在線專題地圖集內(nèi)容與符號的尺度變換

劉海燕，龐小平，黃洪纖，郭 琦，張 疊

(武漢大學(xué)資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，湖北武漢430079）

在線專題地圖集內(nèi)容與符號的尺度變換

劉海燕，龐小平，黃洪纖，郭 琦，張 疊

(武漢大學(xué)資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，湖北武漢430079）

經(jīng)典制圖綜合的理論與方法在在線專題地圖集的設(shè)計中賦予了新的內(nèi)涵，尺度變換下在線地圖集的內(nèi)容與表達(dá)的合理變換是在線地圖集設(shè)計的關(guān)鍵技術(shù)之一。論文基于靜態(tài)瓦片地圖模型和實時渲染地圖模型探討在線專題地圖集內(nèi)容變換與符號變換的方法與實現(xiàn)，以期為自動綜合下的多尺度表達(dá)實現(xiàn)提供依據(jù)。

在線專題地圖集；內(nèi)容變換；符號變換；制圖綜合

隨著電子技術(shù)的發(fā)展，電子地圖成為現(xiàn)代表現(xiàn)地理現(xiàn)象和空間信息的新工具。電子地圖是利用計算機(jī)技術(shù)、以數(shù)字方式存儲，并基于屏幕顯示和查閱的地圖。而在線地圖又稱網(wǎng)絡(luò)地圖，是指在萬維網(wǎng)上瀏覽、制作和使用的地圖[4]。在線專題地圖集同時兼有了電子地圖和網(wǎng)絡(luò)地圖的鮮明特點，它集時效性、交互性、無級縮放性、信息容量大等優(yōu)勢于一體，通過相關(guān)技術(shù)將地圖數(shù)據(jù)庫中的地理信息與專題信息發(fā)布到互聯(lián)網(wǎng)上，為用戶提供查詢、分析等功能。

傳統(tǒng)地圖集的統(tǒng)一協(xié)調(diào)性是指圖集在總體設(shè)計、地圖內(nèi)容、符號系統(tǒng)、整飾方法、基礎(chǔ)底圖等方面的統(tǒng)一協(xié)調(diào)。而在線地圖集在大信息量、交互性、多尺度表達(dá)、數(shù)據(jù)的存儲與顯示相分離等條件下，又增加多尺度條件下地圖數(shù)據(jù)庫、尺度變化、地圖內(nèi)容與符號變換的統(tǒng)一、協(xié)調(diào)等內(nèi)容。

論文結(jié)合城市在線動態(tài)專題地圖集的設(shè)計與實現(xiàn)，探討在不同表現(xiàn)尺度下地圖集的內(nèi)容、表示方法、地圖符號等的變換，以及針對不同地圖數(shù)據(jù)模型的實現(xiàn)方法。

1 在線專題地圖集的內(nèi)容變換

在線專題地圖集的內(nèi)容變換是應(yīng)電子地圖多尺度表達(dá)和地圖用戶的需求而產(chǎn)生。在線專題地圖集的內(nèi)容組織形式上要比傳統(tǒng)地圖集多一個層次。在內(nèi)容組織結(jié)構(gòu)上，傳統(tǒng)地圖集為地圖集--圖組--特定比例尺圖幅；在線專題地圖集則為地圖集--圖組--圖幅--圖幅多尺度表達(dá)。不同比例尺間的縮放，必然導(dǎo)致內(nèi)容的變換。另一方面，不同讀者對象及其不同用途目的也要求地圖能夠適時滿足其對內(nèi)容和詳細(xì)程度的需求。

專題地圖依據(jù)表示方法可概括為類型圖（區(qū)劃圖）和統(tǒng)計類地圖。類型圖通常是用來表示自然現(xiàn)象的定性專題地圖，往往要表示出這些現(xiàn)象的分布范圍和多級分類系統(tǒng)。類型圖（區(qū)劃圖）的內(nèi)容變換主要表現(xiàn)為分類的改變或表示的分類級別層次的改變。其內(nèi)容的多少和分類的詳細(xì)程度決定在線地圖表達(dá)的變換等級數(shù)n：

N1為最大比例尺類型圖上主題內(nèi)容分類等級數(shù)，M1為最小比例尺類型圖上主題內(nèi)容分類等級數(shù)。等級個數(shù)一般為2的倍數(shù)，即在兩級之間保持比例尺不變，圖幅內(nèi)容不變，僅僅進(jìn)行了圖面放大或者進(jìn)行適當(dāng)?shù)木C合，可以使用圖者更清楚地觀察圖幅中所表示的要素。在一般情況下，通常將在線地圖分為6到8級就可以比較清楚地表示，不同級別間內(nèi)容的轉(zhuǎn)換實際上是制圖綜合的過程。統(tǒng)計類專題地圖通常用于社會經(jīng)濟(jì)現(xiàn)象的統(tǒng)計制圖，其內(nèi)容變換主要表現(xiàn)為統(tǒng)計精度的變換、即統(tǒng)計單元的變換、分級的改變、指標(biāo)組合變換以及圖型的變換等。

專題地圖按圖型可概括為解析型、組合型和綜合型[2]。解析型表示單一要素或要素的單項指標(biāo)(如氣候要素中的降水量指標(biāo))，它采用的是原始的單一數(shù)據(jù)，在專題圖上常采用單一的表示方法表示，可以由數(shù)據(jù)庫直接生成。組合型，基于空間統(tǒng)計模塊，把幾種要素或一種要素的幾種指標(biāo)經(jīng)過綜合分析，形成一個新的指標(biāo)在圖上加以表示，是相關(guān)解析型的分析合成。綜合型是把相關(guān)的上述各類地圖單元、圖表、文字、圖片等組合成一幅地圖。尺度變換下圖型的變換，就是由解析型-組合型--綜合型之間的相互轉(zhuǎn)換。在小比例尺下我們可以用綜合型圖幅查看區(qū)域整體狀況，放大顯示時內(nèi)容向組合型、解析型單一圖幅逐漸過渡，更加詳細(xì)精確地表現(xiàn)細(xì)節(jié)內(nèi)容。

其他如點數(shù)法、符號法地圖等，內(nèi)容變換涉及到專題數(shù)據(jù)的統(tǒng)計尺度的變換，以及要素分類、分級的變換或其組合變換。

總之，專題地圖專題內(nèi)容的變換概括為表示要素類型和數(shù)量的變換，以及專題變量的量表系統(tǒng)的變換。量表系統(tǒng)是隨著圖形放大，由定名量表向比率量表逐級變換，即由概略表示逐漸變?yōu)榫_表示。相同指標(biāo)的表示方法也可由概略向精確過渡，從而達(dá)到地圖集中多級比例尺下多個表達(dá)尺度地圖內(nèi)容變換的協(xié)調(diào)和統(tǒng)一。

專題地圖地理底圖的內(nèi)容也隨著尺度變換而發(fā)生改變。地理底圖是專題內(nèi)容的地理背景，并起到專題要素定位的作用，所以，地理底圖的內(nèi)容變換應(yīng)服從于專題內(nèi)容的變換。專題要素的表示精度、表達(dá)程度和表示方法決定了地理地圖的內(nèi)容和表示程度。

在大比例尺條件下，地理底圖上的基礎(chǔ)地理要素的詳細(xì)程度較高，為專題內(nèi)容的表達(dá)提供了背景和載體，為對絕對數(shù)量特征和相對數(shù)量特征的精確表達(dá)提供基礎(chǔ)。當(dāng)比例尺變小時，就應(yīng)對地理底圖內(nèi)容的各要素進(jìn)行適當(dāng)綜合。自然地圖的地理底圖內(nèi)容變換主要表現(xiàn)為六大要素的選取和概括。統(tǒng)計地圖的地理底圖內(nèi)容變換主要表現(xiàn)為統(tǒng)計單元的合并。

例如編制人口專題地圖，在大比例尺圖上地理底圖較詳細(xì)表示了水系、居民地、街道、境界等要素，人口數(shù)據(jù)按街區(qū)、社區(qū)為單位進(jìn)行統(tǒng)計，地理底圖上境界要表示到社區(qū)；隨著比例尺的變小，可能舍棄了居民地內(nèi)部結(jié)構(gòu)和街區(qū)的顯示，在底圖上只表示到城市的行政分區(qū)。若人口數(shù)據(jù)統(tǒng)計到區(qū)（縣），則地理地圖行政界線也表示到區(qū)（縣）一級。

2 在線專題地圖集的符號變換

在線專題地圖集的符號體系仍然是可視化的基礎(chǔ)。地圖內(nèi)容的變換必然引起表示方法和符號的變換，而符號的變換又因為在多尺度表達(dá)中圖幅本身的縮放和不同尺度底圖間的轉(zhuǎn)換而分為專題符號變換和底圖變換。

制圖中符號變換在于改變地圖符號的外觀，調(diào)節(jié)圖形特征，使地圖上的符號變得較有特色和突出。對于專題符號變換，主要是形狀、尺寸、方向、亮度、密度和色彩這六個基本變量的組合變換。電子地圖中的地圖符號又多了一個視覺變量--焦距。焦距的變化帶來圖面視野的變化。專題地圖集的變焦顯示，不同于普通地圖，它變化的級數(shù)通常比普通地圖變化的級數(shù)要少，無論類型圖還是統(tǒng)計地圖通常設(shè)計為4-6級變換即可。在這種變換下，包含專題地圖的物理縮放和綜合縮放。不論物理縮放和綜合縮放都要保證各級變換下地圖符號的清晰性、鮮明性、系統(tǒng)性和統(tǒng)一協(xié)調(diào)性。因此，在多尺度符號設(shè)計時，就必須合理使用基本圖形變量及其組合變換。

對于不同類型的地圖符號，基本圖形變量變換的類型與組合也不同。點狀符號變換主要通過尺寸變量與結(jié)構(gòu)變量的組合變換實現(xiàn)，但形狀變量與色彩變量通常不變[6]。線狀符號變換主要通過結(jié)構(gòu)變量（線型和寬度）的變換，其尺寸變量（長度）是隨焦距變化而相應(yīng)變化的。面狀符號變換主要通過同一色系下色相、亮度、飽和度的變換實現(xiàn)。但任何類型的符號在變換中都要保證其邏輯性和系統(tǒng)性。邏輯性指各級符號的尺寸、結(jié)構(gòu)、色彩隨著焦距減小而逐漸變大、結(jié)構(gòu)更加清晰、色彩逐漸減淡等符合視覺感受和地圖認(rèn)知邏輯的特性。系統(tǒng)性指各級符號應(yīng)體現(xiàn)出符號系統(tǒng)所具有的繼承性。所以多尺度下地圖符號的變換需要依據(jù)制圖綜合原理和制圖者的經(jīng)驗，遵循認(rèn)知的慣性和視覺感受規(guī)律，反復(fù)的試驗獲得最佳的表達(dá)效果。

在線地圖集地圖符號的焦距變換與其他視覺變量的變換可以是一對一的變換，也可以是多對一（通常為二對一）的變換。一對一變換通常通過線性變換實現(xiàn)；多對一變換是物理變換和綜合變換的組合，必須合理處理這兩種變換的關(guān)系，即物理變換的尺度必須小于綜合變換尺度。在圖上表現(xiàn)為符號的尺寸或色彩變換由小逐漸變大或由深逐漸變淺，而不至于出現(xiàn)忽大忽小、忽深忽淺的無規(guī)律變化。

實際放大倍數(shù)X=（N/M）*（M2/N2）[1]

N為較大比例尺分母，M為較小比例尺分母，N2為大比例尺圖上符號大小，M2為小比例尺圖上符號大小。據(jù)此公式多級變換后的結(jié)果為，隨著比例尺的減小，符號的尺寸呈現(xiàn)遞增或至少不變的趨勢。

3 在線專題地圖集內(nèi)容和符號變換的實現(xiàn)

在線地圖集的數(shù)據(jù)模型通常根據(jù)地圖的類型分為靜態(tài)瓦片金字塔模型和實時渲染模型兩種。靜態(tài)瓦片金字塔模型是一種多分辨率柵格數(shù)據(jù)模型,其核心思想是分層和分塊[5]。實時渲染模型則基于地圖數(shù)據(jù)庫和關(guān)系數(shù)據(jù)庫，可以實現(xiàn)人機(jī)交互，用戶可以選擇自己感興趣的內(nèi)容和符號定制地圖。綜合來看，由于靜態(tài)瓦片模型不便于地圖數(shù)據(jù)實時更新，適合表示變化較慢的自然要素，地圖類型多為類型圖和區(qū)劃圖。而實時渲染模型的專題數(shù)據(jù)庫易于更新，從而實時更新地圖，所以多用于變化較快的社會經(jīng)濟(jì)現(xiàn)象的地圖發(fā)布，地圖類型多為統(tǒng)計地圖。

基于靜態(tài)瓦片模型的類型圖，內(nèi)容變換包括指標(biāo)變換和對最大比例尺地圖的多級制圖綜合；符號變換主要有點、線、面符號的尺寸、結(jié)構(gòu)和色彩變換。如質(zhì)底法表示的地貌圖和地質(zhì)圖。設(shè)計為3種比例尺下的6級變換，其中3級為物理變換、3級為綜合變換。3種比例尺下地貌圖，指標(biāo)由地貌區(qū)劃變換為地貌成因類型，再變換為形態(tài)類型。3種比例尺下地質(zhì)圖的內(nèi)容則是從按年代地質(zhì)的高級分類變換為低級分類，再變換為地質(zhì)分類、巖性和地質(zhì)構(gòu)造的綜合表示。行政中心等點狀符號、道路等線狀符號進(jìn)行了尺寸和結(jié)構(gòu)變換，地貌、地質(zhì)類型等面狀符號進(jìn)行了同一色相下亮度和飽和度的變換。

基于實時渲染模型的統(tǒng)計地圖，內(nèi)容變換包括指標(biāo)變換、表示方法、統(tǒng)計精度等。符號變換主要有尺寸、色彩、圖表類型的變換[3]。符號變換中統(tǒng)計符號的類型不必僅僅局限于簡單的符號，可以通過專門的生成統(tǒng)計圖表軟件生成復(fù)合型統(tǒng)計圖表庫，以供讀者定制（如圖2）。例如編制某市綜合經(jīng)濟(jì)地圖，在小比例尺圖上可以用分級統(tǒng)計圖法和分區(qū)統(tǒng)計圖表法配合表示該市某年國民經(jīng)濟(jì)總收入和人均收入，圖表設(shè)計不宜復(fù)雜，各指標(biāo)統(tǒng)計到區(qū)（縣），圖表量表采用間隔量表。變換為中比例尺時，用分級統(tǒng)計圖法和分區(qū)組合統(tǒng)計圖表法配合表示該市某年國民經(jīng)濟(jì)總收入及結(jié)構(gòu)、總產(chǎn)值及結(jié)構(gòu)和人均收入，統(tǒng)計圖表變換為兩種結(jié)構(gòu)圖表的組合。當(dāng)然，隨著指標(biāo)、表示方法和統(tǒng)計精度的變換，地理底圖也應(yīng)相應(yīng)變換。時間序列、色彩系列和圖表類型的變換是基于統(tǒng)計數(shù)據(jù)庫、分級色彩模型和圖表工具實時定制和生成。

4 結(jié)語

多尺度下在線專題地圖集的內(nèi)容與符號變換是電子地圖設(shè)計的關(guān)鍵技術(shù)之一，而符合人們地圖認(rèn)知和視覺感受規(guī)律的地圖內(nèi)容與符號的合理變換是在線地圖集科學(xué)性、藝術(shù)性、一覽性的關(guān)鍵。

作為地圖靈魂與形象的內(nèi)容與符號，尤其是尺度變換下地圖內(nèi)容與符號的設(shè)計方法也會被不斷地優(yōu)化。但在某些方面，例如專題地圖多尺度表達(dá)時的自動綜合等問題還有待于進(jìn)一步研究。

[1] 肖晶，艾廷華.交互式地圖綜合過程中的符號可視化問題[J].測繪科學(xué)，2008，33（4）:184-186

[2] 袁堪省，楊瑾，盧斌瑩.專題地圖圖型分類的探討[J].西北大學(xué)學(xué)報：自然科學(xué)版，2000，30（2）：168-172

[3] 張薇，江南，白小雙.基于電子地圖符號設(shè)計的研究與實踐[J].測繪科學(xué)，2008，33：237-239

[4] 徐德軍，杜清運(yùn)，鐘美.網(wǎng)絡(luò)地圖設(shè)計的技術(shù)方法[J].測繪科學(xué)，2007，32（3）：153-155

[5] 賁進(jìn)，童曉沖，張衡，等.基于TIFF和XML標(biāo)準(zhǔn)的瓦片金字塔模型[J].測繪學(xué)院學(xué)報,2005,22(3):184-186

[6] 黃仁濤，龐小平，馬晨燕.專題地圖編制[M].武漢：武漢大學(xué)出版社，2003

Content and Symbols Scaling Transformation of Online Thematic Atlas

LIU Haiyan,PANG Xiaoping,HUANG Hongxian,GUO QI,ZHANG Die
(School of Resource and Environmental Science,Wuhan University,Wuhan 430079,China)

Duringonline thematicatlas'sdesigning,newmeaning isgiven to theclassicaltheory and method ofCartographicGeneralization.Itis one of key technologies in the design thatonlineatlas's content and expression transforms reasonably under the scaling transformation.The paper was based on static tile model and real-time rendering model.In order to provide basis for the realization of multi-scale expression in automatic integrated,method and implementation of content and symbols scaling transformation in Online thematic atlas design was discussed.

online thematic atlas;content transformation;symbolic transformation;cartographic generalization

2009-08-11

項目來源：極地測繪科學(xué)國家測繪局重點實驗室開放基金資助項目（200801）。

P285.90

B

1672-4623(2010)01-0139-03

劉海燕，學(xué)生，研究方向為地圖制圖與GIS應(yīng)用。