邊界電子地圖可視化模板庫的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

王超峰，魏 超，吳軍雷，溫 康，唐衡麗

（1.信息工程大學(xué) 地理空間信息學(xué)院，河南 鄭州 450052；2.73603部隊(duì)，江蘇 南京 210049；3. 96633部隊(duì)，北京 100096；4. 66240部隊(duì)，北京 100042；5.中核巖土工程有限公司，河南 鄭州 450052；6. 75719部隊(duì)，湖北 武漢 430079）

邊界是一個國家與相鄰國家之間領(lǐng)土權(quán)屬的分界線[1]，具有相對的穩(wěn)定性、限定性和不可侵犯性。建國以來在長期的外交、勘界、聯(lián)檢等工作中，我國逐步形成和積累了大量的邊界工作成果資料，但這些資料基本以紙質(zhì)為主。隨著科技的發(fā)展, 我們對資料的需求也在不斷提高，傳統(tǒng)的邊界資料管理、查找和使用的方式已遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足當(dāng)前的需要。為彌補(bǔ)現(xiàn)有資料的不足，更好地為外交和國防建設(shè)服務(wù)，促進(jìn)邊境地區(qū)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展，迫切需要整合現(xiàn)有各類邊界信息資源，形成一個高效、實(shí)用的邊界電子地圖來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的紙質(zhì)地圖。電子地圖設(shè)計(jì)制作過程中，可視化模板庫的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)是一個極為重要的內(nèi)容。

1 地圖可視化及其發(fā)展

圖1 可視化三角形

F.泰勒教授在1994年將地學(xué)理論原則、傳輸與認(rèn)知分析圖解成一個等邊三角形，把地圖可視化作為核心，處在這個等邊三角形的中心，傳輸和認(rèn)知模型是地圖視覺化的重要內(nèi)容[2]（如圖1所示）。高俊院士提出了“地圖學(xué)四面體”的學(xué)科框架（如圖2所示），科學(xué)分析了實(shí)地-地圖-數(shù)字地圖-讀者兩兩之間的關(guān)系[3]?？梢暬谋疽馐菍⒖陀^現(xiàn)實(shí)構(gòu)成人腦意象的方法和過程，或?qū)Σ豢芍苯硬煊X的某種東西進(jìn)行直觀表示。在數(shù)字地圖-地圖、數(shù)字地圖-讀者的關(guān)系中起到了紐帶作用。

圖2 地圖學(xué)四面體

對于紙質(zhì)地圖，可視化是將對制圖對象的測量數(shù)據(jù)描繪到紙張平面上的過程。而對于電子地圖而言，其建立的基礎(chǔ)是數(shù)據(jù)的存儲與讀取。它實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)存儲過程與數(shù)據(jù)表示過程的分離。因此，電子地圖具有新的特點(diǎn)[5]：①動態(tài)性，可以使空間地理數(shù)據(jù)動態(tài)顯示；②選擇性，在龐大的數(shù)據(jù)中，可有選擇地表示地圖數(shù)據(jù)；③交互性，用戶可以對地圖數(shù)據(jù)表示過程進(jìn)行交互操作；④多維性，借助多媒體技術(shù)實(shí)現(xiàn)地圖數(shù)據(jù)的多維存儲與顯示。

2 邊界電子地圖模板庫的設(shè)計(jì)

地圖可視化模板庫，包括地圖色彩庫、符號庫及多媒體庫等，是指導(dǎo)用戶完成一整套地圖色彩、符號以及多媒體顯示的向?qū)АＫ梢幌盗腥诵曰缑鏄?gòu)成，可引導(dǎo)用戶交互式地完成模板庫的設(shè)計(jì)方案；也可以由用戶選擇系統(tǒng)提供的自帶方案，再由系統(tǒng)自動處理相關(guān)數(shù)據(jù)，自動生成方案相對應(yīng)的地圖色彩、符號以及多媒體顯示。

2.1 模板庫的結(jié)構(gòu)體系

邊界電子地圖模板庫主要通過地圖可視化的手段來實(shí)現(xiàn)各個庫的功能。根據(jù)不同邊界的實(shí)際情況，設(shè)計(jì)了邊界電子地圖色彩庫、符號庫以及多媒體庫，如圖3所示。

圖3 邊界電子地圖模板庫的體系結(jié)構(gòu)

2.2 主要模板庫的設(shè)計(jì)原則

根據(jù)地圖可視化的概念和設(shè)計(jì)理念，在其科學(xué)性、直觀性、美觀性等基礎(chǔ)上，針對當(dāng)前電子地圖存在的一些不足，考慮其發(fā)展趨勢，結(jié)合地圖學(xué)、心理學(xué)、美學(xué)等多種理論基礎(chǔ)，提出以下幾方面的設(shè)計(jì)原則：

1）地圖區(qū)域特點(diǎn)。不同的邊界區(qū)域，其環(huán)境特點(diǎn)各不相同，如我國南北邊界在地形、環(huán)境和氣候等方面截然不同，南邊界毗鄰海洋，而北邊界氣候寒冷、干旱，其色調(diào)正好相反。

2）地圖重點(diǎn)內(nèi)容。設(shè)計(jì)地圖時，應(yīng)注意到地圖色彩、符號等與內(nèi)容相適應(yīng)、相平衡。根據(jù)不同制圖對象、設(shè)計(jì)目的和使用功能來確定地圖的主色調(diào)，然后再進(jìn)行局部的具體設(shè)計(jì)。把握好各要素的對比及調(diào)和關(guān)系，能夠使地圖的圖面充滿生機(jī)、色彩層次分明、重點(diǎn)突出。

3）文化差異與民族習(xí)慣。不同文化層次的讀者對地圖顏色、符號的喜好是不同的。同樣也存在著民族習(xí)慣的差異。不同民族、國家的人，他們的文化背景不盡相同，顏色風(fēng)格也存在著千差萬別。

2.3 主要模板庫的設(shè)計(jì)內(nèi)容

2.3.1 色彩庫

色彩模板要素是指色彩設(shè)計(jì)所根據(jù)的最小單元，如1種道路就由主干、路邊、路標(biāo)框、路標(biāo)等4部分要素構(gòu)成，這4個部分都是色彩模板的要素。按照地圖的不同，色彩模板要素的種類也不同，尤其是在專題地圖上表現(xiàn)得特別明顯。

結(jié)合色彩模板制作方式及邊界地圖的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了如下幾種風(fēng)格的色彩模板：

1）冷暖均衡，樸實(shí)典雅型。這一類型是國內(nèi)網(wǎng)絡(luò)地圖的主流風(fēng)格，講究平穩(wěn)和諧。地圖的色彩以淺淡色調(diào)為主，尤其是面狀要素因?yàn)樵O(shè)色面積較大而較為突出。一般陸地色彩為高亮度、低色調(diào)、低飽和度的棕色，水系為中色調(diào)、低飽和度、較高亮度的墨藍(lán)色，植被為低色調(diào)、中飽和度、中亮度的草綠色。

2）冷色為主，清晰明了型。這是另外一種較常見的地圖色彩風(fēng)格，它同樣以淺淡色調(diào)為主，色彩的冷色相對多、明度相對較大，使得地圖各要素清晰明了，很容易突出層次感。

3）暖色為主，柔美亮麗型。這一風(fēng)格的地圖色彩以暖色調(diào)為主并且輔以冷色，整體感覺柔美亮麗，雖然在要素的清晰程度方面不夠明顯，但卻給用戶不同的視覺享受。

2.3.2 符號庫

符號庫的設(shè)計(jì)是本模板庫的一個重點(diǎn)。根據(jù)側(cè)重點(diǎn)不同，邊界地圖符號庫主要分為基礎(chǔ)邊界符號、資源符號和特殊符號等。

1）基礎(chǔ)符號是基礎(chǔ)地理底圖可視化表達(dá)的主要形式，是邊界電子地圖表達(dá)的重要內(nèi)容之一。其符號設(shè)計(jì)相對簡潔，并盡量與紙質(zhì)地圖的符號保持一致，其自適應(yīng)性主要體現(xiàn)在符號的圖案和尺寸隨著屏幕比例尺的變化而變化。

圖案設(shè)計(jì)是指研究基礎(chǔ)地圖符號如何構(gòu)圖的過程。地圖符號的構(gòu)圖一般應(yīng)遵循形象、會意、美化、圖元化和邏輯性等原則。比例尺不同，地圖符號的尺寸也應(yīng)不同。同一幅面的地圖，比例尺大、地圖內(nèi)容相對少而簡單，則地圖符號相應(yīng)要大一些；反之則反。

2）資源符號多以點(diǎn)狀和面狀符號的形式出現(xiàn)。這些符號分別利用各種繪圖軟件，對邊界資源、環(huán)境等數(shù)據(jù)分析之后，進(jìn)行有效取舍，將取舍后的有效數(shù)據(jù)進(jìn)行可視化分析和數(shù)據(jù)模擬，再通過Excel、Illustrator和Photoshop等軟件，將各種數(shù)據(jù)以圖表的形式表示出來，如資源分布柱狀圖、河流流量圖等。此外，本模板將動態(tài)符號引入邊界電子地圖中，讓地圖符號負(fù)載了一系列指向性的趨勢和方向表達(dá)，為用戶更好地了解邊界情況提供了很大便利。

3）特殊符號。自古以來，有國則有邊，有邊必有防，甚至有邊必有爭。我國是世界上陸地邊界最長、陸上鄰國最多、邊界問題最為復(fù)雜的國家，尤其是在中印邊界問題雙方的劃界分歧比較大，本文在該段邊界電子地圖符號設(shè)計(jì)中采用了與其他邊界不同的特殊符號。

2.3.3 多媒體庫

傳統(tǒng)的地圖只能通過文字、圖形和表格等方式進(jìn)行空間信息的傳輸和可視化表達(dá)，在信息化時代，這些信息遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足不了地圖用戶的需求。多媒體模板庫結(jié)合計(jì)算機(jī)技術(shù)、多媒體技術(shù)以及網(wǎng)絡(luò)傳輸交互技術(shù)，將大量文本、圖形、圖像、照片、聲音、三維動畫甚至視頻等數(shù)據(jù)鏈接到一起[8]，是可交互、多功能的空間信息多媒體可視化的集成[9]，增加了地圖的豐富性和可讀性。

3 邊界電子地圖模板庫的實(shí)現(xiàn)

圖4顯示了本文設(shè)計(jì)的色彩庫及功能實(shí)現(xiàn)。色彩庫通過對話框的方式與系統(tǒng)用戶進(jìn)行人機(jī)交互，用戶根據(jù)制圖的具體需要、個人喜好以及其他因素，對不同的要素進(jìn)行色彩的管理和修改。

圖4 色彩庫的功能實(shí)現(xiàn)

其中部分設(shè)計(jì)代碼如下：

m_list.SetExtendedStyle(0x21);

m_list.GetHeaderCtrl()->SetFont(&m_font1);

m_list.SetFont(&m_font1);//設(shè)置字體

m_list.SetBkcolor(RGB(247,247,255));//設(shè)置背景色彩

m_list.SetTextColor(RGB(0,0,255));//設(shè)置文本文字色彩

m_list.SetTextBkColor(RGB(0,0,255));//設(shè)置文本背景色彩

m_list.InserColumn(0,"ID", LUCFMT_CENTER,0);

m_list.InserColumn(1,"風(fēng)格名稱", LUCFMT_CENTER,80);

m_list.InserColumn(2,"國家", LUCFMT_CENTER,80);

m_list.InserColumn(3,"暖", LUCFMT_CENTER,80);

圖5是本文設(shè)計(jì)的符號庫及功能實(shí)現(xiàn)。圖中展示的是云南地區(qū)的礦產(chǎn)資源分布情況。該圖針對礦產(chǎn)資源分布特點(diǎn)，通過餅狀符號和柱狀符號2種方式，顯示了幾種礦產(chǎn)資源的數(shù)量、比例等資料信息，用戶通過點(diǎn)擊相應(yīng)符號即可獲取更加詳盡的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)信息。

圖5 符號庫的功能實(shí)現(xiàn)

圖6是本文多媒體庫以及功能實(shí)現(xiàn)。圖中主要以云南地區(qū)重要旅游景區(qū)為例，以添加圖片及相關(guān)文字、聲音、視頻鏈接等多媒體資源的方式，對地圖進(jìn)行專題表達(dá)，用戶可以點(diǎn)擊相關(guān)的景區(qū)，通過相應(yīng)多媒體鏈接獲取更多的地圖信息，增加了地圖的可讀性和直觀性。

圖6 多媒體庫的功能實(shí)現(xiàn)

4 結(jié) 語

邊界電子地圖可視化模板庫的設(shè)計(jì)不僅滿足了地理數(shù)據(jù)可視化的一般要求，而且把邊界地區(qū)的特殊地域條件，如邊界地區(qū)的人文、地理、軍事，作為重要的考慮因素，并且考慮到了用圖者的自身?xiàng)l件等影響因素。通過實(shí)驗(yàn)可以看出，模板庫可以基本滿足各級各類用戶的使用需求，達(dá)到了良好的效果。但如何使模板庫的實(shí)現(xiàn)更加通用化，即模板庫的本體意義與實(shí)現(xiàn)，還有待于進(jìn)一步研究。

[1]華一新.邊界信息系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].測繪學(xué)院學(xué)報(bào)，2000，17(1):46-52

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[3]高俊.地圖學(xué)四面體——數(shù)字化時代地圖學(xué)的詮釋[J]. 測繪學(xué)報(bào)，2004，33（1）：8-13

[4]樊彥國,孫秀玲.地圖可視化的技術(shù)和分類[J].測繪科學(xué),2007,32(4):183-184

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[6]百度百科.百度名片：模板[EB/OL].http://www.baike.baidu.com. (2012.4.12)

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[8]Taylor DRF. Geographic Information System: The Microcomputer and Modern Cartography [M]. Pergamon Press,1991

[9]龍毅,溫永寧,盛業(yè)華，等.電子地圖學(xué)[M].北京:科學(xué)出版社,2006