤礦符號的制作，選擇Character Marker Symbol后，在ESRI默認的符號庫中選擇長方體，旋轉90°后就可以實現；普通聚落、關隘等這些簡單的幾何圖形可以直接在系統提供的符號庫中找到。

對于那些具有一定象形特征的符號，如炮臺、窩集和行宮等，其結構相對來說比較復雜，ArcGIS軟件所提供的符號編輯器無法直接制作，因此，在設計時選擇了調用字體符號的方式來制作。這種方法比較適用于具有特殊形態的復雜點狀符號。

字體符號不隨符號自身的縮放而失真，且True Type字體所占用的存儲空間比圖片等其他格式小很多，不論簡單的還是復雜的圖式符號都可由直線和曲線所圍成，并簡便地進行各種編輯操作。圖1所示的是利用造字軟件的字體符號進行窩集符號的制作過程。

值得注意的是，將造字軟件制作的字體文件導入到ArcGIS的符號特征編輯器（Symbol Property Editor）中后，所設計的符號并非最終直接采用的符號，仍需對其顏色、大小、位置和角度進行調整，使之在地圖上的顯示更加協調美觀。

通過上述點狀符號的設計方法，建立了清史地圖的點狀子符號庫，見圖2。

圖1 調用字體文件制作窩集符號

圖2 點狀子符號庫

2.2.2 線狀符號設計方法

線狀符號是長度依比例尺而寬度不依比例尺變化的符號，用于表示呈線狀或細條帶狀延伸的地物，還可表示點狀和面狀符號的外輪廓邊界[6]。

ArcGIS中，對于一些簡單的線狀符號，可以直接由線狀符號嵌套組合而成。對于復雜的線狀符號，一般需經過2個步驟實現：先把復雜的部分做成點狀符號，然后再由點狀符號直接組成線狀符號，或與其他線狀符號進行疊加。在清史地圖中，國界、省界、府界、柳條邊等線狀符號大多都是通過疊加、嵌套完成的。圖3所示的分別為縣界、堤堰和長城的制作過程。

圖3 縣界a、堤堰b和長城c的制作過程

需要注意的是，在進行多個線狀單元疊加的過程中，在直線處可以很好地沿著的線的走向，但在線的拐彎處則會脫離線，發生偏離。若采用線狀單元和點狀單元相疊加的方式，則不存在這個問題，在線的拐彎處也能很好地擬合到線上，原因是被疊加的線狀單元中，其元素之間的位置關系已經確定，因此在賦予線狀地物時它們之間只能是按照一定的位置關系，即如果在一個線狀單元中的2個元素之間線發生彎曲，則另一個元素就不能擬合到線上。后者將每一個點狀元素單獨作為一個線狀單元，即它們之間沒有固定的位置關系，在賦予線狀地物時，它們會按照線狀地物的走勢排列。因此，在制作線狀符號時應充分考慮線狀地物會發生彎曲等特征，盡量避免組合線狀單元。

2.2.3 面狀符號設計方法

面狀符號是依比例尺變化的符號，用來表示面積較大的地物，它通常有一條封閉的輪廓線，多數面狀符號是在輪廓線內配置點狀符號、繪陰影線或者涂以顏色[6]。

ArcGIS中，一般的面狀符號都可以通過點狀符號、線狀符號或面狀符號組合而成，例如湖泊，其符號可以直接選擇Simple Fill Symbol，然后選擇相應的填充顏色和外邊界線條的粗細及顏色即可。再如鹽場，其符號則需要通過將線狀符號填充到面狀符號中實現，見圖4。

圖4 鹽場符號的制作圖

需要注意的是，若使用點狀符號填充，因為要使點狀符號成一定規律進行配置，所以就應該使用多層點狀符號進行疊加，這就需要在不同層中設置相同的間距和不同的偏移量。

3 符號庫的集成和調用

當點、線、面3個子符號庫均建立完成后，還需要將整個符號庫保存為符號庫文件，以方便制圖時直接調用。若在其他電腦上使用，需要先將字體文件安裝到本地的字體（Fonts）文件夾中，之后再導入符號庫文件才能進行調用。

在ArcGIS系統中，符號庫文件的擴展名為.style，因此，將制作好的符號庫文件命名為Qing.style并保存至ArcGIS安裝路徑的style目錄（:Program Files ArcGISStyles）下。

在調用時，打開ArcMap中的Style Manager工具，將Qing.style加載（Add）到styles列表中，然后將其設置為缺省的符號庫，以后每次符號渲染的時候點擊某個圖層，在Symbol Selector中所顯示的就是當前的符號庫，如圖5所示。

圖5 Symbol Selector中顯示的缺省符號庫

通過上述設置，最終完成了專題符號庫的建立和在系統中的加載及調用過程，其他用戶在制作不同專題的歷史地圖時，均可以根據專題地圖的制圖需求方便地使用該符號庫。

4 結 語

基于現有GIS軟件系統進行清史地圖符號符號設計，不僅能夠提高專題地圖及地圖集制作中符號化的效率，減少重復性工作，同時也能方便實現各種符號的等比例縮放，解決了簡單地圖符號失真的困擾，最終保證不同圖幅間整體的協調性和系統性。

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[4] 魏昌盛,陳維鋒,黃丁發,等.基于ArcGIS 建立地震救援現場地圖符號庫[J].地理空間信息,2012,10(4):18-19

[5] CH/T4015-2001.地圖符號庫建立的基本規定[S].

[6] 薄偉偉.基于ArcMap的地圖符號設計與研究[J].地理空間信息,2006,4(2):70-72

[7] 胡鵬,黃杏元.地理信息系統教程[M].武漢:武漢大學出版社,2002

[8] 鄔倫,劉瑜,張晶,等.地理信息系統——原理、方法和應用[M].北京:科學出版社,2002

[9] 歷史地理學研究的新探索與新動向——慶賀朱士光教授七十華秩暨榮休論文集[M].西安：三秦出版社,2008

P208

B

1672-4623（2015）01-0171-03

10.3969/j.issn.1672-4623.2015.01.057

李海萍,副教授，主要從事環境地學、資源與環境遙感應用、地圖學與地理信息系統等相關教學與科研工作。

2013-10-29。

項目來源：國家社會科學基金重大資助項目（12&ZD146）。